JP2022114474A - パワーモジュール - Google Patents

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Tomoaki Furuse
晃司 上本
Koji Uemoto
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Hidekazu Sadayuki
潤一 木村
Junichi Kimura
則充 穗積
Norimitsu Hozumi
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Abstract

【課題】パワーモジュールの動作信頼性の向上を図る。【解決手段】パワーモジュール１は、制御信号Ｓ１に応じて動作する駆動回路２と、駆動回路２に駆動抵抗３を介して接続された第１出力端４と、第１基準電位端５と、駆動回路２と第１出力端４と第１基準電位端５とが配置される駆動基板６と、パワー半導体素子７が実装される半導体実装部８と、制御接続部９と、第１基準接続部１０とが配置される放熱基板１１と、冷却器１２とを含む。駆動基板６は、第１出力端４に接続された第１出力導体層１７と、第１基準電位端５に接続された第１基準電位層１８とを有し、第１基準電位層１８は複数層で設けられて第１出力導体層１７を絶縁状態で挟持して積層配置され、第１出力端４と制御接続部９とは第１棒状導体１９で接続され、第１基準電位端５と第１基準接続部１０とは第２棒状導体２０で接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、各種電気機器に使用されるパワーモジュールに関するものである。
以下、従来のパワーモジュールについて説明する。従来のパワーモジュールは、制御用基板と電力用半導体装置を実装した基板とを個別に設け、さらにパワーモジュールの放熱特性を向上させるためにヒートシンクがパワーモジュールに設けられている。ここでヒートシンクは、発熱量が大きな電力用半導体素子で発生する熱を効率よく放熱するために、電力用半導体装置を実装した基板に密着する形で配置されている。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
特開２００３－２５８４６６号公報
しかしながら従来のパワーモジュールでは、制御用基板から電力用半導体装置を制御するための制御信号を発信する際に、半導体装置のスイッチング速度を調整するために設けられた抵抗に電流が流れることに伴い発生する熱を十分に放熱できなくなり、この結果、制御用基板の温度上昇に起因してパワーモジュールの動作信頼性が低下するおそれがある
という課題を有するものであった。
そこで本発明は、パワーモジュールの動作信頼性を向上させることを目的とするものである。
そして、この目的を達成するために本発明は、制御信号の入力に応じて駆動信号を発信する駆動回路と、前記駆動回路に駆動抵抗を介して接続された第１出力端と、前記駆動回路に接続された第１基準電位端と、前記駆動回路と前記第１出力端と前記第１基準端とが配置された駆動基板と、制御端子と基準端子とを有するパワー半導体素子が実装される半導体実装部と、前記制御端子が接続される制御接続部と、前記基準端子が接続される第１基準接続部とが配置され、絶縁層と放熱層とを有する放熱基板と、前記放熱基板に熱的に接続されて設けられた冷却器と、を備え、前記駆動基板は、前記第１出力端に接続された第１出力導体層と、前記第１基準電位端に接続された第１基準電位層とを有し、前記第１基準電位層は複数層で設けられて前記第１出力導体層を絶縁状態で挟持して積層配置され、前記第１出力端と前記制御接続部とは第１棒状導体で接続され、前記第１基準電位端と前記基準接続部とは第２棒状導体で接続されている、ことを特徴としたものである。
本発明によれば、パワー半導体素子で発生する熱は放熱基板を介して冷却器へと伝えられて放熱される。そして、駆動回路に接続された駆動抵抗で発生する熱は駆動回路が実装された駆動基板に積層された第１出力導体層や第１基準電位層によって駆動基板内に拡散される。さらに、駆動回路に接続された駆動抵抗で発生する熱は、第１棒状導体と第２棒状導体とを通じて放熱基板を介して冷却器へと伝えられて放熱される。これにより、駆動回路やパワー半導体素子が動作する際の駆動回路やパワー半導体素子の温度上昇は抑制される。この結果として、パワーモジュールの動作信頼性の向上が可能となる。
