JP4086963B2 - パワーモジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体応用機器に搭載されるパワーモジュールに係るものであり、特に複数のパワー素子を搭載するパワーモジュールより発生する伝導・放射ノイズの低減およびモジュールの内部回路の干渉を抑制することのできるパワーモジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図20は、例えば特開平8−330691号公報に示されたパワーモジュールの内部に搭載される従来の金属基板である。図において、21は金属製基材、22は第1の回路パターン部、23は第2の回路パターン部、24,25は金属製基材21の表面に設けられる絶縁層、26は絶縁層24,25の間に配置されるシールド層、27は第1の回路パターン部22上に実装されるパルス動作部、28は第2の回路パターン部23上に実装される非パルス動作部、29はシールド層26を接地レベルに接続するスルーホール接続部である。ここで、パワーモジュールとは、複数個の半導体チップすなわちパワー素子を特定の結線に構成して1つのパッケージに組み込んだものであり、ダイオード、サイリスタ、トランジスタなどのパワー素子を用いた各種の電圧、電流、結線のものがある。
【0003】
次に動作について説明する。
上記の構成によれば、金属製基材21と回路パターン部22,23の間に存在する浮遊容量を、シールド層26により小さくすることができ、金属製基材21に流れ込もうとするノイズがシールド層26で遮断される。また、パルス動作部品を、シールド層26を介在させた回路パターン部22に搭載しているので、金属製基材21へのノイズの混入を遮断できる。また、金属製基材21と第1の回路パターン部22の間に存在する浮遊容量をシールド層26により小さくすることができ、この部分から金属製基材21に流れ込もうとするノイズがシールド層26により遮断される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパワーモジュールに搭載される金属基板は以上のように構成されているので次のような課題があった。
通常の絶縁層24に加えシールド層26、さらに絶縁層25を介してパワー素子が実装されることになるので、パワー素子から発生する熱の放熱が悪くなる。また、シールド層26によりノイズを遮断する構成となっているが、従来技術およびこの発明で問題にしているノイズは金属ベース板すなわち金属製基材21が十分に接地電位に落ちていない場合に多く発生するので、ここで設置されるシールド層26も同様な理由で十分に接地電位に落ちていない場合も想定される。この場合、シールド層26が大きな面積で金属製基材21と対向し、この間に存在する絶縁層24も放熱性への影響を考えればあまり厚くできないので金属製基材との間にある程度大きな浮遊容量が生じ、これにより素子間のノイズが結合するおそれがある。また、絶縁層24,25やシールド層26が何層にも重なって構成されるので構造が複雑となる。
【0005】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成でパワーモジュール内部に於ける素子および内部回路間の干渉による誤動作の防止や伝導・放射ノイズの低減効果を実現するパワーモジュールを得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るパワーモジュールは、金属ベース板の表面上に形成された第1絶縁層とからなる金属基板と、該金属基板上に設けられた複数のパワー素子と、これらのパワー素子とそれぞれ接続する第1回路パターンの群と、上記第1回路パターンが形成された領域同士を分離するように上記金属ベース板上に設けられ該金属ベース板表面上方に突出して介在し、該金属ベース板と同電位を有する第2回路パターンとを備えたものである。
【0008】
この発明に係るパワーモジュールは、金属ベース板の表面上に形成された第1絶縁層とからなる金属基板と、該金属基板上に設けられた複数のパワー素子と、これらのパワー素子とそれぞれ接続する第1回路パターンの群と、上記第1回路パターンが形成された領域の上記金属ベース板を分離する第2絶縁層と、この第2絶縁層に隣接しながら上記金属ベース板上に設けられ、該金属ベース板表面上方に突出して上記領域間に介在し該金属ベース板と同電位を有する第2回路パターンとを備えたものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1は、この実施の形態1に係るパワーモジュールの断面の拡大図、図2はノイズの伝搬経路の概念図である。図1において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成される第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、8は金属ベース板3の間に挟まれる第2絶縁層である。また、図2において、31はパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5と金属ベース板3の間に生じる浮遊容量、32は金属ベース板3を第2絶縁層8で絶縁した場合に生じる浮遊容量を示す。
【0021】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に第2絶縁層8を設けることにより分割された各々の金属ベース板を絶縁したものである。これにより図2に示すように、上記各領域での金属ベース板3の間に浮遊容量31が生じ、ノイズはこの浮遊容量31を介して伝搬することになるので、各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制されることになり、このノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。また、金属ベース板3の間にある第2絶縁層8の厚さは放熱に対する制約がないので、ある程度厚みを得ることができ、浮遊容量32を小さくすることができる。
【0022】
以上のように、この実施の形態1によれば、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される各領域毎に分割された各々の金属ベース板3の間に浮遊容量が生じ、パワー素子6間の誘導および容量的結合を抑制することができ、これによりパワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬を低減することができるという効果が得られる。
【0023】
実施の形態2.
