JP6670353B2 - ゲートドライバユニットおよびパワーモジュール - Google Patents

Description

本発明は、ゲートドライバユニットおよびパワーモジュールに関する。

パワーモジュールは、電源に少なくとも一対のスイッチング素子を直列に接続し、その一対のスイッチング素子の間から出力を得る装置である。このようなパワーモジュールは、たとえば、電動モータを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられる。電動モータは、たとえば、電気自動車（ハイブリッド車を含む）、電車、産業用ロボット等の動力源として用いられる。パワーモジュールは、また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置（とくに自家発電装置）が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路にも適用される。前記スイッチング素子の一例としては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ:Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。また、近年は、前記スイッチング素子の新しい構成として、シリコンカーバイド（ＳｉＣ：Silicon Carbide）デバイスの開発が進められている。

前記パワーモジュールは、ゲートドライバユニットによってコントロールされることが一般的である。前記ゲートドライバユニットは、前記パワーモジュールのゲート電流およびソース電流を制御するものである。このようなゲートドライバユニットにおいては、前記ゲート電流およびソース電流が通電する２次回路と、この２次回路の制御をつかさどる１次回路とが構成される。また、前記２次回路は、高圧側と低圧側とに区別される場合がある。このような形態においては、前記高圧側２次回路、前記低圧側２次回路および前記１次回路の互いの絶縁耐圧を十分に高めることが求められる。しかしながら、これらの回路の絶縁耐圧を高めようとすると、前記ゲートドライバユニットの平面視寸法が拡大してしまうという問題がある。

特開２０１３−１７９２２９号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、小型化を図りつつ耐電圧を高めることが可能なゲートドライバユニットおよびパワーモジュールを提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供されるゲートドライバユニットは、パワーモジュールのゲート電流を制御するゲートドライバユニットであって、互いに平行に配置された第１ドライバ基板および第２ドライバ基板と、前記第１ドライバ基板および前記第２ドライバ基板を接合する接合層と、を備えており、前記第１ドライバ基板は、第１基材および該第１基材に形成された第１配線パターンを具備し、且つ前記第２ドライバ基板側を向く第１内面と該第１内面とは反対側を向く第１外面とを有しており、前記第２ドライバ基板は、第２基材および該第２基材に形成された第２配線パターンを具備し、且つ前記第１ドライバ基板側を向く第２内面と該第２内面とは反対側を向く第２外面とを有しており、前記第１配線パターンは、前記第１外面において互いに絶縁された複数の第１外面隔離領域を有しており、前記第２配線パターンは、前記第２外面において互いに絶縁された複数の第２外面隔離領域および前記第２内面において互いに絶縁された複数の第２内面隔離領域を有
しており、前記複数の第１外面隔離領域、前記複数の第２外面隔離領域および前記複数の第２内面隔離領域は、前記第１ドライバ基板および前記第２ドライバ基板の厚さ方向視において、各別に重なっており、且つ重なるものどうしが互いに導通していることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記厚さ方向視において互いに重なり且つ互いに導通する前記第１外面隔離領域、前記第２外面隔離領域および前記第２内面隔離領域からなる複数の２次領域を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の２次領域は、高圧側２次領域および低圧側２次領域を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の２次領域は、１つのみの前記高圧側２次領域を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の２次領域は、３つのみの前記低圧側２次領域を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記厚さ方向視において互いに重なり且つ互いに導通する前記第１外面隔離領域、前記第２外面隔離領域および前記第２内面隔離領域からなる１次領域を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、１つのみの前記１次領域を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高圧側２次領域と前記低圧側２次領域との間に、前記１次領域が配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１ドライバ基板および前記第２ドライバ基板は、長矩形状である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記３つの高圧側２次領域が、前記第１ドライバ基板の長手方向に沿って並べられている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高圧側２次領域、前記１次側領域および前記低圧側２次領域が、前記第１ドライバおよび前記第２ドライバ基板の短手方向に並べられている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１外面において、前記高圧側２次領域と前記１次領域とに跨るように実装された高圧側トランスを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１外面において、前記低圧側２次領域と前記１次領域とに跨るように実装された低圧側トランスを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２外面において、前記高圧側２次領域と前記１次領域とに跨るように実装された高圧側駆動ＩＣを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２外面において、前記低圧側２次領域と前記１次領域とに跨るように実装された低圧側駆動ＩＣを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高圧側トランスと前記高圧側駆動ＩＣと
が、前記厚さ方向視において重なっている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記低圧側トランスと前記低圧側駆動ＩＣとが、前記厚さ方向視において重なっている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２内面に実装された複数の内蔵部品を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記内蔵部品は、前記接合層に覆われている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記各内蔵部品は、前記第２内面に表面実装され且つ実装にワイヤが用いられない、非ワイヤ実装部品である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１配線パターンは、前記第１外面に形成された第１外層および前記第１内面に形成された第１内層を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１配線パターンは、前記第１基材を貫通し、且つ前記第１外層と前記第１内層とを導通させる第１スルーホール部を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１スルーホール部は、前記第１基材に形成された貫通孔の内面を覆う内面導体層と、この内面導体層によって囲まれた領域に充填された封止材とを有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２配線パターンは、前記第２外面に形成された第２外層および前記第２内面に形成された第２内層を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２配線パターンは、前記第２基材を貫通し、且つ前記第２外層と前記第２内層とを導通させる第２スルーホール部を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２スルーホール部は、前記第２基材に形成された貫通孔内面を覆う内面導体層と、この内面導体層によって囲まれた領域に充填された封止材とを有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記接合層は、絶縁本体と、この絶縁本体を貫通し且つ前記第１ドライバ基板の前記第１配線パターンと前記第２ドライバ基板の前記第２配線パターンとを導通させる貫通導電部とを有する。

