JP2001237570A - パワー電子モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
パワー電子モジュールおよびその製造方法Info
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 部品の構造が簡単かつ標準化可能であること
により、新型のモジュールも何ら複雑な設計作業を必要
としないような、パワー電子モジュールを提供する。 【解決手段】 パワー電子モジュールは、金属基板（１
０）と、基板の面の１つに担持される印刷回路カード
（１２）と、カードに装着された少なくともいくつかは
パワー部品（１４）である部品とを有する。カード（１
２）はまた、部品同士間および部品と外部電源との間に
電子接続トラックも担持する。各々がパワー部品上に延
び得るような形状の導電性ブリッジ（２０）は、パワー
電流を担持する接続トラックの短いセグメントを互いに
接続する。
により、新型のモジュールも何ら複雑な設計作業を必要
としないような、パワー電子モジュールを提供する。 【解決手段】 パワー電子モジュールは、金属基板（１
０）と、基板の面の１つに担持される印刷回路カード
（１２）と、カードに装着された少なくともいくつかは
パワー部品（１４）である部品とを有する。カード（１
２）はまた、部品同士間および部品と外部電源との間に
電子接続トラックも担持する。各々がパワー部品上に延
び得るような形状の導電性ブリッジ（２０）は、パワー
電流を担持する接続トラックの短いセグメントを互いに
接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属基板と、この
基板の面の１つに担持される印刷回路カードと、このカ
ード上に装着された部品（少なくともそのうちいくつか
はパワー部品である）とを含み、このカードがこれらの
部品同士間および部品と外部電源との間に電気接続手段
も有する、パワー電子モジュールに関する。限定はしな
いが、本発明は主に自動車電子工学の分野において適用
され、この分野では、特定のシステムが、動作時に高電
流を担持する部品（特にスイッチングトランジスタなど
の能動部品、および可能性としてはキャパシタまたはチ
ョークなどの受動部品）を組み入れる。
基板の面の１つに担持される印刷回路カードと、このカ
ード上に装着された部品（少なくともそのうちいくつか
はパワー部品である）とを含み、このカードがこれらの
部品同士間および部品と外部電源との間に電気接続手段
も有する、パワー電子モジュールに関する。限定はしな
いが、本発明は主に自動車電子工学の分野において適用
され、この分野では、特定のシステムが、動作時に高電
流を担持する部品（特にスイッチングトランジスタなど
の能動部品、および可能性としてはキャパシタまたはチ
ョークなどの受動部品）を組み入れる。
【０００２】
【従来の技術】カードに印刷されたトラックにより、そ
れらのトラックの横断面が比較的小さく、よってそれら
の抵抗が高いことから、抵抗損がかなり増加する。この
ような抵抗損を制限するために、現在のモジュールで
は、カードにそのカードに適合したバー（bar）で構成
される回路を設けるものもある。バスバー構造と称され
るこの構造には重大な欠点がある。モジュールの型が新
しくなるたびに、新型モジュールの各々に特定のレイア
ウト設計が必要となる。設置には高度な平面性が要求さ
れるが、これは達成が困難である。これらのバーは大量
の銅により構成される。
れらのトラックの横断面が比較的小さく、よってそれら
の抵抗が高いことから、抵抗損がかなり増加する。この
ような抵抗損を制限するために、現在のモジュールで
は、カードにそのカードに適合したバー（bar）で構成
される回路を設けるものもある。バスバー構造と称され
るこの構造には重大な欠点がある。モジュールの型が新
しくなるたびに、新型モジュールの各々に特定のレイア
ウト設計が必要となる。設置には高度な平面性が要求さ
れるが、これは達成が困難である。これらのバーは大量
の銅により構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、具体
的には、従来のモジュールと比べて実用的要件をより満
たすパワー電子モジュールであって、特にそのモジュー
ルによって用いられるさらなる部品が簡単な構造でかつ
標準化可能であることにより、新型のモジュールも何ら
複雑な設計作業を必要としないような、パワー電子モジ
ュールを提供することである。
的には、従来のモジュールと比べて実用的要件をより満
たすパワー電子モジュールであって、特にそのモジュー
ルによって用いられるさらなる部品が簡単な構造でかつ
標準化可能であることにより、新型のモジュールも何ら
複雑な設計作業を必要としないような、パワー電子モジ
ュールを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明は特に、接続手段が、パワー部品にわたって延びるこ
