JP5012066B2

JP5012066B2 - Power module

Info

Publication number: JP5012066B2
Application number: JP2007030000A
Authority: JP
Inventors: 浩二中嶋; 俊之中田; 辰一山之内; 徹大西; 仁河野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: JP2008199720A

Description

本発明は、トランスと半導体素子とが一体化された電源モジュールに関する。 The present invention relates to a power supply module in which a transformer and a semiconductor element are integrated.

図４に示すように、近年のモジュールの標準化の要請に応えるため、放熱板１上にトランス２と半導体素子３とを実装し、一体化した電源モジュール４が考えられる。 As shown in FIG. 4, in order to meet the recent demand for standardization of modules, a power supply module 4 in which a transformer 2 and a semiconductor element 3 are mounted on a heat sink 1 can be considered.

この図４の電源モジュール４は、放熱板１と、この放熱板１と一体化された、トランス２および半導体素子３とを備え、トランス２は、コア部５と、このコア部５を軸として磁束を発生させるコイル部６とを有し、コア部５の一面と放熱板１とが接合されることで、この放熱板１とトランス２とが一体化されているものである。 4 includes a heat sink 1 and a transformer 2 and a semiconductor element 3 integrated with the heat sink 1. The transformer 2 includes a core portion 5 and the core portion 5 as an axis. The heat sink 1 and the transformer 2 are integrated by having a coil portion 6 that generates magnetic flux and joining one surface of the core 5 and the heat sink 1.

このように出来るだけ電子部品を一体化しておけば、個々の電子部品毎に実装したり、回路配置等を設計したりする必要がなくなるため、設計工数が削減され、生産性向上にも大きく寄与するのである。 By integrating electronic components as much as possible in this way, it is not necessary to mount each individual electronic component or design the circuit layout, etc., reducing design man-hours and contributing greatly to productivity improvement. To do.

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００５−８０３８２号公報 As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP 2005-80382 A

上記構成の電源モジュール４では、トランス３のコイル部６の放熱性が低いという問題がある。 The power supply module 4 having the above configuration has a problem that the heat dissipation of the coil portion 6 of the transformer 3 is low.

それは、一般的にトランス２のコア部５はコイル部６よりも熱伝導性が低いため、図４のようにコア部５と放熱板１とを接合すると、コイル部６の熱が効率よく放熱板１へ伝わらないためである。そしてこのようにコイル部６の放熱性が低いと、コイル部６の温度上昇により電気抵抗が増大する上に、モジュール全体の温度が上昇することで小型化や高密度実装が困難になるなど、種々の課題が発生するのである。 Generally, the core part 5 of the transformer 2 has lower thermal conductivity than the coil part 6, and therefore, when the core part 5 and the heat radiating plate 1 are joined as shown in FIG. 4, the heat of the coil part 6 is efficiently radiated. This is because it is not transmitted to the plate 1. And if the heat dissipation of the coil part 6 is low in this way, the electrical resistance increases due to the temperature rise of the coil part 6 and the temperature of the entire module rises, making it difficult to reduce the size and density, etc. Various problems arise.

そこで本発明は、トランスと半導体素子とが一体化された電源モジュールにおいて、半導体素子およびトランスのコイル部の放熱性を向上させるとともに、モジュール全体の信頼性を向上させることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to improve the heat dissipation of a coil portion of a semiconductor element and a transformer and improve the reliability of the entire module in a power supply module in which a transformer and a semiconductor element are integrated.

この目的を達成するため本発明は、第１の放熱板と、この第１の放熱板と一体化された、トランスおよび半導体素子とを備え、前記トランスは、コア部と、このコア部を軸に磁界を発生させるコイル部とを有し、このコイル部の一面と前記第１の放熱板とが熱的に接合され、前記コイル部の他面には第２の放熱板が熱的に接合され、前記半導体素子と前記第１の放熱板の間には第１の接着層が形成され、前記コイル部と前記第１の放熱板の間には第２の接着層が形成され、この第２の接着層は、前記第１の接着層よりも弾性率を小さくしたことを特徴とするものである。 In order to achieve this object, the present invention includes a first heat radiating plate, a transformer and a semiconductor element integrated with the first heat radiating plate, and the transformer includes a core portion and the core portion. A coil portion that generates a magnetic field on the surface, and one surface of the coil portion and the first heat radiating plate are thermally bonded to each other, and a second heat radiating plate is thermally bonded to the other surface of the coil portion. A first adhesive layer is formed between the semiconductor element and the first heat dissipation plate, and a second adhesive layer is formed between the coil portion and the first heat dissipation plate, the second adhesive layer. Is characterized in that the elastic modulus is made smaller than that of the first adhesive layer.

これにより本発明は、トランスと半導体素子とが一体化された電源モジュールにおいて、半導体素子およびトランスのコイル部の放熱性を向上させるとともに、モジュール全体の信頼性を向上させることが出来る。 Thus, according to the present invention, in the power supply module in which the transformer and the semiconductor element are integrated, it is possible to improve the heat dissipation of the coil portion of the semiconductor element and the transformer and to improve the reliability of the entire module .

