JPH0430459A - 高出力用混成集積回路装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は高出力用回路基板とそれを制御する制御用回路
基板とがケース材を介して一体化された高出力用混成集
積回路装置に関し、更に詳しくは高出力用混成集積回路
装置のパッケージ構造に関する。

（ロ）従来の技術 一般的にインバータエアコンの室外器などの電力駆動制
御用として電力半導体装置が使用されるが、従来のこの
種の電力半導体装置では、電力用半導体素子が接続され
た電力回路基板と各種の電気部品が接続された制御回路
基板とが夫々別個に独立して制御パネル等に配置されて
いた。このため、装置のノコ１形化や簡単に交換可能な
モジュール形態とすることが困難であった。

そこで近年では上述した問題を解決するために電力回路
基板と制御回路基板とを１つのパッケージに集積化した
電力半導体装置なるものが存在する。

第７図は例えば１つの従来の電力半導体装置を示した断
面図である。

第７図に示すように、電力回路基板（５１）と制御回路
基板（５２）とを備え、電力回路基板（５１）がモール
ド用樹脂外枠（５４）内にシリコンゲル等の内部注入樹
Ｊｌ（５６）により固定され、また、制御回路基板（５
２）がモールド用樹脂外枠（５４）に嵌合されると共に
エポキシ樹脂等の封止樹脂（５８）の注入硬化により固
定されて、両回路基板（５１）（５２）がモールド用樹
脂外枠（５４）に互いに平行に積層保持きれている。そ
して、電力回路基板（５１）上に形成された配線パター
ンにトランジスタやダイオード等の電力用半導体素子（
１１０）が、制御回路基板（５２）上に形成された配線
パターンに各種の電気部品（１１２）が夫々接続されて
いる。更に、電力回路基板（５１）には、外部入出力用
端子（１１４）が半田付けされ、この外部入出力用端子
（１１４）が封止樹脂（５８）および制御回路基板（５
２）を貫通して上部に導出されている。また、制御回路
基板（５２）には外部接続用コネクタ（１１６）が接続
され、この外部接続用コネクタ（１１６）が封止樹脂（
５８）で固定されて上部に突出されている。そして、電
力回路基板（５１）と制御回路基板（５２）とは、基板
接続用コネクタ（１１８）により互いに電気的に接続さ
れている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上述の如く説明した従来の電力半導体装置では以下に示
す種々の不具合がある。

先ず、この様な電力半導体装置は、小形化や交換可能な
モジュール形態を実現できたものの、電力回路基板（５
１）と制御回路基板（５２）との間が内部注入樹Ｊｌ（
５６）と封止樹脂（５８）とによって充填されているの
で、電力回路基板（５１）上に配置された電力用半導体
素子（１１０）から発生する熱が内部注入樹脂（５６）
および封止樹脂（５８）を介して制御回路基板（５２）
上に配置諮れた各種の電気部品＜１１２）に伝わり、こ
のため、各種電気部品（１１２）が熱の影響を受けて特
性が変化するなどして誤動作の原因となり、電力回路基
板（５１）上に形成きれるパワー回路の大きな制約原因
となっていた。そのため、５０Ａ〜２００八クラスのハ
イパワー回路対応の装置が実現できないという大きな問
題がある。

次に、制御回路基板（５２）は樹脂系の基板で形成され
且つ、基板（５２〉上に搭載された電気部品（１１２）
が上面側に配置された構造となるために、耐ノイズ性が
著しく悪いため、ノイズによる誤動作が発生する。

更に、電力回路基板（５１）と制御回路基板（５２）と
の接読は、先に外枠（５４）に電力回路基板（５１）を
固着しあらかじめ、基板（５１）上に固着された接続コ
ネクタ（１１ｇ）なるものを基板（５２）の表面上に突
出させて、その突出部を半田付けしなければならず作業
性および信頼性が著しく低下すると共に自動化が行えな
い問題がある。