本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第１側面図 本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第１ブロック接続図 本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第２側面図 本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第３側面図 本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第２ブロック接続図 本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第４側面図 本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第３ブロック接続図 本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第５側面図 本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第４ブロック接続図
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第１側面図であり、図２は本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第１ブロック接続図である。パワーモジュール１は、駆動回路２と駆動抵抗３と第１出力端４と第１基準電位端５と、駆動回路２と駆動抵抗３と第１出力端４と第１基準電位端５とが配置される駆動基板６と、パワー半導体素子７と半導体実装部８と制御接続部９と第１基準接続部１０と、パワー半導体素子７と半導体実装部８と制御接続部９と第１基準接続部１０とが配置される放熱基板１１と、冷却器１２とを含む。
駆動回路２は、駆動回路２に入力される制御信号Ｓ１に対応した駆動信号Ｓ２を発信する。第１出力端４は駆動抵抗３を介して駆動回路２に接続されている。また、駆動回路２には第１基準電位端５が接続されている。
パワー半導体素子７は制御端子１３と基準端子１４とを有する。パワー半導体素子７は、半導体実装部８に実装されている。制御接続部９は制御端子１３に接続されている。第１基準接続部１０は基準端子１４に接続されている。
放熱基板１１は絶縁層１５と放熱層１６とを有する。また冷却器１２は放熱基板１１に熱的に接続されている。
駆動基板６は、第１出力導体層１７と第１基準電位層１８とを有する。第１出力導体層１７は第１出力端４に接続されている。第１基準電位層１８は第１基準電位端５に接続されている。第１基準電位層１８は複数の層が積層配置された状態で駆動基板６に設けられていて、複数層の第１基準電位層１８が第１出力導体層１７を、電気的に絶縁状態を保ったうえで挟持している。
また、第１出力端４と制御接続部９は第１棒状導体１９によって接続されていて、第１基準電位端５と第１基準接続部１０は第２棒状導体２０によって接続されている。
以上の構成により、パワー半導体素子７が動作する際に発生する熱は、放熱基板１１を介して冷却器１２へと伝えられて放熱される。そして、駆動回路２に接続された駆動抵抗３にパワー半導体素子７を動作させるための信号が流れることに伴って発生する熱は、駆動回路２が実装された駆動基板６に積層して設けられた第１出力導体層１７や第１基準電位層１８によって駆動基板６全体へと拡散される。
さらに、駆動回路２に接続された駆動抵抗３で発生する熱は、第１出力端４を経て第１棒状導体１９に、第１基準電位端５を経て第２棒状導体２０に伝えられ、さらに第１棒状導体１９と第２棒状導体２０を通じて放熱基板１１を介して冷却器１２へと伝えられて放熱される。これにより、駆動回路２やパワー半導体素子７が動作する際の駆動回路２やパワー半導体素子７の温度上昇は抑制される。この結果として、駆動回路２が熱によって破損することや、駆動回路２やパワー半導体素子７の接続に用いられるはんだ接合部をはじめとする接合部が熱によって破損することを抑制することができ、パワーモジュールの動作信頼性の向上が可能となる。
