JP2003501811A - サンドイッチ構造を有するインテリジェント・パワー・モジュール - Google Patents

サンドイッチ構造を有するインテリジェント・パワー・モジュール

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ビンケンス，ベルント
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ティーワイシーオー エレクトロニクス ロジスティック エイジー
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Abstract

(57)【要約】 パワー基板はベース・プレートとしてハウジング（１）に挿入されており、そして、ハウジング（１）と共に標準化されたパワー部を形成し、該パワー部の上部（１１）に突き出ている端子ピン（５）があり、端子ピン（５）は貫通フローソルダリングにより、ボード（４）の孔を介してはんだ付けられている。回路ボード（４）のストリップ部分（６）は、制御及びパワー端子としての導体パッド（７）を有し、導体パッド（７）によりモジュールはシステム回路ボード（８）のスロット状の開口部に直接にはんだ付けられることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、制御及びパワー端子を有するインテリジェント・パワー・モジュー
ルに関し、特に、その制御及びパワー端子において、少なくとも１つのパワー半
導体部品を有する基板に平行する第二の平面に１つのボードが配置されるように
なっているインテリジェント・パワー・モジュールに関する。
【０００２】 現在、ＩＰＭ（インテリジェント・パワー・モジュール）構造、つまり、パワ
ー半導体部品を有し、かつ、ロジック或は制御素子が組み込まれているモジュー
ルは、例えば、溶接装置や電源と接続するために、或は、駆動工学上に、使用さ
れている。特に、非同期モータ分野において、周波数変換器は速度制御のために
、増加していく方式で利用され、特に、モジュールのパワー部分はＩＧＢＴ（絶
縁ゲート双極トランジスタ）パワー半導体を利用している。
【０００３】 要求されたパワー部品用のキャリアとしてのパワー基板を選択する際に、通常
要求された冷却板に対して、一方高い電気絶縁性、他方良好な熱伝導性が確保さ
れることについて注意を払う必要がある。一般に知られているプラスチック材料
の回路基板を用いては、後者（良好な熱伝導性）が得られないので、応用用途に
要求された特性に依存するパワー部品は、例えば、ＤＣＢ（直接銅ボンディング
）アルミニウム酸化物、ＩＭＳ（アルミニウムポリイミド銅）、或は亜硝酸アル
ミニウムのような比較的に複雑な基板に構築されている。他方、ロジック素子は
従来のエポキシ回路基板を基礎として容易に製造される。
【０００４】 従来のモジュール技術においては、一方ロジック素子とパワー部品との接続、
他方モジュールとシステム回路基板との接続が問題になる。一般的に、はんだ接
点、端子、コネクタ、或は圧力接点を利用するこれらの接続は、品質面に弱点が
あるので、コストが高くなる原因にもなる。もし、スペース的なことを顧慮する
と、従来技術におけるこういった問題はさらに深刻になり、サンドイッチ構造を
有するモジュールの需要が生じ、例えば、１つの例として欧州特許０４６３５８
９の図１から知られているように、パワー基板はピンを介して、パワー基板の上
に配置されている制御回路基板或は駆動回路基板に接続される。特に、この既知
のモジュールにおいて、パワー半導体を有するベース基板がモジュールハウジン
グのフレームに挿入されており、接続ラインはモジュールにはんだづけられてお
り、キャスティング化合物は導入され、そのキャスティング化合物によって制御
基板がモジュールハウジングに挿入され、接続ラインにはんだづけられるように
なっている。特別な応用によっては、基板に単独にはんだづけられたモジュール
ハウジングから、種々な端子ピンが突き出されている。
【０００５】 複雑な接続技術という難点のほかに、既知のサンドイッチ構造を有するモジュ
ールのもう１つのメインな欠点とは、こういったサンドイッチタイプのモジュー
ルは高い開発あるいは改造費用で注文で製造されたモジュールだけに適応する。
