JP3103354B2 - パワーモジュール - Google Patents

パワーモジュール

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
に関し、特に、放熱用の内部端子を利用したモータ制御
用の集積化パワーパッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスを備えたパワーモジュー
ルは、多くの異なる分野で用いられている。パワーモジ
ュールの一般的な使用としては、モータの駆動および制
御がある。
【０００３】これらのパワーモジュールとしては、電界
効果型トランジスタ（ＦＥＴ）がよく用いられ、特に、
低電力型制御回路から受信した信号に基づいてモータを
駆動するための電力を供給するパワー型の金属酸化ＦＥ
Ｔ（ＭＯＳＦＥＴ）が用いられる。
【０００４】ＦＥＴは、例えば自動車のパワーステアリ
ング機構においてみられるように、電力用モータを駆動
するために必要な高電流をスイッチングすることが可能
であるが、このスイッチング時の大電流を流す際におい
て大量な熱エネルギーも発生する。
【０００５】大型のヒートシンクは、ＦＥＴによって発
生される熱エネルギーを放熱するためによく用いられ
る。この大型のヒートシンクを用いることは、モジュー
ルのパッケージサイズを大型化させ、搭載される半導体
の配設を複雑化させることにつながる。
【０００６】しかも、パワー型半導体に近接して高感度
低電力型の制御回路を配設したような場合には、モジュ
ールの信頼性を減少させ、ＦＥＴによって発散される熱
エネルギーによるダメージによってその動作に影響を及
ぼすことになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これらモジュールのパ
ッケージ化の要請は、特に、パワーモジュールの小型
化、および、駆動されるモータと同一領域内での配置が
要求される自動車分野においてやっかいである。
【０００８】例えば、パワーステアリング用の電気モー
タドライバモジュールは、機械式のパワーステアリング
部品に最適な条件の基で直接搭載され、これを駆動して
いる。
【０００９】大型ヒートシンク、或いは、パワー型半導
体とモジュール制御回路との間を接続する広大化したワ
イヤおよびケーブルは、電気モータを制御するパワー型
半導体デバイスの効果的使用を妨げるものとして望まれ
ていない。
【００１０】そこで、本発明の目的は、コンパクト化さ
れ、切替え型リラクタンス（ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）モ
ータを含む高トルク電気モータの駆動が可能で、該モジ
ュール内に集積化された制御回路を備えたパワー型半導
体モジュールを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】電源端子、グランド端
子、モータ端子は、該モジュールに直接搭載されたハイ
パワーデバイスのようなモジュールの外枠（ｓｈｅｌ
ｌ）まで引き出されている。該ハイパワーデバイスは、
ワイヤ又はケーブルを用いずに相互接続されている。
【００１２】本発明に係るパワーモジュールは、ハイパ
ワーデバイスから発生した熱エネルギーを金属基板へ伝
達することによって、制御電子部から熱エネルギーを直
接取り除くように配置したものであり、これにより、制
御用のモータに近接して搭載が可能なコンパクトで、信
頼性のあるモジュールを提供することができる。
【００１３】本発明は、ベースと、該ベースに接続され
たパワーシェルとを備えた電子モジュールを提供する。
該パワーシェルは、内部チャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）
を形成する複数の壁と、少なくとも１つの導電領域とを
有する。該少なくとも１つの導電領域には、少なくとも
１つの電子デバイスが搭載されている。該パワーシェル
の内部チャンバー内には、回路基板が配置されている。
【００１４】さらに、本発明は、熱的伝導性をもつ金属
性基板を備えた電子モジュール用の絶縁性金属プレート
を提供する。該金属性基板には、該基板を概略覆う形で
第１の絶縁層が積層されている。該第１の絶縁層には、
複数の分離領域を形成するためにエッチングされた少な
くとも２つの導電領域が積層されている。該少なくとも
