JP5614362B2 - Fixing the power module to the cooler - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、産業機器や民生機器のモータ制御に使用されるパワーモジュール及びパワーモジュールの冷却器への固定方法に関する。 The present invention relates to a power module used for motor control of, for example, industrial equipment and consumer equipment, and a method for fixing the power module to a cooler.
特許文献1には、絶縁基板及び絶縁基板に固定されたパワーチップを備えるパワーモジュールが開示されている。パワーモジュールの絶縁基板には冷却器が固定されている。 Patent Document 1 discloses a power module including an insulating substrate and a power chip fixed to the insulating substrate. A cooler is fixed to the insulating substrate of the power module.
絶縁基板はパワーチップと冷却器の間に位置し、これらを絶縁している。しかしながら、絶縁基板を冷却器に固定する際にこれらの間に異物が入り込むことがある。異物が入り込んだまま、絶縁基板を冷却器に固定しようとすると絶縁基板に割れが生じることがある。絶縁基板が割れると、パワーチップと冷却器の絶縁を確保できない事態が生じる。 The insulating substrate is located between the power chip and the cooler and insulates them. However, when the insulating substrate is fixed to the cooler, foreign matter may enter between them. If an attempt is made to fix the insulating substrate to the cooler with foreign matter entering, the insulating substrate may be cracked. When the insulating substrate is cracked, a situation occurs in which insulation between the power chip and the cooler cannot be secured.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、パワーチップと冷却器の絶縁を確保しつつ、絶縁基板を適正に冷却器に固定できるパワーモジュール及びパワーモジュールの冷却器への固定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and to a power module and a power module cooler capable of appropriately fixing an insulating substrate to a cooler while ensuring insulation between the power chip and the cooler. The purpose is to provide a fixing method.
本願の発明に係るパワーモジュールの冷却器への固定方法は、パワーモジュールの絶縁基板の溝が形成された面である放熱面を、冷却器の平面に対して摺動させる工程と、該放熱面と該冷却器の平面が向き合った状態でこれらの面が密着するように該パワーモジュールと該冷却器を固定する工程と、を備えたことを特徴とする。 The method of fixing the power module to the cooler according to the invention of the present application includes a step of sliding a heat radiating surface, which is a surface on which an insulating substrate of the power module is formed, with respect to the plane of the cooler, and the heat radiating surface. And a step of fixing the power module and the cooler so that these surfaces are in close contact with each other in a state where the planes of the cooler face each other.
本発明によれば、絶縁基板に溝を形成するので、絶縁基板を冷却器に固定する際の絶縁基板の割れを防止できる。 According to the present invention, since the groove is formed in the insulating substrate, the insulating substrate can be prevented from cracking when the insulating substrate is fixed to the cooler.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールをヒートシンクに固定したことを示す断面図である。パワーモジュール10は、セラミック基板12を備えている。セラミック基板12は、絶縁性及び熱伝導性に優れた材料であるアルミナで形成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing that the power module according to Embodiment 1 of the present invention is fixed to a heat sink. The
