JP2003031765A - パワーモジュールおよびインバータ - Google Patents

パワーモジュールおよびインバータ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】パワーモジュールの信頼性をより向上させる。 【解決手段】セラミック基板８の一方の面の電極８には
んだ付けされた能動素子１３,１４が樹脂２で封止され
たパワーモジュールにおいて、記セラミック基板８の他
方の面に導体膜１１を形成し、この導体膜１１の周縁部
にまで樹脂２をおよばせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂封止型パッケ
ージに係り、特に、樹脂封止された素子の温度上昇防止
に効果的なモジュール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車、工作機械、搬送装置、空調
設備、家電機器等、各種装置の駆動源に、通常、モータ
が用いられている。これらのモータは、直流および交流
の別を問わず、インバータによって制御されていること
が多い。このようなインバータの主回路には、ＩＧＢＴ
(Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュール、Ｍ
ＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタモジュ
ール等のパワーモジュールが用いられている。このよう
なパワーモジュールの飽和熱抵抗を低減する技術とし
て、特開平５−６７６９７号公報記載の技術が知られて
いる。この技術によれば、図２１に示すように、熱伝導
性に優れたＡｌＮ基板１１３とチップ１１２とをリード
フレーム１１１を介して密着させ、そのＡｌＮ基板１１
３の裏面(チップ等の搭載面と反対側の面)が露出するよ
うにチップ周辺を樹脂１１４でモールドする。このよう
な構造とすることによって、パワーモジュールの飽和熱
抵抗の低減が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、インバータ
の信頼性の観点からは、それに用いられるパワーモジュ
ールの熱抵抗を低減する他、さらに、封止樹脂による素
子保護の信頼性を向上させること等も望まれる。
【０００４】そこで、本発明は、パワーモジュールの信
頼性をさらに向上することを目的のひとつとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の一態様では、セラミック基板の一方の面の
電極にはんだ付けされた１以上の能動素子が樹脂で封止
されたパワーモジュールにおいて、セラミック基板の他
方の面に導体膜を形成し、この導体膜が形成された基板
面の周縁部が、能動素子の封止樹脂で覆われるようにし
た。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明に係る実施の形態について説明する。
【０００７】まず、図１および図２により、本実施の形
態に係るパワーモジュールの構成について説明する。な
お、ここでは、パワー素子としてＩＧＢＴおよびフリー
ホイールダイオードを用いることとする。
【０００８】本実施の形態に係るパワーモジュール１
は、図１(ｂ)に示すように、(１)熱伝導性に優れたＡｌ
Ｎ等のセラミック基板７、(２)セラミック基板７の一方
の面(表面と呼ぶ)に、チタン含有の銀ろうまたは酸素を
介した化学的結合によって接着された導体パターン８,
９,１０(コレクタ電極８、エミッタ電極９、ゲート電極
１０)、(３)セラミック基板７の他方の面(裏面と呼ぶ)
内の、周縁部を除く領域全体に、チタン含有の銀ろうま
たは酸素を介した化学的結合によって接着された導体膜
１１、(４)端子取付け穴３ａ,４ａ,５ａが形成された一
端部(接続端部と呼ぶ)がセラミック基板７の一辺側から
突出するように、他端部(固定端部と呼ぶ)が各電極パタ
ーン８,９,１０にはんだ付けされた外部端子３,４,５
(外部コレクタ端子３、外部エミッタ端子４、外部ゲー
ト端子５)、(５)コレクタ電極８にはんだ１２で接合さ
れたＩＧＢＴ１３およびフリーホイールダイオード１
４、(６)フリーホイールダイオード１４がＩＧＢＴ１３
に並列接続されるように(図２参照)、各パワー素子１
３,１４をエミッタ電極９またはゲート電極１０に電気
的に接続したボンディングワイヤ１６、(７)セラミック
基板７の表面側を外部環境から保護するための封止樹脂
２、を有している。さらに、トランスファー成形中に金
型にセラミック基板７を均一に押し付けるために利用し
た、外部端子３,４,５と反対向きの補助端子１５を備え
ることもある。
【０００９】さて、セラミック基板７の表面側を外部環
境から保護するための封止樹脂２は、図１(ｃ)に示すよ
うに、パワー素子１３,１４、ボンディングワイヤ１
６、各電極８,９,１０および外部端子３,４,５の固定端
部の周辺に充填されている。さらに、この封止樹脂２
は、セラミック基板７の裏面側にまわり込み、セラミッ
ク基板７の裏面側の導体膜１１の周縁部にまで及んでい
る。このように、セラミック基板７の裏面側の周縁部ま
で封止樹脂２の端部２ａで覆うことによって、セラミッ
ク基板７と封止樹脂２との接着力が強くなるため、封止
樹脂２による素子保護の信頼性を向上させることができ
る。また、脆性材料であるセラミック基板２の縁が封止
樹脂２によって機械的衝撃から保護されるため、パワー
素子１３,１４だけでなく、セラミック基板７の保護の
信頼性も向上する。
【００１０】ここで、セラミック基板７の裏面に密着し
た導体膜１１は、図１(ａ)に示すように、周縁部以外の
領域１１ａだけが封止樹脂２から外部に露出させてい
る。このようにしているのは、この露出領域１１ａを外
部冷却体とのはんだ付け面として利用可能とするためで
ある。また、このように利用される導体膜１１がセラミ
ック基板２の裏面に密着していることは、セラミック基
板２の表面側における異種材料の密着(電極８,９,１０
とセラミック基板２との密着、コレクタ電極８とパワー
素子１３,１４との密着等)による熱応力の発生防止につ
ながる。したがって、パワーモジュール１の変形が防止
される。
【００１１】このように、本実施の形態に係る構造によ
れば、パワー素子１３,１４からの熱がセラミック基板
７を介して効果的に放出することができる上に、封止樹
脂２による素子保護および基板保護の信頼性向上と、パ
ワーモジュール１の変形防止とを図ることができる。し
たがって、パワーモジュール１の信頼性が一層向上す
る。
【００１２】なお、ここでは、セラミックス基板の例と
してＡｌＮ基板を挙げたが、アルミナ、ＳｉＮ等を基板