以下において、パワーモジュール１の構成および動作の詳細について、図１および図２を用いて説明する。先にも述べたように、パワーモジュール１は、駆動回路２と駆動抵抗３と第１出力端４と第１基準電位端５と、駆動回路２と駆動抵抗３と第１出力端４と第１基準電位端５とが配置される駆動基板６と、パワー半導体素子７と半導体実装部８と制御接続部９と第１基準接続部１０と、パワー半導体素子７と半導体実装部８と制御接続部９と第１基準接続部１０とが配置される放熱基板１１と、冷却器１２とを含む。駆動基板６と放熱基板１１とは個別の基板として設けられている。
駆動回路２は、信号入力部２Ａから駆動回路２に入力される制御信号Ｓ１に対応した駆動信号Ｓ２を発信する。駆動信号Ｓ２はパワー半導体素子７の制御端子１３へ発信される。ここで、駆動回路２は駆動抵抗３を介して第１出力端４に接続されている。また、駆動回路２に設けられた基準電位部２Ｂには第１基準電位端５が接続されている。
駆動回路２と駆動抵抗３との接続、駆動抵抗３と第１出力端４との接続は、それぞれ導体３Ａ、３Ｂによって行われる。導体３Ａ、３Ｂは駆動基板６の表面に設けられていても、あるいは一部が駆動基板６に埋設されて設けられていてもよい。それぞれの導体３Ａ、３Ｂは銅箔状であってもリードフレームのように板状の導体が所定の形状として設けられていてもよい。基準電位部２Ｂと第１基準電位端５とを接続する導体５Ａもまた、銅箔状であってもリードフレームのように板状の導体が所定の形状として設けられていてもよい。また、駆動抵抗３は単一の抵抗体によって構成されていても、並列接続された複数の抵抗体によって構成されていてもよい。
パワー半導体素子７は制御端子１３と基準端子１４と出力端子２１とを有する。パワー半導体素子７は、半導体実装部８に実装されている。制御接続部９は制御端子１３に接続されている。第１基準接続部１０は基準端子１４に接続されている。
パワー半導体素子７には、例えば酸化金属皮膜型電界効果型トランジスタ（以下、ＭＯＳＦＥＴ）や、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴ）などが用いられるとよい。パワー半導体素子７がＭＯＳＦＥＴである場合、ゲートが制御端子１３に、ドレインが出力端子２１に、ソースが基準端子１４に相当する。また、パワー半導体素子７がＩＧＢＴである場合、ゲートが制御端子１３に、コレクタが出力端子２１に、エミッタが基準端子１４に相当する。
半導体実装部８、制御接続部９、第１基準接続部１０は放熱基板１１の絶縁層１５上に配置されていて、銅板、銅箔などの導体で構成されている。絶縁層１５は絶縁樹脂あるいはセラミックなどによって構成されているとよい。また、絶縁層１５における半導体実装部８、制御接続部９、第１基準接続部１０が配置された反対面には放熱層１６が絶縁層１５に貼り付けられた状態で設けられている。放熱層１６は銅やアルミニウムなどの伝熱特性や放熱特性に優れた材質であることが望ましい。またさらに、放熱層１６における絶縁層１５が設けられた反対面には冷却器１２が設けられている。冷却器１２は銅やアルミニウムなどによって構成された放熱フィンや、流路を有したうえで液体や気体を強制的に流すことによって冷却を促進する液冷器や空冷器であってよい。また、放熱層１６と冷却器１２とはネジなどの固定具（図示せず）や溶接によって、熱的および機械的に結合されているとよい。
