JP2001237368A - パワーモジュール - Google Patents
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Abstract
パワーモジュールを得る。 【解決手段】 ケース6上には、内部に制御回路基板1
5が配設されたケース14が配置されている。制御回路
基板15の上面上には、図示しない回路パターンが形成
されており、また、パワー素子2を制御するためのチッ
プ18が半田19を介して搭載されている。また、制御
回路基板15の上面上には、チップ18に電気的に接続
されたコネクタ端子20aを有する、制御回路基板増設
用のコネクタ20が形成されており、制御回路基板15
の底面上には、チップ18に電気的に接続されたコネク
タ端子16aを有するコネクタ16が形成されている。
コネクタ16はコネクタ13内にはめ込まれており、コ
ネクタ端子16aとコネクタ端子13aとが互いに接触
している。
Description
の構造に関し、特に、パワー素子が搭載された絶縁基板
と、パワー素子を制御するためのチップが搭載された制
御回路基板とを備えるパワーモジュールの構造に関する
ものである。
を示す断面図である。図8に示すように従来のパワーモ
ジュールは、図示しない回路パターンがそれぞれ形成さ
れた絶縁基板101及び制御回路基板111と、中継端
子107と、ケース106とを備えている。絶縁基板1
01には、半田等のろう材103を介して複数のパワー
素子102が搭載されている。複数のパワー素子102
同士は、アルミ等の金属細線109によって互いに電気
的に接続されている。また、絶縁基板101は、ろう材
104を介して放熱板105に接触している。
2を制御するためのチップ129が、半田130を介し
て搭載されている。中継端子107の一端は、金属細線
109によって絶縁基板101あるいはパワー素子10
2に電気的に接続されている。また、中継端子107の
他端は半田付けによって制御回路基板111にろう接さ
れ、チップ129に電気的に接続されている。
び中継端子107は、ケース106内に配設されてい
る。制御回路基板111よりも下方のケース106の内
部空間には、シリコーンゲル110が充填されている。
ケース106には、ノイズ遮蔽のためのシールド板13
1が取り付けられている。また、ケース106の上部に
は、フタ128が取り付けられている。また、ケース1
06の上面には主電極108が配設されており、主電極
108は、中継端子及び金属細線を介してパワー素子1
02に電気的に接続されている。
来のパワーモジュールによると、中継端子107の他端
と制御回路基板111とが半田付けによってろう接され
ているため、制御回路基板111の機能を追加・変更し
たい場合は、制御回路基板111及び絶縁基板101の
双方を取り替えなければならず、経済性が悪いという問
題があった。
れたものであり、部材の共有化を図りつつ制御回路基板
の高機能化に容易に対応できるパワーモジュールを得る
ことを目的とするものである。
に記載のパワーモジュールは、パワー素子を有する絶縁
基板と、パワー素子に電気的に接続された一端を有する
中継端子と、絶縁基板及び中継端子が内部に配設された
第1のケースとを備えるパワーモジュールにおいて、パ
ワーモジュールは、中継端子の他端に電気的に接続され
た、パワー素子を制御するための第1の制御回路を有す
る第1の制御基板と、第1のケース上に着脱自在に取り
付けられ、第1の制御基板が内部に配設された第2のケ
ースとをさらに備えることを特徴とするものである。
ワーモジュールは、請求項1に記載のパワーモジュール
であって、第1の制御基板は、絶縁基板とは反対側の主
面上に形成され、第1の制御回路に電気的に接続された
第1の増設用コネクタをさらに有することを特徴とする
ものである。
ワーモジュールは、請求項2に記載のパワーモジュール
であって、第1の制御基板と対向する側の主面上に形成
され、第1の増設用コネクタに接続された第2の増設用
コネクタと、該第2の増設用コネクタに電気的に接続さ
