JP2008035657A - Power module for power converter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、パワー半導体のスイッチング時に放出されるノイズを低減するための構成に関する。 The present invention relates to a configuration for reducing noise emitted during switching of a power semiconductor.
近年、EMC(電磁両立性に関する規則)規制が厳しくなる中、汎用インバータを始め、様々な産業分野で放射ノイズの低減が技術課題となっている。特に、これらの主部品であるパワー半導体、およびこれらを搭載したパワーモジュールがスイッチングすることにより発生するノイズについては、これを低減する対策が必要とされている。
汎用インバータ等でEMC対策を行なう際に多用されているのは、入力へのフィルタ挿入であり、これは主にモータや、その他の主回路構成部品との間の接地ラインを介する、コモンモードノイズの電流を抑制するものである。ただし、入力フィルタによってノイズを抑制できるのは、入力ラインを介するコモンループによるノイズであり、入力ライン以外のコモンループ間で発生するノイズは、抑制することが難しい。
In recent years, EMC (Rules for Electromagnetic Compatibility) regulations have become stricter, and reduction of radiation noise has become a technical issue in various industrial fields including general-purpose inverters. In particular, measures are required to reduce the noise generated when the power semiconductors, which are the main components, and the power module on which these are mounted are switched.
When taking countermeasures for EMC in general-purpose inverters, etc., filter insertion to the input is often used, which is mainly common mode noise via the ground line between the motor and other main circuit components. The current is suppressed. However, noise that can be suppressed by the input filter is noise caused by a common loop passing through the input line, and it is difficult to suppress noise generated between common loops other than the input line.
図8,図9に従来例を示す。なお、図8の1は入力フィルタ、2はバリスタ、3はコンバータモジュール、4はインバータモジュール、5は負荷、65は絶縁基板、7は冷却フィンである。また、図9の符号6はモジュール、61はチップ、62は導体パターン、64はベース金属板を示す。
すなわち、従来は絶縁基板65としてセラミック(Al2O3)基板を用いているが、これは誘電正接(tanδ)が0.1以下(1M〜100MHz)であり、そのため交流に対する抵抗値が非常に小さい。
8 and 9 show conventional examples. In FIG. 8, 1 is an input filter, 2 is a varistor, 3 is a converter module, 4 is an inverter module, 5 is a load, 65 is an insulating substrate, and 7 is a cooling fin. In FIG. 9, reference numeral 6 denotes a module, 61 denotes a chip, 62 denotes a conductor pattern, and 64 denotes a base metal plate.
In other words, a ceramic (Al 2 O 3 ) substrate is conventionally used as the
そのため、各コモンループでの対策が行なわれている。例えば特許文献1では、主回路系統の中での接地ラインとして、電力変換器のフィンやACリアクトル、および負荷であるモータの接地線に、ダンピングインピーダンスを設けて対策を施している。
また、特許文献2では、電力用インバータモジュールについて、回路パターンに抵抗率の低い主配線と、抵抗率および透磁率の高い表皮配線を形成し、表皮配線部でノイズを抑制するようにしている。
加えて、特許文献3では、モータ駆動回路一体型電動圧縮機において、ハウジングと車体間に存在する配管等にゴム等の絶縁材料を用いることにより、インピーダンスを増加させてノイズを低減することを付帯的効果として挙げている。
Therefore, measures are taken at each common loop. For example, in
In Patent Document 2, for the power inverter module, a main wiring having a low resistivity and a skin wiring having a high resistivity and magnetic permeability are formed in a circuit pattern so that noise is suppressed in the skin wiring portion.
