JP2014204534A

JP2014204534A - パワーモジュール

Info

Publication number: JP2014204534A
Application number: JP2013077825A
Authority: JP
Inventors: 丈英足立; Takehide Adachi
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2014-10-27

Abstract

【課題】半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとの間の配線長を短くし、その配線から発生するノイズを低減することができるパワーモジュールを提供する。【解決手段】パワーモジュール１は、ＦＥＴ２１が実装され導電性金属からなる配線パターン２３を樹脂２４でインサート成形したインバータモジュール２と、平滑コンデンサ３と、を備え、インバータモジュール２は、貫通し配線パターン２３によりＦＥＴ２１に電気的に接続される貫通孔２６を有し、平滑コンデンサ３は、そのリード線が貫通孔２６に挿入され、リード線３１と貫通孔２６とが半田付けされ、ＦＥＴ２１に電気的に接続される。【選択図】図２

Description

本発明は、インバータ回路により構成されるパワーモジュールに関する。

従来、例えばモータ等を駆動するパワーモジュールは、半導体スイッチング素子及び平滑コンデンサを有するインバータ回路により構成される。平滑コンデンサは大形部品であるため、半導体スイッチング素子を実装するパワー基板とは別体配置されることが多い。その結果、パワー基板から平滑コンデンサまでの外部配線には、半導体スイッチング素子のスイッチングノイズが多量発生する。このため、ノイズ対策部品が多くなり実装上及びコスト的にも問題があった。

そこで、例えば特許文献１に示すパワーモジュールは、パワー基板とは別の基板に平滑コンデンサを実装し、これら基板同士をねじにより結合且つ電気的に接続し、半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとを電気的に接続している。

特開２００２−２３３１６５号公報

しかしながら、上記のパワーモジュールでは、基板同士の接続部は、部品実装及び基板に形成される導体パターンの自由度を高めるため、基板の端に配置される構成となる。そのため、半導体スイッチング素子から平滑コンデンサまでの配線距離は、改善はされるものの依然として長い。従って、このパワーモジュールでは、この配線経路から発生するノイズが、配線経路周辺の回路に悪影響を与えるため、多くのノイズ対策部品が必要であった。そこで、パワーモジュールは、半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとの間の配線長を短くし、その配線から発生するノイズを低減することが課題となっていた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとの間の配線長を短くし、その配線から発生するノイズを低減することができるパワーモジュールを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係るパワーモジュールの構成上の特徴は、半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとを有するインバータ回路により構成されるパワーモジュールであって、前記パワーモジュールは、前記半導体スイッチング素子が実装され導電性金属からなる配線パターンを樹脂でインサート成形し、前記配線パターンから延在し成形した成形基板の端部から突出する入出力端子を有するインバータモジュールと、前記平滑コンデンサと、を備え、前記インバータモジュールは、前記成形基板を貫通し前記配線パターンにより前記半導体スイッチング素子に電気的に接続される貫通孔を有し、前記平滑コンデンサは、そのリード線が前記貫通孔に挿入され、前記リード線と前記貫通孔とが半田付けされ、前記半導体スイッチング素子に電気的に接続されることである。

請求項１のパワーモジュールによれば、平滑コンデンサが、そのリード線を成形基板の貫通孔に挿入して半田付けし、貫通孔を介して半導体スイッチング素子に電気的に接続されるので、半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとの間の配線長を短くし、その配線から発生するノイズを低減することができる。

本発明によれば、半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとの間の配線長を短くし、その配線から発生するノイズを低減することができるパワーモジュールを提供できる。

本発明の一実施形態であるパワーモジュールの回路図である。図１に示すパワーモジュールの構造を説明する概略断面図である。図１に示すパワーモジュールの適用例を説明する概略断面図である。図１に示すパワーモジュールの適用例を説明する概略断面図である。