とができかつパワー電流を担持する接続トラックの短い
セグメント同士を相互接続することができるような形状
の導電性ブリッジを含むことを特徴とする、モジュール
を提供する。
明は特に、接続手段が、パワー部品にわたって延びるこ
とができかつパワー電流を担持する接続トラックの短い
セグメント同士を相互接続することができるような形状
の導電性ブリッジを含むことを特徴とする、モジュール
を提供する。
【０００５】これらのブリッジは有利にはかすがい（ス
テープル）形状であり、ブリッジのほとんどまたはすべ
ての寸法が、ブリッジの各々がパワー部品もしくは少な
くとも通常同一または類似の大きさの能動パワー部品の
各々をまたぐのに十分な長さおよび高さの同じ寸法にな
っている。したがって、ブリッジのほとんどまたはすべ
てが同一となり、かつ部品の大きさより少し大きくなる
ので、ブリッジを部品であるかのように扱うことがで
き、また特に、部品が組立てられた後に自動機械によっ
てブリッジを定位置に配置することも可能になる。
テープル）形状であり、ブリッジのほとんどまたはすべ
ての寸法が、ブリッジの各々がパワー部品もしくは少な
くとも通常同一または類似の大きさの能動パワー部品の
各々をまたぐのに十分な長さおよび高さの同じ寸法にな
っている。したがって、ブリッジのほとんどまたはすべ
てが同一となり、かつ部品の大きさより少し大きくなる
ので、ブリッジを部品であるかのように扱うことがで
き、また特に、部品が組立てられた後に自動機械によっ
てブリッジを定位置に配置することも可能になる。
【０００６】ブリッジの端部は、通常、部品のはんだ付
けに用いられたものと同じ方法（たとえばブリッジが銅
から作られており予め錫めっきされる可能性もある場合
は鉛−錫領域のはんだのリフローはんだ付けなど）を用
いて、セグメントにはんだ付けされる。
けに用いられたものと同じ方法（たとえばブリッジが銅
から作られており予め錫めっきされる可能性もある場合
は鉛−錫領域のはんだのリフローはんだ付けなど）を用
いて、セグメントにはんだ付けされる。
【０００７】抵抗損および発熱を減じるために、短いセ
グメントの断面は、これもまたカードに印刷される制御
の等電位トラックより大きいものにされ得る。セグメン
トの長さは常にブリッジの長さよりかなり短いものとな
る。
グメントの断面は、これもまたカードに印刷される制御
の等電位トラックより大きいものにされ得る。セグメン
トの長さは常にブリッジの長さよりかなり短いものとな
る。
【０００８】印刷回路は単一層であっても多層であって
もよい。絶縁面である回路の面の１つは、基板に接合さ
れる。通常、この基板は冷却壁によって担持されるか、
または冷却流体用の回路を含み、これは特にモジュール
が動作時に高温環境に配置されようとする場合、たとえ
ば自動車のエンジン部品中に配置される場合などに当て
はまる。
もよい。絶縁面である回路の面の１つは、基板に接合さ
れる。通常、この基板は冷却壁によって担持されるか、
または冷却流体用の回路を含み、これは特にモジュール
が動作時に高温環境に配置されようとする場合、たとえ
ば自動車のエンジン部品中に配置される場合などに当て
はまる。
【０００９】本発明はまた、モジュールの製造方法を提
供し、この方法では、等電位トラックおよびこの等電位
トラックより大きな断面の導電性トラックのセグメント
を担持する印刷回路カードが金属基板（１０）の一面に
固定され、はんだまたはろう付け領域がトラックのさま
ざまな場所に配置されて部品または導電性金属のブリッ
ジに接続され、部品がはんだ付けによって固定され得る
ような態様で配置され、ブリッジの端部がはんだまたは
ろう付け領域にのって支えられかつブリッジが上記セグ
メント同士を互いに接続するようなさまざまな場所にブ
リッジが配置され、さらに、上記部品およびブリッジ
が、通常、リフローはんだ付けによって完全に固定され
る。
供し、この方法では、等電位トラックおよびこの等電位
トラックより大きな断面の導電性トラックのセグメント
を担持する印刷回路カードが金属基板（１０）の一面に
固定され、はんだまたはろう付け領域がトラックのさま
ざまな場所に配置されて部品または導電性金属のブリッ
ジに接続され、部品がはんだ付けによって固定され得る
ような態様で配置され、ブリッジの端部がはんだまたは
ろう付け領域にのって支えられかつブリッジが上記セグ
メント同士を互いに接続するようなさまざまな場所にブ
リッジが配置され、さらに、上記部品およびブリッジ
が、通常、リフローはんだ付けによって完全に固定され
る。
【００１０】上述およびその他の特徴は、以下の非限定
的な例によって表わされる特定の実施例の記載を読む
と、より明らかになるであろう。添付の図面を参照しつ
つ説明する。
的な例によって表わされる特定の実施例の記載を読む
と、より明らかになるであろう。添付の図面を参照しつ
つ説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】図示したモジュールは、熱伝導性