In addition,
しかし、特許文献1における電力変換器のコモン対策については、フィンから接地に落とすラインにのみダンピングインピーダンスを設けているが、実際にはインバータモジュールとコンバータモジュール間のコモンループにもノイズ電流が流れるため、このループのノイズ対策ができていないことになる。つまり、ダンピングインピーダンスの対策では、同一フィンにインバータとコンバータを搭載している場合に対処することができない。また、仮にインバータとコンバータを搭載しているフィンを分離し、別々にしても、インバータとコンバータ間が一つのモジュールに内蔵されているPIM(Power Integrated Module)タイプのモジュールを用いた場合には対処することができない。
However, with respect to the common countermeasure of the power converter in
その上、インピーダンスの追加は機能的・構造的にはノイズ抑制に効果があるものと推定されるが、ダンピングインピーダンスの大きさが不明である。また、ノイズを低減したい周波数、すなわち対象とする周波数を明確にし、その周波数でダンピングインピーダンスを持つものを選定しなければ、ノイズ低減量を制御できない。さらに、インピーダンスの挿入は、構成を煩雑にする。特に電力変換器のフィンとアースの間では、一般にフィンを接着またはねじ止めして直接筺体に接続してアースに落とすため、フィンを浮かせ、なおかつ抵抗を介して接地するのは、基板構造や筺体構造を複雑にし、工数が増えて煩雑となる。 In addition, the addition of impedance is presumed to be effective in suppressing noise functionally and structurally, but the magnitude of the damping impedance is unknown. In addition, the noise reduction amount cannot be controlled unless the frequency at which noise is to be reduced, that is, the target frequency, is clarified and a frequency having a damping impedance is selected. Furthermore, the insertion of impedance complicates the configuration. In particular, between the fins of the power converter and the ground, in general, the fins are bonded or screwed and directly connected to the housing and dropped to the ground. This complicates the structure, increasing the number of steps and making it complicated.
一方、特許文献2では、電力用インバータモジュールに関する回路パターンの配線に、抵抗率および透磁率の高い表皮配線を施してノイズ低減を図っているが、これはノルマルループに対する対策であり、対策箇所が根本的に異なっている。また、表皮効果による高周波での高抵抗化を狙っているが、効果が見られる10MHzでも、平板状配線部材の抵抗率は10-1Ω/cmと小さいため、コモンモード対策に要する抵抗値を稼ぐには、表皮効果のみでは困難である。 On the other hand, in Patent Document 2, the wiring of the circuit pattern related to the power inverter module is provided with skin wiring having high resistivity and magnetic permeability to reduce noise. It is fundamentally different. In addition, the high-frequency resistance by the skin effect is aimed at, but even at 10 MHz where the effect is seen, the resistivity of the flat wiring member is as small as 10 −1 Ω / cm. It is difficult to earn with the skin effect alone.
さらに、特許文献3では、IGBT等のモジュールが内蔵された駆動回路が組み込まれた、モータ駆動回路一体型電動圧縮機のハウジングと車体との間にインピーダンスを追加しているが、筺体と車体によってできるループは、ここで対象としているモジュール周辺でできるループに比べて大きいため、この対策によって抑制できるノイズの周波数帯域が大きく異なる。特許文献3では、モジュール周辺のインバータ・コンバータ間のループは対象としておらず、インバータもコンバータも全て組み込まれたハウジングからアースに落とす際の車体との影響を検討しているため、最も大きなノイズを出すモジュール周辺の対策がなされていないだけでなく、対象とする周波数も明確でない。
Furthermore, in
この発明は上述の点に鑑みなされたもので、その課題は、モジュールの基板を介するコモンループに対し、不要なスペースや工数を増やすことなく、適切にインピーダンスが追加できるようにすることにある。その際、“どの周波数範囲の”ノイズについて、“どのようなインピーダンス追加”で低減するかを明確にすることが望ましい。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object thereof is to enable an appropriate impedance to be added to a common loop through a module substrate without increasing unnecessary space and man-hours. At that time, it is desirable to clarify the “what frequency range” noise is reduced by “what kind of impedance addition”.