それは発熱性の高い半導体が第１の接着層を介して第１の放熱板と熱的に接合され、そしてコイル部が第２の接着層を介して第１の放熱板と熱的に接合されていることから、速やかに熱が伝導し、電源モジュール全体の均熱性が向上するとともに、コイル部に接合された第２の放熱板でコイル部からの熱を効率よく放出することができるためである。また同時に、第２の接着層の弾性率を第１の接着層の弾性率よりも小さくしたことにより、コイル部が振動しても第２の接着層を弾性変形させることにより吸収することができることとなり、これに加えて半導体素子の放熱を速やかに行うこととなる。そしてその結果、トランスと半導体素子とが一体化された電源モジュールにおいて、半導体素子およびトランスのコイル部の放熱性を向上させるとともに、モジュール全体の振動に対する信頼性を向上させることが出来るのである。 It is because a highly exothermic semiconductor is thermally bonded to the first heat sink via the first adhesive layer, and the coil portion is thermally bonded to the first heat sink via the second adhesive layer. Therefore, heat is conducted quickly, so that the heat uniformity of the entire power supply module is improved, and heat from the coil portion can be efficiently released by the second heat radiating plate joined to the coil portion. is there. At the same time, by making the elastic modulus of the second adhesive layer smaller than that of the first adhesive layer, even if the coil portion vibrates, it can be absorbed by elastically deforming the second adhesive layer. In addition to this, the semiconductor element is quickly radiated. As a result, in the power supply module in which the transformer and the semiconductor element are integrated, it is possible to improve the heat dissipation of the semiconductor element and the coil portion of the transformer, and to improve the reliability of vibration of the entire module .

以下、本発明の実施の形態におけるトランスと半導体素子とが一体化された電源モジュールについて説明する。 Hereinafter, a power supply module in which a transformer and a semiconductor element in an embodiment of the present invention are integrated will be described.

（実施の形態１）
はじめに、本実施の形態における構造を説明する。 (Embodiment 1)
First, the structure in the present embodiment will be described.

図１に示す電源モジュール７は、第１の放熱板８と、この第１の放熱板８と一体化された、トランス９およびＦＥＴ１０（半導体素子）、ダイオード１１（半導体素子）とを備え、トランス９は、コア部１２Ａ、１２Ｂ（以下まとめてコア部１２とする。）と、コイル部１３とを有している。 A power supply module 7 shown in FIG. 1 includes a first heat radiating plate 8, a transformer 9, an FET 10 (semiconductor element), and a diode 11 (semiconductor element) integrated with the first heat radiating plate 8. 9 includes core portions 12 A and 12 B (hereinafter collectively referred to as a core portion 12) and a coil portion 13.

なお、本実施の形態では、コア部１２は、中脚１４Ａ、１４Ｂ（以下まとめて中脚１４とする。）と、この中脚１４に略垂直となるように、中脚１４の上下の両端にそれぞれ形成された背脚１５Ａ、１５Ｂ（以下まとめて背脚１５とする）とを有している。コイル部１３は、中脚１４を軸に閉磁状の磁界を発生させるものであり、この中脚１４の外周であって上下の背脚１５間に配置されているものである。なお、図１では、コイル部１３の外側面にコア部１２は配置されておらず、開放系となっているが、このコイル部１３の外側面を覆い、中脚１４と略平行な外脚（図示せず）を設ければ、磁束をよりスムーズに流すことができる。 In the present embodiment, the core portion 12 includes middle legs 14A and 14B (hereinafter collectively referred to as the middle legs 14) and both upper and lower ends of the middle legs 14 so as to be substantially perpendicular to the middle legs 14. And back legs 15A and 15B (hereinafter collectively referred to as back legs 15). The coil portion 13 generates a closed magnetic field around the middle leg 14 as an axis, and is disposed between the upper and lower back legs 15 on the outer periphery of the middle leg 14. In FIG. 1, the core portion 12 is not disposed on the outer surface of the coil portion 13 and is an open system. However, the outer leg covers the outer surface of the coil portion 13 and is substantially parallel to the middle leg 14. If (not shown) is provided, the magnetic flux can flow more smoothly.

また本実施形態では、コア部１２として中脚１４の両端に背脚１５が形成されたものを用いたため、磁束が閉路状をなすコア部１２を形成することができる。背脚１５は中脚１４とコイル部１３とを覆うように形成し、他方の背脚１５と対向させている。さらに本実施の形態のコア部１２は、上方のコア部１２と下方のコア部１２とに分割したものを用いている。 Moreover, in this embodiment, since the core part 12 in which the back legs 15 are formed at both ends of the middle leg 14 is used, the core part 12 in which the magnetic flux forms a closed circuit shape can be formed. The back leg 15 is formed so as to cover the middle leg 14 and the coil portion 13, and is opposed to the other back leg 15. Further, the core portion 12 of the present embodiment is divided into an upper core portion 12 and a lower core portion 12.

以下、上方のコア部１２をコア部１２Ａとし、下方のコア部１２をコア部１２Ｂとして詳細に説明すると、本実施の形態の上方のコア部１２Ａは中脚１４Ａと、この中脚１４Ａの上端部に中脚１４Ａと略垂直な背脚１５Ａとを有し、下方のコア部１２Ｂも同様に、中脚１４Ｂと、この中脚１４Ｂの下端部に中脚１４Ｂと略垂直な背脚１５Ｂとを有し、中脚１４Ａと中脚１４Ｂとは磁気的に接合されたものである。このようにコア部１２を分割すると、コイル部１３の挿入が容易となる。 Hereinafter, the upper core portion 12 will be described as a core portion 12A, and the lower core portion 12 will be described as a core portion 12B. The upper core portion 12A of the present embodiment includes an intermediate leg 14A and an upper end of the intermediate leg 14A. The middle leg 14A and the substantially perpendicular back leg 15A are provided in the lower part, and the lower core part 12B is similarly provided with the middle leg 14B and the lower leg 15B of the middle leg 14B. The middle leg 14A and the middle leg 14B are magnetically joined. When the core portion 12 is divided in this way, the coil portion 13 can be easily inserted.