材料とする他のセラミックス基板を用いてもよい。ま
た、以上においては、パワー素子としてＩＧＢＴおよび
フリーホイールダイオードを用いたが、それらに代え
て、ＭＯＳおよびパワートランジスタを用いてもよい。
【００１３】つぎに、図３により、図１のパワーモジュ
ールを製造する方法について説明する。ただし、ここで
用いるセラミック基板７には、予め、Ｎｉメッキされた
ＣｕまたはＡｌ等によって、コレクタ電極８、エミッタ
電極９、ゲート電極１０、導体膜１１等が形成されたＡ
ｌＮ−ＤＢＣ(direct bonded Copper)を用いることとす
る。
【００１４】まず、図３(ａ)に示すように、コレクタ電
極８にＩＧＢＴ１３およびフリーホイールダイオード１
４をはんだで接合する。さらに、コレクタ電極８、エミ
ッタ電極９およびゲート電極１０に、それぞれ、リード
フレーム１９に設けられた所定のリードをはんだで接合
する。ここで各電極８,９,１０にはんだ付けされたリー
ドは、上述の各外部端子３,４,５となるリードである。
なお、トランスファー成形加工中に用いる補助端子１５
をセラミック基板７に設ける場合には、補助端子となる
べきリードもリードフレーム１９に形成しておき、その
リードを、セラミック基板７の表面の所定の箇所(外部
端子３,４,５が形成された縁部に対向する縁部)に形成
された導体パターンにはんだ付けすればよい。
【００１５】その後、図３(ｂ)に示すように、ワイヤボ
ンディングにより、フリーホイールダイオード１４上の
電極パッドおよびＩＧＢＴ１３上の電極パッドと、エミ
ッタ電極９またはゲート電極１０とをＡｌワイヤ１６で
電気的に接続する。これにより、図２に示したような等
価回路が実現される。
【００１６】ワイヤボンディングが終了したら、図３
(ｃ)に示すように、金型のキャビティ２３にセラミック
基板７を収容する。このとき、上金型２０のパーティン
グ面と下金型２１のパーティング面とにリードフレーム
１９の各リードがしっかりと挟み込まれるため、セラミ
ック基板７が、金型のキャビティ２３内の適正な位置に
位置付けられる。金型のキャビティ２３内でセラミック
基板７が適正な位置に位置付けられると、セラミック基
板７の裏面の導体膜１１の、周縁部を除く領域(露出領
域１１ａとなるべき領域)が金型内壁に密着する。これ
により、導体膜１１の露出領域１１ａへの樹脂の周り込
みが防止される。
【００１７】このような状態となったら、ゲート２２か
ら樹脂を注入し、キャビティ２３内に樹脂を充填させ
る。ここで用いる樹脂は、熱硬化性であると、熱可塑性
であるとを問わない。そして、金型のキャビティ２３内
の樹脂を硬化させてから金型を開き、一方の型にだきつ
いた成形体を突き出す。これにより、図３(ｄ)に示すよ
うに、セラミック基板７の表面側が樹脂２で封止された
成形体が取り出される。その後、リードフレーム１９の
フレーム部を切断することによって、成形体から不要部
分を取り除く。これにより、図３(ｅ)に示すようなパワ
ーモジュール１が完成する。
【００１８】ここでは、パワーモジュール１を１つだけ
製造しているが、図４(ａ)に示すように、各外部電極
３,４,５および補助電極１５となるリードが複数組形成
されたリードフレーム１９を用いることによって、一回
のはんだ付け工程で、複数(ここでは一例として３個)の
パワー素子搭載済みセラミック基板７をリードフレーム
１９の各組のリードに一括してはんだ付けし、一回のト
ランスファー成形工程で、リードフレーム１９で連結さ
れた複数のセラミック基板７を一括して樹脂封止するよ
うにしてもよい。もちろん、これにより形成される複数
の封止樹脂２からは、それぞれ、図４(ｂ)に示すよう
に、それに内包されたセラミック基板７の裏面側の導体
膜１１の、周縁部を除く領域１１ａが露出する。
【００１９】ところで、以上説明したのは、本実施の形
態に係るパワーモジュール１の一構成例に過ぎない。実
用に際しては、各種の変更を加えることができる。以
下、そのような変更の具体例をいくつか挙げておく。な
お、ここで挙げる各変更例に係る構成は、説明の便宜
上、別々のパワーモジュール１に適用しているが、必要
に応じて適宜に組み合わせて１つのパワーモジュール１
に適用することもできる。
【００２０】(Ａ)変更例１ 図１に示した構成においては、セラミック基板７の表面
上の各電極８,９,１０に外部端子３,４,５をそれぞれは
んだ付けしているが、必ずしも、このようにする必要は
ない。例えば、図５(ａ)に示すように、セラミック基板
７の表面上の各電極８,９,１０の端部を延長し、セラミ
ック基板７から突き出した部分８ａ,９ａ,１０ａを外部
端子３,４,５として利用してもよい。このことは、補助
端子１５についても同様である。
【００２１】このように、セラミック基板７の表面上の
各電極と外部端子とを一体物とすることによって、図５
(ｂ)に示すように、セラミック基板７の表面上の各電極
と外部端子との間にはんだ接合部が存在しなくなる。し
たがって、セラミック基板７の表面上の各電極と外部端
子とを別体とした場合(図１参照)と比較して、はんだ接
合部の数を減らすことができる。このため、パワーモジ
ュール１の信頼性が向上する。また、はんだ付け工程を
減らすことができるため、製造工程の簡略化が図られ
る。
【００２２】(Ｂ)変更例２ 外部エミッタ端子４および外部ゲート端子５は、発熱体
であるパワー素子１３,１４と直接接触していないた
め、パワー素子１３,１４からの熱を外部に放出するた
めのセラミック基板７に接触している必要性は少ない。
したがって、外部エミッタ端子４および外部ゲート端子
５のうち、少なくとも一方を、セラミック基板７の表面
から離れた位置に配置しても、パワーモジュール１の飽
和熱抵抗はほとんど変化しない。具体例として、図６
(ｂ)に、セラミック基板７の表面から離れた位置に外部
エミッタ端子４および外部ゲート端子５を配置した構成
を示す。この場合、セラミック基板７の表面に接触して
いるのは外部コレクタ端子(またはコレクタ電極)だけで
ある。このような立体的な配置を採用すれば、図６(ａ)
に示すように、エミッタ電極およびゲート電極が不要と
なるため、すべての外部端子をセラミック基板上の電極
に接触させる場合(図１、図５等参照)よりも、セラミッ
ク基板７の表面の面積が小さくて足りる。このため、高
価なセラミック基板７のサイズを小さくすることがで
き、生産コストを抑制することができる。ただし、図６
(ｃ)に示すように、セラミック基板７のサイズが小さい
分、導体膜１１の露出領域１１ａも狭くなる。このよう
なことは、外部エミッタ端子４および外部ゲート端子５
の一方をセラミック基板７の表面から離れた位置に配置
した場合についても同様である。
【００２３】そして、セラミック基板７の表面から外部