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、電力用半導体素子を用いた電力変換装置のパワーモジュールにおいて、
前記パワーモジュールを搭載する絶縁基板自体にインピーダンスを持たせ、コモンモードのノイズ電流を抑制することを特徴とする。
上記請求項1の発明においては、前記絶縁基板は、伝導性電磁波から放射ノイズにまたがる1M〜100MHz付近においてインピーダンスを大きすることができ(請求項2の発明)、これら請求項1または2の発明においては、前記絶縁基板は、インピーダンスとして0.05〜240Ωの抵抗値を持たせることができる(請求項3の発明)。
また、上記請求項1〜3のいずれかの発明においては、前記絶縁基板は、tanδとして1〜10%の値を持つことができ(請求項4の発明)、請求項1〜4のいずれかの発明においては、前記絶縁基板は、エポキシ樹脂に無機材を充填した熱硬化性組成物であることができる(請求項5の発明)。この請求項5の発明においては、前記エポキシ樹脂に、低弾性のゴム成分を添加することができる(請求項6の発明)。
In order to solve such a problem, in the invention of
The insulating substrate itself on which the power module is mounted has an impedance to suppress common mode noise current.
In the first aspect of the present invention, the insulating substrate can increase the impedance in the vicinity of 1 M to 100 MHz extending from the conductive electromagnetic wave to the radiation noise (the second aspect of the present invention). In the above, the insulating substrate can have a resistance value of 0.05 to 240Ω as an impedance (invention of claim 3).
In the invention according to any one of
請求項7の発明では、電力用半導体素子を用いた電力変換装置のパワーモジュールにおいて、
前記パワーモジュールを搭載する絶縁基板の下に敷くシート部材にインピーダンスを持たせ、コモンモードのノイズ電流を抑制することを特徴とする。
上記請求項7の発明においては、前記シート部材は、伝導性電磁波から放射ノイズにまたがる1M〜100MHz付近においてインピーダンスを大きすることができ(請求項8の発明)、これら請求項7または8の発明においては、前記シート部材は、インピーダンスとして0.05〜240Ωの抵抗値を持たせることができる(請求項9の発明)。
また、上記請求項7〜9のいずれかの発明においては、前記シート部材は、tanδとして1〜10%の値を持つことができ(請求項10の発明)、請求項7〜10のいずれかの発明においては、前記シート部材は、エポキシ樹脂に無機材を充填した熱硬化性組成物であることができる(請求項11の発明)。この請求項11の発明においては、前記エポキシ樹脂に、低弾性のゴム成分を添加することができる(請求項12の発明)。
In invention of Claim 7, in the power module of the power converter device using the power semiconductor element,
The sheet member laid under the insulating substrate on which the power module is mounted is provided with impedance to suppress common mode noise current.
In the invention of claim 7, the sheet member can increase the impedance in the vicinity of 1 M to 100 MHz extending from the conductive electromagnetic wave to the radiation noise (invention of claim 8). In this case, the sheet member can have a resistance value of 0.05 to 240Ω as an impedance (invention of claim 9).
Moreover, in the invention of any one of claims 7 to 9, the sheet member can have a value of 1 to 10% as tan δ (invention of claim 10), and any one of claims 7 to 10. In the invention, the sheet member may be a thermosetting composition in which an epoxy resin is filled with an inorganic material (invention of claim 11). In the invention of claim 11, a low-elasticity rubber component can be added to the epoxy resin (invention of claim 12).
この発明によれば、これまで入力フィルタの対策で困難であったインバータ・コンバータ間のように、モジュールが一体の構造をとる場合のコモンモードノイズであっても対策できるように、モジュールとフィンとの間に高インピーダンスの材料を配置する。従来のダンピングインピーダンスを挿入するものでは、フィンを浮かせて筺体と絶縁するなど複雑な構造と工数の増加が避けられないが、この発明によれば基板を変更または追加するだけで済み、簡単な改良でコモンモードノイズの抑制に大きな効果がもたらされることになる。 According to the present invention, the module and the fin are arranged so that the common mode noise can be taken even when the module has an integral structure, such as between the inverter and the converter, which has been difficult with the measures of the input filter. A high impedance material is placed between the two. In the case of inserting a conventional damping impedance, an increase in complicated structure and man-hours, such as floating a fin and insulating it from the housing, is unavoidable. Thus, a great effect is brought about in suppressing common mode noise.