更に入出力用端子（１１４）およびコネクタ（１１６）
の全ての端子が本体より上面方向に突出されているため
、完成時の積重ねが行えず梱包作業の能率が低下する問
題がある。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は上述した課題を鑑みて為されたものであり、少
なくとも一方の基板の表面が露出する様に対向配置され
た二枚の金属基板と前記両基板上に形成された所望形状
の導電路と前記一方の基板上の導電路と接続された複数
の制御系の回路素子と前記他方の基板上の導電路と接続
された複数のパワー系の回路素子と前記内基板を固着一
体化するケース材とを備え、前記一方の基板の少なくと
も一側辺周端部から小信号用リード端子を導出させ、前
記他方の基板の周端部に固着されたパワー用リード端子
の外部接続部を前記側基板間の略中央部に配置したこと
を特徴とする特 〈＊）作用 この様に本発明に依れば、二枚の金属基板の一方の基板
表面を露出させる様にケース材を介して対向配置諮せ、
一方の基板の少なくとも一側辺周端部から小信号用リー
ド端子を導出させ、他方の基板に固着されたパワー用リ
ード端子の外部接続部を両基板間の略中央部に配置する
ことにより、小信号系リード端子およびパワー用リード
端子の突出のない装置を提供することができる。

また、本発明の高出力用混成集積回路装置ではその表面
が露出して配置される一方の基板上に制御系のトランジ
スタ、ＩＣ、チップコンデンサ、チップ抵抗等の回路素
子がチップ状のものが使用されているので高集積化され
た制御基板を提供することができる。

更に両基板は夫々の基板周端部分で接続されるので両基
板の接続が極めて容易に行えるメリットを有する。

更に両基板はその裏面が露出され且つ夫々の回路素子が
対向する様に配置されているため外来ノイズに対して著
しく遮蔽効果が向上する。

（へ）実施例 以下に第１図乃至第３図に示した実施例に基づいて本発
明の高出力用混成集積回路装置を詳述に説明する。

第１図は本発明の高出力用混成集積回路装置を示す断面
図、第２図は平面図、第３図は正面図である。

本発明の高出力用混成集積回路装置は第１図乃至第３図
に示す如く、二枚の金属基板（ｌａ）（ｌｂ）と、両基
板（ｌａ）＜ｌｂ）上に搭載された複数の制御系および
パワー系の回路素子（２ａ）（２ｂ）と、両基板（１ａ
）（ｌｂ）の周端辺に固着された小信号用およびパワー
用のリード端子（３ａ）（３ｂ）と、二枚の基板（１ａ
）〈１ｂ）を離間させて固着一体化するケース材（４）
とから構成される。

金属基板としては例えば０．５〜５　、０　ｍｍ厚のア
ルミニウム基板を用いる。その両基板（ｌａ）（ｌｂ）
の表面には、周知の陽極酸化により酸化アルミニウム膜
（アルマイト層）が形成きれ、その−生面倒に１０〜７
０μ厚のエポキシあるいはポリイミド等の絶縁樹脂層が
貼着きれる。更に絶縁樹脂層上には１０〜１０５μ厚の
銅箔が絶縁樹脂層と同時にローラーあるいはホットプレ
ス等の手段により貼着されている。

両基板（ｌａ）（ｌｂ）の−主面上に設けられた銅箔表
面上にはスクリーン印刷によって所望形状の導電路を露
出してレジストでマスクされ、貴金属（金、銀、白金）
メツキ層が銅箔表面にメツキきれる。然る後、レジスト
を除去して貴金属メツキ層をマスクとして銅箔のエツチ
ングを行い所望の導電路が形成される。ここでスクリー
ン印刷による導電路の細さは０　、５　ｍｍが限界であ
るため、極細配線パターンを必要とするときは周知の写
真蝕刻技術に依り約２μルールまでの極細導電路の形成
が可能となる。

第４図は上述した技術を用いて形成された二枚の基板（
ｌａ）（ｌｂ）の一方の基板（１ａ）、即ち、制御回路
基板の平面図であり、第４図から明らかな如く、一方の
基板（１ａ）上には制御用、即ち、信号線用の導電路（
５ａ）が略基板（１ａ）の全面に形成されている。その
導電路（５ａ）が延在される基板（１ａ）の周端部には
複数のリード固着用パッド（６ａ〉が設けられている。