駆動基板６は、放熱基板１１と概ね平行した位置に対面して配置されていて、絶縁体６Ａと第１出力導体層１７と第１基準電位層１８とを有する。絶縁体６Ａは絶縁樹脂やセラミックなど、あるいは絶縁樹脂とセラミックとの双方によって構成されているとよい。第１出力導体層１７は第１出力端４に接続されている。第１基準電位層１８は第１基準電位端５に接続されている。第１基準電位層１８は複数の層が積層配置された状態で駆動基板６に設けられていて、相互の熱的な結合状態を向上させるために複数層の第１基準電位層１８が第１出力導体層１７を絶縁体６Ａが介在する状態で挟持している。よって、第１出力導体層１７と第１基準電位層１８とは電気的に絶縁状態となっている。第１出力導体層１７と第１基準電位層１８とは導電性と伝熱性とが共に優れた箔状や板状で、あるいは箔状や板状のパターン形成された銅や銅合金が用いられるとよい。複数層からなる第１基準電位層１８は、全ての第１基準電位層１８が絶縁体６Ａに埋設されていても、あるいは外部への放熱特性を向上させるために第１基準電位層１８の一面が絶縁体６Ａから露出していてもよい。また複数層からなる第１基準電位層１８における相互の接続は、第１基準電位層１８の積層方向に延伸する接続層１８Ａによって行われるとよい。また、接続層１８Ａは絶縁体６Ａに埋設されて複数の位置に分散して配置されてよい。
第１出力端４と制御接続部９は第１棒状導体１９によって接続されていて、第１基準電位端５と第１基準接続部１０は第２棒状導体２０によって接続されている。第１棒状導体１９と第２棒状導体２０とは、導電性と伝熱性とが共に優れた棒状の銅や銅合金が用いられるとよい。また、発熱源である駆動抵抗３に熱的に結合が大きい第１棒状導体１９は第２棒状導体２０よりも断面積を大きくするなどにより伝熱性をよくすることが望ましい。
ここで、図中の全ての第１基準電位層１８は電気的に接続された状態となっている。第１基準電位層１８は、第１基準電位層１８の積層方向に延伸する接続層１８Ａによって駆動回路２と熱的に結合し、駆動回路２で生じる熱を概ね直接に第１基準電位層１８に伝えてもよい。また、第１基準電位層１８は駆動回路２と電気的に結合した状態としても構わない。その場合も、当然ながら第１出力導体層１７と第１基準電位層１８とは電気的に絶縁状態である。
以上の構成により、パワー半導体素子７が動作する際に発生する熱は、放熱基板１１を介して冷却器１２へと伝えられて放熱される。そして、駆動回路２に接続された駆動抵抗３にパワー半導体素子７を動作させるための信号が流れることに伴って発生する熱は、駆動回路２が実装された駆動基板６に積層して設けられた第１出力導体層１７や第１基準電位層１８によって駆動基板６全体へと拡散される。
さらに、駆動回路２に接続された駆動抵抗３で発生する熱は、第１出力端４を経て第１棒状導体１９、放熱基板１１を通じて冷却器１２へと伝えられて放熱される。また、さらに駆動抵抗３の熱は、第１出力端４から、第１棒状導体１９、第１出力導体層１７、絶縁体６Ａ、第１基準電位層１８、第２棒状導体２０、放熱基板１１を通じて冷却器１２へと伝えられて放熱される。これにより、駆動回路２や駆動抵抗３の温度上昇は抑制される。この結果として、駆動回路２や駆動抵抗３、またそれらの接続に用いられるはんだ接合部をはじめとする接合部が熱によって破損することを抑制することができ、パワーモジュール１の動作信頼性の向上が可能となる。
図３の本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第２側面図に示すように駆動基板６は、放熱導体層２２をさらに有していてもよい。ここで放熱導体層２２は、複数層で設けられた第１基準電位層１８によって絶縁状態で挟持されている。そして、放熱導体層２２は駆動回路２と駆動抵抗３とに接続されている。
より詳細には、放熱導体層２２は露出放熱導体層２２Ａと中間放熱導体層２２Ｂと埋設放熱導体層２２Ｃとを有するとよい。露出放熱導体層２２Ａは駆動回路２と駆動抵抗３とを接続している。露出放熱導体層２２Ａは先に述べた導体３Ａに相当し、駆動基板６の表面に露出放熱導体層２２Ａの一部が露出した状態で設けられていても、あるいは、露出放熱導体層２２Ａは絶縁体６Ａに一部が埋設された状態で設けられていてもよい。
また、埋設放熱導体層２２Ｃは絶縁体６Ａに埋設されたうえで、絶縁状態で第１基準電位層１８によって挟持された位置関係で配置されている。さらに中間放熱導体層２２Ｂは露出放熱導体層２２Ａと埋設放熱導体層２２Ｃとを電気的に接続し、さらに熱的に結合させて絶縁体６Ａに埋設されている。
