(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記放熱面と前記冷却器の平面の間は放熱グリースが埋めていることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュールの冷却器への固定方法。
【請求項３】
前記溝は交差するように複数形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーモジュールの冷却器への固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６４１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】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３】セラミック基板の放熱面を示す斜視図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【符号の説明】
【００４０】
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
【図１】
0005614362.tif 000002
【図２】
0005614362.tif 000003
【図３】
0005614362.tif 000004
【図４】
0005614362.tif 000005
【図５】
0005614362.tif 000006
【図６】
0005614362.tif 000007
【図７】
0005614362.tif 000008
【図８】
0005614362.tif 000009
【図９】
0005614362.tif 000010
【図１０】
0005614362.tif 000011