エミッタ端子４を浮かせた場合には、図７(ａ)(ｂ)に示
すように、各パワーモジュール１３,１４の上面の電極
パッドまで外部エミッタ端子４を導き、それらを、ボン
ディングワイヤ１６に代えてはんだ５９で直接接合する
ようにしてもよい。これにより、各パワーモジュール１
３,１４と外部エミッタ端子４との間のボンディングワ
イヤが不要となるため、その分のインダクタンスを削減
することができる。同様に、セラミック基板７の表面か
ら外部ゲート端子５を浮かせている場合には、ＩＧＢＴ
１３の上面の電極パッドまで外部ゲート電極５を導き、
それらを、ボンディングワイヤ１６に代えてはんだで直
接接合するようにしてもよい。これにより、ＩＧＢＴ１
３と外部ゲート端子５との間のボンディングワイヤが不
要となるため、その分のインダクタンスを削減すること
ができる。
【００２４】(Ｃ)変更例３ 一般に、外部エミッタ端子４と外部ゲート端子５との間
には、急激に変化する大電流が流れる。このため、外部
ゲート端子５および外部エミッタ端子４の抵抗またはイ
ンダクタンスによって、ＩＧＢＴ１３のエミッタ−ゲー
ト間の電圧が変動する。このような現象を防止するに
は、図８(ａ)に示すように、外部コレクタ端子５の幅を
実用上問題の生じない程度に細くした上で、外部エミッ
タ端子４の根元付近(すなわち、できるだけＩＧＢ１３
に近い位置)から、本体部側より細い補助エミッタ電極
４'を分岐させればよい。または、外部エミッタ端子４
より細い端子をエミッタ電極９に別途はんだ付けするこ
とによって補助エミッタ端子を作成してもよい。
【００２５】このような補助エミッタ電極４'は、ＩＧ
ＢＴ１３のエミッタ−ゲート間の電圧をほぼ変動なく取
り出し、それを外部制御回路に供給することができる。
このため、ＩＧＢＴ１３のエミッタ−ゲート間に安定な
電圧を供給する制御を行うことができる。
【００２６】前述したように、この変更例に係る構成
は、上述または後述のいずれの変更例に係る構成と組み
合わせることができる。したがって、この変更例に係る
構成は、上述の変更例２に係る構成にも当然適用するこ
ともできる。例えば、図９(ａ)(ｂ)に示すように、外部
エミッタ端子４を各パワー素子１３,１４に直説はんだ
付けした構成に適用する場合には、補助エミッタ電極
４'を、外部エミッタ端子４の根元付近ではなく、ＩＧ
ＢＴ１３とのはんだ接合部５９付近から分岐させればよ
いすればよい。
【００２７】なお、図８および図９においては、補助エ
ミッタ電極４'および外部コレクタ電極５を、外部エミ
ッタ電極４よりも長くしているが、各電極４',４,５の
長さは、パワーモジュールの実相形態に応じて適宜に定
めばよい。
【００２８】(Ｄ)変更例４ ３つの外部端子が、外部コレクタ端子３、外部エミッタ
端子４、外部ゲート端子５の順番で一列に並んでいる場
合には、外部コレクタ端子３と外部エミッタ端子４との
間に、パワーモジュール１の最大電圧がかかる。このた
め、外部コレクタ端子３と外部エミッタ端子４との間に
は、空間放電等が生じない十分な間隔が設けられている
必要があり、このことが、パワーモジュール１の小型化
の妨げになっていた。３つの外部端子が、外部コレクタ
端子３、外部エミッタ端子４、外部ゲート端子５の順番
で一列に並んでいる場合に、外部コレクタ端子３と外部
エミッタ端子４との間の空間放電等を防止しつつ、パワ
ーモジュール１の小型化を図るには、図３４(ａ)(ｂ)
(ｃ)に示すように、外部コレクタ端子３と外部エミッタ
端子４との間を仕切る凸部３０を封止樹脂２と一体成形
することが有効である。この凸部３０が遮蔽板として機
能するからである。同様な凸部は、外部エミッタ端子４
と外部ゲート端子５との間に介在させておいてもよい。
しかし、外部エミッタ端子４と外部ゲート端子５との間
に印加される電圧(ＩＧＢＴ１３への入力信号)は、通
常、１５Ｖ以下であるため、外部エミッタ端子４と外部
ゲート端子５との間の間隔がパワーモジュール１の小型
化の妨げになるとは考えにくい。したがって、外部エミ
ッタ端子４と外部ゲート端子５との間に遮蔽板を介在さ
せる必要性は乏しい。
【００２９】また、３つの外部端子が、外部コレクタ端
子３、外部ゲート端子５、外部エミッタ端子４の順番で
一列に並んでいる場合には、外部コレクタ端子３と外部
ゲート端子５との間に、パワーモジュール１の最大電圧
がかかるため、外部コレクタ端子３と外部ゲート端子５
との間に介在する遮蔽板３０を封止樹脂２と一体成形す
ればよい。
【００３０】なお、３つの外部端子を、外部エミッタ端
子４、外部コレクタ端子３、外部ゲート端子５の順に並
べると、外部エミッタ端子４と外部コレクタ端子３との
間、外部コレクタ端子３と外部ゲート端子５との間に、
それぞれ、遮蔽板が必要となる。このため、３つの外部
端子は、外部コレクタ端子３、外部エミッタ端子４、外
部ゲート端子５の順、または、外部コレクタ端子３、外
部ゲート端子５、外部エミッタ端子４の順で並んでいる
ことが望ましい。
【００３１】(Ｅ)変更例５ 以上においては、いずれも、３つの外部端子３,４,５の
接続端部を、セラミック基板７の一辺側から突出させて
いるが、必ずしも、このようにする必要はない。３つの
外部端子３,４,５の接続端部の向きは、システム実装時
における接続構造に応じて適宜に定めばよい。したがっ
て、例えば、図２０(ａ)(ｂ)に示すように、外部コレク
タ端子３の接続端部とは逆向きに外部エミッタ端子４の
接続端部を突き出させてもよい。この場合、外部エミッ
タ端子４が補助端子１５としての役割も果たすため、補
助端子１５を別途設ける必要はない。
【００３２】(Ｆ)変更例６ インバータ等にパワーモジュールを実装する際等には、
複数のパワーモジュールが一組として使用される。この
ような使用形態に対応するため、図１０(ａ)に示すよう
に、一列に並べた複数のセラミック基板７を１つの封止
樹脂２で封止するようにしてもよい。このようにするに
は、図１０(ｃ)に示すように、外部端子３,４,５(ここ
では、さらに補助エミッタ端子４'も含めている)となる
リードを複数組有するリードフレーム１９に必要数のセ
ラミック基板７をはんだ付けし、それらのセラミック基
板７をインサート成形すればよい。この場合には、もち
ろん、図１０(ｂ)に示すように、複数のセラミック基板
７の裏面側の導体膜１１の、周縁部を除く領域１１ａが
封止樹脂２から露出することになる。
【００３３】このような構造とすることによって、本実
施の形態に係るパワーモジュール１の必要数(ここでは
一例として３個)分を一体のモジュールとして取り扱う
ことができる。ただし、図１０(ａ)に示したように、一
列に並べた複数のセラミック基板７を１つの封止樹脂２
で封止した場合、パワーモジュール単体よりも封止樹脂