まず、インバータモジュールおよびコンバータモジュールを介するコモンループで対策が行なえるように、モジュールの絶縁基板(以下、これを高インピーダンス基板とも言う)自体にインピーダンスを持たせる。この観点に基づく実施の形態を図1,図2に示す。
図1の1は入力フィルタ、2はバリスタ、3はコンバータモジュール、4はインバータモジュール、5は負荷、63は高インピーダンス基板(絶縁基板)、7は冷却フィンである。また、図2の符号6はモジュール、61はチップ、62は導体パターン、64はベース金属板を示す。
First, an insulating substrate (hereinafter also referred to as a high impedance substrate) of the module itself has an impedance so that a countermeasure can be taken with a common loop through the inverter module and the converter module. An embodiment based on this viewpoint is shown in FIGS.
In FIG. 1, 1 is an input filter, 2 is a varistor, 3 is a converter module, 4 is an inverter module, 5 is a load, 63 is a high impedance substrate (insulating substrate), and 7 is a cooling fin. 2 denotes a module, 61 denotes a chip, 62 denotes a conductor pattern, and 64 denotes a base metal plate.
図1において、コンバータモジュール3,インバータモジュール4は略記されているが、実際は、高インピーダンス基板63上に半導体整流素子あるいは半導体スイッチ素子であるチップ61が1個搭載された1in1モジュール、2個搭載された2in1モジュール、6組搭載された6in1モジュール、7組搭載された7in1モジュールとして構成されており、適用用途や電流/電圧のクラスによって上記モジュールを組み合わせて使用している。
In FIG. 1, the
さらに、この方法によれば、インバータとコンバータが1つの高インピーダンス基板63上に配置されたPIMモジュールや、コンバータ部分を1つの高インピーダンス基板63に搭載し、インバータ部分を他の1つの高インピーダンス基板63に搭載し、これら高インピーダンス基板を1つのベース金属板64に搭載した場合でも対策が可能である。
ただ、一体型のものでない場合は、絶縁基板の下に同様の効果をもたらす部材(以下、高インピーダンスシートとも言う)を敷くようにしても良く、このような観点に基づく別の実施の形態を図3,図4に示す。
Further, according to this method, a PIM module in which an inverter and a converter are arranged on one
However, if it is not an integrated type, a member (hereinafter also referred to as a high impedance sheet) that provides the same effect may be laid under the insulating substrate, and another embodiment based on this point of view may be used. 3 and FIG.
図8,図9に示した従来例では絶縁基板65としてセラミック(Al2O3)基板を用いているが、これは誘電正接(tanδ)が0.1以下(1M〜100MHz)であり、そのため交流に対する抵抗値が非常に小さい。
これに対し、図1,図2に示す高インピーダンス基板(絶縁基板)63および図3,図4に示す高インピーダンスシート66は、tanδが1以上(1M〜100MHz)で従来のものに比べて高い抵抗値を持つため、これらを介して流れるノイズ電流を抑制できることになる。つまり、図3,図4ではモジュール下のフィン7との間に高インピーダンスシート66を敷くことで、コモンループの等価回路としては、直列に抵抗と部材のキャパシタンスが入ることになる。従って、この部材が高インピーダンス部材であれば、コモンループのノイズ電流を抑制することができる。
In the conventional example shown in FIGS. 8 and 9, a ceramic (Al 2 O 3 ) substrate is used as the
In contrast, the high-impedance substrate (insulating substrate) 63 shown in FIGS. 1 and 2 and the high-impedance sheet 66 shown in FIGS. 3 and 4 have a tan δ of 1 or more (1 M to 100 MHz) and higher than the conventional one. Since it has a resistance value, the noise current flowing through these can be suppressed. That is, in FIGS. 3 and 4, by placing the high impedance sheet 66 between the fins 7 under the module, a resistance and a member capacitance are inserted in series as an equivalent circuit of the common loop. Therefore, if this member is a high impedance member, the noise current of the common loop can be suppressed.