また本実施の形態では、コイル部１３としては巻線コイルを用い、この巻線コイルはボビン１６内で巻き回している。そしてこのコイル部１３の下面と第１の放熱板８の上面とが接合されることで、この第１の放熱板８とトランス９とが一体化されているとともに、コイル部１３の上面には第２の放熱板１７が配置されている。すなわち第１の放熱板８は、下方の背脚１５Ｂとコイル部１３との間に配置され、第２の放熱板１７は、上方の背脚１５Ａとコイル部１３との間に配置されている。この第２の放熱板１７は折り曲げ、伸ばしが可能である。 In the present embodiment, a winding coil is used as the coil portion 13, and this winding coil is wound in the bobbin 16. The lower surface of the coil portion 13 and the upper surface of the first heat radiating plate 8 are joined, so that the first heat radiating plate 8 and the transformer 9 are integrated, and the upper surface of the coil portion 13 is A second heat radiating plate 17 is arranged. That is, the first heat radiating plate 8 is disposed between the lower back leg 15B and the coil portion 13, and the second heat radiating plate 17 is disposed between the upper back leg 15A and the coil portion 13. . The second heat radiating plate 17 can be bent and stretched.

また本実施の形態では、第１の放熱板８の中央にトランス９が接合されており、その外周にはＦＥＴ１０やダイオード１１などの半導体素子などが実装されている。なおこれらのＦＥＴ１０やダイオード１１は、第１の接着層１８を介して第１の放熱板８上に形成されたリードフレーム１９上に半田付けされ、実装されている。 In the present embodiment, a transformer 9 is joined to the center of the first heat radiating plate 8, and a semiconductor element such as an FET 10 or a diode 11 is mounted on the outer periphery thereof. The FET 10 and the diode 11 are soldered and mounted on a lead frame 19 formed on the first heat radiation plate 8 via a first adhesive layer 18.

またコイル部１３と第１の放熱板８の間は、第２の接着層２０で接着されている。そして本実施の形態では、この第２の接着層２０は、第１の接着層１８よりも弾性率が小さい（軟らかい）ものとした。さらにコア部１２Ｂの背脚１５Ｂと第１の放熱板８との間は、第３の接着層２１で接着され、第２の接着層２０は、第３の接着層２１よりも熱伝導率が高いものとした。 The coil portion 13 and the first heat radiating plate 8 are bonded with a second adhesive layer 20. In the present embodiment, the second adhesive layer 20 has a smaller elastic modulus (softer) than the first adhesive layer 18. Further, the back legs 15B of the core portion 12B and the first heat radiating plate 8 are bonded with a third adhesive layer 21, and the second adhesive layer 20 has a thermal conductivity higher than that of the third adhesive layer 21. It was expensive.

また本実施の形態では、第１の放熱板８と、この第１の放熱板８と対面する下方の背脚１５Ｂとは第３の接着層２１で接着したが、第２の放熱板１７と、この第２の放熱板１７と対面する上方の背脚１５Ａとの間は、接着層を形成せず、空間を設け、熱伝導率を小さくしている。 Further, in the present embodiment, the first heat radiating plate 8 and the lower back leg 15B facing the first heat radiating plate 8 are bonded by the third adhesive layer 21, but the second heat radiating plate 17 and The adhesive layer is not formed between the second heat radiation plate 17 and the upper back leg 15A facing the second heat radiating plate 17, and a space is provided to reduce the thermal conductivity.

さらに本実施の形態では、第１の放熱板８は、ＦＥＴ１０やダイオード１１などの半導体素子が接合されている部分において、その下面（ＦＥＴ１０やダイオード１１を実装する側と反対側の面）とシャーシ２２とが面接触するように、コイル部１３と面接触させた部分とＦＥＴ１０やダイオード１１などが接合されている部分との間で折り曲げられている。 Further, in the present embodiment, the first heat radiating plate 8 has a lower surface (surface opposite to the side on which the FET 10 or the diode 11 is mounted) and a chassis at a portion where semiconductor elements such as the FET 10 and the diode 11 are joined. 22 is bent between a portion in surface contact with the coil portion 13 and a portion to which the FET 10 and the diode 11 are joined.

このように形成された電源モジュール７は、上方に配置されたメイン基板２３にリードフレーム１９を挿入し、このメイン基板２３に設けられた貫通孔２４にトランス９を配置することで実装される。そしてこのトランス９は、１次側のコイル部１３に電流が流されると、コア部１２に磁束を誘起し、その磁束の変化を２次側のコイル部１３で受けて電圧に変えるものである。 The power supply module 7 formed in this way is mounted by inserting the lead frame 19 into the main board 23 arranged above and arranging the transformer 9 in the through hole 24 provided in the main board 23. The transformer 9 induces a magnetic flux in the core portion 12 when a current is passed through the primary side coil portion 13, and receives the change in the magnetic flux at the secondary side coil portion 13 to convert it into a voltage. .

以下に本実施の形態で用いた部材の材料について説明する。 The material of the member used by this Embodiment is demonstrated below.

第１の放熱板８および第２の放熱板１７としては、厚みが１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度のアルミ板または銅板などを用いた。また本実施の形態では、コイル部１３の巻線としては銅線に絶縁層を被覆したものを用いたが、その他、銅板などで形成してもよい。またコア部１２（１２Ａおよび１２Ｂ）は鉄、マンガンなどの金属酸化物を焼結させた軟磁性体のフェライトを用いた。なおこのコア部１２は磁性体であればフェライト以外でもよい。 As the first heat radiating plate 8 and the second heat radiating plate 17, an aluminum plate or a copper plate having a thickness of about 1.0 mm to 5.0 mm was used. In the present embodiment, the winding of the coil portion 13 is a copper wire coated with an insulating layer, but may be formed of a copper plate or the like. The core 12 (12A and 12B) was made of soft magnetic ferrite obtained by sintering a metal oxide such as iron or manganese. The core portion 12 may be other than ferrite as long as it is a magnetic material.