基板（１ａ〉の対向する周端部に設けられたパッド（６
ａ）には外部回路と接続を行う小信号用のリード端子（
３ａ）が固着されている。このリード端子（３８）は各
図からでは明らかにされてないがその先端部は水平方向
より上向きとなる様に配置され、更にそのリード端子（
３ａ）の先端部は一方の基板（１ａ）の基板露出面（反
対面）より突出しない様に考慮されている。また、一方
の基板（ｌａ）のもう−側辺に設けられた固着パッド（
６ａ″）は後述する他方の基板（１ｂ）と接続するため
の固着用パッドである。

上述した制御系の基板（１ａ）上に発熱を有さないトラ
ンジスタ、ＩＣおよびチップコンデンサ、チップ抵抗等
のチップ状の回路素子（２ｇ）が所定位置にダイ状で搭
載されている。

一方、第５図は他方の基板（１ｂ）、即ち、パワー出力
用基板の平面図であり、第５図の如く、基板（１ｂ〉上
にはパワー用の太い導電路（５ｂ）が主に形成きれてい
る。その導電路（５ｂ）から延在された基板（１ｂ）の
−濁端辺にはパワー用リード端子固着用の複数のパッド
（６ｂ）が設けられ、そのパッド（６ｂ〉にパワー用リ
ード端子（３ｂ）が固着されている。また、他方の基板
（１ｂ）上にはパワー用の導電路（５ｂ）のみならず一
部の信号系の導電路が形成されており、その導電路の先
端部分はパワー用リード端子（３ｂ）が固着された反対
側に延在形成され、上述した一方の基板（１ａ）の接続
パッド（６ａ　’　）と接続されるパッド（６ｂ’）と
なる。

この他方の基板（１ｂ）上にはパワートランジスタ、パ
ワーＭＯ５，ＩＧＢＴ等のパワー素子および、大電流検
出用抵抗を含むパワー系の保護回路を構成すべき複数の
回路素子（２ｂ）が搭載されている。説明するまでもな
いがパワー素子で必要とされるものはＣｕ、インバー等
のいわゆるヒートシンク材（７）を介して基板（１ｂ）
上に搭載される。

尚、本実施例での他方の基板（１ｂ）の銅箔の厚みは１
０５μのため、１００Ａ〜２００Ａクラスの大軍流を最
小限の発熱で流すことが可能となっている。

他方の基板（１ｂ）上に固着されたパワー用のリード端
子（３ｂ）は第１図および第２図に示す如く、固着パッ
ド（６ｂ）に固着され、いったん水平方向に導出されて
所定のところで折曲げ形成されている。

この折曲げされた部分は後述するケース材り４）の表面
に沿う様に折曲げされるが、本実施例では略直角になる
様に折曲げ形成されている。

ところで、二枚の基板（ｌａ）（ｌｂ）のパワー系の他
方の基板（１ｂ）の大きさは制御系の一方の基板（１ａ
）より大きくなる様に設計時に考慮されている。それら
の二枚の基板（ｌａ）（ｌｂ）は夫々の回路素子（２ａ
）〈２ｂ）が対向する様にケース材（４）によって所定
間隔離間して固着一体化される。

本実施例で用いられるケース材（４）を第６図Ａ乃至第
６図Ｃを用いて説明する。

第６図Ａはケース材（４）の正面図、同図Ｂは平面図、
同図Ｃは底面図である。

第６図Ａ乃至同図Ｃに示す如く、ケース材（４）は両基
板（ｌａ）（ｌｂ）を離間させるために枠状に形成され
た枠部（１０）と、枠部（１０）の両端部から導出され
た翼状の係止部（１１）と、パワー用リード端子（３ｂ
）が実質的に当接され外部回路と接続する外部接続部材
（１２）を主要部分として構成されている。

更に本実施例のケース材（４）では上述した主要構成部
以外に両基板（ｌａ）（ｌｂ）を接続するための領域を
形成する突出部（１３）と射出成形後にケース材（４）
のひずみ（反り）を防止するための補強部（１９）とが
ケース材（４）と一体形成されている。

ケース材（４）の特徴とするところは、外部接続部材（
１２）にある。即ち、外部接続部材（１２）はパワー用
リード端子（３ｂ）の接続部分が装置の側面と上面に設
定される様にケース材（４）の垂直面と水平面に夫々設
けられ、この外部接続部材（１２）にはネジ止め用のナ
ツトを挿入する孔（１９’）が設けられている。