２つの導電領域の間には第２の絶縁層が形成され、少な
くとも１つの導電領域上にはソルダーマスクが設置され
ている。
【００１５】本発明に係る他の特徴および利益は、添付
した図面と関連する下記に示す発明の記載内容から明ら
かである。
【００１６】本発明を説明するための好ましい一形態と
して図面に示すようなものがあるが、本発明は、この図
面に示すような配置および手段に限定されるものではな
い。
【００１７】
【発明の実施の形態】図面において同一部品に対しては
同一符号を付すものとする。図１、図２、図３は、本発
明に係る組み立てられたモジュール２構造を示すもので
あり、それぞれ、斜視図、正面図、側面図を示す。
【００１８】モジュール２は、３つの主要なサブ・コン
ポーネント、すなわち、パワーシェル４と、ベースプレ
ート６と、回路基板８とから構成される。図示のよう
に、パワーシェル４はベースプレート６上に搭載され、
回路基板８はパワーシェル４内の空洞部にはめ込まれて
いる。以下、これらサブ・コンポーネントの各々につい
て詳細に説明する。
【００１９】本発明の好適な一形態として、パワーモジ
ュール２は、４相切替え式のリラクタンス（ｒｅｌｕｃ
ｔａｎｃｅ）モータのコンバータを構成する電気部品に
みられるような、電気的パワーが要求される自動車のパ
ワーステアリング分野において用いられる。従って、半
導体部品として、例えばパワー型ＭＯＳＦＥＴは、入力
源であるＤＣパワーをモータ駆動に必要な適切なＡＣ出
力パワーに変換する。また、本発明に係るパワーモジュ
ールは、３相ＤＣ型ブラシレスモータのコンバータとし
て使用することも可能である。
【００２０】パワーシェル４は、外部電源（図示せず）
からＤＣ電力を入力するためのパワー入力端子１０ａ，
１０ｂ，１０ｃを有している。例えば、端子１０ａを正
極電圧端子とし、端子１０ｂを負極電圧端子とし、端子
１０ｃをシャシー（ｃｈａｓｓｉｓ）アース端子とす
る。
【００２１】また、パワーシェル４は、パワーモジュー
ル２から、このパワーモジュール２によって制御される
４相切替え式のリラクタンスモータの各相巻線に通電す
るためのモータ位相端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２
ｄ，１２ｅ，１２ｆを有している。モータ位相端子１２
ａ〜１２ｆは、パワーシェル４で全体的にモールドされ
ている。以下、パワーモジュール２のパワー電子回路部
の構成を詳細に説明する。
【００２２】回路基板８は、例えば高電流を流すパワー
ＭＯＳＦＥＴおよびダイオードのような、ハイパワーコ
ントローラ電子素子を駆動するために必要な、低電力制
御回路を提供する。典型的な例として、該低電力制御回
路は、ハイパワーＭＯＳＦＥＴ半導体のゲート駆動電圧
を供給する。個々の低電力回路デバイスは、回路基板８
の表面部１４に搭載されることが好ましい。コネクタ１
６は、回路基板８に搭載され、低電力回路に対して外部
接続を提供する。
【００２３】回路基板８上の低電力回路とパワーシェル
４に搭載されたハイパワーデバイス１８との間の電気的
接続は、以下に述べるように、Ｓ型ピンコネクタ２０に
よって行われる。
【００２４】図３には２つのコネクタしか示されていな
いが、必要に応じてコネクタを付加させることが可能で
ある。コネクタ２０としては”Ｓ”形状が好ましいが、
弾力性を保った状態で半田付け又はワイヤボンド（ワイ
ヤ接続）できるものであれば、どのような形状でもよ
い。
【００２５】図示のように、Ｓ型ピンコネクタ２０は、
パワーシェル４内の空洞部に回路基板８を搭載すること
によって、回路基板８とパワーシェル４との間に弾力性
のある接続を提供している。このＳ型ピンコネクタ２０
は、パワーシェル４上の金属性タブ２２又はベースプレ
ート６上のパッド領域に直接接続されている。
【００２６】このＳ型ピンコネクタ２０の使用によっ
て、ヘッダーの１列又は複数列からなるコネクタピンの
使用が不要となる。
【００２７】ヘッダーとして配列されるコネクタピン
は、例えばパワーシェル４又はベースプレート６といっ
た他のモジュール部品に送られる信号が、回路基板８上
の略同じ位置に伝えられるようにする必要がある。この
ことは、信号経路に不必要な長さを付加させ、ノイズを
増加させる要因となる。
【００２８】これに対して、Ｓ型ピンコネクタ２０を使
用することによって、回路基板８上の各信号を、互いに