これにより、駆動抵抗３で発生する熱は放熱導体層２２を介して絶縁体６Ａへ、さらには第１基準電位層１８に伝えられることで、パワーモジュール１の動作信頼性の向上が可能となる。より詳細には、駆動抵抗３で発生する熱は、露出放熱導体層２２Ａへ伝えられてさらに、絶縁体６Ａに埋設された中間放熱導体層２２Ｂと埋設放熱導体層２２Ｃとに伝えられる。さらに、埋設放熱導体層２２Ｃに伝えられた熱は、埋設放熱導体層２２Ｃから絶縁体６Ａを介して第１基準電位層１８へ伝えられる。また、第２棒状導体２０に接続されている第１基準電位層１８に伝えられた熱は、第２棒状導体２０、第１基準接続部１０、放熱基板１１、冷却器１２へと順に伝わり易くなる。いいかえると、駆動抵抗３で発生する熱は埋設放熱導体層２２Ｃを用いることによって第１基準電位層１８へ、大きな対向面積によって効率よく伝えられる。
この結果、駆動抵抗３および、その接続に用いられるはんだ接合部をはじめとする接合部が熱によって破損することを抑制することができ、パワーモジュール１の動作信頼性の向上が可能となる。
図４の本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第３側面図、および図５の本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第２ブロック接続図に示すように、駆動回路２は正電位（Ｖ＋）を駆動する第１スイッチ２３と負電位（Ｖ－）を駆動する第２スイッチ２４とを有し、第１駆動抵抗２５と第２駆動抵抗２６とがそれぞれ第１スイッチ２３と第２スイッチ２４に接続された形態で駆動抵抗が構成されている。第１駆動抵抗２５は第１スイッチ２３と第１出力端４とに接続されている。また、第２駆動抵抗２６は第２スイッチ２４と第１出力端４とに接続されている。
さらに第１スイッチ２３と第１駆動抵抗２５とは、第１放熱導体層２７によって接続されている。また、第２スイッチ２４と第２駆動抵抗２６とは、第２放熱導体層２８によって接続されている。第１放熱導体層２７および第２放熱導体層２８はともに、第１基準電位層１８に対して絶縁体６Ａによって絶縁状態とされたうえで、複数層からなる第１基準電位層１８によって挟持された状態で設けられている。
より詳細には、先に述べた際と同様に第１放熱導体層２７および第２放熱導体層２８は露出放熱導体層２７Ａ、２８Ａと中間放熱導体層２７Ｂ、２８Ｂと埋設放熱導体層２７Ｃ、２８Ｃとを有するとよい。露出放熱導体層２７Ａは、駆動回路２の第１スイッチ２３と第１駆動抵抗２５とを接続し、露出放熱導体層２８Ａは、駆動回路２の第２スイッチ２４と第２駆動抵抗２６とを接続している。露出放熱導体層２７Ａ、２８Ａは駆動基板６の表面に露出放熱導体層２７Ａ、２８Ａの一部が露出した状態で設けられていても、あるいは、露出放熱導体層２７Ａ、２８Ａは絶縁体６Ａに一部が埋設された状態で設けられていてもよい。
また、埋設放熱導体層２７Ｃ、２８Ｃは絶縁体６Ａに埋設されたうえで、絶縁状態で第１基準電位層１８によって挟持された位置関係で配置されている。さらに中間放熱導体層２７Ｂ、２８Ｂは露出放熱導体層２７Ａ、２８Ａと埋設放熱導体層２７Ｃ、２８Ｃとを電気的に接続し、さらに熱的に結合させて絶縁体６Ａに埋設されていて、露出放熱導体層２７Ａ、２８Ａと埋設放熱導体層２７Ｃ、２８Ｃとの積層方向に延伸して設けられている。露出放熱導体層２７Ａ、２８Ａと埋設放熱導体層２７Ｃ、２８Ｃとは板状や箔状の銅や銅合金などの導体とすればよい。
これにより、第１駆動抵抗２５と第２駆動抵抗２６で発生する熱は第１放熱導体層２７、第２放熱導体層２８を介して絶縁体６Ａへ、さらには第１基準電位層１８に伝えられることで、パワーモジュール１の動作信頼性の向上が可能となる。より詳細には、第１駆動抵抗２５と第２駆動抵抗２６で発生する熱は、露出放熱導体層２７Ａ、２８Ａへ伝えられてさらに、絶縁体６Ａに埋設された中間放熱導体層２７Ｂ、２８Ｂと埋設放熱導体層２７Ｃ、２８Ｃとに伝えられる。さらに、埋設放熱導体層２７Ｃ、２８Ｃに伝えられた熱は、絶縁体６Ａを介して第１基準電位層１８へ伝えられる。また、第２棒状導体２０に接続されている第１基準電位層１８に伝えられた熱は、第２棒状導体２０、第１基準接続部１０、放熱基板１１、冷却器１２へと順に伝わり易くなる。この結果、駆動抵抗３および、その接続に用いられるはんだ接合部をはじめとする接合部が熱によって破損することを抑制することができ、パワーモジュール１の動作信頼性の向上が可能となる。
