JP2005340751A

JP2005340751A - 半導体モジュールおよびモータ駆動装置および空気調和機

Info

Publication number: JP2005340751A
Application number: JP2004315462A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Sugimoto; 智弘杉本; Masanori Ogawa; 正則小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】プリント基板のパターン設計の自由度が向上し、また、構成部品をプリント基板に１回のみのリフローで実装できるとともに、生産工程の短縮化が可能な半導体モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも１つ以上のスイッチング素子２、前記スイッチング素子２に逆並列に接続された還流ダイオード３で構成される半導体回路部を有する半導体パッケージ１を備え、前記半導体パッケージ１に接続される電気接続用外部端子（４、５）を表面実装対応形状に形成するとともに、前記半導体パッケージ１の少なくとも１面以上に前記電気接続用外部端子（４、５）を設けたことを特徴とするもので、プリント基板のパターン設計の自由度が向上するとともに、プリント基板にリフローにより実装できる。また、信号系へのパワー系のノイズなどの影響を低減し、集積・安定化に寄与することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ回路などを構成する半導体モジュールに関する。

従来、この種の半導体モジュールとしては、例えば、半導体モジュールをプリント基板に装着して外部に接続し出入力するパワーモジュール取付け基板が提案されている（特許文献１参照）。図３は前記文献に記載された従来のパワーモジュール取付け基板を示すものである。

図３において、５１はプリント基板、５２は６素子入りのパワーモジュール、６１はこのパワーモジュール５２の直流電源用のタブ端子、６３は同じく３相出力用のタブ端子、５４は出力用リセプタクル５３を直接パワーモジュールの３相出力用のタブ端子６３に接続するために十分な大きさと絶縁距離を備えたプリント基板５１の大端子挿入穴であり、他のパワーモジュールのタブ端子６１およびベース電流用のタブ端子６２は何れもプリント基板５１の銅箔パターンにハンダ付けされている。

このパワーモジュール取付け基板によれば、３相出力端子の断面形状より大きい大端子挿入穴と他の端子の断面形状に略等しい小端子挿入穴とを有し、パワーモジュールの３相出力端子は前記大端子挿入穴にプリント基板とは絶縁状態にて挿入することにより、パワーモジュールの大電流用のタブ端子に相手側の端子を直接結合できるため、プリント基板上の大電流の銅箔パターンと、基板用のタブ端子が省略され、これによって、大電流通電による基板の温度上昇を防止し、パワーモジュール取付け基板の信頼性を著しく向上することができるのみならず、基板の小形化と部品の削減によるコストの低減を計ることができる。これに加えて基板の銅箔パターン設計が非常に簡単になり、設計工数を低減することもできる。
特公平７−２７７７９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、プリント基板に多数の端子挿入穴が必要となり、プリント基板のパターン設計の自由度が減少している。次に、半導体モジュールの端子がタブ端子構成となっており、面実装可能な構成でないために、その他リフロー対応部品と共にプリント基板に実装する際、ＤＩＰもしくは手ハンダ付けが必要となり、工数が多くなってしまう。また３相出力用のタブ端子と、ベース電流用のタブ端子の形状・大きさが異なるため、パワーモジュールの生産の際、厚みの異なる母材を使い分ける必要があり、生産工程が多くなるという課題があった。

本発明の半導体モジュールは、上記従来の問題を解決するもので、プリント基板のパターン設計の自由度が向上し、また、構成部品をプリント基板に１回のみのリフローで実装できるとともに、生産工程の短縮化が可能な半導体モジュールを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の半導体モジュールは、少なくとも１つ以上のスイッチング素子、前記スイッチング素子に逆並列に接続された還流ダイオードで構成される半導体回路部を有する半導体パッケージを備え、前記半導体パッケージに接続される電気接続用外部端子を表面実装対応形状に形成するとともに、前記半導体パッケージの
少なくとも１面以上に前記電気接続用外部端子を設けたことを特徴とするもので、プリント基板のパターン設計自由度が向上し、プリント基板にその他の構成部品とともに１回のみのリフローで実装できる。また、生産工程の短縮・材料管理の低減およびはんだ工程の品質の安定化に寄与することができる。