本発明の第２の側面によって提供されるパワーモジュールは、複数の入力端子と、スイッチング素子を含む高圧側回路と、スイッチング素子を含む低圧側回路と、複数の出力端子と、複数組の制御端子と、前記複数組の制御端子と導通する本発明の第１の側面に寄って提供されるゲートドライバユニットと、を備えることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、３つの前記高圧側回路および３つの前記低圧側回路を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の出力端子は、Ｕ相端子、Ｖ相端子およびＷ相端子を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、複数組の制御端子を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数組の制御端子は、高圧側組および低圧側組を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高圧側組は、高圧側ゲート端子を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高圧側組は、高圧側ソース端子を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記低圧側組は、低圧側ゲート端子を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記低圧側組は、低圧側ソース端子を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記スイッチング素子は、ＳｉＣからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記スイッチング素子を収容するケースを備える。

本発明によれば、前記第１外面隔離領域、前記第２外面隔離領域および前記第２内面隔離領域が、前記第１ドライバ基板および前記第２ドライバ基板の厚さ方向視においてかさなっており、且つ互いに導通している。これにより、他の部位から絶縁された前記第１外面隔離領域、前記第２外面隔離領域および前記第２内面隔離領域を適切に設定するとともに、これらの平面視寸法が過度に大きくなってしまうことを回避することができる。したがって、前記ゲートドライバユニットの小型化を図りつつ、絶縁耐圧を高めることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態に基づくゲートドライバユニットおよびパワーモジュールを示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１のゲートドライバユニットおよびパワーモジュールを示す回路図である。 図１のゲートドライバユニットを示す平面図である。 図１のゲートドライバユニットの内部を示す平面図である。 図１のゲートドライバユニットの内部を示す底面図である。 図１のゲートドライバユニットの内部を示す側面図である。 図１のゲートドライバユニットの内部を示す要部拡大断面図である。 図１のゲートドライバユニットの製造方法の一例を示す要部拡大断面図である。 図１のゲートドライバユニットの製造方法の一例を示す要部拡大断面図である。 図１のゲートドライバユニットの製造方法の一例を示す要部拡大断面図である。 図１のゲートドライバユニットの製造方法の他の例を示す要部拡大断面図である。 図１のゲートドライバユニットの製造方法の他の例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に基づくゲートドライバユニットおよびパワーモジュールを示す平面図である。 図１４のゲートドライバユニットを示す平面図である。 図１４のゲートドライバユニットを示す底面図である。 図１４のゲートドライバユニットを示す側面図である。 本発明の第３実施形態に基づくゲートドライバユニットを示す要部拡大断面図である。 本発明の第４実施形態に基づくゲートドライバユニットを示す平面図である。 図１９のＸＸ−ＸＸ線に沿う要部断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図８は、本発明の第１実施形態に基づくゲートドライバユニットおよびパワーモジュールを示している。本実施形態のパワーモジュールＢ１は、複数の入力端子７１に接続された電源からの電力を複数の高圧側回路６１および複数の低圧側回路６２に接続し、出力を得る装置である。このようなパワーモジュールＢ１は、たとえば、電動モータを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられる。電動モータは、たとえば、電気自動車（ハイブリッド車を含む）、電車、産業用ロボット等の動力源として用いられる。パワーモジュールは、また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置（とくに自家発電装置）が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路にも適用される。ゲートドライバユニットＡ１は、パワーモジュールＢ１のゲート電流およびソース電流を制御するユニットである。

本実施形態のゲートドライバユニットＡ１は、第１ドライバ基板１、第２ドライバ基板２、接合層３、複数の高圧側トランス５１、複数の低圧側トランス５２、複数の高圧側駆動ＩＣ５３、複数の低圧側駆動ＩＣ５４およびコネクタ５６を備えている。また、ゲートドライバユニットＡ１には、１次領域４１と複数の２次領域４２とが設定されている。また、本実施形態のパワーモジュールＢ１は、複数の高圧側回路６１、複数の低圧側回路６２、複数の入力端子７１、複数の出力端子７２、複数の制御端子７３、ケース８１および封止樹脂８２を備えている。

図１は、本発明のゲートドライバユニットＡ１およびパワーモジュールＢ１を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、パワーモジュールＢ１を示す回路図である。図４は、ゲートドライバユニットＡ１を示す平面図である。図５は、ゲートドライバユニットＡ１の内部を示す平面図である。図６は、ゲートドライバユニットＡ１の内部を示す底面図である。図７は、ゲートドライバユニットＡ１の内部を示す側面図である。図８は、ゲートドライバユニットＡ１の内部を示す要部拡大断面図である。