またさらに、第１駆動抵抗２５と第２駆動抵抗２６とには電流が交互に流れるため、発熱が抑制され、結果としてパワーモジュール１の信頼性向上に加え小型化が可能となる。
図６の本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第４側面図、および図７の本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第３ブロック接続図に示すように、駆動回路２は、制御信号Ｓ１に応じて第１スイッチ２３と第２スイッチ２４とを交互にオン、オフさせる駆動素子２９を有する。
駆動基板６には、第１基準電位端５に絶縁されて駆動素子２９が動作するための基準電位を有した状態で駆動素子２９に接続される第２基準電位端３０と、駆動素子２９が配置される駆動導体部３１とが配置されている。さらに、駆動基板６は、第２基準電位端３０に接続された第２基準電位層３２と、駆動導体部３１に接続された駆動導体層３３とをさらに有する。放熱基板１１には、第２基準接続部３４がさらに配置されている。そして、駆動導体層３３は第２基準電位層３２によって絶縁状態で挟持され、第２基準電位端３０と第２基準接続部３４とは第３棒状導体３５で接続されている。
ここでは、駆動素子２９は駆動回路２の外部から信号入力部２Ａを介して制御信号Ｓ１を受信して駆動素子２９が駆動する。駆動素子２９の基準電位は、駆動基板６に設けられたコネクタ等（図示なし）から供給される。第２基準電位端３０、駆動導体部３１、第３棒状導体３５、第２基準接続部３４は電気的に接続されているが、第２基準接続部３４は放熱基板上のその他の導体には電気的には接続されていない。第２基準接続部３４は、放熱基板１１、冷却器１２とは熱的に接続されているのみである。先に述べたように、駆動素子２９は基準電位部２Ｂを通じて第１基準電位端５にも接続されている。ここで、第１基準電位端５と第２基準電位端３０とは絶縁されている。いいかえると、基準電位部２Ｂと第２基準電位端３０とは共に駆動素子２９に接続されているが、駆動素子２９において絶縁されている。
駆動素子２９は駆動導体部３１に配置されている。ここで、駆動素子２９は駆動導体部３１とは少なくとも熱的に結合されているとよい。いいかえると、駆動素子２９は駆動導体部３１に電気的に接続されることで熱的に結合されていてもよい。このとき、駆動導体部３１は、第２基準電位層３２および第１基準電位層１８とは電気的に絶縁されている。
また、駆動導体部３１に接続された駆動導体層３３は絶縁体６Ａに埋設されていて、駆動導体部３１と駆動導体層３３とは、駆動導体部３１と駆動導体層３３とが積層されている方向に延伸する駆動接続層３３Ａによって電気的、熱的に接続されているとよい。駆動接続層３３Ａもまた絶縁体６Ａに埋設されていてよい。そして、駆動導体層３３は絶縁体６Ａを介した状態で第２基準電位層３２によって絶縁状態で挟持され、駆動導体層３３は第２基準電位層３２に熱的に結合した状態となっている。
これにより、駆動素子２９で生じた熱は駆動導体部３１、駆動導体層３３、絶縁体６Ａ、第２基準電位層３２、第３棒状導体３５、第２基準接続部３４、放熱基板１１、冷却器１２へと順に伝わり易くなる。このため、駆動素子２９や駆動基板６における温度上昇は冷却器１２によって抑制される。第３棒状導体３５は、導電性と伝熱性とが共に優れた棒状の銅や銅合金が用いられるとよい。
この結果、駆動素子２９および、その接続に用いられるはんだ接合部をはじめとする接合部が熱によって破損することを抑制することができ、パワーモジュール１の動作信頼性の向上が可能となる。
図８の本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第５側面図、および図９の本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの構成を示す第４ブロック接続図に示すように、駆動回路２は、制御信号Ｓ１に応じて第１スイッチ２３と第２スイッチ２４とを交互にオン、オフさせる駆動素子２９を有し、さらに、直列に接続された第１スイッチ２３と第２スイッチ２４の両端に正電位（Ｖ＋）と負電位（Ｖ―）とを供給するトランス部３６が設けられてもよい。