れ、パワー素子を制御するための第2の制御回路とを有
する第2の制御基板と、第2のケース上に着脱自在に取
り付けられ、第2の制御基板が内部に配設された第3の
ケースとをさらに備えることを特徴とするものである。
ワーモジュールは、請求項1に記載のパワーモジュール
であって、第1の制御基板は、絶縁基板とは反対側の主
面上に形成され、第1の制御回路に電気的に接続された
導体パッドをさらに有し、パワーモジュールは、パワー
素子を制御するための第2の制御回路と、第1の制御基
板に対向する側の主面上に形成され、第2の制御回路と
導体パッドとを電気的に接続するための接続端子とを有
する第2の制御基板と、第2のケース上に着脱自在に取
り付けられ、第2の制御基板が内部に配設された第3の
ケースとをさらに備えることを特徴とするものである。
ワーモジュールは、請求項4に記載のパワーモジュール
であって、接続端子は、弾性を有し、第2の制御基板の
主面上に接合された一端と、第3のケースに接触する他
端とを有し、圧接された状態で導体パッドに接触してい
ることを特徴とするものである。
ワーモジュールは、請求項1に記載のパワーモジュール
であって、第1の制御基板は、絶縁基板との間に配設さ
れた、ノイズ遮蔽のためのシールド板をさらに有するこ
とを特徴とするものである。
ワーモジュールは、請求項1に記載のパワーモジュール
であって、第2のケースは、第1の制御回路と外部回路
とを互いに電気的に接続するための外部接続用コネクタ
をさらに有することを特徴とするものである。
ワーモジュールは、請求項7に記載のパワーモジュール
であって、外部接続用コネクタは第2のケースと一体成
形されていることを特徴とするものである。
ワーモジュールは、請求項1に記載のパワーモジュール
であって、第1のケースは、第2のケースが取り付けら
れた主面上に配設され、パワー素子に電気的に接続され
た第1の電極を有し、第2のケースは、第1のケースと
は反対側の主面上に配設され、第1の電極に電気的に接
続された第2の電極を有することを特徴とするものであ
る。
パワーモジュールは、請求項9に記載のパワーモジュー
ルであって、第1のケースは、第1のケースの主面内に
形成された第1のネジ穴をさらに有し、第1の電極は、
第1の電極内を貫通し、第1のネジ穴に繋がる第2のネ
ジ穴を有し、第2のケースは、第2のケース内を貫通
し、第2のネジ穴に繋がる第3のネジ穴をさらに有し、
第2の電極は、第2の電極内を貫通し、第3のネジ穴に
繋がる第4のネジ穴を有し、パワーモジュールは、第2
のケースの主面側から第1〜第4のネジ穴に螺挿された
ボルトをさらに備えることを特徴とするものである。
パワーモジュールは、請求項1に記載のパワーモジュー
ルであって、第1の制御基板は、第2のケース内におい
て、絶縁基板と平行に配設された支持基板と、支持基板
上において、支持基板に対して垂直に配設された複数の
制御回路基板とを有し、第1の制御回路は、複数の制御
回路基板に分割して形成されていることを特徴とするも
のである。
実施の形態1に係るパワーモジュールの全体構成を概略
的に示す上面図であり、図2は、本実施の形態1に係る
パワーモジュールを、図1に示したX方向から眺めた断
面構造を示す断面図である。図2を参照して、絶縁基板
1の上面上には、図示しない回路パターンが形成されて
いる。また、絶縁基板1の上面上には、半田等のろう材
3を介して複数のパワー素子2が搭載されている。複数
のパワー素子2同士は、アルミ等の金属細線9によって
互いに電気的に接続されている。また、絶縁基板1の底
面は、ろう材4を介して放熱板5に接触している。
い回路パターンが形成されている。また、制御回路基板
11の上面上には、パワー素子2を制御するためのチッ
プ29が半田30を介して搭載されている。また、制御
回路基板11の上面上には、チップ29に電気的に接続
されたコネクタ端子13aを有する、制御回路基板増設
用のコネクタ13が形成されている。また、制御回路基
板11の底面上には、チップ29に電気的に接続された
コネクタ端子12aを有するコネクタ12が形成されて
