JP5784722B2 - 大容量モジュールの周辺回路用の回路基板、及び当該回路基板を用いる周辺回路を含む大容量モジュール - Google Patents
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Description
高発熱素子を含む第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して積層される第2電子回路に用いられる基板であって、
前記基板が、主としてセラミックを含んでなる誘電体層からなる基材と、前記基板の前記第1電子回路側に形成された第1表面電極と、を含んでなること、
前記第1表面電極を構成する導体の少なくとも一部が前記基材の内部に埋設されていること、
前記基板の前記第1電子回路側の表面である第1表面における少なくとも前記高発熱素子の端子に対向する領域において、前記第1表面電極を構成する導体が前記基材から露出していること、
前記第1表面電極を構成する導体の前記第1表面に直交する方向における厚みが100μm以上であること、並びに
前記第1表面と平行であり且つ前記第1表面電極を構成する導体の前記基材の内部に埋設された部分と交差する平面のうち前記第1表面から最も遠い平面である第1境界面と前記第1表面とによって挟まれる前記基板の部分領域である第1領域の平均熱膨張係数が、前記第1領域以外の前記基板の部分領域である第2領域の平均熱膨張係数よりも大きいこと、
を特徴とする基板によって達成される。
高発熱素子を含む第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して積層される第2電子回路に用いられる基板であって、
前記基板が、主としてセラミックを含んでなる誘電体層からなる基材と、前記基板の前記第1電子回路側に形成された第1表面電極と、を含んでなること、
前記第1表面電極を構成する導体の少なくとも一部が前記基材の内部に埋設されていること、
前記基板の前記第1電子回路側の表面である第1表面における少なくとも前記高発熱素子の端子に対向する領域において、前記第1表面電極を構成する導体が前記基材から露出していること、
前記第1表面電極を構成する導体の前記第1表面に直交する方向における厚みが100μm以上であること、並びに
前記第1表面と平行であり且つ前記第1表面電極を構成する導体の前記基材の内部に埋設された部分と交差する平面のうち前記第1表面から最も遠い平面である第1境界面と前記第1表面とによって挟まれる前記基板の部分領域である第1領域の平均熱膨張係数が、前記第1領域以外の前記基板の部分領域である第2領域の平均熱膨張係数よりも大きいこと、
を特徴とする基板である。
高発熱素子を含む第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して積層される第2電子回路に用いられる基板であって、
前記基板が、主としてセラミックを含んでなる誘電体層からなる基材と、前記基板の前記第1電子回路側に形成された第1表面電極と、前記基板の内層に埋設された少なくとも1層の内層電極と、を含んでなること、
前記第1表面電極を構成する導体の少なくとも一部が前記基材の内部に埋設されていること、
前記基板の前記第1電子回路側の表面である第1表面における少なくとも前記高発熱素子の端子に対向する領域において、前記第1表面電極を構成する導体が前記基材から露出していること、
前記第1表面電極及び前記少なくとも1層の内層電極を構成する導体の前記第1表面に直交する方向における厚みが100μm以上であること、並びに
前記第1表面と平行であり且つ前記第1表面電極を構成する導体の前記基材の内部に埋設された部分と交差する平面のうち前記第1表面から最も遠い平面である第1境界面と前記第1表面とによって挟まれる前記基板の部分領域である第1領域の平均熱膨張係数が、前記第1領域以外の前記基板の部分領域である第2領域の平均熱膨張係数よりも大きいこと、
を特徴とする基板である。
本発明の前記第1態様又は第2態様の何れかに係る基板であって、
常温において、前記第1表面側が凹になるように湾曲していること、
を更なる特徴とする、基板である。
高発熱素子を含む第1電子回路、
前記第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して積層される第2電子回路、
を含んでなる大容量モジュールであって、
第2電子回路に用いられる基板が、主としてセラミックを含んでなる誘電体層からなる基材と、前記基板の前記第1電子回路側に形成された第1表面電極と、を含んでなること、
前記第1表面電極を構成する導体の少なくとも一部が前記基材の内部に埋設されていること、