の幅ｄが大きくなる。このため、熱応力が生じると、パ
ワーモジュール単体よりも大きな反りが封止樹脂に生じ
る。そこで、モジュール全体としての変形を抑制するた
め、図１１に示すように、個々のセラミック基板７を封
止する個別の封止樹脂２と、それらの間をつなぐ連結部
３１とを一体成形するようにしてもよい。なお、各封止
樹脂２の間をつなぐ連結部３１の形状と位置と個数と
は、適宜に定めれられていればよい。
【００３４】(Ｇ)変更例７ 以上述べたいずれの構成も、パワーモジュール１の片面
側に外部冷却体を装着させるものであったが、パワーモ
ジュール１の両面側に外部冷却体を装着させるようにす
ることもできる。ここでは、図２９に示す等価回路を実
現するパワーモジュールを例に挙げて説明する。
【００３５】図３０(ａ)(ｂ)に示すように、このパワー
モジュールは、対向する２枚のセラミック基板７,７'、
各セラミック基板７,７'の対向面(他方のセラミック基
板側の面)に形成された電極、各セラミック基板７,７'
の外側面(対向面の反対側の面)に形成された導体膜１
１,１１'、２枚のセラミック基板７,７'の対向面間に介
在するパワー素子１３,１４、２枚のセラミック基板７,
７'の対向面側を外部環境から保護するための封止樹脂
２、外部端子３,４,５(外部コレクタ端子３,外部エミッ
タ端子４、外部ゲート端子５)、を有している。
【００３６】ここで用いているパワー素子１３,１４,１
３Ａ,１４Ａは、図３１(ａ)(ｂ)に示すように、上面に
もはんだ付け用の電極パッド１３Ｇ,１３Ｋ,１４Ｋが形
成されている。具体的には、ＩＧＢＴ１３の上面および
フリーホイールダイオード１４の上面には、周縁のＦＬ
Ｒ(フィールド・リミテッド・リング)内側にエミッタ中間
電極１３Ｅ,１４Ｋが形成されている。このように、高
い電界集中のあるＦＬＲを避けてエミッタ中間電極を配
することによって、そのようなＦＬＲからエミッタ電極
を遠ざけることができる。このため、電界の乱れが防止
され、素子耐圧が保護される。そして、ＩＧＢＴ１３,
１３Ａの上面には、さらにゲート中間電極１３Ｇが形成
されており、エミッタ中間電極１３Ｅは、このゲート中
間電極１３Ｇの形成領域(中央ゲート電極上の領域)にか
ぶらない形状(ここではコ形状)に成形されている。な
お、エミッタ中間電極１３Ｅ,１４Ｋおよびゲート中間
電極１３Ｇは、Ｓｉと線膨張係数が近似している材料
(タングステンＷ、モリブデンＭｏ等)で形成され、か
つ、はんだ付け、低温加圧接合等でシリコンに接合され
ていることが望ましい。
【００３７】そして、対向する２枚のセラミック基板
７,７'のうち、一方のセラミック基板７'の対向面に
は、図３２(ａ)に示すように、コレクタ電極８Ａ、ゲー
ト電極１０Ａが形成されている。そして、ゲート電極１
０Ａには、外部ゲート電極５が接続されている。また、
コレクタ電極８Ａには、ＩＧＢＴ１３Ａおよびフリーホ
イールダイオード１４Ａが搭載され、かつ、出力端子
(Ｕ、Ｖ、Ｗ)および補助エミッタ電極４'が接続されて
いる。なお、このコレクタ電極８Ａは、他方のセラミッ
ク基板７に搭載されたＩＧＢＴ１３およびＦＷＤ１４の
エミッタ電極としても機能する。
【００３８】他方のセラミック基板７の対向面には、図
３２(ｂ)に示すように、コレクタ電極８、エミッタ電極
９、ゲート電極１０が形成されている。そして、ゲート
電極１０には、外部ゲート電極５Ａが接続されている。
また、コレクタ電極８には、ＩＧＢＴ１３およびフリー
ホイールダイオード１４が搭載され、かつ、外部コレク
タ端子３が接続されている。さらに、エミッタ電極９に
は、外部エミッタ電極４Ａおよび補助エミッタ電極４
Ａ'が接続されている。
【００３９】これらのセラミック基板７,７'の対向面同
士を対向させると、図３２(ｂ)から判るように、一方の
セラミック基板７'のパワー素子１３Ａ,１４Ａの上面
が、他方のセラミック基板７のエミッタ電極９と対向
し、他方のセラミック基板７のパワー素子１３,１４の
上面が、一方のセラミック基板７'のコレクタ電極８Ａ
と対向する。そこで、これら対向し合ったもの同士を、
図３０(ｂ)に示すように、はんだ５９で接合することに
よって、図２９に示した等価回路を実現している。この
ような接合構造を採用することにより、一方のセラミッ
ク基板７'に搭載されたパワー素子１３Ａ,１４Ａは、自
身が搭載されたセラミック基板７'の導体膜１１の露出
領域１１ａからだけでなく、はんだ５９を介して、他の
セラミック基板７の導体膜１１の露出領域１１ａからも
放熱する。他方のセラミック基板７に搭載されたパワー
素子１３,１４も、同様に、自身が搭載されたセラミッ
ク基板７の導体膜１１の露出領域１１ａからだけでな
く、はんだ５９を介して、他のセラミック基板７の導体
膜１１の露出領域１１ａからも放熱する。このため、図
３３に示すように、パワーモジュールの両側に外部冷却
体２３を装着することによって、パワー素子からの熱を
効率的に外部に放出することができる。これにより、電
気的抵抗および熱抵抗が低減される。
【００４０】なお、このような構造を採用する場合に
は、狭い領域でも充填されやすい熱硬化性樹脂で封止樹
脂を形成することが望ましい。２枚のセラミック絶縁基
板７,７'の対向面の間隔が１.５ｍｍ程度となるからで
ある。
【００４１】つぎに、本実施の形態に係るパワーモジュ
ール１に適した外部冷却体２３の構造について説明す
る。
【００４２】図１２に示すように、外部冷却体２３に
は、一方の側にストレート型のフィン部２３Ｂが設けら
れ、その反対側にパワーモジュール装着部２３Ａが設け
られている。この外部冷却媒体２３は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａ
ｌ−ＳｉＣ複合材料、Ｃｕ−ＣｕＯ複合材料等の、熱伝
導性に優れ、かつ、冷媒との接触によって腐食しない材
料によって形成されている必要があるが、必ずしも、単
一の材料で形成されている必要はない。例えば、フィン
部２３Ｂが筐体等に取り付けられる場合には、パワーモ
ジュール装着部２３Ａとフィン部２３Ｂとを異種材料で
形成することが望ましい。具体的には、パワーモジュー
ル装着部２３Ａを、セラミック基板と熱膨張係数が近似
するＡｌ−ＳｉＣ複合材料で形成し、固定部であるフィ
ン部２３Ｂを、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料よりも塑性変形し
やすいＡｌで形成することが望ましい。このような構造
とすれば、筐体等とパワーモジュール装着部２３Ａとの
間に生じる応力がＡｌによって緩和されるからである。
【００４３】さて、この外部冷却体２３のパワーモジュ
ール装着部２３Ａには、図１２に示すように、パワーモ