いる。また、制御回路基板11の底面には、制御回路基
板11と絶縁基板1との間に配設された、ノイズ遮蔽の
ためのシールド板31が取り付けられている。
絶縁基板1あるいはパワー素子2に電気的に接続されて
いる。また、中継端子7の他端は、コネクタ12内に差
し込まれてコネクタ端子12aに電気的に接続されてい
る。絶縁基板1、制御回路基板11、及び中継端子7
は、ケース6内に配設されている。制御回路基板11よ
りも下方のケース6の内部空間は、絶縁性を確保するた
めにシリコーンゲル10によって充填されている。ま
た、ケース9の上面上には、パワー素子2の主電流を外
部に引き出すための主電極8が配設されており、主電極
8は、中継端子及び金属細線を介してパワー素子2に電
気的に接続されている。
が配設されたケース14が着脱自在に取り付けられてい
る。制御回路基板15の上面上には、図示しない回路パ
ターンが形成されており、また、パワー素子2を制御す
るためのチップ18が半田19を介して搭載されてい
る。また、制御回路基板15の上面上には、チップ18
に電気的に接続されたコネクタ端子20aを有する、制
御回路基板増設用のコネクタ20が形成されており、制
御回路基板15の底面上には、チップ18に電気的に接
続されたコネクタ端子16aを有するコネクタ16が形
成されている。コネクタ16はコネクタ13内に差し込
まれており、コネクタ端子16aとコネクタ端子13a
とが互いに接触している。また、制御回路基板15の底
面には、制御回路基板15と制御回路基板11との間に
配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板17が取り
付けられている。
4が配設されたケース21が着脱自在に取り付けられて
いる。制御回路基板24の上面上には、図示しない回路
パターンが形成されており、また、パワー素子2を制御
するためのチップ25が半田26を介して搭載されてい
る。また、制御回路基板24の上面上には、チップ25
に電気的に接続されたコネクタ端子27aを有する、制
御回路基板増設用のコネクタ27が形成されており、制
御回路基板24の底面上には、チップ25に電気的に接
続されたコネクタ端子22aを有するコネクタ22が形
成されている。コネクタ22はコネクタ20内に差し込
まれており、コネクタ端子22aとコネクタ端子20a
とが互いに接触している。また、制御回路基板24の底
面には、制御回路基板24と制御回路基板15との間に
配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板23が取り
付けられている。また、ケース21にはフタ28が取り
付けられている。
ネクタ13,20,27には同一構造のコネクタを使用
するのが望ましい。コネクタ16,22についても同様
である。
ュールの一部を、図1に示したY方向から眺めた断面構
造を示す断面図である。ケース6には、外部接続用のコ
ネクタ部34が一体成形されている。コネクタ部34は
コネクタ端子34aを有しており、コネクタ端子34a
は制御回路基板11を介してチップ29に電気的に接続
されている。また、ケース14には、外部接続用のコネ
クタ33が取り付けられている。コネクタ33はコネク
タ端子33aを有しており、コネクタ端子33aは制御
回路基板15を介してチップ18に電気的に接続されて
いる。また、ケース21には、外部接続用のコネクタ3
2が取り付けられている。コネクタ32はコネクタ端子
32aを有しており、コネクタ端子32aは制御回路基
板24を介してチップ25に電気的に接続されている。
て制御回路基板11を配設する場合について説明した。
しかし、最下層の基板は必ずしもパワー素子制御用のチ
ップが搭載された制御回路基板である必要はなく、単に
中継端子7をケース6の外部に引き出すための中継用基
板であってもよい。中継用基板は、コネクタ端子12a
を有するコネクタ12と、コネクタ端子12aに電気的
に接続されたコネクタ端子13aを有するコネクタ13
とを備えていればよい。
の必要性に応じて、制御回路基板24の配設は省略して