図3は、この実施の形態2に係るパワーモジュールの断面の拡大図、図4はノイズの伝搬経路の概念図である。図3において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成される第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、11はパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域間に配置され、金属ベース板3と電気的に接続される第2回路パターンである。また、図4において、33は空間的な誘導的・容量的結合である。
【0024】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部の金属基板2上に実装される各々のパワー素子6とそれに繋がる第1回路パターン5により構成される各領域の間に金属基板2の構成要素である金属ベース板3と電気的に接続した第2回路パターン11を設けたものである。これによりパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5と金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11との空間的な誘導的・容量的結合が強くなることになり、各々のパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5間での結合が抑制される。これにより、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0025】
以上のように、この実施の形態2によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域の間に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11を設けることにより、各パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5間の誘導および容量結合を抑制し、これによりパワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬を低減することができるという効果が得られる。
【0026】
実施の形態3.
図5は、この実施の形態3に係るパワーモジュールの断面の拡大図であり、図において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成される第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、8は金属ベース板3の間に挟まれる第2絶縁層である。11は金属ベース板3と導電位でパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域間の第2絶縁層8の片側に配置され、金属ベース板3と電気的に接続される第2回路パターンである。
【0027】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に第2絶縁層8を設けることにより分割された各々の金属ベース板3を絶縁したものである。更に、第2絶縁層8の片側に金属基板2の構成要素である金属ベース板3と電気的に接続した第2回路パターン11を設けたものである。
【0028】
これにより前述の図2に示すように、上記各領域での金属ベース板3間に浮遊容量31が生じ、ノイズはこの浮遊容量31を介して伝搬することになり、各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制される。これとともに、第2絶縁層8の片側に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11が存在することにより、この金属ベース板上に構成されるパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5とこの第2回路パターン11との空間での誘導および伝導的結合が強くなり、第2回路パターン11が配置される側のパワー素子6および第1回路パターン5から第2回路パターン11の無い側のパワー素子6および第1回路パターン5へのノイズの結合が抑制される。これにより、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0029】
以上のように、この実施の形態3によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域の金属ベース板3を絶縁したパワーモジュールにおいて、隣り合う領域の片側に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11を設けることにより、金属ベース板3を介するパワー素子6間の容量的結合の低減に加えて、金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11を領域間の第2絶縁層8に沿って設けた側のパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5から他のパワー素子6への誘導および容量結合が抑制され、これによりパワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができるという効果が得られる。
【0030】
実施の形態4.