セラミック基板12の上には接着剤14によりリードフレーム16が固定されている。リードフレーム16にはパワーチップ18が固定されている。このように、セラミック基板12の上面には、リードフレーム16を介してパワーチップ18が固定されるので、セラミック基板12の上面を固定面12sと称する。リードフレーム16はパワーチップ18と固定面12sの間に挟まれるように固定されている。
A
セラミック基板12の固定面12sと反対の面は放熱面12rと称する。パワーモジュール10は、放熱面12rを外部に露出させるように、パワーチップ18、リードフレーム16、及びセラミック基板12を覆うモールド樹脂20を備えている。セラミック基板12の放熱面12rにはV字溝12a、12b、及び12cが形成されている。V字溝12a、12b、及び12cは、リードフレーム16の直下領域からずらして形成されている。つまり、リードフレーム16の直下領域にはV字溝12a、12b、及び12cはない。V字溝12a、12b、及び12cの深さは、セラミック基板12の厚さの1/2である。
The surface opposite to the
パワーモジュール10は、ねじ22によりヒートシンク26に固定されている。この固定により、セラミック基板12の放熱面12rは、放熱グリース24を介してヒートシンク26に接している。これによりパワーチップ18の熱が放熱面12rから放出されやすくなる。
The
図2は、本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールの平面図である。図2ではパワーモジュール10の内部を示すために、モールド樹脂20は輪郭のみ示している。パワーチップ18は、IGBT18aとFWDi(還流ダイオード)18bを有している。パワーモジュールは、IGBT18aとFWDi18bがリードフレーム16やワイヤ30で接続されることで、3相ブリッジ回路を形成している。また、IGBT18aのオンオフは、駆動用IC32により制御される。
FIG. 2 is a plan view of the power module according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 2, only the contour of the
図3は、セラミック基板12の放熱面12rを示す斜視図である。V字溝12a、12b、及び12cは、放熱面12rの短手方向に直線的に形成されている。
FIG. 3 is a perspective view showing the
パワーモジュールをヒートシンクに取り付ける際に、これらの間に異物が入り込むことがあった。そして、この異物によりセラミック基板が割れてパワーチップとヒートシンクの間の絶縁を確保できないことがあった。ところが、本発明の実施の形態1に係るパワーモジュール10によれば、セラミック基板12とヒートシンク26の間に異物があると、V字溝12a、12b、及び12cを基点としてセラミック基板12がたわむ。そのため、セラミック基板12にかかる応力を緩和できる。このことについて図4を参照して説明する。
When attaching the power module to the heat sink, foreign matter sometimes entered between them. Then, the ceramic substrate may be cracked by the foreign matter, and insulation between the power chip and the heat sink may not be ensured. However, according to the
図4は、異物によりセラミック基板がたわむことを示す断面図である。セラミック基板12の放熱面12rとヒートシンク26の間に異物50が入り込んでいるが、V字溝12a、12b、及び12cを基点にセラミック基板12がたわみ、セラミック基板12にかかる応力を緩和している。よって、セラミック基板12の割れを防止し、パワーチップ18とヒートシンク26の間の絶縁を確保できる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing that the ceramic substrate is bent by the foreign matter. The
これに加えて、本発明の実施の形態1に係るパワーモジュール10によれば、万一異物によりセラミック基板が割れても、パワーチップとヒートシンクの間の絶縁を確保できる。このことについて、図5を参照して説明する。
In addition, according to the
図5は、異物によりセラミック基板が割れたことを示す断面図である。たとえば異物50が大型であった場合には、セラミック基板12のたわみではセラミック基板の応力緩和が不十分で、セラミック基板12が割れることも考えられる。この場合、いずれかのV字溝に沿ってセラミック基板12が割れる。図5ではV字溝12bの部分に割れ52が生じている。V字溝12bはリードフレーム16の直下領域からずらして形成されているため、割れ52はリードフレーム16からずれた場所に生じる。従って、割れ52に放熱グリース24が侵入してもパワーチップ18とヒートシンク26の間の絶縁を確保しうる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing that the ceramic substrate has been cracked by foreign matter. For example, when the
このように、本発明の実施の形態1に係るパワーモジュール10によれば、異物によるセラミック基板の割れを回避できる。また、万一セラミック基板が割れてもパワーチップ18とヒートシンク26が導通することは回避できる。従って、パワーチップ18とヒートシンク26の絶縁を確保しつつ、セラミック基板12にヒートシンク26を固定することができる。
Thus, according to the
本発明の実施の形態1に係るパワーモジュール10は、溝によりセラミック基板12がたわんで「異物を原因とするセラミック基板に対する応力」を緩和することが特徴である。この特徴を有する限りにおいて様々な変形が可能である。たとえば、セラミック基板12は、絶縁性及び熱伝導性に優れた材料で形成された絶縁基板である限り特に限定されない。従って、セラミック基板12を形成する材料はアルミナに限定されない。
The