に優れた金属（たとえば純または合金アルミニウム）か
らなり印刷回路カード１２を担持する基板１０を含む。
この基板の厚さは、基板が印刷回路と反対の面において
（たとえば冷却壁上に担持されることにより）冷却され
るか、または基板が冷却回路を含むかによって、数ミリ
メートルから数センチメートルとなり得る。
に優れた金属（たとえば純または合金アルミニウム）か
らなり印刷回路カード１２を担持する基板１０を含む。
この基板の厚さは、基板が印刷回路と反対の面において
（たとえば冷却壁上に担持されることにより）冷却され
るか、または基板が冷却回路を含むかによって、数ミリ
メートルから数センチメートルとなり得る。
【００１２】印刷回路カード１２にはスイッチングトラ
ンジスタなどのパワー部品１４がはんだ付けされる。こ
のような部品は２つしか図示しないが、これらは任意
で、小さな制御電流のみ担持する制御用の能動部品（図
示せず）を伴うこともある。能動制御部品は信号を受け
て運び、これらの信号は、たとえばシルクスクリーン印
刷などの従来の方法で印刷されたトラックであり得る、
等電位のリンクトラック１６によって担持される。この
ような制御信号は、パワー部品１４と外部または制御部
品のいずれかとの間でも伝達される。
ンジスタなどのパワー部品１４がはんだ付けされる。こ
のような部品は２つしか図示しないが、これらは任意
で、小さな制御電流のみ担持する制御用の能動部品（図
示せず）を伴うこともある。能動制御部品は信号を受け
て運び、これらの信号は、たとえばシルクスクリーン印
刷などの従来の方法で印刷されたトラックであり得る、
等電位のリンクトラック１６によって担持される。この
ような制御信号は、パワー部品１４と外部または制御部
品のいずれかとの間でも伝達される。
【００１３】パワー電流を担持する接続手段は、導電金
属のブリッジ２０によって相互接続される、可能な限り
短い導体トラックセグメント１８を含む。これらのセグ
メント１８は銅で作られており、有利には等電位トラッ
クより大きな断面を有する。図示した例では、幅がより
広くなっている。これらはより厚くなってもよい。ブリ
ッジ２０は通常銅から作られ、任意で錫めっきが施され
ており、パワー部品およびそれらの金属接続タブ２２に
またがって配置され得るように選択された大きさとなっ
ている。これらのタブのうちのいくつかはセグメント１
８にはんだ付けされており、その他のものは等電位トラ
ックに設けられたはんだまたはろう付け領域にはんだ付
けされている。
属のブリッジ２０によって相互接続される、可能な限り
短い導体トラックセグメント１８を含む。これらのセグ
メント１８は銅で作られており、有利には等電位トラッ
クより大きな断面を有する。図示した例では、幅がより
広くなっている。これらはより厚くなってもよい。ブリ
ッジ２０は通常銅から作られ、任意で錫めっきが施され
ており、パワー部品およびそれらの金属接続タブ２２に
またがって配置され得るように選択された大きさとなっ
ている。これらのタブのうちのいくつかはセグメント１
８にはんだ付けされており、その他のものは等電位トラ
ックに設けられたはんだまたはろう付け領域にはんだ付
けされている。
【００１４】ブリッジは、それらの間の間隙が可能な限
り小さくなるような態様で配置される。図示した例で
は、ブリッジは能動パワー部品より幅が狭くなっている
が、これは必須ではない。実際には、ブリッジは通常、
厚さ約１ミリで、高さが部品（ブリッジがその上に配置
される）より僅かに高いステープルの形状になるよう容
易に曲げることができる、銅板の断片によって構成され
る。
り小さくなるような態様で配置される。図示した例で
は、ブリッジは能動パワー部品より幅が狭くなっている
が、これは必須ではない。実際には、ブリッジは通常、
厚さ約１ミリで、高さが部品（ブリッジがその上に配置
される）より僅かに高いステープルの形状になるよう容
易に曲げることができる、銅板の断片によって構成され
る。
【００１５】通常、いかなる所与の回路においても単一
の型のブリッジを用いることが可能であるので、誤差が
回避される。ブリッジの大きさはパワー部品の大きさと
同じオーダであり、そのことによって、部品の設置に用
いたものと同じ自動機械を用いてブリッジを設置するこ
とが容易になる。
の型のブリッジを用いることが可能であるので、誤差が
回避される。ブリッジの大きさはパワー部品の大きさと
同じオーダであり、そのことによって、部品の設置に用
いたものと同じ自動機械を用いてブリッジを設置するこ
とが容易になる。
【００１６】このモジュールはまた、外部と接続するた
めの１つ以上のコネクタ２４も有し、これらは従来の構
造であってよく、セグメントにはんだ付けされ得る。
めの１つ以上のコネクタ２４も有し、これらは従来の構
造であってよく、セグメントにはんだ付けされ得る。
【００１７】上述の種類のモジュールは、エンジンバル
ブのための電磁作動システムにおいて用いるのに特に適
しており、このエンジンバルブはすべて同じ構造の複数
