JP3051011B2 - パワ−モジュ−ル - Google Patents

パワ−モジュ−ル

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】パワ−モジュ−ルに関し、特に絶
縁金属基板を用いたパワ−モジュ−ルに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近のパワ−モジュ−ルは、インバ−タ
に代表されるように、パワ−素子と周辺制御回路を組み
合わせたインテリジェントパワ−モジュ−ル化への傾向
が強まっている。パワ−モジュ−ルは放熱性を重要視し
ているため、ＤＢＣ（DirectBond Copper ）基板を多く
用いている。しかしながら、小〜中出力クラスでは、Ｄ
ＢＣ基板に比べて放熱性は多少劣るもののコストが安い
絶縁金属基板を使用することが多い。
【０００３】絶縁金属基板を用いたパワ−モジュ−ルを
図３を参照して説明する。同図に示すように、絶縁金属
基板３０は金属ベ−ス３０１と高放熱性絶縁層３０２と
該高放熱性絶縁層３０２上に設けられた導体パタ−ン３
０３とから構成される。パワ−素子３１は、絶縁金属基
板３０の導体パタ−ン３０３上に載置されたヒ−トスプ
レッダ３２上に半田付けされており、パワ−素子３１の
制御回路となるトランジスタやコンデンサ等の半導体素
子３３は、絶縁金属基板３０上の導体パタ−ン３０３上
に接続されている。
【０００４】この様なパワ−素子部分と制御回路部分と
を同一基板上に設ける構造である場合、上記両部分の電
磁干渉（ＥＭＩ：Electro Magnetic Interference ）を
防止するため、上記両部分の配線の間を一定距離以上に
保つ必要がある。そのため、絶縁金属基板３０の設計の
際にフレキシブルな対応ができず、予め決められた外囲
器の端子位置に絶縁金属基板３０側の端子を合わせるこ
ことが困難な場合もある。また、上記制御回路は複雑化
しており、パワ−モジュ−ルにおいても微細配線による
高密度実装が必要である。
【０００５】そこで、図４に示すように、絶縁金属基板
３０を上記制御回路部分のみを２層構造とした部分２層
構造としている。上記２層構造は、第１層目の導体パタ
−ン３０３ａ上の第２層目の高放熱性絶縁層３０２ｂ
と、その上に形成された第２層目の導体パタ−ン３０３
ｂとを有するものである。このような部分２層構造から
なる絶縁金属基板３０であると、上記パワ−素子部分と
上記制御回路部分との両配線は、高放熱性絶縁層３０２
ｂにより絶縁されており、上記両配線を近接に設計した
としても、電磁干渉は生じない。
【０００６】しかしながら、部分２層構造からなる絶縁
金属基板３０は非常に複雑な構造であるため、絶縁金属
基板３０が高価になり、コストの厳しい家電用や汎用の
インバ−タには採用しにくい。また、パワ−素子の出力
のみを変更する場合に、制御回路部分等を含めた絶縁金
属基板３０全体を設計し直す必要があり、開発に要する
コスト及び期間も多くかかることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、通常の
絶縁金属基板であると、ＥＭＩ対策上の制約があり絶縁
金属基板設計時にフレキシブルな対応ができない。ま
た、部分２層構造の絶縁金属基板であると、製造プロセ
スを複雑にすると共に高価格化を招く。それ故に、本発
明は容易に設計可能であると共に安価なパワ−モジュ−
ルを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によるパワーモジ
ュールは、金属板と、前記金属板上の一部に配置された
絶縁金属基板からなるヒートスプレッダと、前記ヒート
スプレッダに搭載されたパワー素子と、前記金属板上
に、前記ヒートスプレッダと隣接して配置され、前記パ
ワー素子の配線部となる第１基板と、前記金属板上に、
前記ヒートスプレッダと隣接して配置され、前記パワー
素子を制御する半導体素子が搭載された第２基板とを具
備している。
【０００９】
【作用】上記パワーモジュールによれば、上記ヒートス
プレッダとしてのみ絶縁金属基板を用いており、大幅に
絶縁金属基板の使用面積を縮小でき低下価格化が可能で
ある。しかも、絶縁金属基板は第１基板及び第２基板と
は別個のものであるため設計を容易化できる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図２を参
照して説明する。図１によれば、パワ−モジュ−ルは、
ＡｌまたはＣｕ金属等からなる金属板１１と、その上に