図6は、この実施の形態4に係るパワーモジュールの断面の拡大図であり、図6において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成される第1絶縁層、5は絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、8は金属ベース板3の間に挟まれる第2絶縁層である。11は金属ベース板3と導電位でパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域間の第2絶縁層8の両側に配置され、金属ベース板3と電気的に接続される第2回路パターンである。
【0031】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に第2絶縁層8を設けることにより分割された各々の金属ベース板3を絶縁したものである。更に、第2絶縁層8の両側に金属基板2の構成要素である金属ベース板3と電気的に接続した第2回路パターン11を設けたものである。
【0032】
これにより、上述の各領域での金属ベース板間に浮遊容量31が生じ、ノイズはこの浮遊容量を介して伝搬することになり、各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制される。これとともに、第2絶縁層8の両側に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11が存在することにより、この金属ベース板3上に構成されるパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5とこの第2回路パターン11との空間での誘導および伝導的結合が強くなり、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5と他のパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5とのノイズの結合が抑制される。これにより、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0033】
以上のように、この実施の形態4によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域の金属ベース板3を絶縁したパワーモジュールにおいて、隣り合う領域の両側に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11を領域間の第2絶縁層8に沿って設けることにより、金属ベース板3を介するパワー素子6間の容量的結合の低減に加えて、各パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5間の誘導および容量結合が抑制され、これによりパワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより一層低減することができるという効果が得られる。
【0034】
実施の形態5.
図7は、この実施の形態5に係るパワーモジュールの断面の拡大図であり、図において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成され、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域毎に厚さを調整できる第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線である。
【0035】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部の金属ベース板3上に設置される第1絶縁層4を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その上部に実装するパワー素子6に応じて第1絶縁層4の厚みを調整できるようにしたものである。これにより、各々のパワー素子6の絶縁電圧と放熱量を考慮し、絶縁層4の厚みをできる限り厚くすることにより、上述の各領域と金属ベース板3間における浮遊容量31を小さくすることができるので、金属ベース板3を介する各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制されることになり、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0036】
以上のように、この実施の形態5によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域の金属ベース板3と第1回路パターン5間の第1絶縁層4の厚さをパワー素子6が構成される領域毎に調整できることにより、パワー素子6の放熱量に応じた第1絶縁層4の厚みを設定でき、これにより放熱量の少ない素子の第1絶縁層4の厚みを大きくできることになり、金属ベース板3を介したパワー素子6間の容量結合が抑制され、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬を低減することができるという効果が得られる。
【0037】
実施の形態6.
図8は、この実施の形態6に係るパワーモジュールの断面の拡大図であり、図において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成され、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域毎に厚さを調整できる第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、8は金属ベース板3の間に挟まれる第2絶縁層である。
【0038】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に第2絶縁層8を設けることにより分割された各々の金属ベース板3を絶縁したものである。更に、金属ベース板3上に設置される第1絶縁層4を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その上部に実装するパワー素子6に応じて第1絶縁層4の厚みを調整できるようにしたものである。
【0039】
これにより、上述の各領域での金属ベース板3間に浮遊容量31が生じ、ノイズはこの浮遊容量31を介して伝搬することになり、各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制される。これとともに、各々のパワー素子6の絶縁電圧と放熱量を考慮し、第1絶縁層4の厚みをできる限り厚くすることにより、上記各領域と金属ベース板3間に浮遊容量31を小さくすることができるので、金属ベース板3を介する各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制されることになり、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0040】
以上のように、この実施の形態6によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域の金属ベース板3を絶縁したパワーモジュールにおいて、この領域の金属ベース板3と第1回路パターン5間の第1絶縁層4の厚さをパワー素子6が構成される領域毎に調整できることにより、金属ベース板3を介したパワー素子6間の容量結合がより抑制され、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬を低減することができるという効果が得られる。
【0041】
実施の形態7.