のブランチを有し、よって複数の同一のパワー部品を有
するので、一緒に組立てなければならない異なる部品の
数を減じている。
ブのための電磁作動システムにおいて用いるのに特に適
しており、このエンジンバルブはすべて同じ構造の複数
のブランチを有し、よって複数の同一のパワー部品を有
するので、一緒に組立てなければならない異なる部品の
数を減じている。
【００１８】モジュールの大量生産では、まず、等電位
トラックおよび等電位トラックより断面の大きい導電性
トラックセグメントを担持する印刷回路カード１２を作
製し、それらを熱伝導性の接着剤によって金属基板１０
の一面に接合する。部品のタブまたはコンタクトに、お
よびブリッジの端部に接続および固定される場所は、た
とえば鉛−錫合金または不動態化された銅などのはんだ
またはろう付けぺーストでコーティングされる。
トラックおよび等電位トラックより断面の大きい導電性
トラックセグメントを担持する印刷回路カード１２を作
製し、それらを熱伝導性の接着剤によって金属基板１０
の一面に接合する。部品のタブまたはコンタクトに、お
よびブリッジの端部に接続および固定される場所は、た
とえば鉛−錫合金または不動態化された銅などのはんだ
またはろう付けぺーストでコーティングされる。
【００１９】これらの部品およびブリッジは、現在周知
の、かつ通常自動機械で実現される動作を用いて定位置
に配置され得る。部品は始め定位置に配置され、使用時
にろう付けぺーストで接着することよって保持される。
その後、ブリッジは、ブリッジの端部がろう付けぺース
トの堆積物と接触することによりセグメントと相互接続
するような場所に配置される。最後に、これらの部品お
よびブリッジは、リフローはんだ付けによって、たとえ
ば空気または窒素雰囲気を有する炉を通過することによ
り、完全に固定される。
の、かつ通常自動機械で実現される動作を用いて定位置
に配置され得る。部品は始め定位置に配置され、使用時
にろう付けぺーストで接着することよって保持される。
その後、ブリッジは、ブリッジの端部がろう付けぺース
トの堆積物と接触することによりセグメントと相互接続
するような場所に配置される。最後に、これらの部品お
よびブリッジは、リフローはんだ付けによって、たとえ
ば空気または窒素雰囲気を有する炉を通過することによ
り、完全に固定される。
【図１】 本発明のモジュールの断片の斜視図であっ
て、明瞭性を増すため縮尺を合わせていない図である。
て、明瞭性を増すため縮尺を合わせていない図である。
【図２】 基板の面に垂直な断面の詳細図である。
１０ 基板、１２ 印刷回路カード、１４ パワー部
品、１６ リンクトラック、１８ トラックセグメン
ト、２０ ブリッジ、２２ 接続タブ、２４ コネク
タ。
品、１６ リンクトラック、１８ トラックセグメン
ト、２０ ブリッジ、２２ 接続タブ、２４ コネク
タ。
Claims (4)
- 【請求項１】 金属基板（１０）と、 前記基板の面の１つに担持される印刷回路カード（１
２）と、 前記カード上に装着された少なくともいくつかがパワー
部品である部品とを含み、前記カードは部品同士間およ
び部品と外部電源との間に電気接続手段も担持し、 前記接続手段が、パワー部品にわたってブリッジの各々
を延ばすことができ、かつパワー電流を担持する接続ト
ラックの短いセグメント同士を互いに接続することがで
きるような形状の導電性ブリッジ（２０）を含むことを
特徴とする、パワー電子モジュール。 - 【請求項２】 前記ブリッジがステープルの形状であ
り、それらのほとんどまたはすべてが同じ大きさであ
り、かつそれらの各々がパワー部品をまたぐことができ
るような十分な長さおよび高さを有している、請求項１
に記載のモジュール。 - 【請求項３】 前記短いセグメントが、これもまたカー
ドに印刷されている制御等電位トラックより大きい断面
を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の
モジュール。 - 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載のモジ
ュールの製造方法であって、 等電位トラックと、金属基板（１０）の一面上の等電位
トラックより大きな断面の導電性トラックのセグメント
とを担持する印刷回路カードをしっかり固定するステッ
プと、 部品および導電性金属のブリッジに接続されようとする
トラックの場所にはんだまたはろう付け領域を配置する
ステップと、 部品が前記はんだによってしっかり固定され得るような
態様で前記部品を位置づけるステップと、 ブリッジの端部がはんだまたはろう付け領域にのって支
えられかつブリッジが前記セグメントを互いに相互接続
するような場所に、ブリッジを配置するステップと、 前記部品および前記ブリッジをリフローはんだ付けによ
って完全に固定するステップとを含む、方法。
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