独立した接続状態で、パワーシェル４又はベースプレー
ト６に接続させることができる。言い替えると、Ｓ型ピ
ンコネクタ２０は、ある信号を、信号経路内の所定の点
でモジュール部品に接続させることができる。このこと
は、信号経路の長さを制限でき、パワーモジュール２の
ノイズを低減させる。
【００２９】パワーモジュール２は、適当な締め付け部
品、例えばボルトといった当業者で知られているような
部品を用いて搭載用のタブ２４を介して搭載することが
できる。パワーモジュール２は、ハイパワーデバイス１
８によって発生された熱を発散させるために、ベースプ
レート６を介してヒートシンクに搭載させることが好ま
しい。
【００３０】以下、詳細に説明するように、ベースプレ
ート６は、好ましくは、薄いパターン状の銅又は他の導
電性、半田性の表面として形成された比較的薄い絶縁性
フィルムによって覆われた、肉厚の厚い銅又はアルミニ
ウムの基板を有する絶縁性金属基板（ＩＭＳ）構造とす
ることによって、ハイパワー部品から熱的経路を提供す
ることができる。
【００３１】図４は、本発明に係るパワーモジュール２
の分解図を示す。パワーシェル４、ベースプレート６、
回路基板８は、コンパクトに組み立てられ、有効な表面
領域が効率良く使用できるように、配置されている。
【００３２】パワーシェル４の搭載用の支柱２６を、ベ
ースプレート６の搭載用の穴２８に挿入することによっ
て、パワーシェル４を整列させて嵌合させることができ
る。パワーシェル４は、ハイパワーデバイス１８が導電
領域３０上に搭載されるようにするために、半田付け、
導電性エポキシ剤等を用いてモールドされている。パワ
ーシェル４がベースプレート６に搭載されるときは、導
電領域３０はそれぞれ接触領域３２の上部に配置され、
半田又は導電性の接着によって接続される。これによ
り、ハイパワーデバイス１８とベースプレート６との間
で電気的な接続がなされる。
【００３３】このような導電領域３０と接触領域３２と
の間の接続によって、２つの有益な機能を提供する。そ
の第１の機能として、ベースプレート６への電気的経路
を提供し、これにより、電力、アース、各種のハイパワ
ーデバイス１８間のハイパワー信号を区分することがで
きる。第２の機能として、ハイパワーデバイス１８から
ベースプレート６へ、熱的な伝導経路が提供される。こ
の熱的な伝導経路は、熱エネルギーを、ハイパワーデバ
イス１８から取り除いて、ベースプレート６に接続され
た所定のヒートシンク（図示せず）に導く。
【００３４】ハイパワーデバイス１８はパワーシェル４
内の導電領域３０の表面に搭載され、導電領域３０の裏
面はベースプレート６の接触領域３２と接触する。
【００３５】回路基板８は、該回路基板８の調整用ノッ
チ３４（ｎｏｔｃｈ）がパワーシェル４の調整用タブ３
６（ｔａｂ）と一致するようにして、パワーシェル４内
にはめ込まれる。このはめ込みにより、回路基板８の位
置決め調整が確実になされるため、パワーモジュール２
の組み立てを単純に行うことができる。このパワーシェ
ル４内へのはめ込みによって、Ｓ型ピンコネクタ２０
は、１つ又はそれ以上の導電領域３０、および／又は、
１つ又はそれ以上のベースプレート６上の各パッド３８
とつながる。これにより、回路基板８とベースプレート
６との間で電気的伝導がとれ、組み立てを簡素化するこ
とができる。
【００３６】この組み立てに際して、回路基板８および
これに関連する部品は、ハイパワーデバイス１８および
パワーシェル４とは独立して組み立てを行うことができ
る。パワーシェル４とベースプレート６とが一旦組み立
てられ、全てのワイヤボンドが完了した場合、以下に述
べるように、回路基板８はパワーシェル４と容易に組み
立てが行われる。本発明の構成を用いることによって、
回路基板８上での熱エネルギーによる逆効果を防ぐこと
ができる。この熱エネルギーは、ハイパワーデバイス１
８から、回路基板８とは一定の距離がおかれたベースプ
レート６に接触するヒートシンクの方向へ伝達される。
【００３７】パワーシェル４によって形成された空洞
部、ベースプレート６、および、カバー（図示せず）
は、注入用ゲル、例えばシリコン・エラストマ（ｅｌａ
ｓｔｏｍｅｒ）によって充填される。
【００３８】ハイパワーデバイス１８は、パワーＭＯＳ
ＦＥＴ、シャント抵抗、ショットキーダイオード、およ
びキャパシタを含み、以下に詳細に述べるように、例え