図9は、この実施の形態7に係るパワーモジュールの断面の拡大図であり、図において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成され、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域毎に厚さを調整できる第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、11はパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域間に配置され、金属ベース板3と電気的に接続される第2回路パターンである。
【0042】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部の金属基板2上に実装される各々のパワー素子6とそれに繋がる第1回路パターン5により構成される各領域の間に金属基板2の構成要素である金属ベース板3と電気的に接続した第2回路パターン11を設け、更に、金属ベース板3上に設置される第1絶縁層4を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その上部に実装するパワー素子6に応じて第1絶縁層4の厚みを調整できるようにしたものである。
【0043】
これによりパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5と金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11との空間的な誘導的および容量的結合が強くなることになり、各々のパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5間での結合が抑制される。これとともに、各々のパワー素子6の絶縁電圧と放熱量を考慮し、第1絶縁層4の厚みをできる限り厚くすることにより、上述の各領域と金属ベース板3間にある浮遊容量31を小さくすることができるので、金属ベース板3を介する各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制されることになり、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0044】
以上のように、この実施の形態7によれば、各パワー素子およびそれに繋がる第1の回路パターン5が構成される領域の金属ベース板を絶縁し、更に隣り合う領域の片側の領域に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11を領域間の第1絶縁層4の側面に設けたパワーモジュールにおいて、この領域の金属ベース板3と第1回路パターン5間の第1絶縁層4の厚さをパワー素子6が構成される領域毎に調整できることにより、パワー素子6間の空間的な誘導および容量結合の抑制に加え、金属ベース板3を介したパワー素子6間の容量結合が抑制され、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより一層低減することができるという効果が得られる。
【0045】
実施の形態8.
図10は、この実施の形態8に係るパワーモジュールの断面の拡大図であり、図において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成され、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域毎に厚さを調整できる第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、8は金属ベース板3の間に挟まれる第2絶縁層である。11は金属ベース板3と導電位でパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域間の第2絶縁層8の片側に配置され、金属ベース板3と電気的に接続される第2回路パターンである。
【0046】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に第2絶縁層8を設けることにより分割された各々の金属ベース板を絶縁し、そして、第2絶縁層8の片側に金属基板2の構成要素である金属ベース板3と電気的に接続した第2回路パターン11を設けたものである。更に、金属ベース板3上に設置される第1絶縁層4を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その上部に実装するパワー素子6に応じて第1絶縁層4の厚みを調整できるようにしたものである。
【0047】
これにより、上述の各領域での金属ベース板間に浮遊容量31が生じ、ノイズはこの浮遊容量を介して伝搬することになり、各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制される。これとともに、第2絶縁層8の片側に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11が存在することにより、この金属ベース板3上に構成されるパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5と第2回路パターン11との空間での誘導および伝導的結合が強くなり、第2回路パターン11が配置される側のパワー素子6および第1回路パターン5から第2回路パターン11の無い側のパワー素子6および第1回路パターン5へのノイズの結合が抑制される。
【0048】
更に、各々のパワー素子6の絶縁電圧と放熱量を考慮し、第1絶縁層4の厚みをできる限り厚くすることにより、上記各領域と金属ベース板3間に存在する浮遊容量31を小さくすることができるので、金属ベース板3を介する各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制されることになり、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0049】
以上のように、この実施の形態8によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域の金属ベース板3を絶縁し、更に隣り合う領域の片側の領域に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11を領域間の第2絶縁層8の横に設けたパワーモジュールにおいて、この領域の金属ベース板3と第1回路パターン5間の第1絶縁層4の厚さをパワー素子6が構成される領域毎に調整できることにより、パワー素子6間の空間的な誘導および容量結合の抑制に加え、金属ベース板3を介したパワー素子6間の容量結合が抑制され、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより一層低減することができるという効果が得られる。
【0050】
実施の形態9.
