JPH03245769A - 高集積型パワー半導体モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電動機駆動用のトランジスタ・インバータな
どに使用される半導体素子に関し、特に、パワーチップ
とこれを輛動、保護する制御回路部を集積化した高集積
型のパワーモジュールに関する。

（従来の技術） この種の半導体素子として、従来パワートランジスタ・
モジュールが知られているが、これらのモジュールはパ
ワートランジスタチップをはじめダイオードチップなど
複数のパワー半導体素子が絶縁基板上に固着され、相互
に導体で接続されて電力変換回路の一部を構成したもの
である。また、最近は、これらのパワートランジスタ・
モジュールにパワーデバイスを駆動するための駆動回路
や、デバイスを過熱や過電流から保護するための保護回
路を内蔵して機能を増す、いわゆるインテリジェントモ
ジュール化が進みつつある。

第３図は、インテリジェント化されたモジュールの構成
を示す分解斜視図であり、第４図はそのモジュールの電
気的構成を示す回路図である。このモジュールは第３図
に示すようにベース２上に形成されたケース体３内に、
絶縁基板４を介してパワー半導体素子５を装着してパワ
ー回路部６が構成されている。パワー回路部６の上方に
は、プリント基板７上に、パワー回路部６の駆動回路に
対する信号絶縁用のフォト・カプラ８や各種の回路素子
９を装着した制御回路部１１が積層され、さらにその上
方は、信号用端子１２．パワ一端子１３が設置されたフ
タ１４に覆われる。このモジュールは比較的電流容量の
大きい場合に用いられるため、２層構造としたものであ
り−そのため層間の接続配線が面倒となりコストアップ
を招く。

そこで電流容量が比較的小さい場合には、パワー回路部
と制御回路部を同一基板上に形成し、１層構造として結
線を容易にし、省スペース、低コスト化が試みられる。

第５図は、１層構造としたモジュールの構成を示すもの
であり、第６図はその要部を示す断面図である。

このモジュールは、図示されるようにベース２上の絶縁
基板４に、パワー回路部２７および制御回路部２８を形
成して一層構造とした。回路部２７．２８とフタ１４に
形成されている外部端子１２．１３とは、引出し電極１
５により接続され、引出し電極１５とパワー半導体素子
５等の配線１６は、ワイヤボンディングにより行なわれ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような構成にしようとすると、制御
回路部２８内の駆動回路入力部に接続される信号線の途
中にＲＩＢ！される信号絶縁用のフォト・カプラ８もパ
ワー回路部２７と同一の基板４上に配置されることにな
り、高速でスイッチング動作するパワー半導体素子５の
直近にフォトカプラ８が配置されるとノイズの影響を受
けて動作異常が発生するおそれがある。また、パワー半
導体素子５における熱損失に伴う温度上昇の影響でフォ
トカプラの寿命が短くなるという問題もある６本発明は
上記問題点を解決するためになされたもので、その目的
とするところは、フォト・カプラが出力回路を構成する
パワー半導体素子の発生ノイズ及び発熱の影響を受ける
ことなく、小形化、低コスト化を可能にした高集積型パ
ワー半導体モジュールを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため１本発明は、同一基板上に制御
回路チップと、パワー半導体素子を含む出力回路チップ
とを装着するとともに、前記基板と垂直に設置した基板
上に信号絶縁用のフォト・カプラを配設したことを特徴
とする。

（作用） 本発明においては、出力回路用のパワー半導体素子が装
着された基板に対して垂直に設置された基板上に信号絶
縁用のフォト・カプラを設けることにより、フォト・カ
プラとパワー半導体素子とが充分な距離を隔てて設置可
能となり、パワー半導体素子が発するノイズ、熱による
フォト・カプラへの影響を解消する。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係るパワー半導体モジュールの上部を
除去した状態の斜視図であり、第２図は同じく要部の斜
視図である。