例えば、制御あるいは駆動回路における所望の変化によっては、接続ラインある
いは端子ピンについて、異なった配置あるいはデザインをする必要が生じ、よっ
て、モジュール全体に影響を及ぼすことになり、モジュール自身も修正する必要
がある。
【０００６】 本発明の目的は、複雑な内部及び外部の接続技術を必要せずに、低コストで製
造可能で、かつ、注文で製造された駆動回路にも容易に適応可能なインテリジェ
ント・パワー・モジュールを提供することである。
【０００７】 本発明の上記目的は、本発明によれば、つまり、最初に述べられたようなイン
テリジェント・パワー・モジュールによって達成される。本発明に係るインテリ
ジェント・パワー・モジュールにおいて、パワー基板は、ベース・プレートとし
て、電気絶縁材料で作られたハウジングに挿入され、そして、ハウジングと共に
パワー部を形成し、パワー部の上部はボードに面しており、該ボードの少なくと
も１つの端面部に突き出ている端子ピンを有し、端子ピンはボードの孔を介して
貫通はんだづけによってはんだ付けられ、回路ボードの一面に沿った少なくとも
１つのストリップ部分は、孔及び制御部品から離れており、また、回路ボードの
同じ面には、制御及びパワー端子としての導体パッドが存在し、その導体パッド
によって、モジュールを直接にシステム回路ボードのスロット状の開口部にはん
だづけることができる。
【０００８】 結果的に、本発明によるモジュールは、基本的に、ロジック部と、構造的に独
立あるいは単独で且つ標準化されているパワー部とで構成されている。端子ピン
が既にパワー部の一部であるために、機械的なデザインに関しては標準化されて
いるパワー部を、貫通はんだづけによって、１つのシングル・フローはんだづけ
過程において、簡単に制御あるいは駆動部に接続させることが可能である。ボー
ドは、駆動回路に関しての殆ど制限のないデザインの可能性を顧客に提供し、ま
た、回路ボードそのものに構成されている導体パッドのおかげで、ボードと更に
もう１つの回路ボードとの接続が非常に簡単にできる。システム回路ボードに直
接にはんだづけられて適応されたこのような回路ボードは、確かに例えば、短時
間用のものが既に知られているが、しかしながら、このような回路ボードは、例
えばピン、ボルトやプラグ等のしっかりした構造的なデザイン素子を一般的に使
用しているパワー・モジュールとの接続用にまだ利用されておらず、特に、ＩＰ
Ｍとの接続用にまだ利用されていない。
【０００９】 本発明の有利な展開は独立請求項に記載された主題である。
【００１０】 以下、実施例を用いて、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
【００１１】 図１は標準化されたパワー部を有するモジュールの一例を示しており、このモ
ジュールにおいて、例えば、パワー部品２のキャリアとしてのセラミック基板は
、ベース・プレートとして、プラスチック製のハウジング１に挿入されるように
なっている。通常、このベース・プレートの底部側にはヒートシンク３が取りつ
けられている。図１及び図２に示されたボード４は、このような状態になってお
り、つまり、上向き方向を持ったボード４の裏側はパワー部の端子ピン５の上端
と接触しており；端子ピン５はフローソルダリングにより回路ボード４の裏側に
はんだ付けられている。ボード４のストリップ部分６は、制御あるいは駆動部品
１２の孔から離れていて、導体パッド７を回路ボード４そのものに構成させるこ
と、また、第二の回路ボード、本実施例ではシステム回路ボード８のスロット状
の開口部を介してシステム回路ボード８を挿入することを可能にするための十分
な広さを持つべきである。図２は、はんだ付け部（ソルダポイント）９を有する
モジュールを示し、該はんだ付け部９はシステム回路ボード８にはんだ付けられ
ている。
【００１２】 図示されたように、好ましく、実際上、回路ボード４は、回路ボード４そのも
のに挿入されていてはんだ付けられたパワー部を有するように、あるいは個々の
モジュールに分割するようにすることが可能であるため、ボード４が全体的にパ
ワー部より大きいようにすることが可能で、つまり、パワー部の全体範囲を超え
るように設計することができる。回路ボード４として、例えば、業界の慣習とな
ったＦＲ４のようなプラスチック製のボードを用いることが可能である。