図３に示すように、複数の入力端子７１は、パワーモジュールＢ１に電力を供給する電源を接続するためのものである。本実施形態においては、１対の入力端子７１が採用されている。一方の入力端子７１は、正極用であり、他方の入力端子７１は、負極用である。また、複数の出力端子７２は、Ｕ相端子７２１、Ｖ相端子７２２およびＷ相端子７２３を含んでいる。Ｕ相端子７２１、Ｖ相端子７２２およびＷ相端子７２３は、たとえばパワーモジュールＢ１によって電力供給がなされる３相交流モータ（図示略）のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応している。

一対の入力端子７１には、互いに直列に接続された高圧側回路６１および低圧側回路６
２からなる３組の高圧側回路６１および低圧側回路６２が互いに並列に接続されている。各組の高圧側回路６１と低圧側回路６２との間に、Ｕ相端子７２１、Ｖ相端子７２２およびＷ相端子７２３がそれぞれ接続されている。

高圧側回路６１は、スイッチング素子６１１を有している。スイッチング素子６１１は、たとえば、ＳｉＣ半導体デバイスで構成したＭＯＳ型電界効果トランジスタで構成されている。なお、スイッチング素子６１１は、ＳｉＣ半導体デバイスに限定されず、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の他の形態のスイッチング素子が
適用されてもよい。また、高圧側回路６１は、たとえばショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を含んでいる。特に、この実施形態では、前記ショットキーバリアダイオードは、ＳｉＣ半導体デバイス（ＳｉＣ−ＳＢＤ）で構成されている。高圧側回路６１には、高圧側ゲート端子７３３および高圧側ソース端子７３４からなる２つの高圧側組制御端子７３１が接続されている。高圧側組制御端子７３１は、複数の制御端子７３に含まれる。高圧側ゲート端子７３３は、高圧側回路６１のゲート電流用の端子である。高圧側ソース端子７３４は、高圧側回路６１のソース電流用の端子である。

低圧側回路６２は、スイッチング素子６２１を有している。スイッチング素子６２１は、たとえば、ＳｉＣ半導体デバイスで構成したＭＯＳ型電界効果トランジスタで構成されている。なお、スイッチング素子６２１は、ＳｉＣ半導体デバイスに限定されず、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の他の形態のスイッチング素子が
適用されてもよい。また、低圧側回路６２は、たとえばショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を含んでいる。特に、この実施形態では、前記ショットキーバリアダイオードは、ＳｉＣ半導体デバイス（ＳｉＣ−ＳＢＤ）で構成されている。低圧側回路６２には、低圧側ゲート端子７３５および低圧側ソース端子７３６からなる２つの低圧側組制御端子７３２が接続されている。低圧側組制御端子７３２は、複数の制御端子７３に含まれる。低圧側ゲート端子７３５は、低圧側回路６２のゲート電流用の端子である。高圧側ソース端子７３４は、高圧側回路６１のソース電流用の端子である。

なお、高圧側回路６１および低圧側回路６２の複数の制御端子７３は、高圧側ゲート端子７３３、高圧側ソース端子７３４、低圧側ゲート端子７３５および低圧側ソース端子７３６以外の制御端子を含んでもよい。このような制御端子としては、たとえば、ソースセンス端子、フィードバック端子や温度検出用の温度検出素子信号端子が挙げられる。

図１に示すように、本実施形態においては、パワーモジュールＢ１は、平面視（ｚ方向視）長矩形状である。パワーモジュールＢ１の長手方向がｘ方向であり、短手方向が方向である。

図２に示すように、高圧側回路６１を構成するスイッチング素子６１１および低圧側回路６２を構成するスイッチング素子６２１などは、ケース８１に収容されている。ケース８１は、パワーモジュールＢ１の外観を構成する要素であり、絶縁性材料からなる。

ケース８１の内部空間は、封止樹脂８２によって封止されている。封止樹脂８２は、スイッチング素子６１１およびスイッチング素子６２１などを保護するとともに、これらと外部との絶縁を高めるためのものである。

図１に示すように、本実施形態においては、１対の入力端子７１、Ｕ相端子７２１、Ｖ相端子７２２およびＷ相端子７２３が平面視において互いに離間して配置されている。また、図１および図２に示すように、本実施形態においては、複数の制御端子７３は、３組の高圧側組制御端子７３１および３組の低圧側組制御端子７３２を構成するように、ｚ方向に突出している。

図１および図２に示すようにゲートドライバユニットＡ１は、パワーモジュールＢ１と同様に平面視長矩形状であり、ゲートドライバユニットＡ１のｚ方向上方に配置されている。図示されたゲートドライバユニットＡ１は、外部に露出しているが、たとえばゲートドライバユニットＡ１を樹脂によってさらに封止してもよい。

第１ドライバ基板１と第２ドライバ基板２とは、ｘｙ方向に沿ってそれぞれ広がっており、ｚ方向に離間して互いに平行に配置されている。

第１ドライバ基板１は、第１基材１３および第１配線パターン１４を具備している。第１基材１３は、絶縁性材料からなりたとえばガラスエポキシ樹脂からなる。第１配線パターン１４は、第１基材１３上に形成されており、たとえば、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕなどから適宜選択される単一種類または複数種類の金属からなる。また、第１ドライバ基板１は、第１外面１１および第１内面１２を有している。第１外面１１は、第２ドライバ基板２とは反対側の外側を向いている。第１内面１２は、第２ドライバ基板２側である内側を向いている。

