JP4315203B2

JP4315203B2 - 基板モジュール

Info

Publication number: JP4315203B2
Application number: JP2007024242A
Authority: JP
Inventors: 紀雄榮
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: JP2008192742A; WO2008093549A1

Description

本発明は、基板モジュールに関し、特に、基板の上方が封止剤により封止された基板モジュールに関する。

近年、インバータ回路の構成部品をパッケージ化したパワー回路基板が広く用いられている。インバータ回路などの構成部品を制御する制御回路とのマッチングやノイズ対策の難しいインバータ回路をパッケージ化することによって、大量生産によるコストダウンや設計の簡易化に大きな効果を発揮しており、インバータ制御の空気調和機などの多くの製品に利用されている。

従来のパワー回路基板には、パワー素子とドライブ回路とが内蔵されたものはあったが、制御回路は内蔵されていなかった。その理由は、制御回路と、パワー素子やそのパワー素子の電気的接続を行うボンディングワイヤとの絶縁距離の確保が困難であったためである。さらに、制御回路のマイクロコンピュータなどの部品は熱に対して弱いので、パワー素子からの熱を受けにくくする必要があったためである。そこで、パワー回路基板と制御回路を含む制御回路基板とを上下２段に配置することにより、パワー素子やボンディングワイヤと、制御回路との絶縁距離を確保する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この特許文献１に開示されるパワーモジュールのように、パワー回路基板と制御回路基板とを上下２段に配置した場合には、パワー回路基板のインバータ回路と制御回路基板の制御回路とを電気的に接続するボンディングワイヤなどにノイズが乗りやすくなり、誤作動につながるおそれがあるという不都合があった。また、パワー回路基板に実装されるパワー素子などが外部に露出しているため、腐食やほこりの影響を受けてしまうという不都合もあった。

そこで、パワー回路基板のインバータ回路と制御回路基板の制御回路とを電気的に接続するボンディングワイヤなどを封止してノイズの影響を排除するとともに、パワー回路基板上のパワー素子などを封止して腐食やほこりの影響を排除する技術が種々提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。この特許文献２及び３に開示されたパワーモジュールでは、パワー回路基板が配置されるケース内に封止剤を流し込むことにより、パワー回路基板に実装されるパワー素子やパワー回路基板に接続されるボンディングワイヤを封止している。

特開２００６−１８６１４４号公報特開平５−１２１８８１号公報特開２００５−３２９１２号公報

しかしながら、上記特許文献２及び３に開示されたパワーモジュールでは、パワー回路基板が配置されるケース内全体に封止剤を流し込まれており、封止が不要な箇所にも封止剤が流れ込まれていた。その結果、封止剤の使用量が増大するという問題があった。

そこで、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あり、封止剤の使用量を削減することが可能な基板モジュールを提供することを目的とする。

第１の発明にかかる基板モジュールは、基板と、前記基板が内側に配置されると共に、前記基板に電気的に接続される配線部が一体成形されたケースと、前記ケースの内側において前記基板が配置された部分を含む第１領域と前記基板が配置されていない部分だけを含む第２領域とが離隔するように仕切る仕切り板と、前記第１領域に充填された封止剤と、前記ケースの内側において前記基板と離隔しつつ積層するように配置された他の基板と、前記基板と前記他の基板とを電気的に接続し且つ前記仕切り板に埋設された接続部とを備え、前記配線部は、その一方端が前記ケースの側壁から突出するように埋設され、且つ、他方端が前記基板に電気的に接続されるように前記ケースの底面上に敷設されると共に、その前記第２領域に対応した部分は前記ケースの一部である封止部によって覆われる。

この基板モジュールでは、仕切り板をケースの内側に設けることによって、基板が配置されていない部分だけを含む第２領域に封止剤を充填することなく、基板が配置された部分を含む第１領域に封止剤を充填することができる。その結果、基板に実装される部品などを確実に封止しつつ、第２領域に充填される封止剤の分だけ封止剤の使用量を削減することができる。
また、第１領域と第２領域とを離隔するように仕切る仕切り板を、基板と他の基板とを離隔しつつ積層した状態で電気的に接続する接続部を配置する部材として利用することができる。その結果、接続部を配置する部材を別途設ける場合に必要となる部材の使用材料の分だけ当該使用材料の使用量を削減することができる。
また、封止剤が充填されない第２領域における配線部をケースの封止部により封止することができ、当該配線部を粉塵やミストなどから保護することができる。