またリードフレーム１９を形成するための金属板としては、厚みが０．５ｍｍのタフピッチ銅を用いた。なお、この金属板の厚みは、リードフレーム１９からの熱拡散性および放熱性を十分大きくするためには０．１ｍｍ以上が好ましい。 Further, as a metal plate for forming the lead frame 19, tough pitch copper having a thickness of 0.5 mm was used. The thickness of the metal plate is preferably 0.1 mm or more in order to sufficiently increase the heat diffusibility and heat dissipation from the lead frame 19.

また、第１の接着層１８としては、エポキシ樹脂にＡｌ₂Ｏ₃からなるフィラを７０〜９５重量％充填させたものを用いた。エポキシ樹脂を用いたのは、耐熱性や電気絶縁性に優れているためである。エポキシ樹脂以外では、フェノール樹脂やシアネート樹脂などの絶縁性を有する熱硬化性樹脂や、液晶ポリマーやＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）などの熱可塑性樹脂を用いてもよい。 As the first adhesive layer 18, it was used to fill a filler made of Al ₂ O ₃ in the epoxy resin 70 to 95 wt%. The epoxy resin is used because it is excellent in heat resistance and electrical insulation. In addition to the epoxy resin, an insulating thermosetting resin such as a phenol resin or a cyanate resin, or a thermoplastic resin such as a liquid crystal polymer or PPS (polyphenylene sulfide) may be used.

また本実施形態では、このフィラ入りエポキシ樹脂に予め熱可塑性樹脂粉末からなるプレゲル材を添加した。このプレゲル材は、未硬化の熱硬化性樹脂の液状成分を吸収して膨張し、素早くゲル化させるため、第１の接着層１８のエポキシ樹脂が重合する前段階で固体化することができ、金型から容易に取り出すことが出来る。 Moreover, in this embodiment, the pregel material which consists of thermoplastic resin powder was previously added to this epoxy resin with a filler. This pregel material absorbs the liquid component of the uncured thermosetting resin, expands, and quickly gels. Therefore, the pregel material can be solidified before the epoxy resin of the first adhesive layer 18 is polymerized. It can be easily removed from the mold.

そしてフィラとしては、Ａｌ₂Ｏ₃の他に、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂、ＢＮ及びＡｌＮの少なくとも何れか一つからなる無機粉末や、金属酸化物からなる粉末を充填させたものを用いてもよい。これらのフィラによって熱伝導率を高めることができる。また特にＭｇＯを用いると線熱膨張係数を大きくすることができ、ＢＮを用いると線熱膨張係数を小さくできる。このように、充填するフィラの種類で樹脂の熱膨張係数を調整することによって、リードフレーム１９や第１の放熱板８に用いる金属と第１の接着層１８との熱膨張係数を近似させ、モジュール全体の熱信頼性を向上させることが出来る。 As the filler, in addition to Al ₂ O ₃ , an inorganic powder made of at least one of MgO, SiO ₂ , BN and AlN, or a powder made of a metal oxide may be used. These fillers can increase the thermal conductivity. In particular, when MgO is used, the linear thermal expansion coefficient can be increased, and when BN is used, the linear thermal expansion coefficient can be decreased. Thus, by adjusting the thermal expansion coefficient of the resin with the type of filler to be filled, the thermal expansion coefficient of the metal used for the lead frame 19 and the first heat radiating plate 8 and the first adhesive layer 18 is approximated, The thermal reliability of the entire module can be improved.

また本実施の形態で用いたＡｌ₂Ｏ₃からなるフィラは、平均粒径３ミクロンと平均粒径１２ミクロンの２種類のＡｌ₂Ｏ₃を混合したものである。この大小２種類の粒径のＡｌ₂Ｏ₃を用いることによって、大きな粒径のＡｌ₂Ｏ₃の隙間に小さな粒径のＡｌ₂Ｏ₃を充填でき、Ａｌ₂Ｏ₃を９５重量％程度にまで高濃度に充填できる。この結果、第１の接着層１８の熱伝導率は５Ｗ／ｍ・Ｋ程度となる。 The filler made of Al ₂ O ₃ used in the present embodiment is a mixture of two types of Al ₂ O ₃ having an average particle size of 3 microns and an average particle size of 12 microns. By using the Al ₂ O ₃ of the large and small two types of particle size, can fill the Al ₂ O ₃ of small particle size in the gap Al ₂ O ₃ of large particle size, the Al ₂ O ₃ to about 95 wt% Can be filled to a high concentration. As a result, the thermal conductivity of the first adhesive layer 18 is about 5 W / m · K.

そして、このフィラは、直径が０．１〜１００μｍの範囲のできるだけ小さいものを用い、７０〜９５重量％程度に高濃度に充填すれば、熱伝導率を上げることができる。なお、フィラの充填率が９５重量％を超えると成形し難くなり、第１の接着層１８とリードフレーム１９や第１の放熱板８となる金属板との接着性も低下するため、９５重量%以下に抑える方がよい。第１の接着層１８としては、熱伝導性の高い液晶ポリマー、ＰＰＳなどの熱可塑性樹脂を用いる場合もある。 And if this filler is as small as possible with a diameter in the range of 0.1 to 100 μm and is filled to a high concentration of about 70 to 95% by weight, the thermal conductivity can be increased. If the filling rate of the filler exceeds 95% by weight, it becomes difficult to mold, and the adhesiveness between the first adhesive layer 18 and the metal plate serving as the lead frame 19 or the first heat radiating plate 8 is also reduced. It is better to keep it below%. As the first adhesive layer 18, a thermoplastic resin such as a liquid crystal polymer having high thermal conductivity or PPS may be used.