図８に示すように、第１配線パターン１４は、第１外層１５、第１内層１６および第１スルーホール部１７を有している。第１外層１５は、第１外面１１に形成された部分である。第１内層１６は、第１内面１２に形成された部分である。第１スルーホール部１７は、第１基材１３を貫通し、且つ第１外層１５と第１内層１６とを導通させている。

第１スルーホール部１７は、第１基材１３に形成された貫通孔の内面を覆う内面導体層１７１と、この内面導体層１７１によって囲まれた領域に充填された封止材１７２とを有する。内面導体層１７１は、第１外層１５および第１内層１６と同様の材質からなる。封止材１７２は、後述する製造工程において付加される圧力に抗して、内面導体層１７１によって囲まれた領域を封止するものである。封止材１７２は、たとえば絶縁性樹脂からなる。

図４に示すように、第１ドライバ基板１は、複数の第１外面隔離領域１８を有している。図４に示すように、複数の第１外面隔離領域１８は、第１配線パターン１４のうち第１外面１１に形成された第１外層１５の一部ずつによって形成されており、互いに絶縁され且つ互いに離間している。図４においてハッチングが施された帯状部分は、第１配線パターン１４の第１外層１５が形成されていない部分である。この帯状部分が、隣り合う第１外面隔離領域１８どうしを区画している。なお、同図においては、第１配線パターン１４の第１外層１５のうち第１外面隔離領域１８を構成するものとして第１外面隔離領域１８に形成されている要素は、便宜上省略している。

第２ドライバ基板２は、第２基材２３および第２配線パターン２４を具備している。第２基材２３は、絶縁性材料からなりたとえばガラスエポキシ樹脂からなる。第２配線パターン２４は、第２基材２３上に形成されており、たとえば、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕなどから適宜選択される単一種類または複数種類の金属からなる。また、２は、第２外面２１および第２内面２２を有している。第２外面２１は、第１ドライバ基板１とは反対側の外側を向いている。第２内面２２は、第１ドライバ基板１側である内側を向いている。

図８に示すように、第２配線パターン２４は、第２外層２５、第２内層２６および第２スルーホール部２７を有している。第２外層２５は、第２外面２１に形成された部分である。第２内層２６は、第２内面２２に形成された部分である。第２スルーホール部２７は、第２基材２３を貫通し、且つ第２外層２５と第２内層２６とを導通させている。

第２スルーホール部２７は、第２基材２３に形成された貫通孔の内面を覆う内面導体層２７１と、この内面導体層２７１によって囲まれた領域に充填された封止材２７２とを有する。内面導体層２７１は、第２外層２５および第２内層２６と同様の材質からなる。封止材２７２は、後述する製造工程において付加される圧力に抗して、内面導体層２７１によって囲まれた領域を封止するものである。封止材２７２は、たとえば絶縁性樹脂からなる。

図５および図６に示すように、第２ドライバ基板２は、複数の第２外面隔離領域２８および複数の第２内面隔離領域２９を有している。

図６に示すように、複数の第２外面隔離領域２８は、第２配線パターン２４のうち第２外面２１に形成された第２外層２５の一部ずつによって形成されており、互いに絶縁され且つ互いに離間している。図６においてハッチングが施された帯状部分は、第２配線パターン２４の第２外層２５が形成されていない部分である。この帯状部分が、隣り合う第２外面隔離領域２８どうしを区画している。なお、同図においては、第２配線パターン２４の第２外層２５のうち第２外面隔離領域２８を構成するものとして第２外面隔離領域２８に形成されている要素は、便宜上省略している。

図５に示すように、複数の第２内面隔離領域２９は、第２配線パターン２４のうち第２内面２２に形成された第２内層２６の一部ずつによって形成されており、互いに絶縁され且つ互いに離間している。図５においてハッチングが施された帯状部分は、第２配線パターン２４の第２内層２６が形成されていない部分である。この帯状部分が、隣り合う第２内面隔離領域２９どうしを区画している。なお、同図においては、第２配線パターン２４の第２内層２６のうち第２内面隔離領域２９を構成するものとして第２内面隔離領域２９に形成されている要素は、便宜上省略している。

接合層３は、第１ドライバ基板１と第２ドライバ基板２とを接合するものである。本実施形態においては、接合層３は、絶縁本体３１および複数の貫通導電部３２からなる。絶縁本体３１は、絶縁性材料からなり、たとえば無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物からなる。貫通導電部３２は、第１配線パターン１４の第１内層１６の適所と第２配線パターン２４の第２内層２６の適所とを導通させるものであり、絶縁本体３１を貫通している。貫通導電部３２は、たとえば、導電性樹脂組成物からなる。