前記基板の前記第1電子回路側の表面である第1表面における少なくとも前記高発熱素子の端子に対向する領域において、前記第1表面電極を構成する導体が前記基材から露出していること、
前記第1表面電極を構成する導体の前記第1表面に直交する方向における厚みが100μm以上であること、並びに
前記第1表面と平行であり且つ前記第1表面電極を構成する導体の前記基材の内部に埋設された部分と交差する平面のうち前記第1表面から最も遠い平面である第1境界面と前記第1表面とによって挟まれる前記基板の部分領域である第1領域の平均熱膨張係数が、前記第1領域以外の前記基板の部分領域である第2領域の平均熱膨張係数よりも大きいこと、
を特徴とする大容量モジュールである。
高発熱素子を含む第1電子回路、
前記第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して積層される第2電子回路、
を含んでなる大容量モジュールであって、
第2電子回路に用いられる基板が、主としてセラミックを含んでなる誘電体層からなる基材と、前記基板の前記第1電子回路側に形成された第1表面電極と、前記基板の内層に埋設された少なくとも1層の内層電極と、を含んでなること、
前記第1表面電極を構成する導体の少なくとも一部が前記基材の内部に埋設されていること、
前記基板の前記第1電子回路側の表面である第1表面における少なくとも前記高発熱素子の端子に対向する領域において、前記第1表面電極を構成する導体が前記基材から露出していること、
前記第1表面電極及び前記少なくとも1層の内層電極を構成する導体の前記第1表面に直交する方向における厚みが100μm以上であること、並びに
前記第1表面と平行であり且つ前記第1表面電極を構成する導体の前記基材の内部に埋設された部分と交差する平面のうち前記第1表面から最も遠い平面である第1境界面と前記第1表面とによって挟まれる前記基板の部分領域である第1領域の平均熱膨張係数が、前記第1領域以外の前記基板の部分領域である第2領域の平均熱膨張係数よりも大きいこと、
を特徴とする大容量モジュールである。
本発明の前記第4態様又は前記第5態様の何れかに係る大容量モジュールであって、
前記第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して前記第2電子回路が積層される前の時点における前記基板が、常温において、前記第1表面側が凹になるように湾曲していること、
を更なる特徴とする、大容量モジュールである。
本発明の前記第4態様乃至前記第6態様の何れかに係る大容量モジュールであって、記大容量モジュールがパワーモジュールであることを特徴とする大容量モジュールである。
また、本発明の第8態様は、
本発明の前記第7態様に係る大容量モジュールであって、前記高発熱素子がスイッチング素子であることを特徴とする大容量モジュールである。
前述のように、図1は、本発明の1つの実施態様に係る基板及び当該基板を含むモジュールの構成を示す模式図である。図1に示すように、本発明の1つの実施態様に係る基板を含むモジュール100は、パワー半導体素子113(例えばIGBT等)を含むパワー回路(第1電子回路110)、及び本発明の1つの実施態様に係る基板121を含むドライブ回路(第2電子回路120)を含んでなる。
一方、従来技術に係るパワーモジュールの構成について、図2を参照しながら、簡潔に説明する。前述のように、図2は、従来技術に係るパワーモジュールの構成を示す模式図である。
次に、本発明の実施態様に係る基板の信頼性について、図3を参照しながら、以下に説明する。前述のように、図3は、基板の表面に配設された電極と基板の基材との界面において作用する応力における、本発明の実施態様に係る基板と比較例に係る基板との差異を説明する模式図である。図3において、(a)及び(b)は本発明の実施態様に係る基板を表し、(c)は比較例に係る基板を表す。
次に、本発明の1つの実施態様に係る基板の湾曲について、図4を参照しながら、以下に説明する。前述のように、図4は、本発明の1つの実施態様に係る大容量モジュールにおける第1電子回路及び第2電子回路の各基板の湾曲状況と第1電子回路上の高発熱素子と第2電子回路の基板との接合状況との関係を表す模式図である。図4において、(a)は、第1電子回路及び第2電子回路の何れも湾曲していない状態、(b)は第1電子回路のみ湾曲し、第2電子回路は湾曲していない状態、及び(c)は第1電子回路及び第2電子回路が両方とも湾曲している状態をそれぞれ表す。
