JP4189666B2 - パワーモジュール - Google Patents
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Description
なお、セラミック基板と金属ベースを金属ベース基板で実現しているものもある。図6はそのパワーモジュールを示す側断面図である。図6において、101はケースであり、これに金属ベース(図示せず)が接着される。111はセラミック基板でありこの基板上に発熱部品であるパワー半導体素子112が実装されている。一方、121はパワー半導体素子を制御する制御回路部品122を実装する回路基板である。セラミック基板111と回路基板121は連結端子131により接続される。そして101のケース内にはゲル状の絶縁材(図示せず)が充填され、蓋141により密閉される。
このように、従来のパワーモジュールは、パワー半導体素子を実装した基板と制御回路部品を実装した回路基板、およびこれらを接続する連結端子から構成され、ケースや絶縁材、蓋により主要部品の保護を行っている。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高放熱性を維持しつつ、高密度実装や高密度配線を可能とするとともに、構成部材を削減し、小型、高密度のパワーモジュールを安価に提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、金属ベース基板上に実装された複数のパワー半導体素子とこれらの電極を配線した配線回路とその一部を露出させた電極部を有する金属基板部と、一方の面に前記パワー半導体素子を制御する制御回路部品を実装し他方の面に前記制御回路部品の電極を配線した回路基板とその一部を露出させた電極部を有する制御基板部とを備え前記金属基板部の電極部と前記制御基板部の電極部とを接続したパワーモジュールにおいて、前記金属基板部と前記制御基板部との間に、前記電極部同志を導通させる導通部と前記パワー半導体素子を収納する部品収納孔とを有する結合基板部を設け、前記回路基板は、前記部品収納孔に連通し絶縁材充填時における空気の逃げ道として機能する連通孔を設けたものである。
また、請求項2に記載の発明は、前記結合基板部の結合基板を、導体を樹脂とともに成形した樹脂成型品としたものである。
また、請求項3に記載の発明は、前記結合基板部の結合基板に、前記金属ベース基板の側に前記パワー半導体素子以外の実装部品が実装できる空間部を設けたものである。
また、請求項2に記載の発明によれば、結合基板部の結合基板は、導体を樹脂とともに成形した樹脂成型品としたので、金属ベース基板や回路基板の実装部品と配線板との干渉を容易に回避することができ、各々の基板の実装面積を拡大することができる。
また、請求項3に記載の発明によれば、制御基板部の回路基板に、部品収納孔に連通する連通孔を設けたので、絶縁材の充填が容易となり、組み立て性の向上する。
また、請求項4に記載の発明によれば、制御基板部の回路基板に、制御回路部品が実装できる空間部を設けたので、回路基板上の実装面積を拡大することができ、パワーモジュールの小型化を行うことができる。
は金属基板部、2は制御基板部、3は結合基板部である。本発明の特徴は金属基板部1と制御基板部2とを結合基板部3で結合した点にある。
金属基板部1は、金属ベース基板11、パワー半導体素子12、電極部13からなり、その構造はアルミの金属ベース基板11の上にパッケージ化された複数のパワー半導体素子12が実装され、さらにパワー半導体素子12の電極を配線する回路が設けられたものである。そして回路の一部は、結合基板部3と電気的に接続するために露出させた電極部13が配置されている。
制御基板部2は、回路基板21、電極部22、制御回路部品23、24からなる。回路基板21は、4層のガラス−エポキシ基板とし、図示しない回路配線を施している。そして回路の一部は、結合基板部3と電気的に接続するために露出させた電極部22が配置されている。なお、回路基板21は何層でもよいし、その寸法は金属基板部1と同一である必要もない。