図４〜図６に示すように、本実施形態においては、図４における図中右方においてｙ方向に沿って配列された３つずつの第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９が形成されている。そして、これらの第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９は、平面視において各別に重なる配置とされている。また、図４における図中右方においてｙ方向に沿って配列された３つずつの第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９は、１つずつの第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９が、１つの２次領域４２を構成している。また、この２次領域４２は、低圧側領域４２２として定義される。低圧側領域４２２を構成する第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９は、は、第１スルーホール部１７、第１内層１６、貫通導電部３２および第２スルーホール部２７を適宜介することにより、互いに導通している。

図４〜図６に示すように、本実施形態においては、図４における図中左方において１つずつの第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９が第１ドライバ基板１および第２ドライバ基板２の長辺に沿って形成されている。そして、これらの第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９は、平面視において重なる配置とされている。また、図４における図中左方に配置された１つずつ
の第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９が、１つの２次領域４２を構成している。また、この２次領域４２は、高圧側領域４２１として定義される。高圧側領域４２１を構成する第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９は、は、第１スルーホール部１７、第１内層１６、貫通導電部３２および第２スルーホール部２７を適宜介することにより、互いに導通している。

図４〜図６に示すように、本実施形態においては、図４における図中左右方向中央において１つずつの第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９が形成されている。そして、これらの第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９は、平面視において重なる配置とされている。また、図４における図中左右方向中央に配置された１つずつの第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９が、１つの１次領域４１を構成している。１次領域４１を構成する第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９は、は、第１スルーホール部１７、第１内層１６、貫通導電部３２および第２スルーホール部２７を適宜介することにより、互いに導通している。

図４に示すように、高圧側トランス５１は、第１外面１１において高圧側領域４２１を構成する第１外面隔離領域１８と１次領域４１を構成する第１外面隔離領域１８とに跨るように実装されている。本実施形態においては、３つの高圧側トランス５１がｙ方向に離間して配列されている。また、これらの３つの高圧側トランス５１は、１つの高圧側領域４２１（第１外面隔離領域１８）に重なるように実装されている。

図４に示すように、低圧側トランス５２は、第１外面１１において低圧側領域４２２を構成する第１外面隔離領域１８と１次領域４１を構成する第１外面隔離領域１８とに跨るように実装されている。本実施形態においては、３つの低圧側トランス５２がｙ方向に離間して配列されている。また、これらの３つの低圧側トランス５２は、３つの低圧側領域４２２（第１外面隔離領域１８）に各別に重なるように実装されている。

図６に示すように、高圧側駆動ＩＣ５３は、第２外面２１において高圧側領域４２１を構成する第２外面隔離領域２８と１次領域４１を構成する第２外面隔離領域２８とに跨るように実装されている。本実施形態においては、３つの高圧側駆動ＩＣ５３がｙ方向に離間して配列されている。また、これらの３つの高圧側駆動ＩＣ５３は、１つの高圧側領域４２１（第２外面隔離領域２８）に重なるように実装されている。また、図４および図６に示すように、各高圧側トランス５１と各高圧側駆動ＩＣ５３とが、平面視において重なっている。

図６に示すように、低圧側駆動ＩＣ５４は、第２外面２１において低圧側領域４２２を構成する第２外面隔離領域２８と１次領域４１を構成する第２外面隔離領域２８とに跨るように実装されている。本実施形態においては、３つの低圧側駆動ＩＣ５４がｙ方向に離間して配列されている。また、これらの３つの低圧側駆動ＩＣ５４は、３つの低圧側領域４２２（第２外面隔離領域２８）に各別に重なるように実装されている。また、図４および図６に示すように、各低圧側トランス５２と各低圧側駆動ＩＣ５４とが、平面視において重なっている。

図５に示すように、第２ドライバ基板２の第２内面２２には、複数の内蔵部品５５が実装されている。複数の内蔵部品５５は、接合層３（絶縁本体３１）によって覆われている。各内蔵部品５５は、第２内面２２に表面実装され且つ実装にワイヤが用いられない、非ワイヤ実装部品である。このような内蔵部品５５の例としては、たとえばチップ抵抗器、コンデンサ、ダイオードなどの小型の受動部品が挙げられる。

図１に示すように、高圧側領域４２１、より具体的には、高圧側領域４２１に含まれる第１外面隔離領域１８には、３組の高圧側組制御端子７３１が接続されている。これにより、高圧側領域４２１は、パワーモジュールＢ１の３つの高圧側回路６１のゲート電流およびソース電流を制御するものとされている。

図１に示すように、３つの低圧側領域４２２、より具体的には、３つの低圧側領域４２２に含まれる３つの第１外面隔離領域１８には、３組の低圧側組制御端子７３２が接続されている。これにより、低圧側領域４２２は、パワーモジュールＢ１の３つの低圧側回路６２のゲート電流およびソース電流を制御するものとされている。

図１および図４に示すように、１次領域４１に含まれる第１外面隔離領域１８には、コネクタ５６が設けられている。コネクタ５６は、ゲートドライバユニットＡ１外からゲートドライバユニットＡ１を制御するための信号を送受するインターフェースである。