第２の発明にかかる基板モジュールは、第１の発明にかかる基板モジュールにおいて、仕切り板は、基板の周囲を囲むように配置されている。

この基板モジュールでは、基板の周囲を仕切り板で囲むことにより、基板の大きさに対応する大きさの第１領域を形成することができる。これにより、基板の大きさに対応する量の封止剤で基板を封止することができるので、封止剤の使用量をより削減することができる。

第３の発明にかかる基板モジュールは、第１または第２の発明のいずれかにかかる基板モジュールにおいて、基板上には導電線が配置されており、封止剤は導電線が露出しないように覆っている。

この基板モジュールでは、導電線が封止剤で覆われているので、導電線が基板などの他の部材から絶縁される。これにより、基板上に配置される導電線が他の部材と接触することによってショートなどしてしまうのを防止することができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、基板が配置されていない部分だけを含む第２領域に封止剤を充填させることなく、基板が配置された部分を含む第１領域に封止剤を充填することができる。その結果、基板に実装される部品などを確実に封止しつつ、第２領域に充填される封止剤の分だけ封止剤の使用量を削減することができる。
また、第１領域と第２領域とを離隔するように仕切る仕切り板を、基板と他の基板とを離隔しつつ積層した状態で電気的に接続する接続部を配置する部材として利用することができる。その結果、接続部を配置する部材を別途設ける場合に必要となる部材の使用材料の分だけ当該使用材料の使用量を削減することができる。
また、封止剤が充填されない第２領域における配線部をケースの封止部により封止することができ、当該配線部を粉塵やミストなどから保護することができる。

また、第２の発明では、基板の大きさに対応する量の封止剤で基板を封止することができるので、封止剤の使用量をより削減することができる。

また、第３の発明では、導電線が基板などの他の部材から絶縁されるので、基板上に配置される導電線が他の部材と接触することによってショートなどしてしまうのを防止することができる。

以下、図面に基づいて、本発明に係るパワーモジュールの実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの全体構成を示した平面図である。図２〜図１３は、図１に示したパワーモジュールの構成を説明するための図である。以下、図１〜図１３を参照して、本発明の一実施形態に係るパワーモジュール１について説明する。

本実施形態のパワーモジュール１は、空気調和機の室外機に設けられる圧縮機用モータを駆動するためのパワーモジュールである。このパワーモジュール１は、図１〜図３に示すように、パワー回路基板１０と、制御回路基板２０と、樹脂ケース３０とを備えている。そして、樹脂ケース３０の内側に配置されるパワー回路基板１０の上方には、パワー回路基板１０に実装されるベアチップ１２などを封止する封止剤４０が設けられている。

パワー回路基板１０は、圧縮機用のモータを駆動する供給電源を空気調和機の運転状況に応じて制御するための基板である。このパワー回路基板１０は金属基板であって、図４及び図５に示すように、熱伝導性が高く且つ電気絶縁性の良好な窒化アルミニウム板１１に発熱量が多いベアチップ１２を直接実装することにより構成されている。そして、窒化アルミニウム板１１の表面には、回路パターンを構成する銅の薄板１３が形成されている。ベアチップ１２や銅の薄板１３には、ボンディングワイヤ１４が接続されている。

制御回路基板２０は、パワー回路基板１０のベアチップ１２を制御するための基板である。この制御回路基板２０は、図２に示すように、後述する樹脂ケース３０の仕切壁３４の上端側に配置されて、上記したパワー回路基板１０と離隔しつつ積層するように上下２段に配置される。また、制御回路基板２０は、プリント配線板２１にマイクロプロセッサ、ＲＯＭ、各種インターフェースなどを含むマイコンなどの精密部品２２を実装することにより構成されている。また、制御回路基板２０には、後述する樹脂ケース３０の一対の半円柱部３３の外径と実質的に同等の径を有する一対の切欠部２３が設けられており、制御回路基板２０を樹脂ケース３０内に配置する際に当該樹脂ケース３０の半円柱部３３に制御回路基板２０が当たらないようになっている。また、制御回路基板２０の外縁部分には、後述する接続ピン７０ａ及び７０ｂが嵌挿可能な複数の貫通孔２４と、後述する接続ピン６０が嵌挿可能な複数の貫通孔２５が形成されている。複数の貫通孔２４は、制御回路基板２０の長手方向（Ｘ方向）に沿って形成されるとともに、複数の貫通孔２５は、制御回路基板２０の短手方向（Ｙ方向）に沿って形成されている。

