JP4899724B2 - Power module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワイヤボンディング技術を用いて基板に複数のパワーデバイスがベアチップ実装されたパワーモジュールに関する。 The present invention relates to a power module in which a plurality of power devices are bare-chip mounted on a substrate using wire bonding technology.
空気調和機などに搭載されるパワーモジュールにおいては、例えば特許文献1のように複数のパワーデバイスをプリント基板にベアチップ実装し、ワイヤボンディングで配線しているものがある。
In a power module mounted on an air conditioner or the like, there is a power module in which a plurality of power devices are bare-chip mounted on a printed circuit board and wired by wire bonding as disclosed in
例えば図4に示すインバータモジュール(パワーモジュール)9では、複数のパワーデバイス91のベアチップがプリント基板90に実装され、ボンディングワイヤによる配線が施されている。
For example, in an inverter module (power module) 9 shown in FIG. 4, bare chips of a plurality of
このようなパワーモジュールにおいては、封止樹脂などの封止剤を基板に取付けられた封止剤用枠の中に流し込んで硬化させることにより、基板上のベアチップやボンディングワイヤを保護するようにしている。 In such a power module, a sealing agent such as a sealing resin is poured into a sealing agent frame attached to the substrate and cured to protect the bare chip and the bonding wire on the substrate. Yes.
しかしながら、上記の封止技術においては、ベアチップやボンディングワイヤに封止剤用枠を配置できないため、封止剤用枠の面積が小さくなり、封止剤用枠の中に流し込む封止剤の使用量が多くなるという問題がある。 However, in the above sealing technology, the sealant frame cannot be disposed on the bare chip or the bonding wire, so the area of the sealant frame is reduced, and the use of the sealant poured into the sealant frame is used. There is a problem that the amount increases.
例えば図4に示すパワーモジュール9では、それぞれ3個のパワーデバイスが配列される上アーム部9aおよび下アーム部9bと、上アーム部9aと下アーム部9bとの間に位置するボンディングワイヤ部9cとが封止剤用枠を配置できないエリアとなる。よって、このエリア以外の限られた基板上の場所に封止剤用枠を配置しなければならないため、封止剤用枠内に充填する封止剤の量が多くなって、コストアップを招くこととなる。
For example, in the
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ベアチップ実装において封止剤を削減でき、コストダウンが図れるパワーモジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power module that can reduce the sealant in bare chip mounting and can reduce the cost.
上記の課題を解決するため、請求項1の発明は、パワーモジュールであって、ワイヤボンディング技術を用いて複数のパワーデバイスに係るベアチップが上面に実装された基板と、前記ベアチップを保護するための封止部とを備えるとともに、前記封止部は、前記封止部の外周を規定する外枠を有したフレーム部と、前記フレーム部の外枠内に充填された封止剤とを有し、前記複数のパワーデバイスは、一定距離離れた第1のパワーデバイスと第2のパワーデバイスとを有しており、前記第1のパワーデバイスと前記第2のパワーデバイスとを電気的に接続するパターン配線が、基板上面から離れた位置で前記基板に形成されているとともに、前記フレーム部は、前記基板上において前記パターン配線を横断するフレームを有している。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係るパワーモジュールにおいて、前記第1のパワーデバイスおよび前記第2のパワーデバイスは、インバータ回路の上下アームに対応する上アームのパワーデバイスおよび下アームのパワーデバイスである。 According to a second aspect of the present invention, in the power module according to the first aspect of the invention, the first power device and the second power device are an upper arm power device and a lower arm corresponding to the upper and lower arms of the inverter circuit. It is an arm power device.
また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明に係るパワーモジュールにおいて、前記基板は、両面に配線層が形成された樹脂基板として構成されており、前記パターン配線は、基板裏面の配線層に形成されている。 According to a third aspect of the present invention, in the power module according to the first or second aspect of the present invention, the substrate is configured as a resin substrate having a wiring layer formed on both sides, and the pattern wiring is a substrate. It is formed in the wiring layer on the back surface.