次にゲートドライバユニットＡ１の製造方法の一例について、図９〜図１１を参照しつつ、以下に説明する。

まず、図９に示すように、第１ドライバ基板１および第２ドライバ基板２を用意する。第１ドライバ基板１は、上述した第１基材１３および第１配線パターン１４からなる。第２ドライバ基板２は、上述した第２基材２３および第２配線パターン２４からなる。なお、複数の第１ドライバ基板１および複数の第２ドライバ基板２を形成可能な基板材料を用いて、以降の工程を行った後に適宜切断する手法でもよい。

次いで、図１０に示すように、第２ドライバ基板２の第２内面２２に複数の内蔵部品５５を実装する。また、接合層３を用意する。接合層３は、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物からなる板状の絶縁本体３１とこれを貫通するように設けられた導電性樹脂組成物からなる貫通導電部３２を有する。図示されたように、第１ドライバ基板１と第２ドライバ基板２の間に接合層３を配置し、第１内面１２および第２内面２２が、それぞれ接合層３を向く姿勢とする。

次いで、図１１に示すように、第１ドライバ基板１および第２ドライバ基板２によって接合層３を挟むようにして、第１ドライバ基板１および第２ドライバ基板２に加圧する。そして、全体を過熱することにより、絶縁本体３１および貫通導電部３２を硬化させる。この後は、複数の高圧側トランス５１、複数の低圧側トランス５２、複数の高圧側駆動ＩＣ５３、複数の低圧側駆動ＩＣ５４およびコネクタ５６の実装などを行うことにより、ゲートドライバユニットＡ１が得られる。このゲートドライバユニットＡ１に３組の高圧側組制御端子７３１および３組の低圧側組制御端子７３２を接続するなどにより、ゲートドライバユニットＡ１を備えるパワーモジュールＢ１が得られる。

次に、ゲートドライバユニットＡ１およびパワーモジュールＢ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９が、第１ドライバ基板１および第２ドライバ基板２の厚さ方向視においてかさなっており、且つ互いに導通している。これにより、他の部位から絶縁された第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９を適切に設定するとともに、これらの平面視寸法が過度に大きくなってしまうことを回避することができる。したがって、ゲートドライバユニットＡ１の小型化を図りつつ、絶縁耐圧を高めることができる。

２次領域４２を第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９によって構成することにより、比較的高電圧とされうる２次領域４２を、他の領域に対して確実に絶縁することができる。

複数の２次領域４２が、高圧側領域４２１および低圧側領域４２２を個別に含むことにより、２次側回路の高圧側と低圧側とをより確実に絶縁することができる。

１つのみの高圧側領域４２１と３つの低圧側領域４２２とを有する構成は、小型化と絶縁耐圧の向上とを図るのに好ましい。

１次領域４１を第１外面隔離領域１８、第２外面隔離領域２８および第２内面隔離領域２９によって構成することにより、２次領域４２に対して１次領域４１を確実に絶縁することができる。

高圧側領域４２１と低圧側領域４２２との間に１次領域４１を配置することにより、高圧側領域４２１と低圧側領域４２２との絶縁耐圧をさらに高めることができる。

３つの低圧側領域４２２を第１ドライバ基板１の長辺に沿って配列することは、小型化に好ましい。また、１つの高圧側領域４２１を第１ドライバ基板１の長辺に沿って配置することは、小型化に好ましい。

高圧側領域４２１と１次領域４１とに跨るように高圧側トランス５１を実装することにより、高圧側領域４２１と１次領域４１との絶縁耐圧を高めつつ、高圧側トランス５１を適切に機能させることができる。

低圧側領域４２２と１次領域４１とに跨るように低圧側トランス５２を実装することにより、低圧側領域４２２と１次領域４１との絶縁耐圧を高めつつ、低圧側トランス５２を適切に機能させることができる。

高圧側領域４２１と１次領域４１とに跨るように高圧側駆動ＩＣ５３を実装することにより、高圧側領域４２１と１次領域４１との絶縁耐圧を高めつつ、高圧側駆動ＩＣ５３を適切に機能させることができる。

低圧側領域４２２と１次領域４１とに跨るように低圧側駆動ＩＣ５４を実装することにより、低圧側領域４２２と１次領域４１との絶縁耐圧を高めつつ、低圧側駆動ＩＣ５４を適切に機能させることができる。

第２内面２２に複数の内蔵部品５５を実装し、これらを接合層３によって覆うことにより、これらの内蔵部品５５を確実に保護することができる。また、接合層３の絶縁本体３１によって内蔵部品５５が覆われることにより、意図しない導電体が内蔵部品５５に近接するなどしてショートが生じてしまうことを回避することができる。さらに、内蔵部品５５は、非ワイヤ部品であるため、接合層３によって第１ドライバ基板１および第２ドライバ基板２を接合する際の絶縁本体３１の変形圧力によってワイヤが断線するなどの懸念を解消することができる。

第１スルーホール部１７および第２スルーホール部２７が、変形圧力に抗しうる封止材１７２および封止材２７２を有することにより、接合工程において接合層３が漏れだしてしまうことなどを防止することができる。

ゲートドライバユニットＡ１を備えるパワーモジュールＢ１は、ゲートドライバユニッ
トＡ１における絶縁耐圧が高められていることから、より正確且つ確実な電流制御が期待できる。