樹脂ケース３０は、その内側にパワー回路基板１０及び制御回路基板２０を配置するために設けられている。樹脂ケース３０には凹部３０ａが設けられており、パワー回路基板１０及び制御回路基板２０を当該凹部３０ａの内部に収容する。即ち、凹部３０ａは、パワー回路基板１０及び制御回路基板２０の外周を囲むように立設される側壁３２と、開口部３１ａが形成される底面３１により構成される。この側壁３２には、樹脂ケース３０の内部側に突出する一対の半円柱部３３が対向して形成されている。そして、底面３１の半円柱部３３で囲まれる各部分には、本実施形態のパワーモジュール１を図示しない放熱用部材に取り付けるための取付孔３１ｂが形成されている。この樹脂ケース３０の底面３１には、図６に示すように、パワー回路基板１０を設置するための開口部３１ａが設けられており、パワー回路基板１０の窒化アルミニウム板１１の下面を露出させる。これにより、本実施形態のパワーモジュール１を図示しない放熱用部材に取り付ければ、開口部３１ａから露出した窒化アルミニウム板１１の下面が放熱用部材に当接して、発熱量が多いベアチップ１２が実装されるパワー回路基板１０の熱が放熱される。

また、凹部３０ａの内側には、底面３１の開口部３１ａに設置されるパワー回路基板１０が配置された部分を含む領域Ａと、パワー回路基板１０が配置されていない部分だけを含む領域Ｂとを離隔する仕切壁３４が底面３１から立設される。具体的には、仕切壁３４は、パワー回路基板１０の周囲を囲むように形成され、樹脂ケース３０の内部は、図７に示すように、仕切壁３４により囲まれる領域が領域Ａと、仕切壁３４及び側壁３２により囲まれる領域が領域Ｂとに区切られる。そして、領域Ｂ内には、図３に示すように、制御回路基板２０の貫通孔２５に嵌挿可能な接続ピン６０を支持する支持壁３５が立設されている。

側壁３２には、図示しない外部機器とパワー回路基板１０とを電気的に接続する接続ピン５０が埋設されている。図８及び図９に示すように、この接続ピン５０の一方端５１は側壁３２の上端から上方に向かって突出するように配置されるとともに、他方端５２は底面３１上に敷設される。底面３１上に敷設される接続ピン５０の他方端５２は、図６に示すように、樹脂ケース３０の内側のパワー回路基板１０の配置されていない部分に敷設され、パワー回路基板１０近傍の位置まで延びている。そして、この底面３１上に敷設される接続ピン５０の他方端５２には、図５及び図１０に示すように、ボンディングワイヤ１４を介してパワー回路基板１０のベアチップ１２や銅の薄板１３が接続される。なお、領域Ｂにおける底面３１上の接続ピン５０の他方端５２は、樹脂ケース３０に一体的に設けられる封止部３６により封止されている。また、この側壁３２には、図示しない外部機器と制御回路基板２０とを電気的に接続する接続ピン６０が埋設されている。図１１に示すように、この接続ピン６０の一方端６１は側壁３２の上端から上方に向かって突出するように配置されるとともに、他方端６２は樹脂ケース３０の支持壁３５の上端から上方に向かって突出するように配置されている。なお、接続ピン６０の他方端６２は、制御回路基板２０の貫通孔２５に嵌挿された状態で半田により接続されて、外部機器と制御回路基板２０とを電気的に接続する。