また、セラミック基板12に形成した溝はV字溝に限らない。溝の形状は、セラミック基板が溝を基点にたわむことができるように形成されていれば特に限定されない。しかしながら、溝を起点として絶縁基板が割れる場合は、割れの位置を制御しやすいV字溝が好適である。
Further, the groove formed in the
また、セラミック基板12に形成したV字溝12a、12b、及び12cはリードフレーム16の直下領域からずらして形成することとしたが、本発明はこれに限定されない。V字溝がセラミック基板のどこに形成されていても、セラミック基板の割れを抑制する効果を得ることができる。
Further, the V-shaped
また、セラミック基板12に形成したV字溝12a、12b、及び12cの深さはセラミック基板12の厚さの1/2としたが、パワーチップ18とヒートシンク26の絶縁を確保できる限りこれに限定されない。
Further, the depth of the V-shaped
また、ヒートシンク26は、水冷装置などの冷却器であれば特に限定されない。さらに、リードフレーム16は必須でない。リードフレーム16がなくても、セラミック基板12の上に発熱体であるパワーチップ18があれば本発明の効果を得ることができる。
The
実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2に係るパワーモジュールをヒートシンクに固定したことを示す断面図である。本発明の実施の形態1で説明済みの構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。以後の実施の形態についても同様である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing that the power module according to Embodiment 2 of the present invention is fixed to a heat sink. The components already described in the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The same applies to the following embodiments.
セラミック基板62の固定面62sにはV字溝62a、62b、及び62cが形成されている。V字溝62a、62b、及び62cはリードフレーム16の直下領域からずらして形成されている。セラミック基板62の放熱面62rは全面が放熱グリース24を介してヒートシンク26と接している。
V-shaped
図7は、本発明の実施の形態2に係るパワーモジュールの平面図である。図7ではパワーモジュール60の内部を示すために、モールド樹脂20は輪郭のみ示している。セラミック基板62の固定面62sにはV字溝62a、62b、及び62cが固定面62sの短手方向に直線的に形成されている。
FIG. 7 is a plan view of a power module according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 7, in order to show the inside of the
本発明の実施の形態2に係るパワーモジュール60によれば、実施の形態1に係るパワーモジュール10の効果を得つつ、パワーモジュールの放熱性を高めることができる。すなわち、セラミック基板62の放熱面62rが全面で放熱グリース24を介してヒートシンク26と接しているので、パワーチップ18の熱を速やかにヒートシンク26へ放出できる。
According to the
本発明の実施の形態2に係るパワーモジュール60は、少なくとも実施の形態1と同程度の変形は可能である。
The
実施の形態3.
図8は、本発明の実施の形態3に係るパワーモジュールをヒートシンクに固定したことを示す断面図である。パワーモジュール70はセラミック基板72を備えている。セラミック基板72の固定面72sにはV字溝72a、72b、及び72cが形成されている。セラミック基板72の放熱面72rにはV字溝72d、72e、及び72fが形成されている。V字溝72a、72b、及び72cの直下にはそれぞれV字溝72d、72e、及び72fが形成されている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing that the power module according to Embodiment 3 of the present invention is fixed to a heat sink. The
本発明の実施の形態3に係るパワーモジュール70の特徴は、セラミック基板72の固定面72sと放熱面72rの両方にV字溝が形成されていることである。この特徴により、セラミック基板72とヒートシンク26の間に異物が入り込んだ場合にセラミック基板72がたわみやすくなる。よってセラミック基板72への応力を緩和し、セラミック基板72の割れを防止できる。
A feature of the
また、セラミック基板72が万一割れる場合でも、V字溝72a、72b、及び72cの直下にそれぞれV字溝72d、72e、及び72fを形成しているため、割れの位置をリードフレーム16からずれた場所に限定できる。つまりリードフレーム16の直下でセラミック基板72が割れてパワーチップ18とヒートシンク26が導通することは回避できる。
Even if the
本発明の実施の形態1乃至3ではセラミック基板の固定面及び固定面と反対の放熱面の少なくとも一方に溝が形成されることを示した。このような構成により、パワーチップ18とヒートシンク26の間の絶縁を確保できる。なお、本発明の実施の形態3に係るパワーモジュール70は、少なくとも実施の形態1と同程度の変形は可能である。
In the first to third embodiments of the present invention, it is shown that a groove is formed on at least one of the fixing surface of the ceramic substrate and the heat radiating surface opposite to the fixing surface. With such a configuration, insulation between the
実施の形態4.