また、請求項4の発明は、請求項1または請求項2の発明に係るパワーモジュールにおいて、前記基板は、多層配線層を有する樹脂基板として構成されており、前記パターン配線は、基板内部の配線層に形成されている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the power module according to the first or second aspect of the present invention, the substrate is configured as a resin substrate having a multilayer wiring layer, and the pattern wiring is a wiring inside the substrate. Formed in layers.
請求項1ないし請求項4の発明によれば、ワイヤボンディング技術を用いて基板上面にベアチップ実装された第1のパワーデバイスと第2のパワーデバイスとを電気的に接続するパターン配線が基板において基板上面から離れた位置に形成されるとともに、封止部の外周を規定する外枠を有したフレーム部は、基板上においてパターン配線を横断するフレームを有している。これにより、フレーム部の面積拡大が図れるため、フレーム部に充填する封止剤を削減でき、コストダウンが図れる。 According to the first to fourth aspects of the present invention, the pattern wiring for electrically connecting the first power device and the second power device that are bare-chip mounted on the upper surface of the substrate using the wire bonding technique is provided on the substrate. The frame portion that is formed at a position away from the upper surface and has an outer frame that defines the outer periphery of the sealing portion has a frame that crosses the pattern wiring on the substrate. Thereby, since the area of the frame part can be increased, the sealing agent filled in the frame part can be reduced, and the cost can be reduced.
特に、請求項2の発明においては、第1のパワーデバイスおよび第2のパワーデバイスは、インバータ回路の上下アームに対応する上アームのパワーデバイスおよび下アームのパワーデバイスであるため、インバータモジュールの封止剤を効果的に削減でき、コストダウンが図れる。 In particular, in the invention of claim 2, since the first power device and the second power device are an upper arm power device and a lower arm power device corresponding to the upper and lower arms of the inverter circuit, the inverter module is sealed. Stopper can be reduced effectively and cost can be reduced.
また、請求項3の発明においては、パターン配線が、両面に配線層が形成された樹脂基板において基板裏面の配線層に形成されているため、パターン配線を簡易に形成できる。 In the invention of claim 3, since the pattern wiring is formed in the wiring layer on the back surface of the substrate in the resin substrate having the wiring layers formed on both sides, the pattern wiring can be easily formed.
また、請求項4の発明においては、パターン配線が、多層配線層を有する樹脂基板において基板内部の配線層に形成されているため、パターン配線を簡易に形成できる。 In the invention of claim 4, since the pattern wiring is formed in the wiring layer inside the substrate in the resin substrate having the multilayer wiring layer, the pattern wiring can be easily formed.
<実施形態>
<パワーモジュールの構成>
本発明の実施形態に係るパワーモジュールは、例えば空気調和機に搭載されるパワーモジュールとして構成されており、ワイヤボンディング技術を用いて複数のパワーデバイスのベアチップが上面に実装された基板と、この基板上のベアチップを保護するための封止部とを備えている。
<Embodiment>
<Configuration of power module>
A power module according to an embodiment of the present invention is configured as a power module mounted on, for example, an air conditioner, and a substrate on which bare chips of a plurality of power devices are mounted on the upper surface using a wire bonding technique, and the substrate And a sealing portion for protecting the upper bare chip.
