JP2022161158A

JP2022161158A - パワーモジュール

Info

Publication number: JP2022161158A
Application number: JP2021065756A
Authority: JP
Inventors: 磊王; Lei Wang
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2021-04-08
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2022-10-21

Abstract

【課題】樹脂部の高温化を抑制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、基板２と、複数のパワーデバイス３と、ベースプレート６と、ヒートシンク８と、ソース端子４と、ドレイン端子５と、複数の断熱部９と、これら部品を保持した樹脂部７と、を備えている。複数の断熱部９は、ソース端子４と樹脂部７との間、ドレイン端子５と樹脂部７との間、基板２と樹脂部７との間、ベースプレート６と樹脂部７との間、及びヒートシンク８と樹脂部７との間に介在している。断熱部９によってパワーデバイス３から発せられる熱が遮断されるため、端子４，５、基板２、ベースプレート６、ヒートシンク８から樹脂部７への熱伝導が抑制され、樹脂部７の高温化が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーデバイス（電力用半導体素子）を備えたパワーモジュールに関する。

パワーデバイスを備えたパワーモジュールが公知である（特許文献１を参照）。図４は、従来のパワーモジュール３０１の概略断面図である。このパワーモジュール３０１は、組み立て工数の削減や小型化を図るため、ソース端子４及びドレイン端子５がインサート成形によって樹脂部７に一体化されており、ソース端子４とパワーデバイス３及びドレイン端子５と基板２が直接接続されている。また、基板２の下面に冷却機能を有するベースプレート６が配置され、さらにその下にヒートシンク８が配置されている。基板２、ベープレート６、ヒートシンク８は、樹脂部７によって保持されている。

特開２００２－２０３９４０号公報

上記パワーモジュール３０１は、パワーデバイス３が動作して発熱すると、端子４，５に加え、端子４，５と接触した樹脂部７も高温化される。すると、金属で構成された端子４，５と樹脂部７とは線膨張係数差が大きいため、熱応力によって端子４，５と樹脂部７とが剥離してしまうことがあるという問題があった。また、端子４，５と樹脂部７との剥離によって端子４，５と他部品（パワーデバイス３、基板２、等）との接合部に影響が生じて（はんだの剥離等）電気接続信頼性が低下するおそれがあるという問題があった。さらに、樹脂部７が高温化されて溶けてしまい、保持・補強等の機能を失ってしまうおそれがあるという問題があった。

そこで、本発明は、樹脂部の高温化を抑制できるパワーモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、パワーデバイスと、前記パワーデバイスに接続された端子と、前記端子に一体化された樹脂部と、を備え、前記端子と前記樹脂部との間に断熱部が介在していることを特徴とするパワーモジュールである。

本発明によれば、樹脂部の高温化を抑制できるパワーモジュールを提供することができる。

本発明の一実施形態にかかるパワーモジュールの概略断面図である。図１のパワーモジュールの斜視図である。図２のパワーモジュールを反対側からみた斜視図である。従来のパワーモジュールの概略断面図である。

本発明の一実施形態にかかる「パワーモジュール」について、図１～３を参照して説明する。図１～３に示すパワーモジュール１は、例えば電力変換装置（インバータ、コンバータ等）に用いられる。

パワーモジュール１は、基板２と、基板２に実装された複数（３個）のパワーデバイス３と、ベースプレート（放熱部）６と、ヒートシンク（放熱部）８と、ソース端子４と、ドレイン端子５と、複数の断熱部９と、これら部品を保持した樹脂部７と、を備えている。

基板２は、絶縁基板２１の下面及び上面に導体パターン２２，２３が形成されたプリント基板である。また、本明細書中でいう「上」「下」は、図１～３の紙面方向における「上」「下」であり、パワーモジュール１使用時の実際の上下方向と一致していなくてもよい。