また本実施形態では、この第１の接着層１８の厚さは、絶縁耐圧と熱抵抗を考慮し、最大０．６ｍｍとなるように形成した。 Further, in the present embodiment, the thickness of the first adhesive layer 18 is formed to be a maximum of 0.6 mm in consideration of the withstand voltage and the thermal resistance.

また本実施の形態では、第２の接着層２０は第１の接着層１８よりもフィラの含有率を小さくして、熱伝導率および弾性率ともに小さくなる構成とした。 In the present embodiment, the second adhesive layer 20 is configured to have a filler content smaller than that of the first adhesive layer 18 so that both the thermal conductivity and the elastic modulus are reduced.

さらに第３の接着層２１は第２の接着層２０よりもさらにフィラの含有率を小さくして、熱伝導率がより小さくなる構成とした。 Further, the third adhesive layer 21 has a smaller filler content than that of the second adhesive layer 20 so that the thermal conductivity is further reduced.

そして本実施の形態におけるシャーシ２２は、厚み２．０ｍｍ程度のアルミ板を用いた。このシャーシ２２のかわりにフィンを配置すれば、表面積が広がり、より放熱性を高めることができる。 And the chassis 22 in this Embodiment used the aluminum plate about 2.0 mm thick. If fins are arranged in place of the chassis 22, the surface area increases and the heat dissipation can be further improved.

次に、本実施の形態における電源モジュール７の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the power supply module 7 in this Embodiment is demonstrated.

まずフィラ入り樹脂の塊を、中央が凸になるように丸型（あるいは蒲鉾型、台形、円柱、球状）にまとめ、図１に示す第１の放熱板８の両脇上に置く。そしてこのフィラ入り樹脂を加熱プレス、あるいは真空加熱プレス等によってシート状となるように延伸する。 First, the filler-filled resin mass is collected into a round shape (or a bowl shape, a trapezoidal shape, a cylindrical shape, a spherical shape) so that the center is convex, and placed on both sides of the first heat radiation plate 8 shown in FIG. Then, this filler-containing resin is stretched to form a sheet by a heat press or a vacuum heat press.

次にこの第１の放熱板８を１００℃で１〜２分間加熱し、第１の接着層１８を固体化させ、金型から取り外す。そしてその後２００℃の炉に数時間入れ、第１の接着層１８のエポキシ樹脂を重合させて本硬化させる。本実施の形態では、この第１の接着層１８を硬化させる前に、第１の接着層１８上に予めリードフレーム１９を配置し、一体化させてから硬化させた。ここでリードフレーム１９にパターンを形成している場合、リードフレーム１９を第１の接着層１８と略面一となるまで埋め込むと、パターン間にもフィラ入り樹脂が入り込み、電気的絶縁性を向上させることができるとともに、リードフレーム１９上に電子部品が実装しやすくなる。なお、リードフレーム１９は、第１の接着層１８を硬化させた後、高熱伝導性の接着剤などで第１の接着層１８上に配置してもよい。 Next, this 1st heat sink 8 is heated at 100 degreeC for 1-2 minutes, the 1st contact bonding layer 18 is solidified, and it removes from a metal mold | die. Then, it is placed in a furnace at 200 ° C. for several hours, and the epoxy resin of the first adhesive layer 18 is polymerized and finally cured. In the present embodiment, before the first adhesive layer 18 is cured, the lead frame 19 is disposed on the first adhesive layer 18 in advance and integrated before being cured. When a pattern is formed on the lead frame 19 here, if the lead frame 19 is embedded until it is substantially flush with the first adhesive layer 18, filler-filled resin also enters between the patterns to improve electrical insulation. In addition, electronic components can be easily mounted on the lead frame 19. The lead frame 19 may be disposed on the first adhesive layer 18 with a highly heat conductive adhesive or the like after the first adhesive layer 18 is cured.

またリードフレーム１９の上面には、電気メッキで半田層あるいは錫層（図示せず）を形成してもよい。このようにして、放熱板の中央部分を除き、第１の接着層１８を形成することができる。 A solder layer or a tin layer (not shown) may be formed on the upper surface of the lead frame 19 by electroplating. Thus, the 1st contact bonding layer 18 can be formed except the center part of a heat sink.

次に、第１の放熱板８を、中央部分が凸状になるように折り曲げる。なお、図２に示すように、第１の放熱板８の中央には貫通孔２５と、この貫通孔２５から第１の放熱板８の外側面に向けてスリット２６を設けておく。このスリット２６は、１次巻線に電流が流れることで発生する磁束により、第１の放熱板８に短絡電流が発生し、この短絡電流の発生による逆方向の磁束の発生を防ぐためである。 Next, the 1st heat sink 8 is bent so that a center part may become convex shape. As shown in FIG. 2, a through hole 25 is provided at the center of the first heat radiating plate 8, and a slit 26 is provided from the through hole 25 toward the outer surface of the first heat radiating plate 8. This slit 26 is for preventing a short circuit current from being generated in the first heat radiating plate 8 due to a magnetic flux generated by a current flowing through the primary winding, and generating a reverse magnetic flux due to the generation of the short circuit current. .

その後トランス９のコア部１２の中脚１４Ｂの外周に、ボビン１６内で巻き回したコイル部１３を配置する。ここで、このボビン１６の下側には切欠き部２７を設けておく。この切欠き部２７から露出させたコイル部１３と、第１の放熱板８とを第２の接着層２０により接着させるためである。 Thereafter, the coil portion 13 wound in the bobbin 16 is disposed on the outer periphery of the middle leg 14 B of the core portion 12 of the transformer 9. Here, a notch 27 is provided below the bobbin 16. This is because the coil part 13 exposed from the notch part 27 and the first heat radiating plate 8 are bonded by the second adhesive layer 20.