図1では、一般的な例としてインバータとコンバータのモジュールを別々に構成した例を示したが、これらを同一のベース金属板に搭載されているPIMモジュールでも良い。また、図1,3,8などに示す回路の入力フィルタ1とバリスタ2の位置関係は、どちらが入力電源側でも良く、さらには整流ダイオードの右側に入る場合もあり、構造上の都合や回路定数の設定の仕方により配置場所が異なる。加えて、フィルタ内の接地CおよびバリスタのCの配置の仕方も図1,3,8に限らず、回路定数の設定の仕方により配置を変えることができる。コンバータモジュールのバリスタは接地Cでも良く、省略されることもある。
Although FIG. 1 shows an example in which the inverter and converter modules are separately configured as a general example, they may be PIM modules mounted on the same base metal plate. Further, the positional relationship between the
対象とする周波数は、インバータ等で用いられている一般的なフィルタ設計では対策効果が低い、1M〜100MHzとする。フィルタでは、雑音端子電圧において最もノイズが大きくなる150kHz付近をメインとし、この周波数でインピーダンスの大きな材料を用いるが、このような従来のフィルタを用いた場合、多くは150kHzのノイズは低減できるが、1MHz以降の周波数領域では効果が薄れる。 The target frequency is 1 M to 100 MHz, which has a low countermeasure effect in a general filter design used in an inverter or the like. In the filter, the main noise is around 150 kHz where the noise is the largest at the noise terminal voltage, and a material having a large impedance at this frequency is used. However, when such a conventional filter is used, the noise at 150 kHz can be reduced in many cases. The effect diminishes in the frequency region after 1 MHz.
この領域に発生するノイズは、規格が厳しい条件になればなるほど(例えば、CISPR(国際電気標準会議)でClassAやClassB相当)、マージンが小さくなってしまい、対策として十分でない。この1M〜100MHzに発生するノイズのループは、モジュールの基板を介するものが回路構成上多いため、対策箇所としても有効である。従って、この発明では、一般的なフィルタでは対策が難しい1M〜100MHzを対象とし、この周波数で大きなインピーダンスを呈するようにする。 The noise generated in this region is not sufficient as a countermeasure because the margin becomes smaller as the standard becomes more severe (for example, equivalent to Class A or Class B in CISPR (International Electrotechnical Commission)). Since many of the loops of noise generated at 1M to 100 MHz pass through the module substrate in terms of circuit configuration, they are also effective as countermeasures. Therefore, in the present invention, 1M to 100 MHz, which is difficult to take measures with a general filter, is targeted, and a large impedance is exhibited at this frequency.
さらに、この発明では、高抵抗絶縁基板を実用化する上で、実現可能な抵抗値として0.05〜240Ωと定めた。その根拠について、以下に説明する。
まず、基板において、或る周波数fの抵抗値Rは、次の(1)式で示される。
tanδ=ωCRより、R=tanδ/ωC=tanδ/2πfC …(1)
(1)式において、Rを決定するパラメータとしてはtanδ,周波数fおよびキャパシタンスCが挙げられる。
Furthermore, in the present invention, when the high-resistance insulating substrate is put into practical use, it is determined as 0.05 to 240Ω as a realizable resistance value. The basis for this will be described below.
First, the resistance value R of a certain frequency f on the substrate is expressed by the following equation (1).
From tan δ = ωCR, R = tan δ / ωC = tan δ / 2πfC (1)
In the formula (1), parameters for determining R include tan δ, frequency f, and capacitance C.