図11は、この実施の形態9に係るパワーモジュールの断面の拡大図であり、図において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成され、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域毎に厚さを調整できる第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、8は金属ベース板3の間に挟まれる第2絶縁層である。11は金属ベース板3と導電位でパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域間の第2絶縁層8の両側に配置され、金属ベース板3と電気的に接続される第2回路パターンである。
【0051】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に第2絶縁層8を設けることにより分割された各々の金属ベース板を絶縁し、そして第2絶縁層8の両側に金属基板2の構成要素である金属ベース板3と電気的に接続した第2回路パターン11を設けたものである。更に、金属ベース板3上に設置される第1絶縁層4を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その上部に実装するパワー素子6に応じて第1絶縁層4の厚みを調整できるようにしたものである。
【0052】
これにより、上述の各領域での金属ベース板間に浮遊容量31が生じ、ノイズはこの浮遊容量を介して伝搬することになり、各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制される。これとともに、第2絶縁層8の両側に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11が存在することにより、この金属ベース板上に構成されるパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5とこの第2回路パターン11との空間での誘導および伝導的結合が強くなり、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5と他のパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5とのノイズの結合が抑制される。更に、各々のパワー素子6の絶縁電圧と放熱量を考慮し、第1絶縁層4の厚みをできる限り厚くすることにより、上記各領域と金属ベース板間に存在する浮遊容量31を小さくすることができるので、金属ベース板3を介する各々のパワー素子6間のノイズの結合が抑制されることになり、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0053】
さらに、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域の金属ベース板3を絶縁し、更に隣り合う領域の両側の領域に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11を領域間の第2絶縁層8の側面に設けたパワーモジュールにおいて、この領域の金属ベース板3と第2回路パターン11間の第2絶縁層8の厚さをパワー素子6が構成される領域毎に調整できることにより、パワー素子6間の空間的な誘導および容量結合の抑制に加え、金属ベース板3を介したパワー素子6間の容量結合が抑制され、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより一層低減することができる。
【0054】
以上のように、この実施の形態9によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域の金属ベース板3を絶縁し、更に隣り合う領域の両側の領域に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11を領域間の第2絶縁層8の側面に設けたパワーモジュールにおいて、この領域の金属ベース板3と第1回路パターン5間の第1絶縁層4の厚さをパワー素子6が構成される領域毎に調整できることにより、パワー素子6間の空間的な誘導および容量結合の抑制に加え、金属ベース板3を介したパワー素子6間の容量結合が抑制され、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより一層低減することができるという効果が得られる。
【0055】
実施の形態10.
図12は、この実施の形態10に係るパワーモジュールの断面の拡大図であり、図において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成され、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域毎に厚さを調整できる第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、8は金属ベース板3の間に挟まれる第2絶縁層、12は金属ベース板の底面に配置され、金属ベース板3に対応して分割され、第2絶縁層8で各領域毎に絶縁された金属板(導電層)である。
【0056】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に第2絶縁層8を設けることにより分割された各々の金属ベース板3を絶縁したものである。更に、金属ベース板3の底面に金属板12が配置される場合に金属板12を金属ベース板3に対応するよう分割し、金属板12それぞれを絶縁する。これにより、上記各領域で金属ベース板3間に浮遊容量31が生じ、パワー素子6間の容量結合が抑制されるとともに、金属板12を介したパワー素子6間のノイズの結合も防ぐことができ、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0057】
以上のように、この実施の形態10によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域毎に金属ベース板3を分割・絶縁し、更に金属ベース板3の第1絶縁層4と反対側の表面に金属板12を配置したパワーモジュールにおいて、この金属板12を金属ベース板3に対応する領域で分割し、その間に第2絶縁層8を設け、各金属板12を絶縁することにより、金属板12が配置された場合においても、パワー素子6間の金属ベース板3を介したノイズの容量結合が抑制され、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬を低減することができるという効果が得られる。
【0058】
実施の形態11.
図13は、この実施の形態11に係るパワーモジュールの断面の拡大図であり、図において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成され、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域毎に厚さを調整できる第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、8は金属ベース板3の間に挟まれる第2絶縁層、16は金属ベース板の底面に位置し、放熱フィンや筐体に相当する金属板(導電層)、13は金属ベース板の底面にパワー素子6およびこれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域に対応して配置される第3絶縁層である。
【0059】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に第2絶縁層8を設けることにより分割された各々の金属ベース板3を絶縁したものである。更に、金属ベース板3の底面に上述の領域に応じて第3絶縁層13を配置できるようにする。これにより、上述の各領域で金属ベース板3間に浮遊容量31が生じ、パワー素子6間の容量結合が抑制されるとともに、第3絶縁層13により放熱フィン等の金属板16がパワーモジュール1に接続される場合に金属ベース板3および金属板16を介したパワー素子6間のノイズの結合も防ぐことができ、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0060】
以上のように、この実施の形態11によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域毎に金属ベース板3を分割、絶縁したパワーモジュールにおいて、この領域に応じて金属ベース板3上の第1絶縁層4と反対側の表面に第3絶縁層13を配置することにより、パワーモジュールが放熱板等の金属板16に接続する場合に、パワー素子6間の金属ベース板3および放熱板を介したノイズの容量結合が抑制され、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬を低減することができるという効果が得られる。
【0061】
実施の形態12.