そしてトランス９のコイル部１３の上面に、第２の放熱板１７を接着剤などで接着する。このとき、第２の放熱板１７は折り曲げておく。なお、第２の放熱板１７にも第１の放熱板８の貫通孔２５と同様の貫通孔を設けておく。 Then, the second heat radiating plate 17 is bonded to the upper surface of the coil portion 13 of the transformer 9 with an adhesive or the like. At this time, the second heat radiating plate 17 is bent. The second heat radiating plate 17 is also provided with a through hole similar to the through hole 25 of the first heat radiating plate 8.

次に図１に示すように、第１の放熱板８の貫通孔２５の下方から下側のコア部１２Ｂの中脚１４Ｂを挿入し、第３の接着層２１で接着させる。 Next, as shown in FIG. 1, the middle leg 14 B of the lower core portion 12 B is inserted from below the through hole 25 of the first heat radiating plate 8, and is bonded by the third adhesive layer 21.

その後、下側のコア部１２Ｂと対向するように上側のコア部１２Ａを配置する。 Thereafter, the upper core portion 12A is disposed so as to face the lower core portion 12B.

そして最後に、リードフレーム１９上にＦＥＴ１０やダイオード１１などの半導体部品を実装し、リードフレーム１９の外側部分を折り曲げる。 Finally, semiconductor components such as the FET 10 and the diode 11 are mounted on the lead frame 19 and the outer portion of the lead frame 19 is bent.

このように形成された電源モジュール７は、リードフレーム１９をメイン基板２３に挿入することで実装される。 The power supply module 7 formed in this way is mounted by inserting the lead frame 19 into the main board 23.

なお、このメイン基板２３には、トランス９部分に貫通孔２４を設けておき、この貫通孔２４部分にトランス９をはめ込む。このようにはめ込むことで、モジュール全体の低背化につながる。なお、この時、第２の放熱板１７は、放熱面積を大きくするため、貫通孔２４を通らない場合がある。この場合は第２の放熱板１７を予め折り曲げておくと、メイン基板２３の貫通孔２４にトランス９をはめ込みやすくなる。そしてこの第２の放熱板１７は、メイン基板２３を配置した後伸ばせば低背化を阻害しない。 The main board 23 is provided with a through hole 24 in the transformer 9 portion, and the transformer 9 is fitted into the through hole 24 portion. Inserting in this way leads to a reduction in the overall height of the module. At this time, the second heat radiating plate 17 may not pass through the through hole 24 in order to increase the heat radiating area. In this case, if the second heat radiating plate 17 is bent in advance, the transformer 9 can be easily fitted into the through hole 24 of the main board 23. And if this 2nd heat sink 17 extends after arrange | positioning the main board | substrate 23, it will not inhibit a low profile.

なお、リードフレーム１９の一端をコイル部１３の引出端子と電気的に接続し、他端をメイン基板２３に挿入すれば、コイル部１３の電極を実装基板表面まで引き出すことができる。 If one end of the lead frame 19 is electrically connected to the lead terminal of the coil part 13 and the other end is inserted into the main board 23, the electrode of the coil part 13 can be drawn to the surface of the mounting board.

本実施の形態における効果を以下に説明する。 The effect in this Embodiment is demonstrated below.

トランス９と半導体素子（ＦＥＴ１０、ダイオード１１）とが一体化された電源モジュール７において、トランス９のコイル部１３の放熱性を向上させることが出来る。 In the power supply module 7 in which the transformer 9 and the semiconductor element (FET 10 and diode 11) are integrated, the heat dissipation of the coil portion 13 of the transformer 9 can be improved.

それは発熱性の高い半導体素子（ＦＥＴ１０、ダイオード１１）とコイル部１３とが第１、第２の接着層１８、２０を介して第１の放熱板８と熱的に接合されていることから、効率よく熱が伝導し、電源モジュール７全体の均熱性が向上するとともに、コイル部１３に接合された第２の放熱板１７でコイル部１３の熱を効率よく放出することができるためである。 Because the semiconductor element (FET 10, diode 11) and the coil portion 13 with high exothermic properties are thermally bonded to the first heat radiating plate 8 via the first and second adhesive layers 18, 20, This is because heat is efficiently conducted, soaking power of the entire power supply module 7 is improved, and heat of the coil portion 13 can be efficiently released by the second heat radiating plate 17 joined to the coil portion 13.

すなわち、トランス９の発熱部位は主にコイル部１３であるが、図４に示すように、トランス９のコア部１２を第１の放熱板８に接合してしまうと、コイル部１３の熱を効率よく逃がすことが出来ない上に、コア部１２の熱伝導率はコイル部１３の熱伝導率よりも小さいため、コイル部１３の熱を、コア部１２に拡散させることも困難である。また、図３に示すように、トランス９のコイル部１３を第１の放熱板８に接合するのみでは、発熱性の非常に高いＦＥＴ１０やダイオード１１からの熱が、第１の放熱板８を介してコイル部１３に伝わり、かえってコイル部１３の温度を上昇させてしまうという問題が発生する。 That is, the heat generating part of the transformer 9 is mainly the coil part 13, but when the core part 12 of the transformer 9 is joined to the first heat radiating plate 8 as shown in FIG. In addition to being unable to escape efficiently, the heat conductivity of the core portion 12 is smaller than the heat conductivity of the coil portion 13, so that it is difficult to diffuse the heat of the coil portion 13 to the core portion 12. In addition, as shown in FIG. 3, by simply joining the coil portion 13 of the transformer 9 to the first heat radiating plate 8, the heat from the FET 10 and the diode 11 having extremely high heat generation properties causes the first heat radiating plate 8 to flow. Therefore, there arises a problem that the temperature of the coil part 13 is raised instead.