ジュール１の導体膜１１の露出領域１１ａに対向する面
(はんだ付け面)を有する凸部２３ａが、３つ以上、一列
に並ばないように形成されている。この凸部２３ａは、
パワーモジュール１の導体膜１１の露出面１１ａとこれ
を囲む樹脂端部２ａとによって形成された凹部(図１
(ｃ)参照)に、僅かな余裕(余剰はんだの逃げ路になる程
度の隙間)をもってはまり込むようになっている。この
ため、これら凸部２３ａと凹部とのはめ合いによって、
簡単に、パワーモジュール１を、外部冷却体２３に対し
て精度良く位置決めすることができる。なお、外部冷却
体２３に対してパワーモジュール１を精度良く位置決め
できるということは、同じ外部冷却体２３に取り付けら
れた他のパワーモジュールとの外部端子接続に有利とな
る(後述)。
【００４４】外部冷却体２３のパワーモジュール装着部
２３Ａに形成された凸部２３ａのはんだ付け面は、平坦
であってもよいし、図１３に示すように、適当な高さの
突起２３ａ'が１以上形成されていてもよい。ただし、
１以上の突起２３ａ'が形成されていると、パワーモジ
ュール１の導体膜１１の露出領域１１ａとパワーモジュ
ール装着部２３Ａの凸部２３ａのはんだ付け面とが、常
に、突起２３ａの高さに応じた適当な厚さのはんだ層２
５で接合されるため、パワーモジュール１と外部冷却体
２３との接合信頼性向上の観点からは有利である。な
お、パワーモジュール装着部２３Ａの凸部２３ａの上面
に形成する突起２３ａ'の縦横幅(凸部２３ａの接合面と
平行な面で切ったときの断面の幅)は、パワーモジュー
ル装着部２３Ａの凸部２３ａの上面の面積等に応じて定
めればよい。
【００４５】そして、パワーモジュール１と外部冷却体
２３との接合信頼性をさらに向上させる必要がある場合
には、図１４に示すように、パワーモジュール１の封止
樹脂２と外部冷却体２３との隙間にエポキシ樹脂等の接
着剤６４を外部から注入すればよい。このようにするこ
とで、パワーモジュール１の導体膜１１の露出領域１１
ａと外部冷却体２３の凸部２３ａの上面との間のはんだ
層２５にかかる応力が緩和するため、パワーモジュール
１と外部冷却体２３との接合信頼性をさらに向上させる
ことができる。シリコンとの熱膨張係数の差が約３×１
０-6〜１８×１０-6(１／℃)のセラミック基板(Ａｌ
Ｎ、アルミナ、ＳｉＮ)を用いたパワーモジュールを、
図１４に示した接続構造で外部冷却体に接合した場合、
２桁以上の接続寿命が得られることが実験により確認さ
れている。
【００４６】または、パワーモジュール１の封止樹脂２
に１以上のハブ付き取付け部を一体成形し、このハブ付
き取付け部を外部冷却体２３にネジ止めするようにして
もよい。もちろん、この場合には、ハブ付き取付け部の
ハブに対応する位置にネジ穴が外部冷却体２３に形成さ
れている必要がある。ここで、封止樹脂２におけるハブ
付き取付け部の位置は限定しないが、ハブ付き取付け部
を複数設ける場合には、ネジ締結時に封止樹脂２に均等
に力がかかる位置関係にハブ付き取付け部を配すること
が望ましい。例えば、パワーモジュール１の封止樹脂２
の外形をほぼ四角形とする場合には、図１５に示すよう
に、パワーモジュール１の封止樹脂２の各コーナにそれ
ぞれハブ付き取付け部２７を一体成形することが望まし
い。また、このようなほぼ四角形の封止樹脂２を複数連
結する場合には、図１６に示すように、隣り合う封止樹
脂２間で、コーナ部のハブ付き取付け部１７を連結部と
して共有させることもできる。そして、図１５、図１６
のいずれに示したパワーモジュール１が取り付けられる
外部冷却体２３にも、図１７に示すように、各ハブ付き
取付け部２７のハブの穴２７ａに対応付けて、固定ネジ
２８が締結されるネジ穴２９が切られている必要があ
る。
【００４７】なお、ここで述べたようにパワーモジュー
ル１の封止樹脂２を外部冷却体２３にネジ止めする場合
には、このネジによってパワーモジュール１が外部冷却
体２３にしっかりと固定されるため、必ずしも、パワー
モジュール１の導体膜１１と外部冷却体２３の凸部２３
ａとをはんだ付けする必要はない。したがって、はんだ
２５に代えて、高熱伝導グリース、高熱伝導シート等
を、パワーモジュール１の導体膜１１と外部冷却体２３
の凸部２３ａとの間に介在させることによって、パワー
素子と外部冷却体２３との間の低熱抵抗化を図るように
してもよい。
【００４８】以上においては、本実施の形態に係るパワ
ーモジュール１の外部冷却体として、ストレート型のフ
ィン部２３Ｂを有する外部冷却体２３を例に挙げたが、
本実施の形態に係るパワーモジュール１は、ストレート
型以外の形状のフィン部を有する外部冷却体への装着、
ヒートパイプが内蔵された外部冷却体への装着も可能で
ある。例えば、冷却媒体を通過させる流路が内部に形成
されたフィン部２３Ｂを有する外部冷却体に装着する場
合には、図２５(ｂ)に示すように、冷却媒体を通過させ
る流路３７が内部に形成されたフィン部２３Ｂを挟んで
両側にパワーモジュール装着部２３Ａを設けてもよい。
このような冷却体によれば、片側にだけパワーモジュー
ル装着部を複数有する冷却体と同じだけのパワーモジュ
ールを、より小さなサイズで装着可能とすることができ
る。このため、システムを小形化できる。同様に、ヒー
トパイプが内蔵された外部冷却体に装着する場合にも、
図２５(ａ)に示すように、ヒートパイプ６５が内蔵され
た外部冷却体２３の両側にパワーモジュール装着部２３
Ａを形成することができる。
【００４９】つぎに、以上説明したパワーモジュール１
が実装されたシステムについて説明する。ここでは、図
１８に示す等価回路を実現するインバータモジュールを
有する３相インバータを例として挙げる。
【００５０】本実施の形態に係るインバータは、図１９
(ｂ)に示すように、インバータモジュール、インバータ
モジュールに取り付けられたケース６０、ケース６０の
上面に取り付けられたプリント配線板５４、プリント配
線板５４に搭載された制御用マイコンその他の表面実装
部品５７,５８、を有している。
【００５１】インバータモジュールは、図１９(ａ)に示
すように、外部冷却体２３、制御用マイコンに外部ゲー
ト電極５が接続された６個のパワーモジュール１、モー
タ等の負荷が接続される３つの出力端子Ｕ,Ｖ,Ｗ、電源
に接続される２つの電源端子Ｐ,Ｎを有している。外部
冷却体２３は、ケース６０内側において３つずつ２列に
並んだ６個のパワーモジュール装着部２３Ａ、パワーモ
ジュール装着部２３Ａの列に沿った流体路２３ｂで供給
口６２から排出口６３へ冷媒を導く２列のフィン部２３
Ｂを有している。６個のパワーモジュール１は、２列の
パワーモジュール装着部２３Ａのうちのいずれかパワー
モジュール装着部２３Ａの凸部２３ａにはんだ付けされ