図14は、この実施の形態12に係るパワーモジュールの断面の拡大図、図15はノイズの伝搬経路の概念図である。図14において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成される第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、14は金属ベース板3の間に挟まれ,フェライトなどで形成された強磁性体層である。また、図15において、31はパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5と金属ベース板3の間に生じる浮遊容量、34は金属ベース板3を強磁性体層14で分割した場合に生じるインダクタンスを示す。
【0062】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に強磁性体層14を設けることにより分割された各々の金属ベース板を絶縁したものである。これにより図15に示すように、上記各領域での金属ベース板3間にインダクタンス34が生じ、ノイズはこのインダクタンス34を介して伝搬することになるので、各々のパワー素子6間のノイズの結合がインダクタンス34により抑制されることになり、このノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。また、金属ベース板3の間にある強磁性体層14の厚さは放熱に対する制約がないので、ある程度厚みを得ることができ、インダクタンス34を大きくすることができる。
【0063】
以上のように、この実施の形態12によれば、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される各領域毎に分割された各々の金属ベース板3の間にインダクタンスが生じ、パワー素子6間の誘導および容量的結合を抑制することができ、これによりパワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬を低減することができるという効果が得られる。
【0064】
実施の形態13.
図16は、この実施の形態13に係るパワーモジュールの断面の拡大図、図17はノイズの伝搬経路の概念図である。図16において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成される第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、16は金属ベース板の底面に位置し、放熱フィンや筐体に相当する金属板、15は金属ベース板の底面にパワー素子6およびこれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域に対応して配置され、フェライトなどで形成された強磁性体層である。また、図17において、31はパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5と金属ベース板3の間に生じる浮遊容量、35は金属ベース板3と金属板16の間に挿入された強磁性体層14に生じるインダクタンスを示す。
【0065】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に第2絶縁層8を設けることにより分割された各々の金属ベース板3を絶縁したものである。更に、金属ベース板3の底面に上述の領域に応じて強磁性体層15を配置できるようにする。これにより、上述の各領域で金属ベース板3間にインダクタンス35が生じ、パワー素子6間の容量結合が抑制されるとともに、強磁性体層15により放熱フィン等の金属板16がパワーモジュールに1に接続される場合に金属ベース板3および金属板16を介したパワー素子6間のノイズの結合および放熱フィンへのノイズの漏洩も防ぐことができ、これらのノイズによる誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0066】
以上のように、この実施の形態13によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域毎に金属ベース板3を分割、絶縁したパワーモジュールにおいて、この領域に応じて金属ベース板3上の第1絶縁層4と反対側の表面にフェライトなどで形成された強磁性体層15を配置することにより、パワーモジュールが放熱板等の金属板16に接続する場合に、パワー素子6間の金属ベース板3および放熱板を介したノイズの容量結合および放熱フィンへのノイズの漏洩が抑制され、これらのノイズによる誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬を低減することができるという効果が得られる。
【0067】
実施の形態14.