もよく、あるいは、コネクタ27を介して制御回路基板
24上に他の制御回路基板をさらに配設してもよい。
ジュールによれば、制御回路基板11の機能を追加・変
更する場合に、制御回路基板11及び絶縁基板1を取り
替えてこれに対応するのではなく、制御回路基板11上
に新たな制御回路基板15,24を増設することによっ
て、これに対応することができる。
13,16,20,22を介してケース6の外部に配設
されているため、制御回路基板15,24の機能を追加
・変更する場合には、ケース14,21ごと制御回路基
板15,24を取り替えることによって、これに対応す
ることができる。
ド板17,23が取り付けられているため、制御回路基
板間でのノイズの発生を適切に防止することができる。
コネクタ33,32が取り付けられているため、所望の
ケース14,21から外部装置への接続が可能となる。
態2に係るパワーモジュールの一部を、図1に示したY
方向から眺めた断面構造を示す断面図である。図3に示
した上記実施の形態1に係るパワーモジュールでは、コ
ネクタ32,33は、ケース21,14とは別個の部品
としてケース21,14に取り付けられていた。これに
対して、本実施の形態2に係るパワーモジュールでは、
外部接続用のコネクタを、コネクタ部としてケースと一
体成形する。具体的には、図3に示したケース21とコ
ネクタ32とを一体成形することにより、コネクタ部3
6を有するケース35とする。また、図3に示したケー
ス14とコネクタ33とを一体成形することにより、コ
ネクタ部38を有するケース37とする。
ジュールによれば、外部接続用のコネクタ32,33を
ケース21,14へ取り付ける構成(図3)においては
必要であった、取付位置の調整や取付精度のばらつきの
管理等が不要となる。従って、製造工程を削減できると
ともに、ケース35,37の適切な箇所にコネクタ部3
6,38を成形することができる。
態3に係るパワーモジュールの一部を、図1に示したX
方向から眺めた断面構造を示す断面図である。ケース1
4の底面上及び上面上に電極40,42をそれぞれ設
け、ケース14の内部に、電極40,42に接続された
電極41を設けた。同様に、ケース21の底面上及び上
面上に電極43,45をそれぞれ設け、ケース21の内
部に、電極43,45に接続された電極44を設けた。
電極40は主電極8に接触しており、電極43は電極4
2に接触している。
けるとともに、主電極8、電極40、ケース14、電極
42、電極43、ケース21、及び電極45の、それぞ
れネジ穴46に対応する箇所に、ネジ穴47〜53を設
けた。ネジ穴47〜53はそれぞれ、主電極8、電極4
0、ケース14、電極42、電極43、ケース21、及
び電極45を貫通して形成されている。ネジ穴46〜5
3内にボルト54を螺挿することにより、ケース6,1
4,21を固定することができる。
ジュールによれば、ボルト54を用いることによって、
ケース6,14,21を着脱自在に固定することができ
る。
れも主電極8に電気的に接続されている。このため、主
電極を外部装置に接続する代わりに、電極40,42,
43,45のうちの任意のものを外部装置に接続しても
よく、実質的に主電極8と外部装置との取り付け高さを
変更することが可能である。
けたケース14と、電極43〜45を設けていないケー
ス21とを積層することもできる。
態4に係るパワーモジュールの一部を、図1に示したX
方向から眺めた断面構造を示す断面図である。制御回路
基板11,15,24の上面上には、チップ29,1
8,25にそれぞれ電気的に接続された導体パッド5
5,57,59が形成されている。また、制御回路基板
15,24の底面上には、チップ18,25にそれぞれ
電気的に接続された、J字形の端子56,58が形成さ
れている。端子56,58の一端は半田によって制御回
路基板15,24の底面にそれぞれろう接されており、
他端はケース14,21の底面にそれぞれ接触してい
る。端子56,58は弾性を有しており、制御回路基板
15,24及びケース14,21によって、導体パッド
55,57にそれぞれ圧接されている。