一方本実施の形態では、図１に示すように、コイル部１３の一面を第１の放熱板８に接合するとともに、この接合した面と対向する面に第２の放熱板１７を配置している。したがって、コイル部１３よりもＦＥＴ１０やダイオード１１が高温となった場合、コイル部１３に伝わった熱を第２の放熱板１７から放出することができ、また仮にコイル部１３がＦＥＴ１０やダイオード１１よりも高温となった場合は、第２の放熱板１７から速やかにコイル部１３の熱を放出することができ、ＦＥＴ１０やダイオード１１へと熱が伝わるのを抑制することができる。このように本実施の形態ではコイル部１３の放熱性を向上させることができるのである。 On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, one surface of the coil portion 13 is joined to the first heat radiating plate 8, and the second heat radiating plate 17 is disposed on the surface opposite to the joined surface. Yes. Therefore, when the FET 10 or the diode 11 becomes hotter than the coil part 13, the heat transmitted to the coil part 13 can be released from the second heat radiating plate 17, and the coil part 13 is temporarily less than the FET 10 or the diode 11. If the temperature is too high, the heat of the coil portion 13 can be quickly released from the second heat radiating plate 17, and the transfer of heat to the FET 10 and the diode 11 can be suppressed. Thus, in this Embodiment, the heat dissipation of the coil part 13 can be improved.

さらに本実施の形態では、発熱性の高いコイル部１３とＦＥＴ１０やダイオード１１とを第１の放熱板８を共有することで一体化しているため、モジュール内部の均熱性が向上し、モジュール全体の熱信頼性を向上させることができる。 Further, in the present embodiment, since the coil portion 13 having high heat generation and the FET 10 and the diode 11 are integrated by sharing the first heat radiating plate 8, the heat uniformity inside the module is improved, and the entire module is improved. Thermal reliability can be improved.

また一般に銅を主成分とするコイル部１３（巻線）は、プラスチック素材でパッケージングされる半導体素子（ＦＥＴ１０やダイオード１１）よりも熱伝導率が高いため、この第２の放熱板１７を半導体素子上に配置するよりも、本実施の形態のようにコイル部１３上に配置する方がより効率よく放熱させることができる。 In general, the coil portion 13 (winding) mainly composed of copper has higher thermal conductivity than the semiconductor element (FET 10 or diode 11) packaged with a plastic material. Rather than disposing on the element, disposing on the coil portion 13 as in the present embodiment can dissipate heat more efficiently.

また本実施の形態では、第２の接着層２０の弾性率を第１の接着層１８の弾性率よりも小さく（軟らかく）したことにより、コイル部１３が振動しても第２の接着層２０を弾性変形させることにより吸収することができ、モジュール全体の振動に対する信頼性を向上させることができる。なお、弾性率を小さくすると一般的に熱伝導率も小さくなるため、本実施の形態では、第１の接着層１８の方が第２の接着層２０よりも熱伝導率が大きくなる。ここで、ＦＥＴ１０やダイオード１１などの半導体素子は、熱により破損してしまうため、熱をリードフレーム１９および第１の接着層１８を介して出来るだけ速やかに第１の放熱板８へと放出する必要がある。したがって本実施の形態のように第１の接着層１８の熱伝導率を向上させることは非常に有効である。 In the present embodiment, since the elastic modulus of the second adhesive layer 20 is smaller (softer) than the elastic modulus of the first adhesive layer 18, the second adhesive layer 20 is vibrated even if the coil portion 13 vibrates. Can be absorbed by elastically deforming, and reliability of vibration of the entire module can be improved. Note that, when the elastic modulus is decreased, the thermal conductivity is generally decreased. Therefore, in the present embodiment, the first adhesive layer 18 has a higher thermal conductivity than the second adhesive layer 20. Here, since semiconductor elements such as the FET 10 and the diode 11 are damaged by heat, the heat is released to the first heat radiating plate 8 as quickly as possible through the lead frame 19 and the first adhesive layer 18. There is a need. Therefore, it is very effective to improve the thermal conductivity of the first adhesive layer 18 as in the present embodiment.

また本実施の形態では、第２の接着層２０の熱伝導率を第３の接着層２１の熱伝導率よりも高くしたことにより、第１の放熱板８からコイル部１３への熱抵抗が小さくなり、第１の放熱板８からコイル部１３を経由して第２の放熱板１７へと繋がる一連の熱の伝達経路を形成することができる。 In the present embodiment, the thermal conductivity of the second adhesive layer 20 is made higher than the thermal conductivity of the third adhesive layer 21, so that the thermal resistance from the first heat radiating plate 8 to the coil portion 13 is increased. A series of heat transfer paths connecting the first heat radiating plate 8 to the second heat radiating plate 17 through the coil portion 13 can be formed.

すなわち、本実施の形態は、できるだけコイル部１３やＦＥＴ１０、ダイオード１１からの熱が熱伝導率の低いコア部１２へ伝わるのを抑制し、第１の放熱板８で発熱部の均熱を図り、第２の放熱板１７からコイル部１３の熱を放出することによって、電源モジュール７全体を効率よく放熱することができるのである。 That is, this embodiment suppresses heat from the coil part 13, the FET 10, and the diode 11 from being transmitted to the core part 12 having a low thermal conductivity as much as possible, and achieves heat equalization of the heat generating part by the first heat radiating plate 8. By releasing the heat of the coil portion 13 from the second heat radiating plate 17, the entire power supply module 7 can be efficiently radiated.