図18は、この実施の形態14に係るパワーモジュールの断面の拡大図である。図18において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成される第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、16は金属ベース板の底面に位置し、放熱フィンや筐体に相当する金属板(導電層)、15は金属ベース板の底面金属板16の間に配置され、フェライトなどで形成された強磁性体層である。
【0068】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部に配置され、パワー素子6をその上部に実装する金属基板2の構成要素である金属ベース板3を、パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5が構成される領域毎に分割し、その隣り合う金属ベース板3の間に第2絶縁層8を設けることにより分割された各々の金属ベース板3を絶縁したものである。更に、金属ベース板3の底面に上述の領域に応じて強磁性体層15を配置できるようにする。これにより、上述の各領域で金属ベース板3間にインダクタンスが生じ、パワー素子6間の容量結合が抑制されるとともに、強磁性体層15により放熱フィン等の金属板16がパワーモジュールに1に接続される場合に金属ベース板3および金属板16を介したパワー素子6間のノイズの結合および放熱フィンへのノイズの漏洩も防ぐことができ、これらのノイズによる誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0069】
以上のように、この実施の形態14によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域毎に金属ベース板3を分割、絶縁したパワーモジュールにおいて、金属ベース板3上の第1絶縁層4と反対側の表面にフェライトなどで形成された強磁性体層15を配置することにより、パワーモジュールが放熱板等の金属板16に接続する場合に、パワー素子6間の金属ベース板3および放熱板を介したノイズの容量結合および放熱フィンへのノイズの漏洩が抑制され、これらのノイズによる誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬を低減することができるという効果が得られる。
【0070】
実施の形態15.
図19は、この実施の形態15に係るパワーモジュールの断面の拡大図である。図19において、1はパワーモジュール、2はパワーモジュール1内に配置される金属基板、3は金属基板2を構成する金属ベース板、4は金属ベース板3の表面に構成される第1絶縁層、5は第1絶縁層4上に構成される第1回路パターン、6は金属基板2に実装されるパワー素子、7はパワー素子6と第1回路パターン5とを接続するワイヤー線、11はパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5により構成される領域間に配置され、金属ベース板3と電気的に接続される第2回路パターン、17は第2回路パターン11と電気的空間的に接続し、金属基板2を覆うようにパワーモジュール1内に配置される金属板である。
【0071】
次に動作について説明する。
パワーモジュール1内部の金属基板2上に実装される各々のパワー素子6とそれに繋がる第1回路パターン5により構成される各領域の間に金属基板2の構成要素である金属ベース板3と電気的に接続した第2回路パターン11を設け、更に第2回路パターン11と電気的、空間的に接続され、金属基板2を覆うように配置される金属板17を設けたものである。これによりパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5を金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11と同じく同電位の金属板17により空間的に覆うことになり、各々のパワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5間での結合が抑制される。これにより、パワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減することができる。
【0072】
以上のように、この実施の形態15によれば、各パワー素子6および第1回路パターン5が構成される領域の間に金属ベース板3と同電位の第2回路パターン11、同じく同電位の金属板17を設けることにより、各パワー素子6およびそれに繋がる第1回路パターン5間の誘導および容量結合を抑制し、これによりパワー素子6間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬を低減することができるという効果が得られる。
【0073】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、金属ベース板の表面上に形成された第1絶縁層とからなる金属基板と、該金属基板上に設けられた複数のパワー素子と、これらのパワー素子とそれぞれ接続する第1回路パターンの群と、上記第1回路パターンが形成された領域同士を分離するように上記金属ベース板上に設けられ、該金属ベース板表面上方に突出して介在し該金属ベース板と同電位を有する第2回路パターンとを備えるように構成したので、パワー素子およびそれに繋がる第1回路パターンと金属ベース板と同電位の第2回路パターンとの空間的な誘導的および容量的結合が強くなることになり、各々のパワー素子およびそれに繋がる第1回路パターン間でのこれらの結合が抑制され、したがってパワー素子間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減できる効果がある。
【0075】