ジュールによれば、制御回路基板15,24及びケース
14,21からの押圧力によって、端子56,58と導
体パッド55,57とが圧接された状態で互いに接触す
るため、端子56,58と導体パッド55,57との間
の電気的接触を確実にとることができる。
態5に係るパワーモジュールを、図1に示したX方向か
ら眺めた断面構造を示す断面図である。ケース6上には
ケース60が配設されている。ケース60の内部には支
持基板63が取り付けられており、支持基板63の上面
上には、半田19を介してチップ18がそれぞれ実装さ
れた複数の制御回路基板61が取り付けられている。制
御回路基板61上には、図示しない回路パターンが形成
されている。支持基板63は絶縁基板1に平行に配設さ
れており、制御回路基板61は支持基板63に対して垂
直に配設されている。また、支持基板63の上面上に
は、チップ18に電気的に接続されたコネクタ端子62
aを有する、制御回路基板増設用のコネクタ62が形成
されている。
ジュールによれば、支持基板63上に複数の制御回路基
板61を縦置きに配設することにより、制御回路基板6
1のトータルの実装面積を大きくできる。従って、サイ
ズの大きなチップ18や回路パターンを、複数の制御回
路基板61に分割して実装することができる。
れば、第1の制御回路の機能を追加・変更等する場合
に、第2のケースごと第1の制御基板を取り替えること
により、これに対応することができる。
によれば、第1の制御回路の機能を追加・変更等する場
合に、新たな制御基板を第1の増設用コネクタを介して
第1の制御基板上に増設することにより、これに対応す
ることができる。
によれば、第2の制御回路の機能を第1の制御回路の機
能に追加することができるため、制御回路全体としての
高機能化を、第1の制御基板を取り替えることなく容易
に実現することができる。
によれば、第2の制御回路の機能を第1の制御回路の機
能に追加することができるため、制御回路全体としての
高機能化を、第1の制御基板を取り替えることなく容易
に実現することができる。
によれば、接続端子と導体パッドとが圧接された状態で
互いに接触するため、接続端子と導体パッドとの間の電
気的接触を確実にとることができる。
によれば、第1の制御基板と絶縁基板との間でのノイズ
の発生を適切に防止することができる。
によれば、第1の制御回路と外部回路との間の電気的接
続を、第2のケースの有する外部接続用コネクタを介し
て行うことができる。
によれば、第2のケースへの外部接続用コネクタの取付
位置の調整や取付精度のばらつきの管理等が不要となる
ため、製造工程を削減できるとともに、第2のケースの
適切な箇所に外部接続用コネクタを成形することができ
る。
によれば、第1の電極を外部装置に接続する代わりに、
第2の電極を外部装置に接続してもよく、実質的に第1
の電極と外部装置との取り付け高さを変更することが可
能となる。
のによれば、ボルトを用いることによって、第1のケー
スと第2のケースとを着脱自在に固定することができ
る。
のによれば、支持基板上に複数の制御回路基板を縦置き
に配設することにより、制御回路基板のトータルの実装
面積を大きくできる。従って、サイズの大きなチップや
回路パターンを実装することが可能となる。
ルの全体構成を概略的に示す上面図である。
ルの構造を示す断面図である。
ルの構造を示す断面図である。
ルの構造の一部を示す断面図である。
ルの構造の一部を示す断面図である。
ルの構造の一部を示す断面図である。
ルの構造を示す断面図である。
である。
5,37,60 ケース、7 中継端子、8 主電極、
11,15,24,61 制御回路基板、13,20,
27,32,33 コネクタ、18,25,29 チッ
プ、17,23,31 シールド板、36,38 コネ
クタ部、40〜45 電極、46〜53ネジ穴、54
ボルト、55,57 導体パッド、56,58 端子、
63 支持基板。
Claims (11)
- 【請求項1】 パワー素子を有する絶縁基板と、 前記パワー素子に電気的に接続された一端を有する中継