ば、切替え型リラクタンスモータのコンバータを提供す
る。本発明に係るパワーモジュールは、切替え型リラク
タンスモータのコンバータに関して記載されているが、
パワーモジュール２としてパワー型半導体デバイスおよ
び低電力型制御回路を備えていれば、当業者によってど
の構成でも適用することができる。
【００３９】図５および図６は、本発明に係るパワーシ
ェル４として、底面図および上面図をそれぞれ示すもの
であり、ここでは、導電領域３０の詳細を示す。
【００４０】導電領域３０の各部は、パワーシェル４の
プラスチックモールド部４２に埋め込まれた、端子１０
ａ〜１０ｃの拡張部、モータ位相端子１２ａ〜１２ｆ、
或いは凹部４０である。端子１０ａ〜１０ｃ或いはモー
タ位相端子１２ａ〜１２ｆの場合、導電領域３０が引き
出され、モールドプラスチック４２によって固着されて
いる。
【００４１】図５は、導電領域３０の裏面４４を示す。
図６は、導電領域３０の表面４６を示す。端子１０ａ〜
１０ｃおよびモータ位相端子１２ａ〜１２ｆの各々は、
裏面４４および表面４６を構成する導電領域３０を有し
ている。前述したように、ハイパワーデバイス１８は、
表面４６の各部に搭載され、裏面４４はベースプレート
６の接触領域３２の各部と電気的に接触する。
【００４２】ハイパワーデバイス１８が搭載される接触
部をもつ端子１０ａ〜１０ｃおよびモータ位相端子１２
ａ〜１２ｆを使用することによって、構成を簡素化し
て、熱の分散および発散を行わせることができる。
【００４３】パワーシェル４には、さらに、カバー（図
示せず）を取り付けるためのスルホール部４９が設けら
れている。
【００４４】図７は、本発明に係るベースプレート６の
上面図を示す。前述したように、ベースプレート６とし
ては絶縁性金属基板（ＩＭＳ）構造が好ましく、周知の
技術を用いて形成することができる。ベースプレート６
はパターン化されており、エッチ部５０を通してサブス
トレート９８とつながっている。
【００４５】このＩＭＳ構造によって、該ＩＭＳを介し
てパターン化された接触領域３２からサブストレート９
８への良好な熱的伝導性を提供する。サブストレート９
８としてはアルミニウムが好ましく、その厚さとしては
約０．１２５インチが好ましい。この金属性サブストレ
ートとしては、例えばプラスチック、ゴム、ガラスのよ
うな他の多くの材料と比較して熱的伝導性に優れたもの
である。また、この金属性サブストレートのもつ剛性に
よって、モジュールの破損を防ぐことができる。
【００４６】該ＩＭＳはパターン化されており、これに
より電気的に分離された複数の導電領域が形成される。
これらの導電領域は、正極，負極のパワー接続部および
位相接続部とつながれ、ゲートパッドを分離し、各部品
間でショートを起こさせることなくサブストレートヘ熱
エネルギー転送する。ベースプレート構造として、ＩＭ
Ｓ構造とすることは好ましいことではあるが、この他
に、例えば、Ａｌ2Ｏ3のフレームスプレイ、ダイレクト
ボンド用銅基板、或いは、能動型金属真鍮基板を用い、
分離可能な構造のＡｌ、ＡｌＳｉＣおよび／又はＣｕに
よってベースプレートを構成してもよい。
【００４７】図８は、図７の切断部８−８における断面
図である。この図８は、本発明において用いられる場合
の構造例である。
【００４８】図８を参照して、第１の絶縁層（或いはポ
リマーフィルム）５２がサブストレート９８上に形成さ
れている。第１の絶縁層５２上には導電領域５４が形成
され、該導電領域５４上には導電層５６が形成されてい
る。該導電層５６上には第２の絶縁層（或いはポリマー
フィルム）５８が形成され、該第２の絶縁層５８上には
導電領域６０が形成されている。
【００４９】第１の絶縁層５２と第２の絶縁層５８は、
約０．００６インチの厚さが好ましい。導電領域５４
は、窪み６２を導電領域５４，５６，６０および絶縁領
域５８内でエッチングして形成するとき、窪み６２を通
して横方向に引き出してメッキすることができ、これに
より、導電領域６０上に所定の層を形成することができ
る。
【００５０】導電領域５４の引き出された上部には、メ
ッキ層６４が形成されている。メッキ材料としては、例
えば、ニッケルメッキを用いることができ、さらには、
表面を金張りにすることが好ましい。
【００５１】導電領域５４は、約０．００１３インチ〜
約０．００１５インチの厚さとすることが好ましく、銅