そして本実施の形態では、第１の放熱板８とトランス９とを一体化させるため、この第１の放熱板８と背脚１５Ｂとの間は第３の接着層２１で接着しているが、第２の放熱板１７と、この第２の放熱板１７と対面する背脚１５Ａとの間は空間を設けている。これにより第２の放熱板１７の熱がコア部１２へと伝わるのを抑制し、モジュール外部へと効率よく放熱させることができる。なお、第２の放熱板１７は背脚１５Ａと接着剤で接着しても良いが、熱の伝導を抑制するため、できるだけ熱伝導率の低い接着剤を用いることが望ましい。 In the present embodiment, in order to integrate the first heat radiating plate 8 and the transformer 9, the first heat radiating plate 8 and the back leg 15B are bonded by the third adhesive layer 21. A space is provided between the second heat radiating plate 17 and the back leg 15A facing the second heat radiating plate 17. Thereby, it can suppress that the heat of the 2nd heat sink 17 is transmitted to the core part 12, and can thermally radiate efficiently to the module exterior. The second heat radiating plate 17 may be bonded to the back leg 15A with an adhesive, but it is desirable to use an adhesive having as low a thermal conductivity as possible in order to suppress heat conduction.

なお、本実施の形態では、コイル部１３には巻線コイルを用いたが、コイル部１３と第１、第２の放熱板８、１７とを直接的に接合させるものであれば、偏平形でもコア部に組み込まれる形態でもよいものとする。またコア部１２の形状も、いわゆるＥ型とＥ型とを組み合わせた分割型（ＥＥ型）、ＥＩ型、ＵＵ型でもよく、非分割型のいわゆるトロイダルコアでもよいものとする。 In the present embodiment, a winding coil is used for the coil portion 13. However, if the coil portion 13 and the first and second heat radiating plates 8 and 17 are directly joined, a flat shape is used. However, it may be configured to be incorporated in the core portion. The shape of the core portion 12 may be a split type (EE type), an EI type, or a UU type combining a so-called E type and E type, or may be a non-split type so-called toroidal core.

本発明はトランスと半導体素子とを一体化した電源モジュールであって、コイル部の放熱性を向上させることができるため、ＰＤＰ用や車載用など、大電流対応の電源モジュールに大いに利用できる。 The present invention is a power supply module in which a transformer and a semiconductor element are integrated, and the heat dissipation of the coil portion can be improved. Therefore, the power supply module can be greatly used for a power supply module for large currents such as for PDP and in-vehicle use.

本発明の一実施の形態における電源モジュールの断面図Sectional drawing of the power supply module in one embodiment of this invention 同一実施の形態における電源モジュールの製造工程を示す上面図The top view which shows the manufacturing process of the power supply module in the same embodiment 本発明の一実施の形態との対比のための電源モジュールの断面図Sectional drawing of the power supply module for contrast with one embodiment of this invention 同対比のための電源モジュールの断面図Cross section of power supply module for comparison

Explanation of symbols

７電源モジュール
８第１の放熱板
９トランス
１０ＦＥＴ（半導体素子）
１１ダイオード（半導体素子）
１２、１２Ａ、１２Ｂコア部
１３コイル部
１４、１４Ａ、１４Ｂ中脚
１５、１５Ａ、１５Ｂ背脚
１６ボビン
１７第２の放熱板
１８第１の接着層
１９リードフレーム
２０第２の接着層
２１第３の接着層
２２シャーシ
２３メイン基板
２４貫通孔
２５貫通孔
２６スリット
２７切り欠き部 7 Power supply module 8 First heat sink 9 Transformer 10 FET (semiconductor element)
11 Diode (semiconductor element)
12, 12A, 12B Core part 13 Coil part 14, 14A, 14B Middle leg 15, 15A, 15B Back leg 16 Bobbin 17 Second heat sink 18 First adhesive layer 19 Lead frame 20 Second adhesive layer 21 Third Adhesive layer 22 Chassis 23 Main board 24 Through hole 25 Through hole 26 Slit 27 Notch

Claims

A first heat sink;
A transformer and a semiconductor element integrated with the first heat sink;
The transformer is
The core,
A coil part that generates a magnetic field around the core part,
One surface of the coil portion and the first heat radiating plate are thermally bonded,
A second heat sink is thermally joined to the other surface of the coil portion ,
A first adhesive layer is formed between the semiconductor element and the first heat dissipation plate,
A second adhesive layer is formed between the coil portion and the first heat dissipation plate,
This second adhesive layer has a smaller elastic modulus than the first adhesive layer.
Power supply module.

A first heat sink;
A transformer and a semiconductor element integrated with the first heat sink;
The transformer is
The core,
A coil part that generates a magnetic field around the core part,
The core part is
Middle legs,
At both ends of the middle leg, the middle leg has a back leg formed substantially perpendicular to the middle leg,
The coil portion is
Between the back legs and disposed on the outer periphery of the middle leg,
The first heat sink is
It is disposed between one of the back legs and the coil part and thermally joined to the coil part,
The second heat sink is
Between the other of the back legs and the coil part and thermally joined to the coil part,
A first adhesive layer is formed between the semiconductor element and the first heat dissipation plate,
A second adhesive layer is formed between the coil portion and the first heat dissipation plate,
This second adhesive layer has a smaller elastic modulus than the first adhesive layer.
Power supply module.

A second adhesive layer is formed between the coil portion and the first heat dissipation plate,
A third adhesive layer is formed between the back leg and the first heat radiating plate,
The second adhesive layer has higher thermal conductivity than the third adhesive layer
The power supply module according to claim 2.

Than the thermal conductivity between the first heat sink and the back leg facing the first heat sink,
The thermal conductivity between the second heat sink and the back leg facing the second heat sink is lowered.
The power supply module according to claim 2.

A chassis is joined on the first heat sink,
The first heat radiating plate is bent so as to be in surface contact with the chassis.
The power supply module according to any one of claims 1 to 4.