図1は、本発明の実施形態に係るパワーモジュール1の要部構成を説明するための図である。ここで、図1(a)は、パワーモジュール1の基板11についての構成を示す上面図であり、図1(b)は、基板11上に設けられる封止部12の構成を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a main configuration of a
基板11は、例えば樹脂プリント基板として構成されており、基板の両面(上面および裏面)には配線パターンが設けられている。
The board |
基板11上には、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)として構成される複数のパワーデバイス13a、13bが、ベアチップ実装されている。ここで、3個のパワーデバイス13aは、インバータ回路CT(図2)の上アーム131に関する3個のパワーデバイス13uに対応しており、3個のパワーデバイス(第2のパワーデバイス)13bは、インバータ回路CT(図2)の下アーム132に関する3個のパワーデバイス13bに対応している。そして、インバータ回路CTの上下アームに対応する上アームのパワーデバイス13aと下アームのパワーデバイス13bとは、一定距離離れて配置されている。
On the
パワーモジュール1では、原則的にボンディングワイヤWr等による配線を行うが、インバータ回路CT(図2)における上アーム131のパワーデバイス13uと下アーム132のパワーデバイス13dとを電気的に接続する3つの配線13pについては、ワイヤボンディングによらず、基板11において基板上面から離れた位置である基板裏面に形成した3つのパターン配線14を用いて実現するようにしている。
In the
上記の配線13p(図2)の具体的な経路について、図1(a)を参照しつつ詳しく説明する。
A specific route of the
上アームのパワーデバイス13aの近傍に設けられた基板上面のパターン15にボンディングワイヤWaによる配線が施され、パワーデバイス13aのエミッタと基板上面のパターン15との電気的な接続が行われている。
Wiring is applied to the
この基板上面のパターン15は、基板11に形成したスルーホールにより基板裏面のパターン配線14の端部14aに電気的に接続されており、この端部14aに対して反対側のパターン配線14の端部14bは、下アームのパワーデバイス13bの近傍に配置されている。
The
上記のパターン配線14の端部14bは、基板11に形成したスルーホールによりパワーデバイス13bが実装される基板上面のパターンと電気的に接続されている。
The
以上のような経路によって、インバータ回路CT(図2)の上下アーム間を接続する配線13pが基板11において形成されることとなる。
The
次に、図1(b)を参照しつつパワーモジュール1の封止部12を説明する。
Next, the
封止部12は、封止部12の外周を規定する矩形状の外枠121tを有したフレーム部121と、フレーム部121の外枠121t内に充填された封止剤122(平行斜線部)とを備えている。このフレーム部121については、格子状の形状を有しており、例えば封止樹脂からなる封止剤122を充填する際に封止剤の流出を防止する封止剤用の枠(フレーム)として機能する。
The
上述のようにインバータ回路CTの上下アーム間を接続する配線13pは、ワイヤボンディングのみによらず、基板11の裏面に形成されたパターン配線14を用いて実現するため、このパターン配線14上方の基板11上には空間が形成されることとなる。そこで、この空間に配置するフレーム12aをフレーム部121に設けるようにし、封止部12におけるフレーム部121の面積拡大を図るようにする。すなわち、従来においては、図4のようにワイヤボンディングによってインバータの上下アーム間が配線されているため、ボンディングワイヤ部9cに封止部のフレームを配置できなかったが、本実施形態のパワーモジュール1では、基板裏面のパターン配線14を用いて上下アーム間の配線が行われるため、これによって生じた基板11上の空間に封止部12のフレーム12aを配置でき、従来と比べてフレーム部12の面積が拡大することとなる。
As described above, the
フレーム部121は、例えば接着剤による接着によって基板11上に取り付けられることとなるが、パワーデバイス13a、13bおよびボンディングワイヤWr等の上にフレームが配置されないように、これらに対応した箇所には孔12hが設けられている。このようなフレーム部121が基板11上に取り付けられた後には、フレーム部121に充填する封止剤122が孔12hに流し込まれて封止剤122の硬化が行われることとなる。
The
以上のような構成のパワーモジュール1では、上アームのパワーデバイス13aと下アームのパワーデバイス13bとを電気的に接続するパターン配線14が基板11の裏面に形成されているとともに、封止部12のフレーム部121は、基板11上においてパターン配線14を横断するフレーム12aを有しているため、封止部のフレームを配置できないボンディングワイヤ部の面積を減らして、フレーム部の面積を拡大できる。その結果、フレーム部に充填する封止剤を削減でき、コストダウンが図れる。また、封止剤を削減できるため、封止剤が硬化する際に生じる樹脂基板のそりを低減できる。
In the
なお、パワーモジュール1においては、上下アーム間の配線に限らず、他の配線も基板裏面のパターン配線とすれば、さらに封止剤の削減を図れることとなる。
In the
<変形例>
・上記の実施形態のパターン配線14については、両面に配線層(配線パターン)が形成された樹脂基板において基板裏面の配線層に形成するのは必須でなく、多層配線層を有する樹脂基板において基板内部の配線層に形成するようにしても良い。
<Modification>
The
・本発明に関しては、上述のインバータ回路だけでなく、コンバータ回路等に適用するようにしても良い。すなわち、例えば図3に示すコンバータ回路CPについてワイヤボンディング技術を用い複数のパワーデバイス19を基板にベアチップ実装する場合には、一定距離離れた各インバータ19を電気的に接続する配線を、例えば基板裏面に形成したパターン配線で実現するとともに、このパターン配線を基板上において横断するフレームを封止部に設けるようにすれば、封止部におけるフレーム部の面積拡大が図れ、封止剤を削減できることとなる。