次に、本発明のもう1つの実施態様に係る大容量モジュールにおける第2電子回路の基板の湾曲について、図5を参照しながら、以下に説明する。前述のように、図5は、本発明のもう1つの実施態様に係る大容量モジュールにおける温度変化に伴う第1電子回路及び第2電子回路の各基板の湾曲状況及び接合状況の変化を表す模式図である。図5において、(a)は、前述のように、常温において第1表面側が凹になるように湾曲している本発明に係る基板を、かかる形状のまま、大容量モジュールを構成する第2電子回路の基板として使用し、かかる第2電子回路を、第1電子回路上に配設された高発熱素子を介して、第1電子回路に積層した場合における、常温での第1電子回路及び第2電子回路の湾曲状態を表す。一方、(b)は、上記大容量モジュールの動作に伴う温度上昇に伴う、同モジュールにおける第1電子回路及び第2電子回路の湾曲状態の変化を表す。
次に、本発明の更にもう1つの実施態様に係る大容量モジュールにおける第2電子回路の基板の湾曲について、図6を参照しながら、以下に説明する。前述のように、図6は、本発明の更にもう1つの実施態様に係る大容量モジュールの温度変化に伴う第1電子回路及び第2電子回路の各基板における応力の作用を説明する模式図である。
前述のように、図7は、第2電子回路基板の内部にコンデンサが埋設された、本発明の実施態様の1つの変形例に係る基板及び当該基板を含むモジュールの構成を示す模式図である。図7に示すように、本変形例に係る大容量モジュール100においては、第2回路基板121の内部にスナバコンデンサ126が埋設されている。かかる構成により、前述のような従来技術に係る基板と比較して、パワー半導体素子113とスナバコンデンサ126とを電気的に接続する配線を更に短くすることができる。その結果、当該配線が有する等価的なインダクタンスが小さくなるので、パワー半導体素子113から発生するノイズに起因して誘起されるサージ電圧が減少する。その結果、かかるノイズに起因してパワー半導体素子113を含むパワー回路(第1電子回路110)や周辺回路(第2電子回路)が破壊されたり、かかるノイズが大容量モジュール100の外部に漏洩して、大容量モジュール100の周辺機器の動作に影響を与えたりする問題を、より一層軽減することができる。
前述のように、図8は、第2電子回路基板内部の一部の領域にコンデンサが埋設された、本発明の実施態様のもう1つの変形例に係る基板及び当該基板を含むモジュールの構成を示す模式図である。図8に示すように、本変形例に係る大容量モジュール100においては、コンデンサ126を第2回路基板121の主面に平行な面の全体に及ぶように形成するのではなく、第2回路基板121の主面に平行な面内において部分的に配置している。かかる構成により、本変形例に係る大容量モジュール100においては、上述のように高い誘電率を有する誘電体を含んでなる絶縁層(即ち、低い熱伝導率を有する材料)をコンデンサ126を構成する導体の間に形成して、コンデンサ126の容量を増大させようとする場合であっても、第2回路基板121の主面に平行な面内において、当該絶縁層が配置されていない領域が残される。その結果、第2回路基板121を介して高発熱素子113から発生する熱を外部に放出するための熱伝導経路を確保することができる。
前述のように、図9は、第2電子回路基板内部の第1表面に最も近い層にコンデンサが埋設された、本発明の実施態様の更にもう1つの変形例に係る基板及び当該基板を含むモジュールの構成を示す模式図である。図9に示すように、本変形例に係る大容量モジュール100においては、第2回路基板121を構成する誘電体層のうち、第1回路基板111との積層時に高発熱素子113に対向する側の主面である第1表面に最も近い層に、コンデンサ126が埋設されている。かかる構成により、本変形例に係る大容量モジュール100においては、第2回路基板121の内部に埋設されるコンデンサ126と高発熱素子113とを電気的に接続する配線を短くすることができるので、コンデンサ126によるノイズ低減効果を十分に発揮させることができる。
Claims (6)
- 高発熱素子を含む第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して積層される第2電子回路に用いられる基板であって、
前記基板が、主としてセラミックを含んでなる誘電体層からなる基材と、前記基板の前記第1電子回路側に形成された第1表面電極と、を含んでなること、
前記第1表面電極を構成する導体の少なくとも一部が前記基材の内部に埋設されていること、
前記基板の前記第1電子回路側の表面である第1表面における少なくとも前記高発熱素子の端子に対向する領域において、前記第1表面電極を構成する導体が前記基材から露出していること、
前記第1表面電極を構成する導体の前記第1表面に直交する方向における厚みが100μm以上であること、並びに