ている。このため、６個のパワーモジュール１は、３個
ずつ、２列に配列されている。このような状態におい
て、一方の列のパワーモジュール１の外部エミッタ４の
接続端部と、他方の列のパワーモジュール１の外部コレ
クタ３の接続端部とが、所定の間隔をおいて向き合って
いる。すなわち、共通の出力端子Ｕ,Ｖ,Ｗに接続される
べき外部端子の接続端部同士が、所定の間隔をおいて向
き合っている。また、一方の列の全パワーモジュール１
の外部コレクタ３の接続端部が一列に並び、他方の列の
全パワーモジュール１の外部エミッタ４の接続端部が一
列に並んでいる。すなわち、共通の電源端子Ｐ,Ｎに接
続されるべき外部端子の接続端部が一列に並んでいる。
このため、配線インダクタンスの小さい簡単な結線構造
で、図１８の等価回路を実現することができる。なお、
ここでは、単体のパワーモジュールを複数用いてインバ
ータモジュールを構成しているが、各列を構成する複数
のパワーモジュールに代わりに、一列分のパワーモジュ
ールを一体化したモジュール(図１０等参照)を用いても
よい。
【００５２】このようなことは、変更例４に係る構造の
パワーモジュールを用いた場合についても同様に言える
ことである。例えば、図２１に示すように、一方の列
(上アーム)に、外部エミッタ端子４の接続端部だけが外
部コレクタ端子３と逆向きのパワーモジュールを３つ用
いた場合には、他方の列(下アーム)に、外部エミッタ端
子４の接続端部および外部ゲート端子５の接続端部(こ
こではさらに補助エミッタ端子４'の接続端部も)が外部
コレクタ端子３と逆方向のパワーモジュールを３つ用い
れば、共通の出力端子Ｕ,Ｖ,Ｗに接続されるべき外部端
子の接続端部同士を、上アームと下アームとの間で重ね
合わせることができる。また、共通の電源端子Ｐ,Ｎに
接続されるべき外部端子の接続端部を、上下両サイドに
一列に並べることができる。したがって、この場合にも
同様に、簡単な結線構造で、図１８の等価回路を実現す
ることができる。なお、この場合には、インバータ小型
化の観点から、上下アームの両端を揃えたときに上アー
ムのパワーモジュールの外部エミッタ端子４と下アーム
のパワーモジュールの外部コレクタ端子３とが重なり合
うようにすることが望ましい。
【００５３】このような構造のインバータは、隙間等、
奥行きは深いが間隔の狭い空間への設置に適している
が、奥行きの浅い空間等への設置には不向きである。し
たがって、奥行きの浅い空間等への設置の要請がある場
合等には、インバータモジュールを、図２２に示すよう
な構造にすることが望ましい。
【００５４】このインバータモジュールは、図２２(ａ)
に示すように、一方の側から外部端子２,３,４が外部に
突き出すように複数のパワーモジュール１を挟み込んだ
１対の外部冷却体２３を有している。この１対の外部冷
却体２３は、複数のパワーモジュール１を挟み込んだ状
態でネジ４０または溶接で固定されているが、それぞれ
の外部冷却体２３の対向面には、図２３に示すように、
複数のパワーモジュール１の封止樹脂２が一列に並んで
収容される、断面Ｌ字形の凹部１８が形成されている。
この凹部１８の底面には、図２２(ｂ)に示すように、パ
ワーモジュール１の導体膜１１の露出面１１ａとこれを
囲む樹脂端部２ａとによって形成された凹部にはまり込
む複数の凸部２３Ａが一列に形成されており、これらの
凸部の上面に、それぞれ、パワーモジュール１が、外部
端子３,４,５を所定の方向に向けてはんだ付けされてい
る。このような一対の外部冷却体２３の対向面同士を重
ね合わせたことによって、図２２(ａ)に示すように、一
方の外部冷却体２３側のパワーモジュール１の外部エミ
ッタ端子４と、他方の外部冷却体２３側のパワーモジュ
ール１の外部コレクタ端子３とが向い合っている。すな
わち、共通の出力端子Ｕ,Ｖ,Ｗに接続されるベき外部端
子３,４同士が対向している。このため、共通の出力端
子Ｕ,Ｖ,Ｗに接続されるベき外部端子３,４間にその出
力端子を挟み込み、それらを１組のボルトとナット３２
とで固定するだけでよい。
【００５５】ただし、このような構造としたことによっ
て、図２２(ａ)に示すように、互いに逆極性の電源Ｐ,
Ｎに接続される外部端子も向い合ってしまう場合には、
それらの外部端子間に遮蔽シートを介在させておく必要
がある。
【００５６】なお、ここで用いた１対の外部冷却体２３
は、互いにネジ４０または溶接で固定されているが、必
ずしも、このようする必要はない。例えば、個々の外部
冷却体２３を取付け筐体３４にネジ３６で固定する、個
々の外部冷却体２３を冷却媒体供給装置に固定する等に
よって、１対の外部冷却体２３の重なり合った状態が維
持されるようにしてもよい。
【００５７】また、ここで用いる外部冷却体２３のフィ
ン部の形状に制限はないが、図２２(ｂ)に示したよう
に、一方から他方へ冷却媒体を導く流路３７を内部に有
するフィン部２３Ａを使用する場合には、フィン部２３
Ａを直接取り付け筐体３４にネジ３６で固定し、図２４
に示したように、ストレート型のフィン部２３Ａを用い
る場合には、外部端子３,４,５側への冷却媒体漏洩を防
ぐＯリング３５を介して、フィン部２３Ａを取り付け筐
体３４にネジ３６で固定する、というように、フィン部
２３３Ｂの形状に応じて、取付け筐体３４への取付け方
法を変えることが望ましい。
【００５８】ところで、３相インバータのＩＧＢＴのコ
レクタ−エミッタ間には、断続的な電流による跳上り電
圧(−Ｌｄｉ／ｄｔ)が直流電圧に重畳する。これを除去
するため、図２６に示すように、直流リアクトル、平滑
コンデンサ４１がインバータモジュールに付加されるこ
とが多い。本実施の形態に係るパワーモジュール１が搭
載されたインバータモジュールにも、もちろん、そのよ
うな平滑コンデンサ等を接続可能である。一例として、
図２５(ｂ)に示した外部冷却体２３の両側に、変更例６
に係る３連パワーモジュール１(図１０参照)が取り付け
られたインバータモジュールにコンデンサを接続した場
合のインバータ構成例を図２７および図２８に示す。
【００５９】図２７(ａ)(ｂ)に示すように、このインバ
ータは、インバータモジュール、平滑コンデンサ４１、
インバータモジュールおよび平滑コンデンサ４１が固定
されたケース５５、プリント配線板５４、インバータモ
ジュールに力が加わらないようにプリント基板５４とケ
ース５５の底面との間隔を維持する補強棒５６、プリン
ト配線板５４に搭載された制御用マイコンその他の表面
実装部品５７,５８、を有している。また、これらに加
えて、出力端子に取り付けられた電流センサをさらに有
していることもある。
【００６０】ここで用いるインバータモジュールにおい
ては、図２８(ｂ)に示すように、上アーム(図中左側の