以下、本発明のパワーモジュールを具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるパワーモジュール１の回路図である。図２は、図１に示すパワーモジュール１の構造を説明する概略断面図である。図１及び図２を参照しつつ説明する。

図１に示すようにパワーモジュール１は、６個のＦＥＴ（半導体スイッチング素子）２１と、３個のシャント抵抗２２と、平滑コンデンサ３と、を有し、例えばブラシレスモータの駆動回路に用いられる３相インバータ回路により構成される。

ＦＥＴ２１は、３相インバータ回路の上、下アームを構成する。シャント抵抗２２は、３相それぞれの電流を検出するために、それぞれの下アームに直列に接続される。平滑コンデンサ３は、３相インバータ回路の電源ライン間に接続される。具体的には、平滑コンデンサ３の正極が、配線経路Ｌ１〜Ｌ３により上アームのそれぞれのＦＥＴ２１に接続される。また、平滑コンデンサ３の負極が、配線経路Ｌ４〜Ｌ６によりシャント抵抗２２を介して下アームのＦＥＴ２１に接続される。

図２に示すようにパワーモジュール１は、インバータモジュール２と平滑コンデンサ３とにより構成される。

インバータモジュール２は、導電性金属（例えば、銅）からなる略板状の配線パターン２３の一方の面２３ｂに、ＦＥＴ２１及びシャント抵抗２２を実装し、樹脂２４でインサート成形して構成される。インサート成形により、面２３ｂ及び側面が樹脂により覆われる。一方、面２３ｂとは反対側の面２３ａは、配線パターン２３が露出した状態である。インバータモジュール２の端部には、配線パターン２３から延在しピン状に突出する複数の入出力端子２５が形成される。インバータモジュール２の略中央部には、面２３ｂ側と面２３ａ側とを貫通する貫通孔２６がＦＥＴ２１の近傍に形成される。貫通孔２６には、その回路上の位置が図１に示す位置Ｐ１となるように配線パターン２３が配線されている。ここで、ＦＥＴ２１及びシャント抵抗２２を実装した配線パターン２３を、インサート成形による樹脂により覆った状態のものが、本発明の成形基板に対応する。

平滑コンデンサ３は、その本体が円柱状からなり、底から正極及び負極の２本のリード線３１が突出して構成される。平滑コンデンサ３は、正極のリード線３１が貫通孔２６に面２３ｂ側から挿入され、負極のリード線３１は図示しない別の貫通孔に面２３ｂ側から挿入され、インバータモジュール２に実装される。正極のリード線３１の先端が、貫通孔２６の面２３ａ側の周囲に形成されるランド２７と、貫通孔２６の内周面とに半田付けされる。負極のリード線３１も正極のリード線３１に同じく半田付けされる。

これにより、平滑コンデンサ３の正極のリード線３１は、配線経路Ｌ１〜Ｌ３を通って上アームのそれぞれのＦＥＴ２１に電気的に接続される。また、負極のリード線３１は、図示しない配線経路Ｌ４〜Ｌ６を通り、シャント抵抗２２を介して下アームのそれぞれのＦＥＴ２１に電気的に接続される。

次に、パワーモジュール１を、例えば電動モータにより操舵補助を行う電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）のＥＣＵに適用した場合の構造例について説明する。図３は、図１に示すパワーモジュール１の適用例を説明する概略断面図である。図４は、図１に示すパワーモジュール１の適用例を説明する概略断面図である。図３及び図４を参照しつつ説明する。

第１の構造例について説明する。図３に示すようにパワーモジュール１は、図示しないＥＣＵにおいて、３相インバータ回路の駆動を制御する制御基板４に対し、直交して配置し組み付けられる。具体的には、パワーモジュール１の複数の入出力端子２５が、制御基板４の端部に設けられた複数のスルーホール４２にそれぞれ挿入されて半田付けされる。制御基板４の両面には、種々の回路部品４１が実装されている。パワーモジュール１が発生する熱を放熱するためのヒートシンク５が、回路部品４１に干渉しない位置であって、面２３ａに絶縁シート６を介して密着して取り付けられる。ヒートシンク５には、平滑コンデンサ３のリード線３１に対向する位置に、干渉を避けるための窪み５１が設けられている。