を用いることが好ましい。導電領域５６および６０は、
約０．００２４〜約０．００３０インチの厚さが好まし
く、銅を用いることが好ましい。最後に、メッキ層６４
上には、デバイスの半田付けプロセスの期間中に不必要
な電気的接触を避けるために、ソルダーマスク６６が設
けられる。
【００５２】図９は、導電領域３０上に搭載される４相
切替え型のリラクタンスモータのコンバータを組み立て
るために必要なハイパワーデバイス１８を備えたパワー
モジュールの構成例を示す。
【００５３】パワー回路内には、動作上、＋（正極）Ｂ
ＵＳと−（負極）ＢＵＳとの間にキャパシタを結合させ
ることが好ましい。本発明における動作に際しては、キ
ャパシタ６８が、例えば半田を用いて正端子１０ａと負
端子１０ｂとの間に接続されている。キャパシタ６８
は、パワー回路内に比較的大きな電流パルスを発生する
ための局部エネルギーを提供する。
【００５４】図９に示すように、キャパシタ６８は、表
面領域を無駄に活用しない形で、導電領域３０上の所定
位置に効果的に搭載されている。このような方式でキャ
パシタ６８を搭載することによって、他の回路部品と電
気的に近接した状態で、パワー回路内に完全に収めるこ
とができ、これにより良好な電気特性を得ることができ
る。
【００５５】また、本発明によれば、シャント抵抗７０
ａおよび７０ｂをパワーシェル４内に配置することがで
きる。さらに、ベースプレートの表面領域を有効に活用
するために、シャント抵抗７０ａおよび７０ｂを、ハイ
パワーデバイス１８に電気的に近接したパワー回路内で
配置することができる。シャント抵抗７０ａおよび７０
ｂの値としては、１ｍΩが好ましい。
【００５６】図１０は、図９に示したような４相切替え
型リラクタンスモータのコンバータの概略回路構成を示
す。図９および図１０に示すように、モータ位相端子１
２ａは、モータ位相Ａおよびモータ位相Ｃの入力を示
す。モータ位相端子１２ｂおよび１２ｃは、モータ位相
Ａおよびモータ位相Ｃの出力をそれぞれ示す。
【００５７】同様に、モータ位相端子１２ｄは、モータ
位相Ｂおよびモータ位相Ｄの入力を示し、モータ位相端
子１２ｅおよび１２ｆは、モータ位相Ｂおよびモータ位
相Ｄの出力をそれぞれ示す。
【００５８】キャパシタ６８、シャント抵抗７０ａおよ
び７０ｂもまた、回路内の図示する位置に設けられてい
る。
【００５９】図９に示すように、サーミスタ７２は、パ
ワーモジュール２の温度をモニタするために、ベースプ
レート６に搭載されている。このサーミスタ７２は、該
モータのコンバータ回路における必須部品ではないた
め、図１０中には図示しないものとする。
【００６０】図９および図１０に示すように、入力ＭＯ
ＳＦＥＴ７４ａおよび７４ｂは導電領域３０に搭載され
ており、複数のワイヤボンド７６を介して他の導電領域
３０に接続されている。このワイヤボンド７６は、半導
体デバイスの１つの端子を導電領域３０又はベースプレ
ート６のゲートパッド７８に接続するために使用されて
おり、周知のワイヤボンディング技術を用いて組み立て
に利用される。入力ＭＯＳＦＥＴ７４ａおよび７４ｂと
しては、３０Ｖ、Ｎチャネル、ダイサイズが４．６のＭ
ＯＳＦＥＴが好ましい。なお、ここでは、他の全ての半
導体デバイスと共に用いられるＭＯＳＦＥＴ７４ａおよ
び７４ｂのダイサイズは、工業規格のダイサイズに適用
される。
【００６１】出力ＭＯＳＦＥＴ８０ａ，８０ｂ，８０
ｃ，８０ｄは、モータ位相端子１２ｂ，１２ｃ，１２
ｅ，１２ｆのそれぞれと−（マイナス）バス端子１０ｂ
との間で接続されている。出力ＭＯＥＦＥＴ８０ａ〜８
０ｄのゲートは、制御用の回路基板８に接続するため
に、ゲートパッド７８にワイヤボンドされている。
【００６２】ゲートパッド７８と回路基板８との間の接
続は、前述したように、Ｓ型ピンコネクタ２０を介して
接続されている。出力ＭＯＳＦＥＴ８０ａ〜８０ｄは、
３０Ｖ、Ｎチャネル、ダイサイズ４のパワーＭＥＳＦＥ
Ｔデバイスを用いることが好ましい。
【００６３】Ａ／Ｃ相のダイオード８２は、２つの平行
に分離された半導体用のダイス８２ａ，８２ｂによって
構成され、導電領域３０に位置し、そのカソードが入力
ＭＯＳＦＥＴ７４ａのドレインと接続され、そのアノー
ドが−（負極）バス入力端子１０ｂと接続されたモータ
制御回路内に配設されている。
【００６４】同様に、Ｂ／Ｄ相のダイオード８４は、分