また、複数の外部接続部材（１２）は所定の深を有した
スリット（１４’　）によって各ブロック毎に仕切られ
ている。このスリット（１４’）には絶縁体（図示しな
い）が挿入され隣接して配置されるパワー用リード端子
間の絶縁距離を一定に保持することに用いることができ
る様に設計されている。

斯るケース材（４）を用いて両基板（ｌａ）（ｌｂ）は
ケース材（４）と一体化される。

制御系回路基板となる一方の基板（１ａ）はケース材（
４）の上面側に、パワー系回路基板となる他方の基板〈
１ｂ）はケース材〈４）の下面側に配置され、夫々の基
板（ｌａ）（ｌｂ）上に搭ｆ／ｒ？、諮れた回路素子（
２ａ）（２ｂ）が対向する様に考慮されている。ところ
で、ケース材（４）と夫々の基板（ｌａ）（ｌｂ）との
接着は接着性シート（Ｊシート：商品名）となるもので
熱加圧着方法によって固着一体化きれる。

ケース材（４）に一体化された両基板（ｌａ）（ｌｂ）
は、ケース材（４））突出部（１３）と両基板（ｌａ＞
（ｌｂ）の周端部で形成される空間内で互いに電気的に
接続される。その接続手段としては、フィルム、金属製
リード等のいくつかの方法があるが、本実施例では金属
製リード（１５）を用いて接続するものとする。両基板
（ｌａ）（ｌｂ）を接続した後、上述した空間部にはエ
ポキシ系の封止樹脂（１７）が充填され、夫々の接続領
域が保護きれる。また、内基板（１ａ）（１ｂ〉と突出
部（１３）とで形成された空間部内に樹脂（１７）を充
填する必要のために内基板（ｌａ）（ｌｂ）の基板周端
辺は略一致する様に設計されている。

ケース材（４）の上面に配置された一方の基板（ｌａ）
から導出諮れた小信号用のリード端子（３ａ）は第２図
に示す如く、上面側に配置きれ且つ、そのノード端子（
３ａ）の先端部は第３図に示す如く基板（１ａ）の表面
より突出することはない。

一方、ケース材〈４）の下面に配置された他方の基板（
１ｂ）に固着されたパワー用リード端子（３ｂ）は第１
図乃至第３図に示す如く、ケース材（４）の外部接続部
材（１２）に沿って折曲げ配置されている。

本実施例ではケース材（４）の垂直面側、即ち、内基板
（ｌａ）（ｌｂ）の中間部分にリード端子（３ｂ）の接
続部が配置きれる様に設計きれている。ケース材（４）
の外部接続部材（１２）の孔（１３’）にはナツト（１
６）があらかじめ配置されているので、ナツト（１６）
は折曲げされたリード端子（３ｂ）によって封止された
状態となる。説明するまでもないがリード端子（３ｂ）
には穴が設けられており、その穴にネジ（１８）を挿入
してネジ（１８）とナツト（１６）とをネジ止めし、パ
ワー用リード端子（３ｂ）と外部回路との接続を行う。

本実施例では、他方の基板（ｌｂ）の表面に第３の基板
となるマザー基板（２０）が固着一体化される。

マザー基板（２０）は放熱性および絶縁性を向上きせる
ことを目的とするために、金属基板が用いられ、且つそ
の主面にはポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂層（図示され
ない）が設けられている。このマザー基板（２０）は第
１図から明らかな様に他方の基板（１ｂ）より大きく形
成され、二枚の基板（ｌａ）（１ｂ）と同様にケース材
（４）内に収納される。

即ち、マザー基板（２０）は第６図Ｃ（ケース材の底面
を示す図）に示す様に一点鎖線で示した領域に配置され
る。このとき、マザー基板（２０〉はケース材（４）の
両端部に設けられた翼状の係止部（１１）によって位置
規制が行われるために他方の基板（１ｂ）とマザー基板
（２０）とを固着する際に位置ズレ等の問題が発生する
恐れはない。