第２の構造例について説明する。図４に示すようにパワーモジュール１は、図示しないＥＣＵにおいて、３相インバータ回路の駆動を制御する制御基板４ａにヒートシンク５ａを重ね、さらにパワーモジュール１を重ねて配置し組み付けられる。具体的には、ヒートシンク５ａは、断面形状がコの字形に形成され、突出した両端部が制御基板４ａの一方の面に当接し、ねじ４３により制御基板４ａに固定されて配置される。制御基板４ａの両面には、種々の回路部品４１が実装されている。ヒートシンク５ａの上部には、絶縁シート６を介して面２３ａを密着させパワーモジュール１が装着される。パワーモジュール１の端部から突出する複数の入出力端子２５ａは、Ｌの字形に形成され、その先端が制御基板４ａの端部に設けられた複数のスルーホール４２ａにそれぞれ挿入されて半田付けされる。ヒートシンク５ａには、平滑コンデンサ３のリード線３１に対向する位置に、干渉を避けるための窪み５１ａが設けられている。

これにより、パワーモジュール１では、平滑コンデンサ３が、そのリード線３１をインバータモジュール２の貫通孔２６に挿入して半田付けし、貫通孔２６を介して近傍に配置されるＦＥＴ２１に電気的に接続されるので、ＦＥＴ２１と平滑コンデンサ３との間の配線長を短くし、その配線から発生するノイズを低減することができる。

これにより、パワーモジュール１では、ＦＥＴ２１と平滑コンデンサ３との間の配線から発生するノイズを低減できるので、シャント抵抗２２による電流検出の精度が向上し、ＥＰＳのモータ制御の品質向上に貢献できる。

なお、本発明は本実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施することができる。
本実施形態では、電流検出のためのシャント抵抗２２を備えるとしたが、それに限るものではなく、例えば、シャント抵抗２２を備えていない構成に適用しても良い。

また、上記実施形態では、インバータ回路がブラシレスモータの駆動回路に用いられる３相インバータ回路としたが、それに限るものではなく、例えば、ブラシ付きモータの駆動回路に用いられる単相インバータ回路の構成に適用しても良い。

また、上記実施形態では、３相インバータ回路すべてをモジュール化したが、それに限るものではなく、例えば、１相分などのように部分的な回路をモジュール化した構成に適用しても良い。

１：パワーモジュール、２：インバータモジュール、３：平滑コンデンサ、４，４ａ：制御基板、５，５ａ：ヒートシンク、６：絶縁シート、１１：半田付け、２１：ＦＥＴ（半導体スイッチング素子）、２２：シャント抵抗、２３：配線パターン、２４：樹脂、２５，２５ａ：入出力端子、２６：貫通孔、２７：ランド、３１：リード線、４１：回路部品、４２，４２ａ：スルーホール、４３：ねじ、５１，５１ａ：窪み、Ｌ１〜Ｌ６：配線経路

Claims

半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとを有するインバータ回路により構成されるパワーモジュールであって、
前記パワーモジュールは、
前記半導体スイッチング素子が実装され導電性金属からなる配線パターンを樹脂でインサート成形し、前記配線パターンから延在し成形した成形基板の端部から突出する入出力端子を有するインバータモジュールと、
前記平滑コンデンサと、を備え、
前記インバータモジュールは、前記成形基板を貫通し前記配線パターンにより前記半導体スイッチング素子に電気的に接続される貫通孔を有し、
前記平滑コンデンサは、そのリード線が前記貫通孔に挿入され、前記リード線と前記貫通孔とが半田付けされ、前記半導体スイッチング素子に電気的に接続されることを特徴とするパワーモジュール。