また、スイッチング素子６１１およびスイッチング素子６２１が、ＳｉＣ半導体デバイスで構成したＭＯＳ型電界効果トランジスタからなることにより、パワーモジュールＢ１の動作温度の高温化や、高温時における動作安定性の向上を図ることができる。

図１２〜図２０は、本発明の変形例および他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図１２および図１３は、ゲートドライバユニットＡ１の製造方法の変形例を示している。本変形例においては、図１２に示すように、第１内層１６および第１スルーホール部１７が形成された第１基材１３と、第２内層２６および第２スルーホール部２７が形成された第２基材２３と接合層３とを用意する。また、導電膜１５Ａおよび導電膜２５Ａを用意する。導電膜１５Ａは、第１ドライバ基板１の第１外層１５となる金属プレート部材であり、導電膜２５Ａは、第２ドライバ基板２の第２外層２５となる金属プレート部材である。

次いで、図１３に示すように導電膜１５Ａ、第１基材１３、接合層３、第２基材２３および導電膜２５Ａを積層し、互いに接合する。そして、導電膜１５Ａおよび導電膜２５Ａに対してたとえばエッチングなどを用いたパターニングを施す。これにより、第１外層１５および第１内層１６が形成される。この後は、複数の高圧側トランス５１、複数の低圧側トランス５２、複数の高圧側駆動ＩＣ５３、複数の低圧側駆動ＩＣ５４およびコネクタ５６の実装などを行うことにより、ゲートドライバユニットＡ１が得られる。

このような変形例によっても、ゲートドライバユニットＡ１の小型化を図りつつ耐電圧を高めることが可能である。また、導電膜１５Ａおよび導電膜２５Ａを用いることにより、図１３に示す接合工程において、接合層３の変形圧力を受ける第１スルーホール部１７および第２スルーホール部２７を、導電膜１５Ａおよび導電膜２５Ａによって支えることが可能である。これは、第１スルーホール部１７や第２スルーホール部２７が変形圧力によって抜けだしてしまい、接合層３が漏れることを防止するのにより好ましい。

図１４〜図１７は、本発明の第２実施形態に基づくゲートドライバユニットを示している。本実施形態のゲートドライバユニットＡ２は、コネクタ５６の配置およびパワーモジュールＢ１への取り付け姿勢が上述したゲートドライバユニットＡ１と異なる。

図１４は、ゲートドライバユニットＡ２およびＢ２を示す平面図である。図１５は、ゲートドライバユニットＡ２を示す平面図である。図１６は、ゲートドライバユニットＡ２を示す底面図である。図１７は、ゲートドライバユニットＡ２を示す側面図である。

本実施形態においては、図１５に示すように、第２ドライバ基板２の第２外面２１にコネクタ５６が設けられている。また、第１ドライバ基板１の第１外面１１がパワーモジュールＢ２に対面する姿勢で、ゲートドライバユニットＡ２がパワーモジュールＢ２に対して固定されている。このような実施形態によっても、ゲートドライバユニットＡ２の小型化を図りつつ耐電圧を高めることができる。

図１８は、本実施形態の第３実施形態に基づくゲートドライバユニットを示す要部拡大断面図である。本実施形態のゲートドライバユニットＡ３においては、接合層３の貫通導電部３２の構成が、上述した実施形態と異なっている。

本実施形態においては、貫通導電部３２は、いわゆるバンプと同種の金属部材からなる。この貫通導電部３２は、たとえば、第２ドライバ基板２の第２内面２２の第２内層２６の適所に形成された複数の金属製バンプである。これらの金属製バンプを絶縁本体３１によって覆いつつ、絶縁本体３１によって第１ドライバ基板１および第２ドライバ基板２を接合することにより、ゲートドライバユニットＡ３が得られる。このような実施形態によっても、ゲートドライバユニットＡ３の小型化を図りつつ耐電圧を高めることができる。

図１９および図２０は、本実施形態の第４実施形態に基づくゲートドライバユニットを示す要部拡大断面図である。本実施形態のゲートドライバユニットＡ４は、接合層３の構成が、上述したゲートドライバユニットＡ１およびゲートドライバユニットＡ２と異なっている。また、中間基板３５を備える点が、上述した実施形態と異なっている。

図２０に示すように、ゲートドライバユニットＡ４は、中間基板３５を備えている。中間基板３５は、ｚ方向において第１ドライバ基板１と第２ドライバ基板２との間に位置している。第１ドライバ基板１および第２ドライバ基板２は、接合層３によって接合されている。この接合層３の絶縁本体３１によって、中間基板３５が覆われた格好となっている。図示された例においては、２つの中間基板３５がｚ方向に離間配置されている。

各中間基板３５は、基材３５１および配線パターン３５２を有している。基材３５１は、たとえばガラスエポキシ樹脂などの絶縁樹脂からなる板状部材である。配線パターン３５２は、絶縁本体３１５の表裏面にパターン形成された金属からなる層である。また、中間基板３５には、スルーホール部３５３が設けられている。スルーホール部３５３は、基材３５１を貫通しており、基材３５１の表裏面に形成された配線パターン３５２を導通させている。