離された半導体用のダイス８４ａ，８４ｂによって構成
され、そのカソードが入力ＭＯＳＦＥＴ７４ｂのドレイ
ンと接続され、そのアノードが−（負極）バス入力端子
１０ｂと接続されたモータ制御回路内に配設されてい
る。
【００６５】ダイオード用のダイス８２ａ，８２ｂ，８
４ａ，８４ｂの各々は、４５Ｖショットキーダイオー
ド、サイズ２のダイデバイスを用いることが好ましい。
【００６６】最後に、ダイオード８６ａ〜８６ｄは、導
電領域３０に設けられ、各ダイオード８６ａ，８６ｂ，
８６ｃ，８６ｄにおいてそのカソードが＋（正極）バス
端子１０ａに接続され、そのアノードがモータ位相端子
１２ｂ，１２ｃ，１２ｅ，１２ｆに接続されている。ダ
イオード８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄは、４５Ｖ、
ショットキーダイオード、サイズ２のダイデバイスを用
いることが好ましい。
【００６７】切替え型リラクタンスモータのコンバータ
の動作を、図１０を参照して説明する。なお、この４相
モータの各相の動作は、全て同様にして行われる。従っ
て、ここでは、Ａ相の動作のみについて説明する。
【００６８】この切替え型リラクタンスモータのコンバ
ータの動作は、３つの独立した動作、すなわち、磁化動
作、フリーフイール(ｆｒｅｅ ｗｈｅｅｌ)動作、強制
消磁動作からなっている。これら磁化動作、フリーフイ
ール動作、強制消磁動作は、パワーＭＯＳＦＥＴのオ
ン、オフを切替えることによって、ほぼそれらの動作を
説明できる。
【００６９】モータに特定の機能を発生させるために１
つの相を磁化している期間においては、入力ＭＯＳＦＥ
Ｔ７４ａおよび出力ＭＯＳＦＥＴ８０ａは、所定のゲー
トに電圧を加えることによって切替えられる。スイッチ
ング用ＭＯＳＦＥＴ７４ａおよび８０ａは、＋（正極）
バス端子１０ａからシャント抵抗７０ａ、Ａ相モータ巻
線、−（負極）バス端子１０ｂまでの電流経路を作る。
【００７０】周知のフリーフイール動作の期間において
は、出力ＭＯＳＦＥＴ８０ａはスイッチオンのままであ
るが、入力ＭＯＳＦＥＴ７４ａはスイッチオフとされ
る。この結果、Ａ相モータ巻線によるブレークダウン
が、シャント抵抗７０ａ、Ａ相入力ダイオード８２、出
力ＭＯＳＦＥＴ８０ａを通じて行われている間、回転子
に電流が流れる。
【００７１】最後の動作である強制消磁動作は、残存し
た磁化エネルギーがキャパシタ６８に送られる。この強
制消磁動作の期間中は、入力ＭＯＳＦＥＴ７４ａと出力
ＭＯＳＦＥＴ８０ａとは、スイッチオフされる。この結
果、−（負極）バス端子１０ｂから入力ダイオード８
２、シャント抵抗７０ａ、切替え型リラクタンスモータ
のＡ相へと電流が流れるため、これにより、出力ダイオ
ード８６ａへの電流経路が形成される。
【００７２】４相モータの各相において、磁化動作、フ
リーフイール動作、強制消磁動作を組み合わせることに
よって、例えば、自動車分野での電子パワーステアリン
グ機構におけるような複雑なモータの動作制御を、パワ
ーモジュール２に効果的に行わせることができる。この
パワーモジュール２によるサイズのコンパクト化および
放熱特性によって、回路基板８上の高感度な制御電子部
分にダメージの危険性を与えることなく、該パワーモジ
ュール２をパワーステアリング機構の上部又はその近傍
に設置することができる。
【００７３】このようなことから、本発明に係るパワー
モジュールは、コンパクトな構成のみならず、パワータ
イプで、ハイパワー電子部品および制御モジュール動作
に必要な低電力制御回路を集積化したデバイスを提供す
ることができる。
【００７４】本発明に係るパワーモジュールは、外部に
ヒートシンク或いは他の周知の放熱手段を備え、回路基
板８から熱を逃がすために、ハイパワーデバイス１８か
らベースプレート６へ熱エネルギーを効果的に送るよう
に配列されている。
【００７５】パワーシェル４、ベースプレート６、回路
基板８、Ｓ型ピンコネクタ２０を加えた配列によって、
パワーモジュール２の組み立てを容易化させ、モジュー
ル全体の大きさの縮小化を図り、使用する領域を最大限
に活かすことができる。
【００７６】さらに、このような利点は、多層の導電パ
ターンがエッチングして配置された一種のサブストレー
トとして、例えばアルミニウムのような高熱伝導特性を
もつ材料を使用したベースプレート６を用いることによ