本発明の半導体モジュールは、プリント基板のパターン設計の自由度が向上し、また、構成部品をプリント基板に１回のみのリフローで実装できるとともに、生産工程の短縮化が可能な半導体モジュールを提供できる。

第１の発明は、少なくとも１つ以上のスイッチング素子、前記スイッチング素子に逆並列に接続された還流ダイオードで構成される半導体回路部を有する半導体パッケージを備え、前記半導体パッケージに接続される電気接続用外部端子を表面実装対応形状に形成するとともに、前記半導体パッケージの少なくとも１面以上に前記電気接続用外部端子を設けたことを特徴とするもので、プリント基板のパターン設計の自由度が向上するとともに、プリント基板にリフローにより実装できる。また、前記電力入力端子および制御信号端子をパッケージの片側あるいは両側に設けることで、信号系へのパワー系のノイズなどの影響を低減し、集積・安定化に寄与することができる。

第２の発明は、複数の電気接続用外部端子を略同一の厚みの導体で構成するとともに、前記複数の電気接続用外部端子の幅方向の大きさは、異なるものを使用して形成するもので、電流値に応じて、導体の厚みの異なる母材を使い分けることなく、単一の母材から作成した導体を使用することで対応できるので、生産工程の短縮・材料管理の低減およびはんだ工程の品質の安定化に寄与することができる。

第３の発明は、複数の電気接続用外部端子のうち電力入出力端子は、電流容量に応じて端子幅形状を変更して形成するもので、各々の電流容量に応じた半導体モジュールを生産することができる。

第４の発明は、交流電源を整流するダイオードと半導体回路部の過温度保護検出用の温度センサとを備え、前記交流電源を整流するダイオード、前記過温度保護検出用の温度センサ、スイッチング素子、還流ダイオードを内蔵する構成としたもので、半導体モジュールを搭載した電力変換装置の小形・軽量化が可能となる。

第５の発明は、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体モジュールを有するモータ駆動装置で、前記半導体モジュールを実装し、かつマイコン等のデバイスから構成されるモータ駆動装置およびその応用商品において、小形・軽量化が図れる。

第６の発明は、上記請求項５記載のモータ駆動装置を有する空気調和機で、前記モータ駆動装置（圧縮機駆動など）を、特に空気調和機へ適用することにより、室外機の熱交換器や風回路のスペースを設けることができるので、性能向上が図れるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態である半導体モジュールの構成を示すものである。図１において、半導体モジュール１は、トランジスタなどのスイッチング素子２と、スイッチング素子２に逆並列に接続された還流ダイオード３と、スイッチング素子２と還流ダ
イオード３で構成されるインバータ回路等の半導体回路部を備え、前記半導体回路部に接続される電力入出力端子４と、スイッチング素子２を駆動するための制御信号を入力する制御信号端子５とが面実装されている。尚、外部接続としての電力入出力端子４および制御信号端子５は、半導体モジュール１の樹脂封入されたパッケージの片側あるいは両側、または３方向以上から出ていても構わない。

前記半導体モジュール１において、インバータ回路等を構成する半導体回路部に接続された、外部接続としての電力入出力端子４および制御信号端子５が面実装されているので、半導体モジュール１のプリント基板への実装の際、リフロー実装により実装できる。また、プリント基板に端子挿入穴が必要でないので、プリント基板のパターン設計の自由度が向上する。

次に、図１からわかるように、電力入出力端子４および制御信号端子５を、半導体モジュールパッケージの両側に、各々設けた構成となっているため、パワー系の入出力である電力入出力端子４および信号系の入力である制御信号端子５にて、信号系へのパワー系のノイズの影響などを低減することができるとともに、半導体モジュールの集積化、および動作の安定化に寄与することができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態である半導体モジュールの構成を示すものである。図２は、半導体モジュール１の電力入出力端子４および制御信号端子５などの電気接続用外部端子を、同じ厚みの導体で構成したもので、各々の端子に流れる電流の大小によって、設ける電力入出力端子４および制御信号端子５などの端子幅を使い分けている。