図9は、本発明の実施の形態4に係るパワーモジュールのセラミック基板の放熱面を示す斜視図である。セラミック基板80の放熱面80rには以下のようにV字溝が形成されている。V字溝80a、80b、80c、80d、及び80eは、放熱面80rの短手方向に直線的に形成されている。V字溝80f、及び80gは、放熱面80rの長手方向に直線的に形成されている。V字溝80a、80b、80c、80d、及び80eと、V字溝80f、及び80gは交差するように形成されている。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a perspective view showing a heat dissipation surface of the ceramic substrate of the power module according to Embodiment 4 of the present invention. A V-shaped groove is formed in the
図10は、本発明の実施の形態4に係るパワーモジュールの冷却器への固定方法を示す図である。図10ではパワーモジュール82の内部を示すために、モールド樹脂20は輪郭のみ示している。また、配線の記載は省略した。この図中、V字溝の位置は破線で示している。V字溝80a、80b、80c、80d、及び80eは、リードフレーム16の直下領域からずらして形成されている。また、V字溝80f、及び80gは、パワーチップ18(18a又は18b)の直下領域からずらして形成されている。
FIG. 10 is a diagram illustrating a method of fixing the power module to the cooler according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 10, only the contour of the
この固定方法では、まずパワーモジュール82のセラミック基板80の放熱面80rを、ヒートシンク26の平面に対して摺動させる。この摺動は、セラミック基板80の放熱面80rとヒートシンク26の平面の間を放熱グリース24が埋めている状態で行われる。図10の両方向矢印は、摺動方向が上下左右方向であることを示す。この摺動により、セラミック基板80の放熱面80rとヒートシンク26の間の異物90はいずれかのV字溝に捕捉される。次に、放熱面80rとヒートシンク26の平面が向き合った状態でこれらの面が密着するようにねじ22を締めてパワーモジュール82とヒートシンク26を固定する。
In this fixing method, first, the
本発明の実施の形態4に係るパワーモジュールの冷却器への固定方法によれば、異物をV字溝80a、80b、80c、80d、80e、80f、又は80gに捕捉するので、異物によりセラミック基板80に及ぼされる応力を低減しその割れを防止できる。また、全てのV字溝80a、80b、80c、80d、80e、80f、及び80gはパワーチップ18の直下領域からずらして形成されている。よって、パワーモジュール82の良好な放熱性を確保できる。
According to the method for fixing the power module to the cooler according to the fourth embodiment of the present invention, foreign matters are captured in the V-shaped
なお、本発明の実施の形態4に係るパワーモジュールは、少なくとも実施の形態1と同程度の変形は可能である。 The power module according to Embodiment 4 of the present invention can be modified at least as much as in Embodiment 1.
10 パワーモジュール、 12 セラミック基板、 12a,12b,12c V字溝、 12s 固定面、 12r 放熱面、 14 接着剤、 16 リードフレーム、 18 パワーチップ、 20 モールド樹脂、 22 ねじ、 24 放熱グリース、 26 ヒートシンク、 50 異物 10 power module, 12 ceramic substrate, 12a, 12b, 12c V-groove, 12s fixing surface, 12r heat radiation surface, 14 adhesive, 16 lead frame, 18 power chip, 20 mold resin, 22 screw, 24 heat radiation grease, 26 heat sink , 50 foreign matter
Claims (3)
前記放熱面と前記冷却器の平面が向き合った状態でこれらの面が密着するように前記パワーモジュールと前記冷却器を固定する工程と、を備えたことを特徴とするパワーモジュールの冷却器への固定方法。 Sliding the heat dissipation surface, which is the surface on which the grooves of the insulating substrate of the power module are formed, with respect to the plane of the cooler;
A step of fixing the power module and the cooler so that the surfaces of the heat dissipation surface and the plane of the cooler are in close contact with each other. Fixing method.
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