JP2605910B2 - パワーモジュール - Google Patents

パワーモジュール

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JP2605910B2
JP2605910B2 JP2020382A JP2038290A JP2605910B2 JP 2605910 B2 JP2605910 B2 JP 2605910B2 JP 2020382 A JP2020382 A JP 2020382A JP 2038290 A JP2038290 A JP 2038290A JP 2605910 B2 JP2605910 B2 JP 2605910B2
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power module
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一彦 今村
了三 唐津
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Fuji Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、サイリスタやパワートランジスタ等の電
力制御素子と、そのゲート駆動回路とを同一基板上に実
装して一体化したパワーモジュールに関する。
〔従来の技術〕
従来、インバータ等において使用されるサイリスタや
パワートランジスタ等の電力制御素子を複数個内蔵した
電力制御用パワーモジュールでは、これら電力制御素子
を駆動するゲート駆動回路を一般にパワーモジュールと
は別個に離れた位置に設けており、その実装基板として
はガラス・エポキシ系の樹脂基板を使用している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前述した従来の構成では、電力制御素
子とこれを駆動するゲート駆動回路とが別個の基板に設
けられていて物理的に近付けられないため、これら電力
制御素子とゲート駆動回路間を結ぶ配線長が必然的に長
くならざるを得ず、これに伴う直列抵抗や浮遊容量或い
はインダクタンス等の影響によって電力制御素子を高速
で駆動るすることが困難になるという問題点があった。
さらに、ゲート駆動回路の実装基板がガラス・エポキ
シ系の樹脂基板を使用しているために熱伝導性が悪く、
ゲート駆動回路で消費される電力がパワーモジュールの
電力制御素子の1/10以下とはいえ、この電力を放熱する
ためには消費電力の大きな抵抗や放熱フィンを基板上に
実装する必要があり、ゲート駆動回路のサイズが大きく
なるという難点を有していた。
そこで、本発明の目的は、ゲート駆動回路を一体化
し、高速に電力制御を行うことができる小型なパワーモ
ジュールを提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するため、本発明に係るパワーモジュ
ールは、同一基板上に電力制御素子とそのゲート駆動回
路とを実装して一体化したパワーモジュールにおいて、 前記基板は、低熱抵抗の金属基板またはセラミック基
板で構成し、この基板上に絶縁性樹脂からなる絶縁層を
被覆形成すると共にその上に配線パターンを形成してな
り、 前記基板上の一部にパワートランジスタチップを実装
すると共に、この実装領域に隣接する前記基板上にゲー
ト駆動回路素子を実装し、 さらに前記基板上に前記ゲート駆動回路素子を動作さ
せるための制御信号を供給するコネクタおよび前記パワ
ートランジスタチップと外部装置との接続を行うための
主回路端子台を接続配置し、 前記パワートランジスタチップの実装領域またはこの
実装領域と前記ゲート駆動回路素子の実装領域との両方
を、絶縁樹脂としてのシリコンゲルによりコーティング
することを特徴とする。
〔作 用〕
本発明に係るパワーモジュールによれば、ゲート駆動
回路を電力制御素子と同じ熱抵抗の低い金属またはセラ
ミックの同一基板上に近接して実装する構成であるた
め、直列抵抗や浮遊容量或いはインダクタンス等が小さ
くなり電力制御素子のゲートを高速に駆動することがで
きる。さらに、熱抵抗の低い同一基板上にゲート駆動回
路を構成しているため、ゲート駆動回路用放熱フィンが
不要となり全体としてパワーモジュールの小形化を達成
できる。
特に、本発明のパワーモジュールは、電力制御素子な
いしはゲート駆動回路の実装領域を、絶縁樹脂としての
シリコンゲルによりコーティングすることによって、各
素子ないし部品からの発熱を絶縁樹脂や基板を介して効
率よく放散することができ、前記各素子ないし部品を外
部の湿気や種々の雰囲気から保護して、それらの劣化を
有効に防止することができる。
〔実施例〕
次に、本発明に係るパワーモジュールの実施例につ
き、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す直流から三相交流
を発生するインバータの主回路に適用したパワーモジュ
ールの要部平面図であり、第2図はこの側面図である。
但し、説明の便宜上第1図において、パワートランジス
タ部を形成するパワートランジスタチップの実装領域を
形成する絶縁樹脂としてのシリコンゲルによる囲繞ない
しコーティング部分と、第2図における、第1図のA−
A線で示した部分とは、それぞれ部分断面図として示し
てある。ここで、参照符号10は低熱抵抗の金属基板また
はセラミック基板であり、金属基板としては例えばアル
ミ板、銅板または鉄板(ケイ素鋼板)等が使用できる。
ここでは、一例として金属基板とする。この金属基板10
上には、インバータの主回路を構成する6個のパワート
ランジスタチップ20からなるパワートランジスタ部12
と、各パワートランジスタチップ20を駆動するゲート駆
動回路a〜dの4ブロックからなる6回路のゲート駆動
回路部14(但し、ゲート駆動回路aは3回路分のゲート
駆動回路素子26を含む。)と、このゲート駆動回路部14
を動作させるための制御信号を供給すると共に電源との