マザー基板（２０）と他方の基板〈１ｂ）とを固着しケ
ース材（４）と一体化すると、第１１５０および第３図
に示す様にマザー基板（２０）とケース材（４）の接続
部材（１２）とで形成された空間部にはエポキシ系の封
止樹脂（１７）が充填され、パワー用リード端子（３ｂ
〉の固着接続部分が封止保護される。

斯る本発明に依れば、二枚の金属基板（ｌａ）＜ｌｂ）
の制御系の一方の基板（１ａ）の表面を露出させる様に
ケース材（４）と一体化させ、他方の基板（１ｂ〉に固
着されたパワー用のリード端子（３ｂ）をケース材（４
）の接続部材（１２）の表面に沿って内基板（ｌａ）（
１ｂ）の中間部分に配置きせ、又、一方の基板の両端部
に設けたリード端子（３ａ）を基板（１ａ）の裏面から
突出しない様に導出許せているので、夫々のリード端子
（３ａ　）　（３ｂ　）が突出しない高出力用の混成集
積回路装置を提供することができる。

その結果、薄型でしかも取扱い性の極めて優れた高出力
用混成集積回路装置の実現が可能となる。

（ト）発明の効果 以上に詳述した如く、本発明に依れば、内基板（ｌａ）
（ｌｂ）に固着されたリード端子（３ａ）（３ｂ）カ突
出されないので薄型で且つ取扱い性の優れた装置を提供
することができる。

更に本発明に依れば一方の基板（ｌａ）の基板表面が露
出する様に配置されているのでパワー用の他方の基板〈
１ｂ）からの熱の影響を受けることは従来構造のものと
比較すると著しく低減する。その結果、他方の基板（１
ｂ）上に大出力用の回路を形成したとしても熱によって
制御系の一方の基板（１ａ）上に設けられた回路素子（
２ａ）の信頼性を向上することができる。

更に本発明に依れば、内基板（ｌａ）（ｌｂ）上にチッ
プ状の回路素子（ｚａ）（２ｂ）が搭載きれているので
高集積化した高出力用の混成集積回路装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示す断面図、第２図は第１図の平面図
、第３図は第１図の正面図、第４図、第５図は基板を示
す平面図、第６図Ａ乃至Ｃは本実施例で用いられるケー
ス材を示す図、および第７図は従来例を示す断面図であ
る。 （１ｍ）（ｌｂ）は基板、（２ａ）（２ｂ）は回路素子
、（３ａ）（３ｂ）はリード端子、（４）はケース材、
（５ａ）（５ｂ）は導電路、（６ａ）（６ｂ）はリード
端子固着用パッド、（７）はヒートシンク、（１０）は
枠部、＜１１）は係止部、（１２）は外部接続部材、（
１３）は突出部、（１４）は補強部、（１５）は金属製
リード、（１６）はナツト、（１７）は封止樹脂、（１
８）はネジ、（２０）はマザー基板である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一方の基板の表面が露出する様に対向
   配置された二枚の金属基板と 前記両基板上に形成された所望形状の導電路と前記一方
   の基板上の導電路と接続された複数の制御系の回路素子
   と 前記他方の基板上の導電路と接続された複数のパワー系
   の回路素子と 前記両基板を固着一体化するケース材とを備え、 前記一方の基板の少なくとも一側辺周端部から小信号用
   リード端子を導出させ、前記他方の基板の周端部に固着
   されたパワー用リード端子の外部接続部を前記両基板間
   の略中央部に配置したことを特徴とする高出力用混成集
   積回路装置。
2. （２）前記導電路は銅箔を用いたことを特徴とする請求
   項１記載の高出力用混成集積回路装置。
3. （３）前記他方の基板は前記一方の基板より大きく且つ
   、夫々の基板は互いに電気的に接続されていることを特
   徴とする請求項１記載の高出力用混成集積回路装置。
4. （４）前記両基板が電気的に接続される夫々の基板周端
   辺は実質的に一致されていることを特徴とする請求項３
   記載の高出力用混成集積回路装置。
5. （５）前記パワー用リード端子は上方向に折曲げされて
   いることを特徴とする請求項１記載の高出力用混成集積
   回路装置。