接着若しくは半田付けされたヒ−トスプレッダ１２と、
該ヒ−トスプレッダ１２上に半田付けされたパワ−素子
１３と、金属板１１上に接着若しくは半田付けされたパ
ワ−用基板１４と、金属板１１上に接着若しくは半田付
けされかつパワ−素子の制御回路となるトランジスタや
コンデンサ等の半導体素子１５を搭載する制御回路用基
板１６とから構成される。
【００１１】パワ−用基板１４及び制御回路用基板１６
は、プリント基板若しくはセラミック基板を用いる。パ
ワ−素子１３とパワ−用基板１４とは、ボンディングワ
イヤ１７若しくはヒ−トスプレッダ１２を介して電気的
に接続される。パワ−素子１３と制御回路用基板１６と
は、ボンディングワイヤ１７を介して接続される。
【００１２】ヒ−トスプレッダ１２は絶縁金属基板を用
いて作成される。絶縁金属基板は、ＣｕまたはＣｕクラ
ッド材（Ｃｕとコバ−ル、Ｃｕとインバ−等）からなる
金属ベ−ス１２１と、エポキシ等からなる高放熱性絶縁
層１２２とを有している（図２（ａ））。また、他の絶
縁金属基板は、金属ベ−ス１２１と高放熱性絶縁層１２
２と導体層１２３とを有している（同図（ｂ））。但
し、ヒ−トスプレッダ１２としていずれの絶縁金属基板
を用いた場合にも、高放熱性絶縁層１２２または導体層
１２３側を金属板１１に接着させ、金属ベ−ス１２１上
にパワ−素子１３を載置する。
【００１３】パワ−用基板１４及び制御回路用基板１６
は各々別々に作られているため、電磁干渉は発生しな
い。更に、別個に形成されることにより、パワ−モジュ
−ルの設計時のフレキシビリティを増すことができ、予
め決められた外囲器の端子位置に基板側の端子位置を合
わせることも容易になる。また、パワ−素子１３の品種
を変更する場合でも、パワ−素子のチップサイズが大き
く変わらなければ、パワ−用基板１４の配線を設計変更
するのみでよい。それにより、開発に要するコストの低
減及び期間の短縮を図ることができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明のパワーモジュールによれば、絶
縁金属基板をヒートスプレッダとして用いることによ
り、従来に比べて、絶縁金属基板の使用面積を大幅に縮
小することができ、低下価格化が可能である。しかも、
絶縁金属基板は第１基板及び第２基板とは別個のもので
あるため設計を容易化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパワ−モジュ−ルを模式的に示す
断面図である。
【図２】図１中のヒ−トスプレッダとして用いられる絶
縁金属基板を示す２種類の断面図である。
【図３】従来の第１のパワ−モジュ−ルを模式的に示す
断面図である。
【図４】従来の第２のパワ−モジュ−ルを模式的に示す
断面図である。
【符号の説明】
１１…金属板、１２…ヒ−トスプレッダ、１３…パワ−
素子 １４…パワ−用基板、１５…半導体素子、１６…制御回
路用基板 １７…ボンディングワイヤ、１２１…金属ベ−ス １２２…高放熱性絶縁層、１２３…導体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平３−122552（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 25/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属板と、 前記金属板上の一部に配置された絶縁金属基板からなる
    ヒートスプレッダと、 前記ヒートスプレッダに搭載されたパワー素子と、 前記金属板上に、前記ヒートスプレッダと隣接して配置
    され、前記パワー素子の配線部となる第１基板と、 前記金属板上に、前記ヒートスプレッダと隣接して配置
    され、前記パワー素子を制御する半導体素子が搭載され
    た第２基板と を具備することを特徴とするパワーモジュ
    ール。
  2. 【請求項２】 前記絶縁金属基板は、Ｃｕを含む金属ベ
    ースと、前記金属ベースに設けられ前記金属板と接触さ
    れる高放熱性絶縁層を有することを特徴とする請求項１
    記載のパワーモジュール。
  3. 【請求項３】 前記絶縁金属基板は、Ｃｕを含む前記金
    属ベースと、前記金属板と接触される導体層と、この導
    体層と前記金属ベースの間に設けられた高放熱性絶縁層
    を有することを特徴とする請求項１記載のパワーモジュ
    ール。
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