本実施形態にいおいては、複数の貫通導電部３２が設けられている。これらの貫通導電部３２は、第１ドライバ基板１と中間基板３５との間に位置するもの、２つの中間基板３５どうしの間に位置するもの、および中間基板３５と第２ドライバ基板２との間に位置するものを含む。これらの中間基板３５は、たとえば金属製のバンプからなる。中間基板３５の配線パターン３５２およびスルーホール部３５３と貫通導電部３２とを介することにより、第１ドライバ基板１の第１配線パターン１４と第２ドライバ基板２の第２配線パターン２４との適所どうしが導通している。

また、本実施形態においては、図１９に示すように、シールド領域３５４が設けられている。シールド領域３５４は、いずれかの中間基板３５の配線パターン３５２の一部によって構成されており、ｚ方向視においてたとえば矩形状の環状とされている。本例においては、シールド領域３５４は、ｚ方向視において１次領域４１の所定部分を囲んでいる。

このような実施形態によっても、ゲートドライバユニットＡ３の小型化を図りつつ耐電圧を高めることができる。また、中間基板３５と貫通導電部３２とを積層させることにより、バンプからなる貫通導電部３２を用いつつ、第１ドライバ基板１と第２ドライバ基板２との距離を遠ざけることが可能である。これは、たとえば、図２０に示すように、内蔵部品５５のいずれかのｚ方向寸法が相対的に大である場合に、この内蔵部品５５を第１ドライバ基板１と第２ドライバ基板２との間に適切に配置させるのに都合がよい。

シールド領域３５４によって、１次領域４１をｚ方向視において囲むことにより、１次領域４１に実装された高圧側駆動ＩＣ５３などが外部からのノイズを受けてしまうことを抑制することが可能である。あるいは、高圧側駆動ＩＣ５３から発せられうる電波などを遮蔽することができる。なお、シールド領域３５４は、いわゆるグランドラインに接続さ
れていることが好ましいが、グランドラインに接続されていない構成であってもよい。

本発明に係るゲートドライバユニットおよびパワーモジュールは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るゲートドライバユニットおよびパワーモジュールの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１〜Ａ４ ゲートドライバユニット
Ｂ１，Ｂ２ パワーモジュール
１ 第１ドライバ基板
１１ 第１外面
１２ 第１内面
１３ 第１基材
１４ 第１配線パターン
１５ 第１外層
１５Ａ 導電膜
１６ 第１内層
１７ 第１スルーホール部
１７１ 内面導体層
１７２ 封止材
１８ 第１外面隔離領域
２ 第２ドライバ基板
２１ 第２外面
２２ 第２内面
２３ 第２基材
２４ 第２配線パターン
２５ 第２外層
２５Ａ 導電膜
２６ 第２内層
２７ 第２スルーホール部
２７１ 内面導体層
２７２ 封止材
２８ 第２外面隔離領域
２９ 第２内面隔離領域
３ 接合層
３１ 絶縁本体
３２ 貫通導電部
３５ 中間基板
３５１ 基材
３５２ 配線パターン
３５３ スルーホール部
３５４ シールド領域
４２ ２次領域
４２１ 高圧側領域
４２２ 低圧側領域
４１ １次領域
５１ 高圧側トランス
５２ 低圧側トランス
５３ 高圧側駆動ＩＣ
５４ 低圧側駆動ＩＣ
５５ 内蔵部品
５６ コネクタ
６１ 高圧側回路
６１１ スイッチング素子
６２ 低圧側回路
６２１ スイッチング素子
７１ 入力端子
７２ 出力端子
７２１ Ｕ相端子
７２２ Ｖ相端子
７２３ Ｗ相端子
７３ 制御端子
７３１ 高圧側組制御端子
７３２ 低圧側組制御端子
７３３ 高圧側ゲート端子
７３４ 高圧側ソース端子
７３５ 低圧側ゲート端子
７３６ 低圧側ソース端子
８１ ケース
８２ 封止樹脂

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板に平行である第１の方向に並ぶように設けられた複数のトランスと、
   複数の駆動回路と、
   複数のスイッチング素子と、
   前記複数のトランス、前記複数の駆動回路および前記複数のスイッチング素子を電気的に接続する複数の導電部と、を備え、
   前記複数のトランスの少なくともいずれか、前記複数の駆動回路の少なくともいずれかおよび前記複数のスイッチング素子の少なくともいずれかは、前記第１の方向と直交する方向であって前記基板の厚さ方向である第２の方向視において少なくとも部分的に重なっている、パワーモジュール。
2. 前記複数の駆動回路の少なくともいずれかは、前記第２方向において前記複数のトランスの少なくともいずれかと前記複数のスイッチング素子の少なくともいずれかとの間に位置する、請求項１に記載のパワーモジュール。
3. 前記基板は、基材および該基材に形成された配線パターンを具備しており、
   前記配線パターンは、前記複数のスイッチング素子に対して絶縁された１次領域と、前記複数のスイッチング素子の少なくともいずれかに導通する２次領域と、を含む、請求項１または２に記載のパワーモジュール。
4. 前記１次領域に導通し、かつ外部に接続される接続部を備える、請求項３に記載のパワーモジュール。
5. 前記接続部は、前記基板に支持されている、請求項４に記載のパワーモジュール。

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