この発明によれば、金属ベース板の表面上に形成された第1絶縁層とからなる金属基板と、該金属基板上に設けられた複数のパワー素子と、これらのパワー素子とそれぞれ接続する第1回路パターンの群と、上記第1回路パターンが形成された領域の上記金属ベース板を分離する第2絶縁層と、この第2絶縁層に隣接しながら上記金属ベース板上に設けられ、該金属ベース板表面上方に突出して上記領域間に介在し該金属ベース板と同電位を有する第2回路パターンとを備えるように構成した。
したがって、各領域での金属ベース板間に浮遊容量が生じ、各々のパワー素子間のノイズの結合が抑制される効果がある。
加えて、第2絶縁層の片側に金属ベース板と同電位の第2回路パターンが存在することにより、第1絶縁層上に構成されるパワー素子およびそれに繋がる第1回路パターンとこの第2回路パターンとの空間での誘導および伝導的結合が強くなり、第2回路パターンが配置される側のパワー素子および第1回路パターンから第2回路パターンの無い側の素子および回路パターンへのノイズの結合が抑制される。これにより、パワー素子間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減できる効果がある。
【0076】
この発明によれば、第2回路パターンは第2絶縁層の両側に設けられるように構成したので、まず第2絶縁層により各々の領域での金属ベース板間に浮遊容量が生じ、各々のパワー素子間のノイズの結合が抑制される効果がある。
加えて、第2絶縁層の両側に金属ベース板と同電位の第2回路パターンが存在することにより、第1絶縁層上に構成されるパワー素子およびそれに繋がる第1回路パターンとこの第2回路パターンとの空間での誘導および伝導的結合が強くなり、第2回路パターンが配置される両側のパワー素子および第1回路パターン間のノイズの結合が抑制される。これにより、パワー素子間のノイズの結合による誤動作や伝導および放射ノイズの伝搬をより低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるパワーモジュールを示す部分断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態1によるパワーモジュールにおけるノイズ伝搬の概念図である。
【図3】 この発明の実施の形態2によるパワーモジュールを示す部分断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態2によるパワーモジュールにおけるノイズ伝搬の概念図である。
【図5】 この発明の実施の形態3によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図6】 この発明の実施の形態4によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図7】 この発明の実施の形態5によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図8】 この発明の実施の形態6によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図9】 この発明の実施の形態7によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図10】 この発明の実施の形態8によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図11】 この発明の実施の形態9によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図12】 この発明の実施の形態10によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図13】 この発明の実施の形態11によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図14】 この発明の実施の形態12によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図15】 この発明の実施の形態12によるパワーモジュールにおけるノイズ伝搬の概念図である。
【図16】 この発明の実施の形態13によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図17】 この発明の実施の形態13によるパワーモジュールにおけるノイズ伝搬の概念図である。
【図18】 この発明の実施の形態14によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図19】 この発明の実施の形態15によるパワーモジュールの部分断面図である。
【図20】 従来のパワーモジュールの部分断面図である。
【符号の説明】
1 パワーモジュール、2 金属基板、3 金属ベース板、4 第1絶縁層、5 第1回路パターン、6 パワー素子、8 第2絶縁層、11 第2回路パターン、12,16 金属板(導電層)、13 第3絶縁層、14,15 強磁性体層、17 金属板、24,25 絶縁層。
Claims (3)
- 金属ベース板の表面上に形成された第1絶縁層とからなる金属基板と、該金属基板上に設けられた複数のパワー素子と、これらのパワー素子とそれぞれ接続する第1回路パターンの群と、上記第1回路パターンが形成された領域同士を分離するように上記金属ベース板上に設けられ、該金属ベース板表面上方に突出して介在し該金属ベース板と同電位を有する第2回路パターンとを備えたパワーモジュール。
- 金属ベース板の表面上に形成された第1絶縁層とからなる金属基板と、該金属基板上に設けられた複数のパワー素子と、これらのパワー素子とそれぞれ接続する第1回路パターンの群と、上記第1回路パターンが形成された領域の上記金属ベース板を分離する第2絶縁層と、この第2絶縁層に隣接しながら上記金属ベース板上に設けられ、該金属ベース板表面上方に突出して上記領域間に介在し該金属ベース板と同電位を有する第2回路パターンとを備えたパワーモジュール。
- 第2回路パターンは第2絶縁層の両側に設けられることを特徴とする請求項2記載のパワーモジュール。
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