結合基板部3は、結合基板31、導通部32および部品収納孔33からなる。結合基板31は、板厚をパワー半導体素子12の厚みおよびワイヤボンディングのような接合部を含んだ厚みよりも厚くしており、パワー半導体素子12が制御基板部2に干渉しないようにしている。導通部32は、導体部32aの両側に電極部32bおよび電極部32cと設けたものからなる。導体部32aはプリント基板ではバイアホールがよく用いられる。部品収納孔33は3の結合基板31がパワー半導体素子12と干渉しないようにそれよりも大きしたヌキ穴である。
(1)先ず、4層の回路基板21に制御回路部品23、24を実装し、電極部22を設けて制御基板部2を作製する。
(2)結合基板31に導通部32および部品収納孔33を設けて結合基板部3を作製する。
(3)金属ベース基板11にパワー半導体素子12を実装し、電極部13を設け金属基板部1を作製する。なお、上述の順番の制限はなく、同時平行に作製してもよい。
(4)金属基板部1の上に結合基板部3の一方の面を重ね合わせて、電極部13と電極部32cとをはんだ接合する。
(5)部品収納孔33に絶縁材を充填する。これにより他のパターンとの絶縁ができる。
(6)結合基板部3の他方の面に制御基板部2を重ね合わせて、電極部22と電極部32bとをはんだ接合する。
(7)この接合により金属基板部1と制御基板部2は導通部32にて導通されパワーモジュールが完成する。
なお、本実施例では制御回路部品を実装した後、接合する方法をとったが、これに限られることなく、回路基板の接合が完了した後に従来の工法であるSMT(Surface Mount Technology :表面実装技術)により実装することもできる。また、電極部は、はんだで接合されるが、特にはんだである必要はなく導電性接合材や異方導電性接合材などで接合を行ってもよい。
本実施例は結合基板部を変形したもので、その他の構成は第1実施例と同じである。図において、14は他の実装部品で、金属基板部1に実装されるパワー半導体素子12以外の部品である。34は結合基板31に設けた空間部で、実装部品14が収納される。結合基板31は、導通部32を樹脂とともに成形した成型品である。
なお、動作については第1実施例とほぼ同じである
本実施例は制御基板部2を変形したもので、その他の構成は第1実施例と同じである。図において、25は連通孔で、制御基板部2の回路基板21に設けられ、部品収納孔33に連通している。連通孔25はプリント基板で用いられているスルーホールやノンスルーホールでよい。また、図では絶縁材の充填時における空気の逃げ道として機能する。
なお、動作については第1実施例とほぼ同じである
本実施例は、制御基板部2の回路基板21のパワー半導体素子側にも制御回路部品24を実装したもので、その他の構成は第1実施例と同じである。なお、動作についても第1実施例とほぼ同じである
11 金属ベース基板
12 パワー半導体素子
13 電極部
14 実装部品
2 制御基板部
21 回路基板
22 電極部
23、24 制御回路部品
25 流通孔
3 結合基板部
31 結合基板(配線板)
32 導通部
32a 導体部
32b、32c 電極部
33 部品収納孔
34 空間部
101 ケース
111 セラミック基板
112 パワー半導体素子
121 制御回路
122 制御回路部品
131 連結端子
141 蓋
Claims (3)
- 金属ベース基板上に実装された複数のパワー半導体素子とこれらの電極を配線した配線回路とその一部を露出させた電極部を有する金属基板部と、一方の面に前記パワー半導体素子を制御する制御回路部品を実装し他方の面に前記制御回路部品の電極を配線した回路基板とその一部を露出させた電極部を有する制御基板部とを備え前記金属基板部の電極部と前記制御基板部の電極部とを接続したパワーモジュールにおいて、
前記金属基板部と前記制御基板部との間に、前記電極部同志を導通させる導通部と前記パワー半導体素子を収納する部品収納孔とを有する結合基板部を設け、前記回路基板は、前記部品収納孔に連通し絶縁材充填時における空気の逃げ道として機能する連通孔を設けたことを特徴とするパワーモジュール。 - 前記結合基板部の結合基板は、導体を樹脂とともに成形した樹脂成型品であることを特徴とする請求項1記載のパワーモジュール。
- 前記結合基板部の結合基板は、前記金属ベース基板の側に前記パワー半導体素子以外の実装部品が実装できる空間部を設けたことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
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