また、仕切壁３４には、図１２及び図１３に示すように、制御回路基板２０とパワー回路基板１０とを電気的に接続する４本の接続ピン７０ａ及び１９本の接続ピン７０ｂが埋設されている。この接続ピン７０ａ及び７０ｂの一方端７１ａ及び７１ｂは、仕切壁３４の上端から上方に向かって突出するとともに、他方端７２ａ及び７２ｂは底面３１上に敷設される。なお、接続ピン７０ａ及び７０ｂの一方端７１ａ及び７１ｂは、制御回路基板２０の貫通孔２４に嵌挿された状態で半田により接続されて、制御回路基板２０とパワー回路基板１０とを電気的に接続する。底面３１上に敷設される接続ピン７０ａ及び７０ｂの他方端７２ａ及び７２ｂは、図４及び図６に示すように、パワー回路基板１０近傍の位置まで延びて、ボンディングワイヤ１４を介してパワー回路基板１０のベアチップ１２や銅の薄板１３に接続される。

接続ピン７０ａ及び７０ｂは、図８及び図９に示すように、互いに形状が異なる。この接続ピン７０ａ及び７０ｂは、制御回路基板２０に形成される貫通孔２４にそれぞれ嵌挿されることで、制御回路基板２０をパワー回路基板１０と離隔しつつ積層した状態で支持する。４つの接続ピン７０ａは、制御回路基板２０の４つの角部２０ａのそれぞれに最も近接した各貫通孔２４にそれぞれ嵌挿されて、その貫通孔２４への嵌挿状態によって当該制御回路基板２０が樹脂ケース３０に対して位置決めされる。この接続ピン７０ａ及び７０ｂはＸ方向に沿って配置されており、接続ピン７０ａはＸ方向に沿って配置される接続ピン７０ａ及び７０ｂの端に位置する。具体的には、接続ピン７０ａの一方端７１ａの根元部に形成される当接部７３ａが制御回路基板２０の下面が当接することで、制御回路基板２０が樹脂ケース３０に対して位置決めされる。

上記した仕切壁３４に囲まれる領域Ａには、シリコンゲルやエポキシ樹脂などの封止剤４０が充填される。このように仕切壁３４に囲まれる領域Ａに封止剤４０を充填することにより、粘性の高い封止剤で基板上の部品それぞれに封止剤を盛る場合に比べて、領域Ａ内の部品（ベアチップ１２や銅の薄板１３など）を確実に封止することができる。この封止剤４０は、パワー回路基板１０のベアチップ１２や銅の薄板１３に接続されるボンディングワイヤ１４の上端より上方の位置まで充填されて、ボンディングワイヤ１４が露出しないように覆っている。

［本パワーモジュール１の特徴］
本実施形態のパワーモジュール１には、以下のような特徴がある。

本実施形態のパワーモジュール１では、仕切壁３４を設けることによって、パワー回路基板１０が配置されていない部分だけを含む領域Ｂに封止剤４０を充填させることなく、パワー回路基板１０が配置された部分を含む領域Ａに封止剤４０を充填することができる。その結果、パワー回路基板１０に実装されるベアチップ１２などを確実に封止しつつ、領域Ｂに充填される封止剤４０の分だけ封止剤４０の使用量を削減することができる。

また、本実施形態のパワーモジュール１では、パワー回路基板１０の周囲を仕切壁３４で囲むことにより、パワー回路基板１０の大きさに対応する大きさの領域Ａを形成することができる。これにより、パワー回路基板１０の大きさに対応する量の封止剤４０でパワー回路基板１０を封止することができるので、封止剤４０の使用量をより削減することができる。

また、本実施形態のパワーモジュール１では、封止剤４０が充填されない領域Ｂにおける底面３１上の接続ピン５０の他方端５２を樹脂ケース３０の封止部３６により封止することができ、当該他方端５２を粉塵やミストなどから保護することができる。

また、本実施形態のパワーモジュール１では、ボンディングワイヤ１４が封止剤４０で覆われているので、ボンディングワイヤ１４がパワー回路基板１０などの他の部材から絶縁される。これにより、パワー回路基板１０上に配置されるボンディングワイヤ１４が他の部材と接触することによってショートなどしてしまうのを防止することができる。