端子と、 前記絶縁基板及び前記中継端子が内部に配設された第1
のケースとを備えるパワーモジュールにおいて、 前記パワーモジュールは、 前記中継端子の他端に電気的に接続された、前記パワー
素子を制御するための第1の制御回路を有する第1の制
御基板と、 前記第1のケース上に着脱自在に取り付けられ、前記第
1の制御基板が内部に配設された第2のケースとをさら
に備えることを特徴とするパワーモジュール。 - 【請求項2】 前記第1の制御基板は、前記絶縁基板と
は反対側の主面上に形成され、前記第1の制御回路に電
気的に接続された第1の増設用コネクタをさらに有す
る、請求項1に記載のパワーモジュール。 - 【請求項3】 前記第1の制御基板と対向する側の主面
上に形成され、前記第1の増設用コネクタに接続された
第2の増設用コネクタと、該第2の増設用コネクタに電
気的に接続され、前記パワー素子を制御するための第2
の制御回路とを有する第2の制御基板と、 前記第2のケース上に着脱自在に取り付けられ、前記第
2の制御基板が内部に配設された第3のケースとをさら
に備える、請求項2に記載のパワーモジュール。 - 【請求項4】 前記第1の制御基板は、前記絶縁基板と
は反対側の主面上に形成され、前記第1の制御回路に電
気的に接続された導体パッドをさらに有し、 前記パワーモジュールは、 前記パワー素子を制御するための第2の制御回路と、前
記第1の制御基板に対向する側の主面上に形成され、前
記第2の制御回路と前記導体パッドとを電気的に接続す
るための接続端子とを有する第2の制御基板と、 前記第2のケース上に着脱自在に取り付けられ、前記第
2の制御基板が内部に配設された第3のケースとをさら
に備え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5】 前記接続端子は、弾性を有し、前記第2
の制御基板の前記主面上に接合された一端と、前記第3
のケースに接触する他端とを有し、圧接された状態で前
記導体パッドに接触している、請求項4に記載のパワー
モジュール。 - 【請求項6】 前記第1の制御基板は、前記絶縁基板と
の間に配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板をさ
らに有する、請求項1に記載のパワーモジュール。 - 【請求項7】 前記第2のケースは、前記第1の制御回
路と外部回路とを互いに電気的に接続するための外部接
続用コネクタをさらに有する、請求項1に記載のパワー
モジュール。 - 【請求項8】 前記外部接続用コネクタは前記第2のケ
ースと一体成形されている、請求項7に記載のパワーモ
ジュール。 - 【請求項9】 前記第1のケースは、前記第2のケース
が取り付けられた主面上に配設され、前記パワー素子に
電気的に接続された第1の電極を有し、 前記第2のケースは、前記第1のケースとは反対側の主
面上に配設され、前記第1の電極に電気的に接続された
第2の電極を有する、請求項1に記載のパワーモジュー
ル。 - 【請求項10】 前記第1のケースは、前記第1のケー
スの前記主面内に形成された第1のネジ穴をさらに有
し、 前記第1の電極は、前記第1の電極内を貫通し、前記第
1のネジ穴に繋がる第2のネジ穴を有し、 前記第2のケースは、前記第2のケース内を貫通し、前
記第2のネジ穴に繋がる第3のネジ穴をさらに有し、 前記第2の電極は、前記第2の電極内を貫通し、前記第
3のネジ穴に繋がる第4のネジ穴を有し、 前記パワーモジュールは、前記第2のケースの前記主面
側から前記第1〜第4のネジ穴に螺挿されたボルトをさ
らに備える、請求項9に記載のパワーモジュール。 - 【請求項11】 前記第1の制御基板は、 前記第2のケース内において、前記絶縁基板と平行に配
設された支持基板と、 前記支持基板上において、前記支持基板に対して垂直に
配設された複数の制御回路基板とを有し、 前記第1の制御回路は、前記複数の制御回路基板に分割
して形成されている、請求項1に記載のパワーモジュー
ル。
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