周波数については、低減したいノイズが存在する範囲として1M〜100MHzと定める。続いて、キャパシタンスCはSをモジュールの基板面積、dを基板厚さとして、次の(2)式で示すことができる。
C=ε0εrS/d …(2)
ε0:真空の誘電率 εr:モジュールの比誘電率
The frequency is determined to be 1M to 100 MHz as a range in which noise to be reduced exists. Subsequently, the capacitance C can be expressed by the following equation (2), where S is the substrate area of the module and d is the substrate thickness.
C = ε 0 ε r S / d (2)
ε 0 : dielectric constant of vacuum ε r : relative dielectric constant of module
面積Sについては、インバータモジュールおよびコンバータモジュールを用いてモータドライブを行なう場合に、小容量〜大容量クラスのモジュールを用いるが、これらを実用する場合に取り得る基板の面積の範囲として、ここではS=2.3×10-4〜1.9×10-2[m2]と定めた。また、高インピーダンス基板およびモジュールの下に敷く高インピーダンスシートの厚さとしては、熱伝導度および絶縁性を確保しつつ半導体パワーモジュール用途で使用可能な範囲としてd=0.1〜3mmと定め、この条件下で取り得る容量値として、上記(2)式よりキャパシタンスCを5〜6000pFと定めた。 As for the area S, a small capacity to large capacity class module is used when a motor drive is performed by using an inverter module and a converter module. = 2.3 × 10 −4 to 1.9 × 10 −2 [m 2 ]. Further, the thickness of the high impedance sheet laid under the high impedance substrate and the module is determined as d = 0.1 to 3 mm as a usable range in the semiconductor power module application while ensuring thermal conductivity and insulation. As a capacitance value that can be taken under these conditions, the capacitance C was determined to be 5 to 6000 pF from the above equation (2).
また、tanδは周波数特性および温度依存特性を保有している。従って、1M〜100MHzの周波数で半導体パワーモジュールの使用環境として、−40〜150℃の温度範囲にある場合、tanδが実質的に取り得る値としては、1〜10[%]の範囲に存在する。
以上より、抵抗Rのパラメータとなる周波数f,キャパシタンスCおよびtanδの範囲が定まるので、この条件下で高インピーダンス基板として活用できる範囲を上記(1)式より計算すると、0.05Ω<抵抗値<240Ωとなる。これらの結果をまとめて示すのが、表1である。
Further, tan δ possesses frequency characteristics and temperature dependence characteristics. Accordingly, when the semiconductor power module is used in a temperature range of −40 to 150 ° C. at a frequency of 1 M to 100 MHz, tan δ is in a range of 1 to 10% as a practical value. .
As described above, the ranges of the frequency f, the capacitance C, and tan δ that are the parameters of the resistance R are determined. If the range that can be used as a high impedance substrate under this condition is calculated from the above equation (1), 0.05Ω <resistance value < 240Ω. Table 1 summarizes these results.
図5a〜図5eは、図1,2のように高インピーダンス基板を挿入することにより、ノイズ抑制効果があるコモンループ例を示す。フィルタ1やバリスタ2を備えた図1の回路に対しては、図5a〜図5eに矢印で示す5個のコモンループ1〜5が存在する。なお、このことは、図3,4のように高インピーダンスシートを挿入するものについても同様である。また、インバータモジュールおよびコンバータモジュールにおいて、コモンループが存在しなければ、高インピーダンス基板や高インピーダンスシートを配置しなくても良いのは勿論である。
5a to 5e show examples of common loops having a noise suppressing effect by inserting a high impedance substrate as shown in FIGS. For the circuit of FIG. 1 with the
また、インバータモジュールの基板に高インピーダンス材料を用い、図6のような一般的な回路構成でインバータを動作させた場合の、雑音端子電圧の測定結果を表2に示す。
表2は、実施例1として10MHzで抵抗4.8Ωを示すもの、実施例2として10MHzで抵抗22Ωを示すものをそれぞれ用いた例を示している。比較の対象としてセラミック基板を用いたモジュールを用い、その結果、実施例1では−5dBの低減効果、実施例2では−11dBの低減効果が得られたことを示している。また、−11dBの低減効果が得られた実施例2の場合の雑音端子電圧の測定結果を、図7に従来例と対比させてグラフ表示した。 Table 2 shows an example in which Example 1 shows a resistance of 4.8Ω at 10 MHz and Example 2 shows a resistance of 10Ω at 10 MHz. As a result of the comparison, a module using a ceramic substrate was used, and as a result, the reduction effect of -5 dB was obtained in Example 1, and the reduction effect of -11 dB was obtained in Example 2. Moreover, the measurement result of the noise terminal voltage in the case of Example 2 in which the reduction effect of −11 dB was obtained is displayed in a graph in FIG. 7 in comparison with the conventional example.