って達成される。
【００７７】このような配列によって、パワー、グラン
ドバス、接続部を、個々の信号パッドおよび制御用電極
パッドから分離して配列することができ、これにより、
資源利用を最大限に活用できる。
【００７８】本発明は、特定の実施の形態に関連して記
載されているが、数多くの変更、修正、およびその他の
使用が可能であることは、当業者にとって明らかであ
る。
【００７９】従って、本発明は、ここに開示された特定
の内容、および、添付のクレームに限定されるものでは
ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパワーモジュールの構成を示す斜
視図である。
【図２】本発明に係るパワーモジュールを示す正面図で
ある。
【図３】本発明に係るパワーモジュールを示す側面図で
ある。
【図４】図１〜図３に示すパワーモジュールを分解して
示す分解斜視図である。
【図５】本発明に係るパワーモジュールに使用されるパ
ワーシェルの底面図である。
【図６】本発明に係るパワーモジュールに使用されるパ
ワーシェルの上面図である。
【図７】本発明に係るパワーモジュールに使用されるベ
ースプレートの上面図である。
【図８】図７のベースプレートの一部を示す断面図であ
る。
【図９】ベースプレート、パワーシェル、および該パワ
ーシェルに搭載されるハイパワーデバイスを含む本発明
に係るパワーモジュールを示す斜視図である。
【図１０】図９に示す部品を用いた４相切替え型リラク
タンスモータのコンバータのハイパワー回路を示す回路
図である。
【符号の説明】
２ モジュール ４ パワーシェル ６ ベースプレート ８ 回路基板 １８ ハイパワーデバイス ３０ 導電領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−304248（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−240497（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 25/04 H01L 23/36

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子モジュールであって、少なくとも１つの接触領域を有する ベースと、 前記ベースに結合されたパワーシェルであって、 該パワーシェルは、 内部空洞を形成する複数の壁と、一端に導電領域を有する少なくとも１つの端子とを有
    し、 該導電領域は、前記複数の壁の少なくとも１つから前記
    内部空洞に向かって突き出し、該導電領域の一端は、第
    １の面と該第１の面とは反対の第２の面とを有し、該第
    １の面は前記少なくとも１つの接触領域に電気的に接続
    され、 前記導電領域の前記第２の面に搭載された 少なくとも１
    つの電子デバイスと、 前記パワーシェルの前記内部空洞内に位置する回路基板
    とを具えたことを特徴とする電子モジュール。
  2. 【請求項２】 電子モジュールであって、ベースと、 前記ベースに結合されたパワーシェルであって、 該パワーシェルは、 内部空洞を形成する複数の壁と、 少なくとも１つの導電領域とを有し、 前記少なくとも１つの導電領域に搭載された少なくとも
    １つの電子デバイスと、 前記パワーシェルの前記内部空洞内に位置する回路基板
    と、 前記ベースを前記回路基板に電気的に接続する 少なくと
    も１つの弾力性のコネクタとを具えたことを特徴とする
    電子モジュール。
  3. 【請求項３】 前記少なくとも１つの弾力性のコネクタ
    は、Ｓ形状に形成されたことを特徴とする請求項２記載
    の電子モジュール。
  4. 【請求項４】 電子モジュールであって、ベースと、 前記ベースに結合されたパワーシェルであって、 該パワーシェルは、 内部空洞を形成する複数の壁と、 少なくとも１つの導電領域とを有し、 前記少なくとも１つの導電領域に搭載された少なくとも
    １つの電子デバイスと、 前記パワーシェルの前記内部空洞内に位置する回路基板
    と、 前記導電領域を前記回路基板に電気的に接続する 少なく
    とも１つの弾力性のコネクタとを具えたことを特徴とす
    る電子モジュール。
  5. 【請求項５】 前記少なくとも１つの弾力性のコネクタ