図において、金１ＩＩ１１！のベース２の上面に枠状に
形成されたケース体２３が取付けられており、このケー
ス体２３の内部片側に仕切り壁２４が形成され、この仕
切り壁２４が区画したケース体２３内の大きい方の空間
の底面には、パワー回路部１７と制御回路部１８とが形
成されている。パワー回路部１７は、ベース２上面に固
着された絶縁基板４上に、パワー半導体素子５が装着さ
れ、パターンやワイヤボンディング等により結線されて
回路構成される。制御回路部１８も、ベース２上面の絶
縁基板４上に各種の回路素子９が装着されて構成される
。

仕切り壁２４により区画されたケース体２３内部の小さ
い方の空間には、その中間部に仕切り壁２４と並行して
回路基板２５が絶縁基板４と垂直に配置さ九、その回路
基板２５の表面（図中右側表面）にはパワー回路部１７
の駆動回路に対する信号絶縁用の複数のフォト・カプラ
８が装着される。ここで、回路基板２５は回路パターン
が描けるものであれば何でもよく、例えばエポキシ系の
プリント基板やフレキシブル回路基板等を使用すること
ができる。

この回路基板２５上には、フォト・カプラ８の１次、２
次間の絶縁が確実に得られるようにフォト・カプラ８が
一列に配置されている。

そして、フォト・カプラ８は、接続導体２９を介して下
方の制御回路１８と接続されるとともに、上方の入力信
号用端子２６にそれぞれ接続される。なお、上方を覆う
フタは第３図、第５＠に示した従来例と同一構造である
ので図示を省略する。

このように、信号線の中間に接続される絶縁用のフォト
カプラ８が、絶縁基板４上に配設されているパワー半導
体素子５に近接することなく一定の距離を隔てられ、し
かもその間を仕切り壁２４、さらに回路基板２５により
遮蔽されることにより、パワー半導体素子５のスイッチ
ング動作に伴い発生するノイズ及び熱の影響を解消する
ことができる。その結果、ノイズによる制御回路部１８
の誤動作が防止され、また、フォト・カプラ８の周囲温
度も一定以下に保たれて耐久性を増すことができる。ま
た、フォト・カプラ８が絶縁基板４上に配設されない分
、絶縁基板４を小さくしてモジュールを小形化すること
ができる。

このように上記実施例では、モジュールの高密度化、省
スペース化のためにパワー回路部１７と制御回路部１８
とを同一基板上に配置して１層構造にした場合の高密度
化に伴って発生する障害を防止することができる。

なお、上記実施例において、フォト・カプラ８へのノイ
ズと発熱の到達を遮蔽するために設置した仕切り壁２４
及び回路基板２５の材質として、より遮蔽性能に優れた
材質を選択すると、さらにモジュールの小形化が可能に
なる。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、８力回路用のパワー
半導体素子が装着された基板に対して垂直に設置された
基板上に、フォト・カプラが設けられることにより、フ
ォト・カプラとパワー半導体素子が充分な距離を隔てて
設置可能となり、パワー半導体素子が発するノイズ、熱
によるフォト・カプラへの影響を解消して、耐ノイズ性
、耐久性に優れ、立体的な部品配置による小形かつ低コ
ストの高集積型パワー半導体モジュールを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内部構造を示す斜視図、第２図は要部
を示す斜視図、第３図は従来例を示す分解斜視図、第４
図は回路図、第５図は他の従来例を示す分解斜視図、第
６図は同じ〈従来例の断面図である。 ４・・・絶縁基板 ８・・・フォト・カプラ １８・・・制御回路部 ２４・・・仕切り壁 ５・・・パワー半導体素子 １７・・・パワー回路部 ２３・・・ケース体 ２５・・・回路基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同一基板上に制御回路チップと、パワー半導体素子を含
   む出力回路チップとを装着するとともに、前記基板と垂
   直に設置した基板上に信号絶縁用のフォト・カプラを配
   設したことを特徴とする高集積型パワー半導体モジュー
   ル。