３連パワーモジュール１)のエミッタ端子４と下アーム
(図中右側の３連パワーモジュール)のコレクタ端子３と
がそれぞれ短絡棒４９で短絡されている。そして、各短
絡棒４９の一端部に、それぞれ、出力配線Ｕ,Ｖ,Ｗ(こ
こでは、出力端子Ｗのみ図示)が接続されている。ま
た、各パワーモジュール１の補助エミッタ端子４'およ
び外部ゲート端子５は、一方の電源端子Ｐにあけられた
貫通穴５２を通過し、プリント基板５４のスルーホール
にはんだ付け、または、プリント基板５４に設けられた
コネクタへ挿入されている。
【００６１】また、ここで用いるインバータモジュール
の２つの電源端子Ｐ,Ｎは、板状であり、絶縁板４８を
挟んで絶縁状態を維持しながら密着している。このよう
な配置することによって、流入電流と流出電流とがほぼ
逆向きとなるため、相互インダクタンスの効果によって
配線インダクタンスを低減することができる。このた
め、保償回路(スナバ回路)を省略することも可能であ
る。
【００６２】そして、図２８(ａ)(ｂ)に示すように、２
枚の電源端子のうち、一方の電源端子Ｐは、平滑コンデ
ンサ４１の一方の端子４３に直接ネジ４４で固定され、
他方の電源端子Ｎは、コンデンサ４１の他方の端子４６
に直接ネジ４７で固定されている。このような接続構造
とすることによって、平滑コンデンサと各ＩＧＢＴとの
間の配線の長さを短縮化し、その断面積を大きくするこ
とができる。これにより、配線インダクタンスおよび直
流抵抗が抑制される。
【００６３】このように、配線構造の改善を図ることが
できる。
【００６４】なお、以上においては、説明の便宜上、イ
ンバータには、上述したパワーモジュールのいずれか１
種類を用いているが、上述したパワーモジュールの他の
種類を用いてもよい。例えば、図２７および図２８に示
したインバータには、変更例６に係る３連パワーモジュ
ールを使用しているが、上述した他種パワーモジュール
を使用してもよい。
【００６５】
【発明の効果】本発明によれば、パワーモジュールの信
頼性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るパワーモ
ジュールを、互いに異なる方向から見た場合の斜視図で
あり、(ｂ)および(Ｃ)は、そのＡ−Ａ断面図およびＢ−
Ｂ断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係るパワーモジュール
の等価回路図である。
【図３】図１のパワーモジュールの製造方法を説明する
ための図である。
【図４】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係る３連パワ
ーモジュールの、リードフレーム切離し前の正面図であ
り、(ｂ)は、その背面図である。
【図５】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るパワーモ
ジュールを、セラミック基板の表面を含む面で切った場
合の断面図であり、(ｂ)は、そのＡ−Ａ断面図である。
【図６】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るパワーモ
ジュールを、セラミック基板の表面を含む面で切った場
合の断面図であり、(ｂ)は、そのＡ−Ａ断面図およびそ
の背面図である。
【図７】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るパワーモ
ジュールを、セラミック基板の表面を含む面で切った場
合の断面図であり、(ｂ)は、そのＡ−Ａ断面図である。
【図８】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係る３連パワ
ーモジュールの、リードフレーム切離し前の正面図であ
り、(ｂ)および(ｃ)は、そのＢ−Ｂ断面図およびＡ−Ａ
断面図である。
【図９】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るパワーモ
ジュールの正面図であり、(ｂ)は、そのＡ−Ａ断面図で
ある。
【図１０】(ａ)および(ｂ)は、本発明の実施の一形態に
係る３連パワーモジュールの正面図および背面図であ
り、(ｃ)は、その、リードフレーム切離し前の状態を説
明するため切欠き図である。
【図１１】本発明の実施の一形態に係る３連パワーモジ
ュールの正面図である。
【図１２】本発明の実施の一形態に係るパワーモジュー
ルに取り付けられる外部冷却体の構造を説明するための
図である。
【図１３】本発明の実施の一形態に係るパワーモジュー
ルと外部冷却体との接合部の部分断面図である。
【図１４】本発明の実施の一形態に係るパワーモジュー
ルと外部冷却体との接合部の部分断面図である。
【図１５】本発明の実施の一形態に係るパワーモジュー
ルの正面図である。
【図１６】図１５のパワーモジュールと外部冷却体との
接合部の部分断面図である。
【図１７】本発明の実施の一形態に係る３連パワーモジ
ュールの正面図である。
【図１８】インバータモジュールの等価回路図である。
【図１９】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るインバ
ータの断面図であり、(ｂ)は、その、カバー内部の配置
を説明するめのＡ−Ａ断面図である。
【図２０】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るパワー
モジュールの正面図であり、(ｂ)は、そのパワーモジュ
ールを、セラミック基板の表面を含む面で切った場合の
断面図である。
【図２１】本発明の実施の一形態に係るインバータモジ
ュールにおける、パワーモジュールの外部端子の接続構
造を説明するための図である。
【図２２】本発明の実施の一形態に係るインバータの正
面図であり、(ｂ)は、そのＢ−Ｂ断面図である。
【図２３】図２２(ａ)のインバータのＡ−Ａ正面図であ
る。
【図２４】本発明の実施の一形態に係るインバータモジ
ュールの断面図である。
【図２５】本実施の形態の一形態に係るパワーモジュー
ルが取り付けられた状態の２種類の冷却体の断面図であ
る。
【図２６】コンデンサ付きのインバータモジュールの等
価回路図である。
【図２７】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るインバ
ータの正面図(一部切欠き)であり、(ｂ)は、そのＣ−Ｃ
断面図である。
【図２８】(ａ)および(ｂ)は、図２７(ａ)のインバータ
のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。
【図２９】インバータモジュールの等価回路図である。