前記第1表面と平行であり且つ前記第1表面電極を構成する導体の前記基材の内部に埋された部分と交差する平面のうち前記第1表面から最も遠い平面である第1境界面と前記第1表面とによって挟まれる前記基板の部分領域である第1領域の平均熱膨張係数が、前記第1領域以外の前記基板の部分領域である第2領域の平均熱膨張係数よりも大きいこと、
を特徴とする基板。 - 高発熱素子を含む第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して積層される第2電子回路に用いられる基板であって、
前記基板が、主としてセラミックを含んでなる誘電体層からなる基材と、前記基板の前記第1電子回路側に形成された第1表面電極と、前記基板の内層に埋設された少なくとも1層の内層電極と、を含んでなること、
前記第1表面電極を構成する導体の少なくとも一部が前記基材の内部に埋設されていること、
前記基板の前記第1電子回路側の表面である第1表面における少なくとも前記高発熱素子の端子に対向する領域において、前記第1表面電極を構成する導体が前記基材から露出していること、
前記第1表面電極及び前記少なくとも1層の内層電極を構成する導体の前記第1表面に直交する方向における厚みが100μm以上であること、並びに
前記第1表面と平行であり且つ前記第1表面電極を構成する導体の前記基材の内部に埋設された部分と交差する平面のうち前記第1表面から最も遠い平面である第1境界面と前記第1表面とによって挟まれる前記基板の部分領域である第1領域の平均熱膨張係数が、前記第1領域以外の前記基板の部分領域である第2領域の平均熱膨張係数よりも大きいこと、
を特徴とする基板。 - 請求項1又は請求項2の何れかに記載の基板であって、
常温において、前記第1表面側が凹になるように湾曲していること、
を更なる特徴とする、基板。 - 高発熱素子を含む第1電子回路、
前記第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して積層される第2電子回路、
を含んでなる大容量モジュールであって、
第2電子回路に用いられる基板が、主としてセラミックを含んでなる誘電体層からなる基材と、前記基板の前記第1電子回路側に形成された第1表面電極と、を含んでなること、
前記第1表面電極を構成する導体の少なくとも一部が前記基材の内部に埋設されていること、
前記基板の前記第1電子回路側の表面である第1表面における少なくとも前記高発熱素子の端子に対向する領域において、前記第1表面電極を構成する導体が前記基材から露出していること、
前記第1表面電極を構成する導体の前記第1表面に直交する方向における厚みが100μm以上であること、並びに
前記第1表面と平行であり且つ前記第1表面電極を構成する導体の前記基材の内部に埋設された部分と交差する平面のうち前記第1表面から最も遠い平面である第1境界面と前記第1表面とによって挟まれる前記基板の部分領域である第1領域の平均熱膨張係数が、前記第1領域以外の前記基板の部分領域である第2領域の平均熱膨張係数よりも大きいこと、
を特徴とする大容量モジュール。 - 高発熱素子を含む第1電子回路、
前記第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して積層される第2電子回路、
を含んでなる大容量モジュールであって、
第2電子回路に用いられる基板が、主としてセラミックを含んでなる誘電体層からなる基材と、前記基板の前記第1電子回路側に形成された第1表面電極と、前記基板の内層に埋設された少なくとも1層の内層電極と、を含んでなること、
前記第1表面電極を構成する導体の少なくとも一部が前記基材の内部に埋設されていること、
前記基板の前記第1電子回路側の表面である第1表面における少なくとも前記高発熱素子の端子に対向する領域において、前記第1表面電極を構成する導体が前記基材から露出していること、
前記第1表面電極及び前記少なくとも1層の内層電極を構成する導体の前記第1表面に直交する方向における厚みが100μm以上であること、並びに
前記第1表面と平行であり且つ前記第1表面電極を構成する導体の前記基材の内部に埋設された部分と交差する平面のうち前記第1表面から最も遠い平面である第1境界面と前記第1表面とによって挟まれる前記基板の部分領域である第1領域の平均熱膨張係数が、前記第1領域以外の前記基板の部分領域である第2領域の平均熱膨張係数よりも大きいこと、
を特徴とする大容量モジュール。 - 請求項4又は請求項5の何れかに記載の大容量モジュールであって、
前記第1電子回路の前記高発熱素子が配設されている側に前記高発熱素子を介して前記第2電子回路が積層される前の時点における前記基板が、常温において、前記第1表面側が凹になるように湾曲していること、
を更なる特徴とする、大容量モジュール。
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