そして、駆動基板６には、第１基準電位端５に絶縁された第２基準電位端３０と、トランス部３６が配置されるトランス実装部３７とが配置されている。さらに、駆動基板６は、第２基準電位端３０に接続された第２基準電位層３２と、トランス実装部３７に接続されたトランス導体層３８とをさらに有する。放熱基板１１には、第２基準接続部３４がさらに配置されている。そして、トランス導体層３８は第２基準電位層３２によって絶縁状態で挟持され、第２基準電位端３０と第２基準接続部３４とは第３棒状導体で接続されている。
トランス部３６はトランス実装部３７に配置されている。ここで、トランス部３６はトランス実装部３７とは少なくとも熱的に結合されているとよい。いいかえると、トランス部３６はトランス実装部３７に電気的に接続されることで熱的に結合されていてもよい。このとき、トランス実装部３７は、第２基準電位層３２および第１基準電位層１８とは電気的に絶縁されている。
また、トランス実装部３７に接続されたトランス導体層３８は絶縁体６Ａに埋設されていて、トランス実装部３７とトランス導体層３８とは、トランス実装部３７とトランス導体層３８とが積層されている方向に延伸するトランス接続層３８Ａによって電気的、熱的に接続されているとよい。トランス接続層３８Ａもまた絶縁体６Ａに埋設されていてよい。そして、トランス導体層３８は絶縁体６Ａを介した状態で第２基準電位層３２によって絶縁状態で挟持され、トランス導体層３８は第２基準電位層３２に熱的に結合した状態となっている。これにより、トランス部３６で生じた熱はトランス実装部３７、トランス導体層３８、絶縁体６Ａ、第２基準電位層３２、第３棒状導体３５、第２基準接続部３４、放熱基板１１、冷却器１２へと順に伝わり易くなる。このため、トランス部３６や駆動基板６における温度上昇は冷却器１２によって抑制される。
これにより、トランス部３６から発せられる熱が、トランス部３６や駆動回路２の他のデバイスへ影響を及ぼすことが抑制される。この結果として、パワーモジュール１の動作信頼性の向上が可能となる。
ここでトランス部３６は給電部３９と、直列に接続された第１スイッチ２３と第２スイッチ２４とを絶縁するとともに、給電部３９から供給される直流電圧の電圧変換が可能なように、直流交流変換回路（図示せず）が設けられ、トランス部３６と第１スイッチ２３と第２スイッチ２４との間に整流回路（図示せず）が設けられていてよい。また、第１スイッチ２３と第２スイッチ２４との動作を制御する駆動素子２９への給電は給電部３９によって実行されてよい。
パワー半導体素子７には例えば、ＭＯＳＦＥＴ（酸化金属皮膜型電界効果型トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などが用いられるとよい。ＭＯＳＦＥＴが用いられる場合には、制御端子１３はゲート端子が相当し、基準端子１４はソース端子が相当する。また、ＩＧＢＴが用いられる場合には、制御端子１３はゲート端子が相当し、基準端子１４はエミッタ端子が相当する。
本発明のパワーモジュールは、動作信頼性の向上が可能であるという効果を有し、各種電気機器において有用である。
１ パワーモジュール
２ 駆動回路
２Ａ 信号入力部
２Ｂ 基準電位部
３ 駆動抵抗
３Ａ 導体
３Ｂ 導体
４ 第１出力端
５ 第１基準電位端
５Ａ 導体
６ 駆動基板
６Ａ 絶縁体
７ パワー半導体素子
８ 半導体実装部
９ 制御接続部
１０ 第１基準接続部
１１ 放熱基板
１２ 冷却器
１３ 制御端子
１４ 基準端子
１５ 絶縁層
１６ 放熱層
１７ 第１出力導体層
１８ 第１基準電位層
１８Ａ 接続層
１９ 第１棒状導体
２０ 第２棒状導体
２１ 出力端子
２２ 放熱導体層
２２Ａ 露出放熱導体層
２２Ｂ 中間放熱導体層
２２Ｃ 埋設放熱導体層
２３ 第１スイッチ
２４ 第２スイッチ
２５ 第１駆動抵抗
２６ 第２駆動抵抗
２７ 第１放熱導体層
２７Ａ 露出放熱導体層
２７Ｂ 中間放熱導体層
２７Ｃ 埋設放熱導体層
２８ 第２放熱導体層
２８Ａ 露出放熱導体層
２８Ｂ 中間放熱導体層
２８Ｃ 埋設放熱導体層