また、本実施形態のパワーモジュール１では、領域Ａと領域Ｂとを離隔するように仕切る仕切壁３４を、パワー回路基板１０と制御回路基板２０とを離隔しつつ積層した状態で電気的に接続する接続ピン７０ａ及び７０ｂを配置する部材として利用することができる。その結果、接続ピン７０ａ及び７０ｂを設ける部材を別途設ける場合に必要となる部材の使用材料の分だけ樹脂ケース３０の使用材料の使用量を削減することができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

一例として、図１４に示す変形例に係る仕切壁１３４によって、パワー回路基板が配置された部分を含む領域Ａとパワー回路基板が配置されていない部分だけを含む領域Ｂと離隔するように仕切ってもよい。この変形例に係る仕切壁１３４は、上記した一実施形態のパワー回路基板の周囲を囲む仕切壁とは異なり、樹脂ケースの短手方向（Ｙ方向）に沿って設けられ、樹脂ケース３０の側壁３２に接続されている。従って、領域Ａは短手方向に対向する側壁３２と仕切壁１３４とにより囲まれる領域であり、領域Ｂは長手方向（Ｘ方向）に対向する側壁３２と仕切壁１３４とにより囲まれる領域である。この場合でも、領域Ｂに封止剤を充填することなく、パワー回路基板が配置された部分を含む領域Ａに封止剤を充填することができる。その結果、領域Ｂに充填される封止剤の分だけ封止剤の使用量を削減することができる。また、樹脂ケースの長手方向に沿って設けられる仕切壁により領域Ａと領域Ｂとを仕切っても、同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、空気調和機の室外機に設けられる圧縮機用モータを駆動するためのパワーモジュールについて説明したが、本発明はこれに限らず、冷蔵庫に設けられる圧縮機用モータを駆動するためのパワーモジュールなど種々の基板モジュールに適用可能である。

本発明を利用すれば、封止剤の使用量を削減することができる。

本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの全体構成を示した平面図である。図１に示したパワーモジュールの全体構成を示した分解斜視図である。図１に示したパワーモジュールの制御回路基板を省略した平面図である。図１に示したパワーモジュールの制御回路基板及び封止剤を省略した平面図である。図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１に示したパワーモジュールの樹脂ケースを示した平面図である。図１に示したパワーモジュールの領域Ａ及び領域Ｂを模式的に示した平面図である。図６のＢ１−Ｂ１線に沿った断面図である。図６のＢ２−Ｂ２線に沿った断面図である。図６のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図６のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。図１のＥ１−Ｅ１線に沿った断面図である。図１のＥ２−Ｅ２線に沿った断面図である。本発明の一実施形態の変形例に係るパワーモジュールの領域Ａ及び領域Ｂを模式的に示した平面図である。

１パワーモジュール（基板モジュール）
１０パワー回路基板（基板）
１４ボンディングワイヤ（導電線）
２０制御回路基板（他の基板）
３０樹脂ケース（ケース）
３４仕切壁（仕切り板）
３６封止部
４０封止剤
５０接続ピン（配線部）
７０ａ、７０ｂ接続ピン（接続部）

Claims

基板（１０）と、
前記基板が内側に配置されると共に、前記基板に電気的に接続される配線部（５０）が一体成形されたケース（３０）と、
前記ケースの内側において前記基板が配置された部分を含む第１領域と前記基板が配置されていない部分だけを含む第２領域とが離隔するように仕切る仕切り板（３４）と、
前記第１領域に充填された封止剤（４０）と、
前記ケースの内側において前記基板と離隔しつつ積層するように配置された他の基板（２０）と、
前記基板と前記他の基板とを電気的に接続し且つ前記仕切り板に埋設された接続部（７０ａ、７０ｂ）とを備え、
前記配線部（５０）は、その一方端（５１）が前記ケースの側壁（３２）から突出するように埋設され、且つ、他方端（５２）が前記基板に電気的に接続されるように前記ケースの底面（３１）上に敷設されると共に、その前記第２領域に対応した部分は前記ケースの一部である封止部（３６）によって覆われることを特徴とする基板モジュール（１）。
前記仕切り板（３４）は、前記基板の周囲を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の基板モジュール（１）。
前記基板上には導電線（１４）が配置されており、
前記封止剤は前記導電線が露出しないように覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板モジュール（１）。