次に、高インピーダンス基板または高インピーダンスシートの、材質や製造方法の具体例について説明する。
高インピーダンス基板または高インピーダンスシートとしては、エポキシ樹脂に無機充填材を配合させた熱可塑性組成物で、誘電正接tanδの高いものを用いる。無機充填材の充填量は、全組成物の60〜90wt%程度で、この範囲内で必要な熱伝導率に応じて
配合量をコントロールする。また、エポキシ樹脂としてはビスフェノールA型エポキシ樹脂,ビスフェノールF型エポキシ樹脂,フェノールノボラック型エポキシ樹脂,クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が用いられる。各樹脂は単独または2種類以上を併用しても良い。
Next, specific examples of materials and manufacturing methods of the high impedance substrate or the high impedance sheet will be described.
As the high-impedance substrate or high-impedance sheet, a thermoplastic composition in which an inorganic filler is blended with an epoxy resin having a high dielectric loss tangent tan δ is used. The filling amount of the inorganic filler is about 60 to 90 wt% of the total composition, and the blending amount is controlled in accordance with the necessary thermal conductivity within this range. As the epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin are used. Each resin may be used alone or in combination of two or more.
ここで、tanδを高めるために、上述のエポキシ樹脂に低弾性のゴム成分を添加する。ゴム状成分にはシリコーンゴム,アクリルゴム,アクリロニトリルブタジエンゴムなどを用いる。
また、エポキシ樹脂自体を柔軟な構造とするため、ゴム系の材料を反応させる。このゴム成分は、交流電場が印加されたときに双極子が電界に追従しづらくロス成分が発生し、tanδが高くなる。なお、ロス成分は熱エネルギーに変換される。こうすることで、−60℃から180℃までの広い温度範囲で、高いtanδ特性を持つ絶縁層を構成することができる。
Here, in order to increase tan δ, a low-elastic rubber component is added to the above-described epoxy resin. Silicone rubber, acrylic rubber, acrylonitrile butadiene rubber, etc. are used for the rubbery component.
Moreover, in order to make the epoxy resin itself a flexible structure, a rubber material is reacted. This rubber component generates a loss component that makes it difficult for the dipole to follow the electric field when an alternating electric field is applied, and tan δ increases. The loss component is converted into heat energy. By doing so, an insulating layer having high tan δ characteristics can be formed in a wide temperature range from −60 ° C. to 180 ° C.