２９ 駆動素子
３０ 第２基準電位端
３１ 駆動導体部
３２ 第２基準電位層
３３ 駆動導体層
３３Ａ 駆動接続層
３４ 第２基準接続部
３５ 第３棒状導体
３６ トランス部
３７ トランス実装部
３８ トランス導体層
３８Ａ トランス接続層
３９ 給電部

Claims (7)

  1. 制御信号の入力に応じて駆動信号を発信する駆動回路と、前記駆動回路に駆動抵抗を介して接続された第１出力端と、前記駆動回路に接続された第１基準電位端と、前記駆動回路と前記第１出力端と前記第１基準端とが配置される駆動基板と
    制御端子と基準端子とを有するパワー半導体素子が実装される半導体実装部と、前記制御端子が接続される制御接続部と、前記基準端子が接続される第１基準接続部とが配置され、絶縁層と放熱層とを有する放熱基板と、
    前記放熱基板に熱的に接続されて設けられた冷却器と、
    を備え、
    前記駆動基板は、前記第１出力端に接続された第１出力導体層と、前記第１基準電位端に接続された第１基準電位層とを有し、前記第１基準電位層は複数層で設けられて前記第１出力導体層を絶縁状態で挟持して積層配置され、
    前記第１出力端と前記制御接続部とは第１棒状導体で接続され、前記第１基準電位端と前記第１基準接続部とは第２棒状導体で接続されている、
    パワーモジュール。
  2. 前記駆動基板は、放熱導体層をさらに有し、前記放熱導体層は前記第１基準電位層によって絶縁状態で挟持されるとともに、前記駆動回路と前記駆動抵抗とに接続されている、
    請求項１に記載のパワーモジュール。
  3. 前記駆動回路は第１スイッチと第２スイッチとを有し、
    前記駆動抵抗は、前記第１スイッチと前記第１出力端とを接続する第１駆動抵抗と、前記第２スイッチと前記第１出力端とを接続する第２駆動抵抗とからなり、
    前記第１スイッチと前記第１駆動抵抗とは、前記第１基準電位層によって絶縁状態で挟持されて設けられた第１放熱導体層に接続され、
    前記第２スイッチと前記第２駆動抵抗とは、前記第１基準電位層によって絶縁状態で挟持されて設けられた第２放熱導体層に接続されている、
    請求項１に記載のパワーモジュール。
  4. 前記駆動回路はさらに、前記制御信号に応じて前記第１スイッチと前記第２スイッチとを交互にオン、オフさせる駆動素子を有し、
    前記駆動基板には、前記第１基準電位端に絶縁されて前記駆動素子が動作するための基準電位を有して前記駆動素子に接続される第２基準電位端と、前記駆動素子が配置される駆動導体部とがさらに配置されるとともに、
    前記駆動基板は、前記第２基準電位端に接続された第２基準電位層と、前記駆動導体部に接続された駆動導体層とをさらに有し、
    前記放熱基板には、第２基準接続部がさらに配置され、
    前記駆動導体層は前記第２基準電位層によって絶縁状態で挟持され、
    前記第２基準電位端と前記第２基準接続部とは第３棒状導体で接続されている、
    請求項１に記載のパワーモジュール。
  5. 前記駆動回路はさらに、前記第１スイッチと前記第２スイッチとに動作電圧を供給するトランスを有し、
    前記駆動基板には、前記第１基準電位端に絶縁された第２基準電位端と、前記トランスが配置されるトランス実装部とがさらに配置されるとともに、
    前記駆動基板は、前記第２基準電位端に接続された第２基準電位層と、前記トランス実装部に接続されたトランス導体層とをさらに有し、
    前記放熱基板には、第２基準接続部がさらに配置され、
    前記トランス導体層は前記第２基準電位層によって絶縁状態で挟持され、
    前記第２基準電位端と前記第２基準接続部とは第３棒状導体で接続されている、
    請求項３に記載のパワーモジュール。
  6. 前記パワー半導体素子の、制御端子はゲート端子であり、基準端子はソース端子である、
    請求項１に記載のパワーモジュール。
  7. 前記パワー半導体素子の、制御端子はゲート端子であり、基準端子はエミッタ端子である、
    請求項１に記載のパワーモジュール。
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