【図３０】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係る、図２
９の等価回路を実現するためのパワーモジュールの正面
図であり、(ｂ)は、そのＡ−Ａ断面図である。
【図３１】図３０のパワーモジュールに用いられるパワ
ー素子の斜視図である。
【図３２】図３０のパワーモジュールの内部構造を説明
するための図である。
【図３３】両側に外部冷却体が取り付けられた、図３０
のパワーモジュールの斜視図である。
【図３４】(ａ)は、本発明の実施の一形態に係るパワー
モジュールであり、(ｂ)および(ｃ)は、その側面図であ
る。
【図３５】従来のパワーモジュールの断面図である。
【符号の説明】
１…パワーモジュール、２…封止樹脂、２ａ…封止樹脂
の端部、３…コレクタ端子、４…エミッタ端子、４'…
…補助エミッタ端子、５…ゲート端子、７…セラミック
基板、８…コレクタ電極、９…エミッタ電極、１０…ゲ
ート電極、１１…導電膜、１１ａ…導体膜の露出部、１
３,１４…パワー素子、２３……冷却体、２６…はんだ
層の厚さ調整用突起、２７…取付け部、３０…遮蔽板、
３１…連結部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神村 典孝 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 中村 卓義 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 本部 光幸 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミック基板の一方の面に接触した導体
    にはんだ付けされた能動素子が樹脂で封止されたパワー
    モジュールであって、 前記セラミック基板の他方の面に形成された導体膜を有
    し、 前記樹脂は、 前記セラミック基板の、前記導体膜が形成された面の周
    縁部を覆う、 ことを特徴とするパワーモジュール。
  2. 【請求項２】セラミック基板の一方の面に接触した導体
    にはんだ付けされた能動素子が樹脂で封止されたパワー
    モジュールであって、 前記能動素子を挟んで前記セラミック基板の反対側に配
    置され、前記能動素子側の面に、当該能動素子にはんだ
    付けされた導体が接触したセラミック基板と、 前記各セラミック基板の、前記能動素子と反対側の面に
    それぞれ形成された導体膜とを有し、 前記樹脂は、 前記各セラミック基板の、前記導体膜が形成された面の
    周縁部をそれぞれ覆う、 ことを特徴とするパワーモジュール。
  3. 【請求項３】請求項１記載のパワーモジュールであっ
    て、 一端側が前記樹脂から突き出した端子を備え、 当該端子の他端側は、前記能動素子の、前記セラミック
    基板の反対側の面とはんだ付けまたはワイヤボンディン
    グされることを特徴とするパワーモジュール。
  4. 【請求項４】請求項１、２および３のうちのいずれか１
    項に記載のパワーモジュールであって、 前記樹脂に一体成形された、外部の部材に固定するため
    の取付け部を有することを特徴とするパワーモジュー
    ル。
  5. 【請求項５】請求項１、２および４のうちのいずれか１
    項に記載のパワーモジュールであって、 一端側が前記樹脂から突き出し、他端側が前記能動素子
    に接続された第一端子と、 前記第一端子の前記一端側より細い、前記第一端子の前
    記他端側につながる第二端子と、 を備えることを特徴とするパワーモジュール。
  6. 【請求項６】請求項１、２および４のうちのいずれか１
    項に記載のパワーモジュールであって、 一端側が前記樹脂から突き出し、他端側が前記能動素子
    に接続された２本の端子を備え、 前記樹脂には、前記２本の端子の間を仕切る凸部が一体
    成形されていることを特徴とするパワーモジュール。
  7. 【請求項７】請求項１記載のパワーモジュールであっ
    て、 前記セラミック基板および当該セラミック基板の電極に
    はんだ付けされた前記能動素子を、複数組有し、 前記樹脂は、 前記各組ごとに設けられ、当該組の能動素子を封止し
    て、当該組のセラミック基板の、前記能動素子とは反対
    側の面の周縁部を覆う封止部と、 前記各組ごとの封止部のうち、隣り合う封止部を連結す
    る連結部と、 を有することを特徴とするパワーモジュール。
  8. 【請求項８】請求項１、２、３、４、５、６および７の
    うちのいずれか１項に記載のパワーモジュールと、 前記パワーモジュールの、前記樹脂から露出した前記導
    電膜に、熱伝導性を有する接合材で接合された凸部を有
    する冷却体と、 を有することを特徴とするインバータ。
  9. 【請求項９】請求項８記載のインバータであって、 前記冷却体は、 前記凸部を含むパワーモジュール装着部と、 当該冷却体を固定するための、前記パワーモジュール装
    着部に接触した固定部と、を有し、 前記パワーモジュール装着部は、前記セラミック基板の
    熱膨張率に応じた材料で形成され、前記固定部は、前記
    パワーモジュール装着部と異なる材料で形成されること
    を特徴とするインバータ。
  10. 【請求項１０】請求項８または９記載のインバータであ
    って、 前記冷却体の凸部には、前記セラミック基板の導電膜に
    接触する突起が３つ以上形成されていることを特徴とす
    るインバータ。
  11. 【請求項１１】請求項８、９および１０のうちのいずれ
    か一項に記載のインバータであって、 前記パワーモジュールを複数有し、 前記複数のパワージュールは、互いに接続される端子同
    士が向い合うように配列される、 ことを特徴としたインバータ。
  12. 【請求項１２】請求項８、９、１０および１１のうちの
    いずれか一項に記載のインバータであって、 前記パワーモジュールを複数有し、 前記冷却体は、複数の面に、それぞれ、前記パワーモジ
    ュールのいずれかが接続された前記凸部を有することを
    特徴とするインバータ。
  13. 【請求項１３】前記パワーモジュールを複数有する、請
    求項８、９、１０および１１のうちのいずれか一項に記
    載のインバータであって、 前記複数のパワーモジュールに電源を供給するための２
    枚の板状端子と、 前記２つの板状端子に接続されたコンデンサと、 前記２つの板状端子の間に、当該２つの板状端子間を絶
    縁するための層と、 を有することを特徴とするインバータ。
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