接続を行うためのコネクタ16および主回路によって制御
される入出力電力を図示しない外部の直流電源やモータ
等の外部装置と接続するための主回路端子台18とが搭載
されている。この主回路端子台18は、両端の2個のネジ
によって金属基板10に取付けられる。パワートランジス
タ部12内のパワートランジスタチップ20は、その実装領
域を、絶縁樹脂としてのシリコンゲル24を使用したゲル
枠22で囲繞すると共にシリコンゲル24により全体をコー
ティングする。また、ゲート駆動回路部14内の破線で示
した各ゲート駆動回路a〜dは、それぞれゲート駆動回
路素子26から構成される。金属基板10の上面は、例えば
ポリマ厚膜ペースト等の絶縁性樹脂で形成した絶縁層30
により被覆し、その上に銅箔の配線パターン28が形成さ
れ、さらにパワートランジスタチップ20と配線パターン
28とはアルミ線等のボンディングワイヤ32によって接続
される。
このように構成するパワーモジュールは、低熱抵抗の
同じ金属基板10上にゲート駆動回路a〜dとパワートラ
ンジスタ部12とが近接して配置される結果、それぞれの
パワートランジスタチップ20に対するゲート駆動は、銅
箔の配線パターン28とボンディングワイヤ32とによる従
来に比べて十分短い長さの配線を介して行うことができ
る。
なお、第1図および第2図に示す実施例においては、
パワートランジスタチップの実装領域だけを絶縁樹脂と
してのシリコンゲル24でコーティングした場合を示した
が、ゲート駆動回路素子の実装領域も併せてシリコンゲ
ル24でコーティングしてもよいことは勿論である。
〔発明の効果〕
前述した実施例から明らかなように、本発明に係るパ
ワーモジュールは、同一基板上に電力制御素子とそのゲ
ート駆動回路とを実装して一体化したパワーモジュール
において、前記基板は、低熱抵抗の金属基板またはセラ
ミック基板で構成し、この基板上に絶縁性樹脂からなる
絶縁層を被覆形成すると共にその上に配線パターンを形
成してなり、前記基板上の一部にパワートランジスタチ
ップを実装すると共に、この実装領域に隣接する前記基
板上にゲート駆動回路素子を実装し、さらに前記基板上
に前記ゲート駆動回路素子を動作させるための制御信号
を供給するコネクタおよび前記パワートランジスタチッ
プと外部装置との接続を行うための主回路端子台を接続
配置し、前記パワートランジスタチップの実装領域また
この実装領域と前記ゲート駆動回路素子の実装領域との
両方を、絶縁樹脂としてのシリコンゲルによりコーティ
ングする構成としたことにより、電力制御素子である各
パワートランジスタとそれぞれに対するゲート駆動回路
とが同じ基板上に近接して配置でき、この間の配線長を
短くできる結果、直列抵抗や浮遊容量等が減少して高速
駆動を可能とする。
また、本発明のパワーモジュールによれば、ゲート駆
動回路は、従来のガラス・エポキシ系の樹脂基板よりも
大幅に熱抵抗の低い金属基板またはセラミック基板上に
実装するため、従来と同じ消費電力でも、小さな部品を
使用することができると共に、トランジスタ等はこの基
板上に直付けすることによって、ゲート駆動回路用放熱
フィンが不要となる。特に、本発明においては、電力制
御素子ないしはゲート駆動回路の実装領域を絶縁樹脂と
してシリコンゲルでコーティングするとことにより、各
素子ないし、部品からの発熱を、絶縁樹脂や基板を介し
て効率よく放散し得るので、電力制御素子とゲート駆動
回路とを同一基板上に実装することができると共に、前
記各素子ないし部品を外部の湿気や種々の雰囲気から保
護して、それらの劣化を有効に防止することができる。
従って、本発明によれば、前述した特徴事項から、パ
ワーモジュール全体としての大きさを小さくすることが
できるという優れた利点を得ることができる。
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本
発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神
を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得る
ことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るパワーモジュールをインバータの
主回路の適用した一実施例を示すパワーモジュールの要
部平面図、第2図は第1図の側面図である。 10……金属基板 12……パワートランジスタ部 14……ゲート駆動回路部 16……コネクタ 18……主回路端子台 20……パワートランジスタチップ 22……ゲル枠 24……シリコンゲル 26……ゲート駆動回路素子 28……配線パターン 30……絶縁層 32……ボンディングワイヤ a,〜,d……ゲート駆動回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同一基板上に電力制御素子とそのゲート駆
    動回路とを実装して一体化したパワーモジュールにおい
    て、 前記基板は、低熱抵抗の金属基板またはセラミック基板
    で構成し、この基板上に絶縁性樹脂からなる絶縁層を被
    覆形成すると共にその上に配線パターンを形成してな
    り、 前記基板上の一部にパワートランジスタチップを実装す
    ると共に、この実装領域に隣接する前記基板上にゲート
    駆動回路素子を実装し、 さらに前記基板上に前記ゲート駆動回路素子を動作させ
    るための制御信号を供給するコネクタおよび前記パワー
    トランジスタチップと外部装置との接続を行うための主
    回路端子台を接続配置し、 前記パワートランジスタチップの実装領域またはこの実
    装領域と前記ゲート駆動回路素子の実装領域との両方
    を、絶縁樹脂としてのシリコンゲルによりコーティング
    することを特徴とするパワーモジュール。
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