【００１３】 特別に都合の良いことは図に説明されたデザインであり、このデザインにおい
て、制御部品１２をボード４の一部に配置させるようにすることが可能で、該ボ
ード４がパワー部の上部１１の向かい側に直接配置されている。それによって、
回路的に空間的に有利になる。特に、１００ｋＨｚの範囲の高スイッチング周波
数の場合に、電子制御部品１２をできるだけパワー半導体部品２のゲートの近く
に配置させるようにすべきである。更に、図１はスペーサー１０を示しており、
該スペーサー１０はハウジング１と一体化されてハウジング１に構成されており
、回路ボード４とパワー部を相互にサポートする。図示されたように、パワー部
の端子ピン５は都合よくパワー部の上部の外端に沿って連続的に配置されている
。単に説明上の便宜を図るために、図１に示されたハウジング１は横向きの開口
部１３を有する。
【００１４】 本発明による構造的なデザインにおいて、特別注文に応じて作られて、且つ、
第二の回路ボードに直接にはんだ付けられている制御あるいは駆動回路ボードの
組合せに加えて、標準化されたパワー部は、一方、部品の簡単挿入及び安価の組
立てコストを保証する。他方、この構造は、例えばドライバーのような重要な部
品が直接にパワー部に包まれた部品２の上の方あるいは下の方に配置されること
を保証する。モジュールは、広いパワー範囲で、例えば、６００Ｖ／５−３０Ａ
から１２００Ｖ／２．５−１５Ａまでの範囲で利用されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るモジュールの透視図であり、該モジュールはシステム回路ボード
にまだはんだづけられていない。
【図２】 図１に示された同じモジュールの断面図であり、該モジュールは完成されては
んだづけられている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E319 AA02 AA04 AB03 AC01 AC11 BB02 CC22 CD25 GG15 5E336 AA01 AA16 BB02 BB07 BB11 BC36 CC03 CC06 CC10 CC19 CC25 CC55 DD01 DD16 EE01 GG05 5E344 AA09 AA12 AA21 AA26 BB02 BB04 BB13 CC07 CC11 CC13 CC23 CC25 DD02 EE02 EE12 EE21 EE26

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】制御及びパワー端子を有するインテリジェント・パワー・モジュー
    ルであって、 ボード（４）は少なくとも１つのパワー半導体部品（２）を有する基板と平行
    する第二の平面に配置されており、 前記パワー基板は、ベース・プレートとして電気絶縁材料製のハウジング（１
    ）に挿入され、そして、前記ハウジング（１）と共にパワー部を形成し、前記パ
    ワー部の上部（１１）はボード（４）に面しており、前記ボード（４）の少なく
    とも１つの端面部に突き出ている端子ピン（５）を有し、 前記端子ピン（５）は、前記ボード（４）の孔を介して貫通はんだづけによっ
    てはんだ付けられ、前記回路ボード（４）の一面に沿った少なくとも１つのスト
    リップ部分（６）は、孔及び制御部品（１２）から離れており、 また、前記回路ボード（４）の同じ面には、制御及びパワー端子としての導体
    パッド（７）が存在し、前記導体パッド（７）によって、モジュールを直接にシ
    ステム回路ボード（８）のスロット状の開口部にはんだづけることができること
    を特徴とするインテリジェント・パワー・モジュール。
  2. 【請求項２】前記制御部品（１２）は前記ボード（４）の一部に配置されており
    、前記ボード（４）は直接に前記パワー部の前記上部（１１）の向かい側に配置
    されている請求項１に記載のインテリジェント・パワー・モジュール。
  3. 【請求項３】実質的に矩形の前記ボード（４）は、四方に前記パワー部の前記上
    部（１１）の範囲を超えるように設計されている請求項１又は２に記載のインテ
    リジェント・パワー・モジュール。
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