The present invention may be applied not only to the inverter circuit described above but also to a converter circuit or the like. That is, for example, when a plurality of
1、9 パワーモジュール
11 基板
12 封止部
12a フレーム
13a、13b、13d、13u、19、91 パワーデバイス
14 パターン配線
121 フレーム部
122 封止剤
131 上アーム
132 下アーム
CP コンバータ回路
CT インバータ回路
Wa、Wr ボンディングワイヤ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
ワイヤボンディング技術を用いて複数のパワーデバイスに係るベアチップが上面に実装された基板(11)と、
前記ベアチップを保護するための封止部(12)と、
を備えるとともに、
前記封止部(12)は、
前記封止部(12)の外周を規定する外枠を有したフレーム部(121)と、
前記フレーム部(121)の外枠内に充填された封止剤(122)と、
を有し、
前記複数のパワーデバイスは、一定距離離れた第1のパワーデバイス(13a)と第2のパワーデバイス(13b)とを有しており、
前記第1のパワーデバイス(13a)と前記第2のパワーデバイス(13b)とを電気的に接続するパターン配線(14)が、基板上面から離れた位置で前記基板(11)に形成されているとともに、前記フレーム部(121)は、前記基板(11)上において前記パターン配線(14)を横断するフレーム(12a)を有していることを特徴とするパワーモジュール。 A power module (1),
A substrate (11) on which a bare chip related to a plurality of power devices is mounted on an upper surface using wire bonding technology;
A sealing portion (12) for protecting the bare chip;
With
The sealing part (12)
A frame portion (121) having an outer frame defining an outer periphery of the sealing portion (12);
A sealant (122) filled in an outer frame of the frame part (121);
Have
The plurality of power devices include a first power device (13a) and a second power device (13b) separated by a certain distance,
The first power device (13a) and said second power device (13b) electrically connected to the pattern wiring (14), is formed on the substrate at a location remote from the base plate top surface (11) And the frame portion (121) has a frame (12a) crossing the pattern wiring (14) on the substrate (11).
前記第1のパワーデバイス(13a)および前記第2のパワーデバイス(13b)は、インバータ回路の上下アームに対応する上アームのパワーデバイスおよび下アームのパワーデバイスであることを特徴とするパワーモジュール。 The power module according to claim 1,
The first power device (13a) and the second power device (13b) are an upper arm power device and a lower arm power device corresponding to upper and lower arms of an inverter circuit, respectively.
前記基板(11)は、両面に配線層が形成された樹脂基板として構成されており、
前記パターン配線は、基板裏面の配線層に形成されていることを特徴とするパワーモジュール。 The power module according to claim 1 or 2,
The substrate (11) is configured as a resin substrate having wiring layers formed on both sides,
The power wiring module, wherein the pattern wiring is formed in a wiring layer on a back surface of the substrate.
前記基板(11)は、多層配線層を有する樹脂基板として構成されており、
前記パターン配線は、基板内部の配線層に形成されていることを特徴とするパワーモジュール。 The power module according to claim 1 or 2,
The substrate (11) is configured as a resin substrate having a multilayer wiring layer,
The power wiring module, wherein the pattern wiring is formed in a wiring layer inside the substrate.
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