上記構成のように電流値に応じて、導体の厚みの異なる母材を使い分けることなく、単一の母材から作成した導体を使用することで対応することができるので、生産工程の短縮・材料管理の低減に寄与することができる。

また、一般的に、表面実装する電気接続用外部端子の厚みが異なると、リフロー実装の際、はんだフィレット・はんだ濡れ性に差異が発生するが、本発明による半導体モジュール１によれば、電気接続用外部端子の厚み同一のためにリフロー実装の際、すべての端子が同一温度分布となるので、はんだ工程の品質の安定化が可能となる。

また、電流容量に応じて、設ける電力入出力端子４の端子幅や形状を変更することで、パワー系に流れる電流容量に応じた半導体モジュールを生産することが可能となる。

また、半導体モジュール１の内部に、トランジスタなどのスイッチング素子２、スイッチング素子２に逆並列に接続された還流ダイオード３、交流電源を整流するダイオード（図示せず）、前記スイッチング素子２と前記還流ダイオード３とで構成されるインバータ回路等の半導体回路部の過温度検出用の温度センサ（図示せず）などを内蔵している。

上記構成により、半導体モジュール１を搭載する電力変換装置において、本発明の半導体モジュール１を用いることで、１個のデバイスで交流電源の整流およびインバータ出力が可能となり、電力変換装置の小形・軽量化を図ることができる。

また、本発明の半導体モジュール１を有する電力変換装置であって、半導体モジュール１以外のその他の構成部品も面実装することで、ＤＩＰもしくは手ハンダ付けが必要でなく、１回のみのリフロー実装で実装することが可能となるため、実装工数を低減することができる。

また、前記半導体ジュール１を実装することで、マイコン等のデバイスから構成されるモータ駆動装置およびその応用商品において、小形・軽量化が図れる。

さらに、上記モータ駆動装置（圧縮機駆動など）を、特に空気調和機へ適用することにより、室外機の熱交換器および風回路のスペースを設けることができるので、性能を向上させることができる。

本発明の半導体モジュールは、インバータ回路を使用してモータを駆動するモータ駆動用インバータ制御装置に適用できる。例えば、インバータ回路を搭載した空気調和機、冷蔵庫、電気洗濯機、電気乾燥機、電気掃除機、送風機、ヒートポンプ給湯器等である。いずれの製品についても、モータ駆動装置を小型化、軽量化することで、製品の設計の自由度が向上し、安価な製品を提供することができる。

本発明の実施の形態１における半導体モジュールの構成図本発明の実施の形態２における半導体モジュールの側面図従来の半導体モジュール取付け基板の構成図

符号の説明

１半導体モジュール
２スイッチング素子
３還流ダイオード
４電力入出力端子
５制御信号端子

Claims

少なくとも１つ以上のスイッチング素子、前記スイッチング素子に逆並列に接続された還流ダイオードで構成される半導体回路部を有する半導体パッケージを備え、前記半導体パッケージに接続される電気接続用外部端子を表面実装対応形状に形成するとともに、前記半導体パッケージの少なくとも１面以上に前記電気接続用外部端子を設けたことを特徴とする半導体モジュール。
複数の電気接続用外部端子を略同一の厚みの導体で構成するとともに、前記複数の電気接続用外部端子の幅方向の大きさは、異なるものを使用して形成する請求項１記載の半導体モジュール。
複数の電気接続用外部端子のうち電力入出力端子は、電流容量に応じて端子幅形状を変更して形成する請求項１記載の半導体モジュール。
交流電源を整流するダイオードと半導体回路部の過温度保護検出用の温度センサとを備え、前記交流電源を整流するダイオード、前記過温度保護検出用の温度センサ、スイッチング素子、還流ダイオードを内蔵する構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体モジュールを有するモータ駆動装置。
上記請求項５記載のモータ駆動装置を有する空気調和機。