    は、Ｓ形状に形成されたことを特徴とする請求項４記載
    の電子モジュール。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも１つの電子デバイスは、
    ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１記載の電
    子モジュール。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも１つの電子デバイスは、
    切替え型リラクタンス（ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）モータ
    のコンバータ内のパワーデバイスを構成することを特徴
    とする請求項１記載の電子モジュール。
  8. 【請求項８】 前記少なくとも１つの電子デバイスは、
    ３相ＤＣ型ブラシレスモータのコンバータを構成するこ
    とを特徴とする請求項１記載の電子モジュール。
  9. 【請求項９】 前記ベースは、絶縁性金属基板からなる
    ことを特徴とする請求項１記載の電子モジュール。
  10. 【請求項１０】 前記絶縁性金属基板は、アルミニウム
    からなることを特徴とする請求項９記載の電子モジュー
    ル。
  11. 【請求項１１】 前記ベースは、電気的に分離された複
    数の導電領域からなることを特徴とする請求項１記載の
    電子モジュール。
  12. 【請求項１２】 前記電気的に分離された導電領域は、
    ニッケルメッキされた銅、又は、表面が金張りされかつ
    ニッケルメッキされた銅からなることを特徴とする請求
    項１１記載の電子モジュール。
  13. 【請求項１３】 前記ベースは、Ａｌ，ＡｌＳｉＣ，お
    よびＣｕからなるグループから選択された材料によって
    構成されたことを特徴とする請求項１記載の電子モジュ
    ール。
  14. 【請求項１４】 前記ベースは、Ａｌ2Ｏ3のフレームス
    プレイ、ダイレクトボンド用銅基板、および、能動型金
    属真鍮基板のうちの１つを用いて組み立てられたことを
    特徴とする請求項９記載の電子モジュール。
  15. 【請求項１５】 前記回路基板は、前記少なくとも１つ
    の導電領域に搭載された前記少なくとも１つの電子デバ
    イスの動作を制御することを特徴とする請求項１記載の
    電子モジュール。
  16. 【請求項１６】 電子モジュール用の絶縁性金属プレー
    トであって、 該プレートは、 熱的伝導性をもつ金属性基板と、 前記金属性基板に積層される層であって、前記金属性基
    板を概略覆う第１の絶縁層と、 前記第１の絶縁層に積層される領域であって、複数の分
    離領域を形成するために、エッチングされた少なくとも
    ２つの導電領域と、 前記少なくとも２つの導電領域間に設けられた第２の絶
    縁層と、 前記少なくとも１つの導電領域上に設けられたソルダー
    マスクとを具えたことを特徴とする絶縁性金属プレー
    ト。
  17. 【請求項１７】 前記金属性基板は、アルミニウムから
    なることを特徴とする請求項１６記載の絶縁性金属プレ
    ート。
  18. 【請求項１８】 前記金属性基板の厚さは、約０．１２
    ５インチであることを特徴とする請求項１６記載の絶縁
    性金属プレート。
  19. 【請求項１９】 前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁
    層のうちの少なくとも１つの厚さは、略０．００６イン
    チであることを特徴とする請求項１６記載の絶縁性金属
    プレート。
  20. 【請求項２０】 前記導電領域のうちの少なくとも１つ
    の厚さは、略０．００１３〜略０．００１５インチであ
    ることを特徴とする請求項１６記載の絶縁性金属プレー
    ト。
  21. 【請求項２１】 前記導電領域のうちの他の少なくとも
    １つの厚さは、略０．００２４〜略０．００３０インチ
    であることを特徴とする請求項２０記載の絶縁性金属プ
    レート。
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