一方、無機充填材としては酸化珪素,酸化アルミニウム,窒化珪素,窒化アルミニウム,窒化ホウ素等の低熱伝導率のものが用いられる。これらも、単独系または混合系で良い。充填量は全組成物の60〜90wt%程度である。なお、無機充填材とエポキシ樹脂との密着性を高めるため、シランカップリング剤を樹脂に添加する。上記樹脂は過熱により硬化させるが、このとき反応を進めるため、硬化促進剤としてイミダゾールを用いる。上記樹脂組成物にメチルエチルケトンMEK等の溶媒を加えて混合し、定粘度の樹脂溶液にする。この樹脂溶液を厚みが18〜175μmのロール状銅箔シートに、コータで任意の厚さにコーティングする。厚みは50〜200μmである。ロール状銅箔には、幅が1mまたは1.5m幅のものが通常用いられる。長さは、数十mから数百mになる。 On the other hand, as the inorganic filler, those having low thermal conductivity such as silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride and the like are used. These may be single systems or mixed systems. The filling amount is about 60 to 90 wt% of the total composition. In addition, in order to improve the adhesiveness of an inorganic filler and an epoxy resin, a silane coupling agent is added to resin. Although the resin is cured by overheating, imidazole is used as a curing accelerator to advance the reaction at this time. A solvent such as methyl ethyl ketone MEK is added to the resin composition and mixed to obtain a constant viscosity resin solution. This resin solution is coated on a roll-shaped copper foil sheet having a thickness of 18 to 175 μm with a coater to an arbitrary thickness. The thickness is 50 to 200 μm. As the rolled copper foil, one having a width of 1 m or 1.5 m is usually used. The length is from several tens of meters to several hundreds of meters.
次に、コーティングされた樹脂溶液の溶剤を揮発させて、プリプレグを作製しておく。このプリプレグを1〜1.5mm程度の長さに切断し、1枚のシートにする。次いで、プリプレグを金属ベース上に配置して真空加熱成形機で加熱成形し、完全に硬化させる。これにより、絶縁層の熱伝導率は1.6W/m・K以上となる。また、厚さは100μm以上とする。 Next, the solvent of the coated resin solution is volatilized to prepare a prepreg. This prepreg is cut into a length of about 1 to 1.5 mm to form one sheet. Next, the prepreg is placed on a metal base, is heat-formed with a vacuum heat-forming machine, and is completely cured. Thereby, the thermal conductivity of the insulating layer becomes 1.6 W / m · K or more. The thickness is 100 μm or more.
ここで、樹脂の比誘電率εrは5.0以下とする。絶縁層の厚みは100μm以上でありεrは5.0以下なので、部分放電特性や耐マイグレーション性などの絶縁特性に優れたものができる。
また、ベース金属板64の材質としては、アルミニウム,銅,鉄,SiCおよびこれらの合金、またはこれらのクラッド材等からなり、厚みは0.5〜3.0mmが一般的である。熱放散性と経済性からアルミニウムが一般的に用いられる。
Here, the relative dielectric constant ε r of the resin is 5.0 or less. Since the thickness of the insulating layer is 100 μm or more and ε r is 5.0 or less, the insulating layer can be excellent in insulating characteristics such as partial discharge characteristics and migration resistance.
The material of the base metal plate 64 is made of aluminum, copper, iron, SiC and alloys thereof, or clad materials thereof, and the thickness is generally 0.5 to 3.0 mm. Aluminum is generally used because of its heat dissipation and economy.
1…入力フィルタ、2…バリスタ、3…コンバータモジュール、4…インバータモジュール、5…負荷、61…チップ、62…導体パターン、63…高インピーダンス基板(絶縁基板)、64…ベース金属板、65…絶縁基板、66…高インピーダンスシート、7…冷却フィン。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記パワーモジュールを搭載する絶縁基板自体にインピーダンスを持たせ、コモンモードのノイズ電流を抑制することを特徴とする電力変換装置のパワーモジュール。 In the power module of the power converter using the power semiconductor element,
A power module of a power conversion device, wherein an impedance is given to an insulating substrate itself on which the power module is mounted to suppress a common mode noise current.
前記パワーモジュールを搭載する絶縁基板の下に敷くシート部材にインピーダンスを持たせ、コモンモードのノイズ電流を抑制することを特徴とする電力変換装置のパワーモジュール。 In the power module of the power converter using the power semiconductor element,
A power module for a power converter, wherein a sheet member placed under an insulating substrate on which the power module is mounted has an impedance to suppress common mode noise current.
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