パワーデバイス３は、基板２上面の導体パターン２３にはんだ１２で接合されている。パワーデバイス３は、電気エネルギーの制御や供給に用いられる電力用半導体素子であり、ＳｉＣ（炭化ケイ素）デバイスやＧａＮ（窒化ガリウム）デバイス等である。また、本例のパワーデバイス３は、ＭＯＳＦＥＴである。

ベースプレート６は、基板２の下面にはんだ１１で接合されている。ベースプレート６は、銅合金等の金属で板状に構成されており、冷却機能を有している。

ヒートシンク８は、金属で構成されており、ベースプレート６の下面に配置されている。ベースプレート６とヒートシンク８の間には熱伝導グリス１０が介在している。

ソース端子４は、その下面が各パワーデバイス３の上面に重なっており、はんだ１３で各パワーデバイス３に接合されている。

ドレイン端子５は、その下面が基板２の上面に重なっており、はんだ１４で基板２上面の導体パターン２３に接合されている。

ソース端子４及びドレイン端子５は、銅合金（線膨張係数は約１６×１０^-6/℃）で板状に形成されており、二箇所で直角に屈曲されている。これらソース端子４及びドレイン端子５は、インサート成形によって樹脂部７に一体化されている。樹脂部７は、本例ではエポキシ樹脂（線膨張係数は約６０×１０^-6/℃）が用いられている。

複数の断熱部９は、ソース端子４と樹脂部７との間、ドレイン端子５と樹脂部７との間、基板２と樹脂部７との間、ベースプレート６と樹脂部７との間、及びヒートシンク８と樹脂部７との間に介在している。本例では、各断熱部９が、耐熱性・電気絶縁性に優れ、価格も安価なセラミックスで構成されており、平らな板状に形成されている。

このようなパワーモジュール１において、電力は、ソース端子４を介して各パワーデバイス３に入力され、各パワーデバイス３から基板２、ドレイン端子５を介して出力される。パワーデバイス３が動作して発熱すると、端子４，５や基板２が高温化される。また、基板２の熱は、ベースプレート６からヒートシンク８に伝わって放熱される。

本例では、パワーデバイス３の駆動温度が２００℃以上になり得るが、断熱部９によって熱が遮断されるため、端子４，５、基板２、ベースプレート６、ヒートシンク８から樹脂部７への熱伝導が抑制され、樹脂部７の高温化が抑制される。

このことにより、樹脂部７の熱膨張が抑制され、樹脂部７とこれに隣接した各部品との間の熱応力が緩和される。よって、樹脂部７とこれに隣接した各部品との剥離が防止される。特に、端子４，５と樹脂部７との剥離が防止されるので、端子４とパワーデバイス３との接合部や、端子５と基板２との接合部の剥離が防止され、電気接続信頼性を確保することができる。

また、上述したように樹脂部７の高温化が抑制されるので、樹脂部７が溶けることを防止できる。

上述した実施形態では、断熱部９がセラミックスで構成されていたが、セラミックス以外でも、パワーデバイス３の動作時の熱で溶けない融点の高い断熱材であれば使用可能である。また、断熱部は、パワーモジュール回路のショートが回避されていれば、必ずしも絶縁性の材料でなくてもよい。即ち、複数の断熱部に非絶縁性の断熱部が含まれていてもよい。

上述した実施形態では、パワーモジュール１がＳｉＣデバイス、ＧａＮデバイス等のパワーデバイス３を備えていたが、本発明においては、パワーデバイスとして、一般的に用いられているＳｉデバイスを採用することもできる。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１パワーモジュール
２基板
３パワーデバイス
４ソース端子
５ドレイン端子
７樹脂部
９断熱部

Claims

パワーデバイスと、前記パワーデバイスに接続された端子と、前記端子に一体化された樹脂部と、を備え、
前記端子と前記樹脂部との間に断熱部が介在している
ことを特徴とするパワーモジュール。
前記断熱部がセラミックスで構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
金属製の放熱部を備え、
前記放熱部と前記樹脂部との間にも断熱部が介在している
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーモジュール。