(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、製造コストを低く抑えることができるパワーモジュールを提供することにある。【解決手段】  パワーモジュール５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆは、パワー半導体５３ａ、非パワー半導体５３ｂ、１枚の樹脂基板５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ、および冷却手段５９，５９Ａを備える。パワー半導体および非パワー半導体は、電力変換を行うための電源回路を構成する。樹脂基板には、パワー半導体と非パワー半導体との両者が実装される。冷却手段は、パワー半導体を冷却させるために設けられる。【選択図】      図３
2006196853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換を行うための電源回路を構成するパワー半導体（５３ａ）および非パワー半導体（５３ｂ）と、
前記パワー半導体と前記非パワー半導体との両者を実装する１枚の樹脂基板（５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ）と、
前記パワー半導体を冷却させるための冷却手段（５９，５９Ａ）と、
を備える、パワーモジュール（５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ）。
【請求項２】
前記冷却手段は、前記樹脂基板の前記パワー半導体および前記非パワー半導体の実装面の反対側に配置される、前記パワー半導体を冷却させるための流体である冷却流体を通過させるための冷却流体通路である、
請求項１記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記冷却流体通路は、前記樹脂基板の内部に設けられている、
請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記パワー半導体またはその近傍の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段において検知される温度が前記所定の温度になるように前記冷却流体の温度を制御する温度制御手段と、
をさらに備える、請求項２または３に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記パワー半導体と前記冷却流体通路との間の最短距離は、前記非パワー半導体と前記冷却流体通路との間の最短距離よりも短い、
請求項２から４のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記樹脂基板のうち前記パワー半導体を実装する部分の厚みは、前記非パワー半導体を実装する部分の厚みよりも薄い、
請求項１から５のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記樹脂基板は、板厚方向に積層される複数の積層単位体から構成されており、
前記パワー半導体を実装する部分の厚みおよび前記非パワー半導体を実装する部分の厚みは、前記積層単位体それぞれの形状により調節される、
請求項５または６に記載のパワーモジュール。
【請求項８】
少なくとも前記パワー半導体から生じる熱を拡散させるための熱拡散部（５４，５４Ｂ，５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅ）をさらに備える、
請求項１から７のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記熱拡散部と前記冷却流体通路との間に配置される電気絶縁層（５７Ｃ，５７Ｄ，５７Ｅ、５７Ｆ）をさらに備える、
請求項８に記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
前記熱拡散部には、前記パワー半導体と前記樹脂基板の実装面との間に配置されるヒートスプレッダが含まれる、
請求項８または９に記載のパワーモジュール。
【請求項１１】
前記熱拡散部には、前記樹脂基板の板面に交差する方向に沿って前記樹脂基板の内部に設けられるサーマルビアが含まれる、
請求項８から１０のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項１２】
前記熱拡散部には、前記樹脂基板の樹脂部に分散配合される熱伝導性フィラーが含まれる、
請求項８から１１のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項１３】
前記熱拡散部には、前記樹脂基板の樹脂部に埋設される熱伝導性シートが含まれる、
請求項４から８のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項１４】
電力変換を行うための電源回路を構成するパワー半導体（５３ａ）および非パワー半導体（５３ｂ）と、
前記パワー半導体と前記非パワー半導体との両者を実装する、板厚方向の熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である１枚の実装基板（５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ）と、
前記パワー半導体を冷却させるための冷却手段（５９，５９Ａ）と、
を備える、パワーモジュール（５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ）。
【請求項１５】
冷媒回路と、
電力変換を行うための電源回路を構成するパワー半導体（５３ａ）および非パワー半導体（５３ｂ）と、前記パワー半導体と前記非パワー半導体との両者を実装する１枚の樹脂基板（５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ）と、前記樹脂基板の前記パワー半導体および前記非パワー半導体の実装面の反対側に配置される、前記冷媒回路に流れる冷媒を通過させるための冷媒通路（５９，５９Ａ）とを有するパワーモジュール（５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ）と、
を備える、空気調和機（１）。
【請求項１６】
電力変換を行うための電源回路を構成するパワー半導体（５３ａ）および非パワー半導体（５３ｂ）と、前記パワー半導体と前記非パワー半導体との両者を実装する１枚の樹脂基板（５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ）と、前記パワー半導体を冷却させるための冷却手段（５９，５９Ａ）とを有するパワーモジュール（５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ）の製造方法であって、
前記パワー半導体を前記樹脂基板の規定の位置に固定するパワー半導体固定工程と、
前記パワー半導体と前記樹脂基板に設けられる回路とをワイヤ接続するワイヤ接続工程と、
前記非パワー半導体と前記回路とを接続する非パワー半導体接続工程と、
前記樹脂基板を前記冷却手段に固定する冷却手段固定工程と、
を備える、パワーモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換を行うパワーモジュールとその製造方法に関する。また、本発明は、パワーモジュールを搭載する空気調和機にも関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パワーモジュールは、主に、パワー半導体等の比較的発熱の大きなチップを実装したパワー半導体実装基板と、マイクロコンピュータ等の比較的発熱の小さなＩＣチップを実装した非パワー半導体実装基板と、主にパワー半導体を冷却するための冷却部（例えば、放熱フィン等）とから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１１１６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、通常、パワー半導体実装基板としては、パワー半導体から生じる多量の熱を系外に放出する必要があるため、高い熱伝導性を有するアルミニウム製のものやセラミック製のもの等が採用される。一方、非パワー半導体実装基板としては、パワー半導体のように発熱量の大きい半導体を実装しないので、ガラス繊維強化エポキシ樹脂のような樹脂製のもの等が採用される。通常、アルミニウム製やセラミック製などの実装基板は樹脂製の実装基板よりも高価であり、これがパワーモジュールのコスト増を招いている大きな原因となっている。また、このような二種類の実装基板にパワー半導体と非パワー半導体とを分けて実装することはパワーモジュール製造時の人件費や設備費の増加を招いている。
【０００４】
本発明の課題は、製造コストを低く抑えることができるパワー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】
【０００５】
第１発明に係るパワーモジュールは、パワー半導体、非パワー半導体、１枚の樹脂基板、および冷却手段を備える。なお、ここにいう「パワー半導体」とは、例えば、ダイオードおよびパワートランジスタ等である。また、ここにいう「非パワー半導体」とは、例えば、マイコンやＲＯＭ（Read Only Memory）等である。また、ここにいう「樹脂基板」とは、例えば、樹脂のみで製造された基板、繊維強化プラスチックで製造された基板、その他粉体等が分散された樹脂から製造された基板などであって少なくとも片面あるいは内部に回路パターンが形成されている基板である。ちなみに、このような樹脂基板の中でも、両面に回路パターンが形成されている両面樹脂基板や、板厚方向に複数の回路が絶縁層（樹脂層）と交互に積層されている積層樹脂基板などが特に好ましい。パワー半導体および非パワー半導体は、電力変換を行うための電源回路を構成する。樹脂基板には、パワー半導体と非パワー半導体との両者が実装される。冷却手段は、パワー半導体を冷却させるために設けられる。
【０００６】
パワー半導体から生じる熱を放熱フィンにより排出するタイプのパワーモジュールでは、通常、気温あるいはそれよりも数十℃高い温度の風が放熱フィンに供給されることによりパワー半導体から生じる熱がパワーモジュールの系外に排出されている。このような放熱方法を採用する場合、パワーモジュールでは、十分な放熱性を確保するため、パワー半導体が実装される基板としてアルミニウム基板やセラミック基板などの高熱伝導性を有する基板が必要とされている。
【０００７】
しかし、本発明に係るパワーモジュールの冷却手段において例えば通常よりも低温の冷却媒体（気体であっても液体であってもよい）等を利用すれば、パワー半導体の実装基板として低熱伝導性の樹脂基板を採用してもパワー半導体から生じる熱を十分にパワーモジュールから排出することができる。もちろん、このときの冷却媒体の温度は、パワー半導体から生じる熱の量や樹脂基板の厚みによって適宜変更される必要はある。このような前提において、このパワーモジュールでは、パワー半導体と非パワー半導体とを１枚の樹脂基板に実装することが可能となる。したがって、このパワーモジュールでは、パワー半導体を実装する基板として高コストなアルミニウム基板やセラミック基板などを採用する必要がない。この結果、このパワーモジュールの製造において、基材の原料コスト、人件費、および設備費などを削減することができる。このため、このパワーモジュールは、低い製造コストで製造されることができる。
【０００８】
第２発明に係るパワーモジュールは、第１発明に係るパワーモジュールであって、冷却手段は、冷却流体通路である。この冷却流体通路には、冷却流体が通過させられる。なお、ここにいう「冷却流体」とは、パワー半導体を冷却させるための流体であって、例えば、空気その他ガス類や水その他液体類（例えば冷凍装置の冷媒回路に封入される冷媒など）である。そして、この冷却流体通路は、樹脂基板のパワー半導体および非パワー半導体の実装面の反対側に配置される。なお、ここにいう「実装面」には、段差があってもかまわない。
【０００９】
このパワーモジュールでは、パワー半導体から生じる熱が、冷却流体通路に流れる冷却流体によりパワーモジュールの系外に排出される。したがって、このパワーモジュールでは、冷却流体が適切な温度に維持されれば、パワー半導体の実装基板として低熱伝導性の樹脂基板が採用されてもパワー半導体から生じる熱を十分にパワーモジュールから排出することができる。また、このパワーモジュールが空気調和機に搭載される場合には、冷却流体として冷媒回路を流れる冷媒を利用することができ、経済的である。
【００１０】
第３発明に係るパワーモジュールは、第２発明に係るパワーモジュールであって、冷却流体通路は、樹脂基板の内部に設けられている。
このパワーモジュールでは、冷却流体通路が、樹脂基板の内部に設けられている。このため、このパワーモジュールでは、冷却流体通路とパワー半導体との距離を短くすることができる。したがって、このパワーモジュールでは、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００１１】
第４発明に係るパワーモジュールは、第２発明または第３発明に係るパワーモジュールであって、温度検知手段および温度制御手段をさらに備える。温度検知手段は、パワー半導体またはその近傍の温度を検知する。温度制御手段は、温度検知手段において検知される温度が所定の温度になるように冷却流体の温度を制御する。
このパワーモジュールでは、温度検知手段が、パワー半導体またはその近傍の温度を検知する。そして、温度制御手段が、温度検知手段において検知される温度が所定の温度になるように冷却流体の温度を制御する。このため、このパワーモジュールでは、冷却流体の温度を適切に維持することができる。
【００１２】
第５発明に係るパワーモジュールは、第２発明から第４発明のいずれかに係るパワーモジュールであって、パワー半導体と冷却流体通路との間の最短距離は、非パワー半導体と冷却流体通路との間の最短距離よりも短い。
このパワーモジュールでは、パワー半導体と冷却流体通路との間の最短距離が、非パワー半導体と冷却流体通路との間の最短距離よりも短い。このため、このパワーモジュールでは、非パワー半導体から生じる熱よりもパワー半導体から生じる熱を効率的にパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００１３】
第６発明に係るパワーモジュールは、第１発明から第５発明のいずれかに係るパワーモジュールであって、樹脂基板のうちパワー半導体を実装する部分の厚みは、非パワー半導体を実装する部分の厚みよりも薄い。
このパワーモジュールでは、樹脂基板のうちパワー半導体を実装する部分の厚みが、非パワー半導体を実装する部分の厚みよりも薄い。このため、このパワーモジュールでは、非パワー半導体に比べパワー半導体の方が冷却流体通路に近くなる。したがって、このパワーモジュールでは、非パワー半導体から生じる熱よりもパワー半導体から生じる熱を効率的にパワーモジュールの系外に排出することができる。また、非パワー半導体は、パワー半導体と段違いで配置されることとなるため、パワー半導体から生じる熱の影響を受けにくくなる。
【００１４】
第７発明に係るパワーモジュールは、第５発明または第６発明に係るパワーモジュールであって、樹脂基板は、板厚方向に積層される複数の積層単位体から構成されている。また、パワー半導体を実装する部分の厚みおよび非パワー半導体を実装する部分の厚みは、積層単位体それぞれの形状により調節される。
このパワーモジュールでは、樹脂基板が、板厚方向に積層される複数の積層単位体から構成されている。また、パワー半導体を実装する部分の厚みおよび非パワー半導体を実装する部分の厚みが、積層単位体それぞれの形状により調節される。このため、このパワーモジュールでは、複雑な機械加工を行うことなく複雑な形状の樹脂基板を製造することができる。
【００１５】
第８発明に係るパワーモジュールは、第１発明から第７発明のいずれかに係るパワーモジュールであって、熱拡散部をさらに備える。熱拡散部は、少なくともパワー半導体から生じる熱を拡散させるためのものである。なお、ここにいう「熱拡散部」とは、例えば、ヒートスプレッダや、サーマルビア、熱伝導性フィラー、熱伝導性シート等である。
このパワーモジュールでは、熱拡散部がさらに備えられる。このため、パワーモジュールでは、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００１６】
第９発明に係るパワーモジュールは、第８発明に係るパワーモジュールであって、電気絶縁層をさらに備える。電気絶縁層は、熱拡散部と冷却流体通路との間に配置される。なお、ここにいう「電気絶縁層」は、電気絶縁シートであってもよいし接着剤などであってもよいし多層樹脂基板の樹脂層の一部であってもよい。
このパワーモジュールでは、電気絶縁層が、熱拡散部と冷却流体通路との間に配置される。このため、このパワーモジュールでは、放電を有効に防止することができる。
【００１７】
第１０発明に係るパワーモジュールは、第８発明または第９発明に係るパワーモジュールであって、熱拡散部には、ヒートスプレッダが含まれる。ヒートスプレッダは、パワー半導体と樹脂基板の実装面との間に配置される。
このパワーモジュールでは、ヒートスプレッダが、パワー半導体と樹脂基板の実装面との間に配置される。このため、このパワーモジュールでは、パワー半導体から生じる熱を効率よく処理することができる。
【００１８】
第１１発明に係るパワーモジュールは、第８発明から第１０発明のいずれかに係るパワーモジュールであって、熱拡散部には、サーマルビアが含まれる。サーマルビアは、樹脂基板の板面に交差する方向に沿って樹脂基板の内部に設けられる。また、このサーマルビアは、樹脂基板の板面に直交する方向に設けられるのが好ましい。
このパワーモジュールでは、サーマルビアが、樹脂基板の板面に交差する方向に沿って樹脂基板の内部に設けられる。このため、このパワーモジュールでは、樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このパワーモジュールでは、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００１９】
第１２発明に係るパワーモジュールは、第８発明から第１１発明のいずれかに係るパワーモジュールであって、熱拡散部には、熱伝導性フィラーが含まれる。熱伝導性フィラーは、樹脂基板の樹脂部に分散配合される。なお、ここにいう「熱伝導性フィラー」とは、例えば、絶縁性を有するセラミック粉体などである。
このパワーモジュールでは、熱伝導性フィラーが、樹脂基板の樹脂部に分散配合される。このため、このパワーモジュールでは、樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このパワーモジュールでは、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００２０】
第１３発明に係るパワーモジュールは、第４発明から第８発明のいずれかに係るパワーモジュールであって、熱拡散部には、熱伝導性シートが含まれる。熱伝導性シートは、樹脂基板の樹脂部に埋設される。なお、ここにいう「熱伝導性シート」とは、例えば、絶縁性を有するセラミックプレートなどである。
このパワーモジュールでは、熱伝導性シートが、樹脂基板の樹脂部に埋設される。このため、このパワーモジュールでは、樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このパワーモジュールでは、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００２１】
第１４発明に係るパワーモジュールは、パワー半導体、非パワー半導体、１枚の実装基板、および冷却手段を備える。なお、ここにいう「パワー半導体」とは、例えば、ダイオードおよびパワートランジスタ等である。また、ここにいう「非パワー半導体」とは、例えば、マイコンやＲＯＭ（Read Only Memory）等である。また、ここにいう「樹脂基板」とは、例えば、樹脂のみで製造された基板、繊維強化プラスチックで製造された基板、その他粉体等が分散された樹脂から製造された基板などであって少なくとも片面あるいは内部に回路パターンが形成されている基板である。ちなみに、このような樹脂基板の中でも、両面に回路パターンが形成されている両面樹脂基板や、板厚方向に複数の回路が絶縁層（樹脂層）と交互に積層されている積層樹脂基板などが特に好ましい。パワー半導体および非パワー半導体は、電力変換を行うための電源回路を構成する。実装基板には、パワー半導体と非パワー半導体との両者が実装される。なお、この実装基板の板厚方向の熱伝導率は、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。冷却手段は、パワー半導体を冷却させるために設けられる。
【００２２】
パワー半導体から生じる熱を放熱フィンにより排出するタイプのパワーモジュールでは、通常、気温あるいはそれよりも数十℃高い温度の風が放熱フィンに供給されることによりパワー半導体から生じる熱がパワーモジュールの系外に排出されている。このような放熱方法を採用する場合、パワーモジュールでは、十分な放熱性を確保するため、パワー半導体が実装される基板としてアルミニウム基板やセラミック基板などの高熱伝導性を有する基板が必要とされている。
【００２３】
しかし、本発明に係るパワーモジュールの冷却手段において例えば通常よりも低温の冷却媒体（気体であっても液体であってもよい）等を利用すれば、パワー半導体の実装基板として熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性の実装基板を採用してもパワー半導体から生じる熱を十分にパワーモジュールから排出することができる。もちろん、このときの冷却媒体の温度は、パワー半導体から生じる熱の量や実装基板の厚みによって変更される必要はある。この前提において、このパワーモジュールでは、パワー半導体と非パワー半導体とを１枚の低熱伝導率の実装基板に実装することが可能となる。通常、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性の実装基板は、樹脂や繊維強化プラスチック等から製造されており、アルミニウム基板やセラミック基板などに比べて安価なものが豊富に存在する。したがって、このパワーモジュールの製造において、基材の原料コスト、人件費、および設備費などを削減することができる。このため、このパワーモジュールは、低い製造コストで製造されることができる。
【００２４】
第１５発明に係る空気調和機は、冷媒回路およびパワーモジュールを備える。パワーモジュールは、パワー半導体、非パワー半導体、１枚の樹脂基板、および冷媒通路を有する。パワー半導体および非パワー半導体は、電力変換を行うための電源回路を構成する。樹脂基板には、パワー半導体と非パワー半導体との両者が実装される。冷媒通路は、冷媒回路に流れる冷媒を通過させるための通路であって、樹脂基板のパワー半導体および非パワー半導体の実装面の反対側に配置される。
【００２５】
通常、空気調和機にはパワー半導体から生じる熱を放熱フィンにより排出するタイプのパワーモジュールが採用されており、そのようなパワーモジュールでは、一般に、気温あるいはそれよりも数十℃高い温度の風が放熱フィンに供給されることによりパワー半導体から生じる熱がパワーモジュールの系外に排出されている。このような放熱方法を採用する場合、パワーモジュールでは、十分な放熱性を確保するため、パワー半導体が実装される基板としてアルミニウム基板やセラミック基板などの高熱伝導性を有する基板が必要とされている。
【００２６】
しかし、空気調和機の冷媒回路では冷媒温度が十分に低温となる箇所があり、このような冷媒をパワーモジュールの冷媒通路に流すことができれば、パワー半導体の実装基板として低熱伝導性の樹脂基板を採用してもパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールから十分に排出することができる。もちろん、このときの冷却媒体の温度は、パワー半導体から生じる熱の量や樹脂基板の厚みに依存する。この前提において、この空気調和機のパワーモジュールでは、パワー半導体と非パワー半導体とを１枚の樹脂基板に実装することが可能となる。したがって、この空気調和機のパワーモジュールでは、パワー半導体を実装する基板として高コストなアルミニウム基板やセラミック基板などを採用する必要がない。この結果、このパワーモジュールの製造において、基材の原料コスト、人件費、および設備費などを削減することができる。このため、このパワーモジュールは、低い製造コストで製造されることができる。引いては、空気調和機の製造コストも低減することができる。
【００２７】
第１６発明に係るパワーモジュールの製造方法は、電力変換を行うための電源回路を構成するパワー半導体および非パワー半導体と、パワー半導体と非パワー半導体との両者を実装する１枚の樹脂基板と、パワー半導体を冷却させるための冷却手段とを有するパワーモジュールの製造方法であって、パワー半導体固定工程、ワイヤ接続工程、非パワー半導体接続工程、および冷却手段固定工程を備える。パワー半導体固定工程では、パワー半導体が樹脂基板の規定の位置に固定される。ワイヤ接続工程では、パワー半導体と樹脂基板に設けられる回路とがワイヤ接続される。非パワー半導体接続工程では、非パワー半導体と回路とが接続される。なお、この非パワー半導体接続工程ではリフロー方式が採用されるのが好ましい。冷却手段固定工程では、樹脂基板が冷却手段に固定される。なお、パワー半導体固定工程、ワイヤ接続工程、非パワー半導体接続工程、および冷却手段固定工程は適宜入れ換えられてもよい。
【００２８】
このパワーモジュールの製造方法では、パワー半導体固定工程で、パワー半導体が樹脂基板の規定の位置に固定される。また、ワイヤ接続工程で、パワー半導体と樹脂基板に設けられる回路とがワイヤ接続される。また、非パワー半導体接続工程で、非パワー半導体と回路とが接続される。また、冷却手段固定工程で、樹脂基板が冷却手段に固定される。このため、このパワーモジュールの製造方法では、パワー半導体と非パワー半導体とが１枚の樹脂基板に実装される。したがって、このパワーモジュールの製造方法を利用すれば、基材の原料コスト、人件費、および設備費などを削減することができる。
【発明の効果】
【００２９】
第１発明に係るパワーモジュールは、低い製造コストで製造されることができる。
第２発明に係るパワーモジュールでは、冷却流体を適切な温度に維持することができれば、パワー半導体の実装基板として低熱伝導性の樹脂基板を採用してもパワー半導体から生じる熱を十分にパワーモジュールから排出することができる。
第３発明に係るパワーモジュールでは、冷却流体通路とパワー半導体との距離を短くすることができる。したがって、このパワーモジュールでは、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００３０】
第４発明に係るパワーモジュールでは、冷却流体の温度を適切に維持することができる。
第５発明に係るパワーモジュールでは、非パワー半導体から生じる熱よりもパワー半導体から生じる熱を効率的にパワーモジュールの系外に排出することができる。
第６発明に係るパワーモジュールでは、非パワー半導体から生じる熱よりもパワー半導体から生じる熱を効率的にパワーモジュールの系外に排出することができる。また、非パワー半導体は、パワー半導体と段違いで配置されることとなるため、パワー半導体から生じる熱の影響を受けにくくなる。
【００３１】
第７発明に係るパワーモジュールでは、複雑な機械加工を行うことなく複雑な形状の樹脂基板を製造することができる。
第８発明に係るパワーモジュールでは、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
第９発明に係るパワーモジュールでは、放電を有効に防止することができる。
【００３２】
第１０発明に係るパワーモジュールでは、パワー半導体から生じる熱を効率よく処理することができる。
第１１発明に係るパワーモジュールでは、樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このパワーモジュールでは、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００３３】
第１２発明に係るパワーモジュールでは、樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このパワーモジュールでは、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
第１３発明に係るパワーモジュールでは、樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このパワーモジュールでは、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００３４】
第１４発明に係るパワーモジュールは、低い製造コストで製造されることができる。
第１５発明に係る空気調和機は、低い製造コストで製造されることができる。
第１６発明に係るパワーモジュールの製造方法では、パワー半導体と非パワー半導体とが１枚の樹脂基板に実装される。したがって、このパワーモジュールの製造方法を利用すれば、基材の原料コスト、人件費、および設備費などを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
〔空気調和機の全体構成〕
図１には、本実施の形態に係る空気調和機１の外観斜視図を示す。
この空気調和機１は、室内の壁面に取り付けられる壁掛け型の室内機２と、室外に設置される室外機３とを備える。
室内機２内には室内熱交換器が収納され、室外機３内には室外熱交換器が収納されており、各熱交換器が冷媒配管４により接続されることにより冷媒回路を構成している。
【００３６】
〔空気調和機の冷媒回路の構成概略〕
空気調和機１の冷媒回路の構成を図２に示す。この冷媒回路は、主として室内熱交換器２０、アキュムレータ３１、圧縮機３２、四路切換弁３３、室外熱交換器３０、および電動膨張弁３４で構成される。
室内機２に設けられている室内熱交換器２０は、接触する空気との間で熱交換を行う。また、室内機２には、室内空気を吸い込んで室内熱交換器２０に通し熱交換が行われた後の空気を室内に排出するためのクロスフローファン２１が設けられている。クロスフローファン２１は、円筒形状に構成され、周面には回転軸方向に羽根が設けられているものであり、回転軸と交わる方向に空気流を生成する。このクロスフローファン２１は、室内機２内に設けられる室内ファンモータ２２によって回転駆動される。
【００３７】
室外機３には、圧縮機３２と、圧縮機３２の吐出側に接続される四路切換弁３３と、圧縮機３２の吸入側に接続されるアキュムレータ３１と、四路切換弁３３に接続された室外熱交換器３０と、室外熱交換器３０に接続された電動膨張弁３４とが設けられている。電動膨張弁３４は、フィルタ３５および液閉鎖弁３６を介して配管４１に接続されており、この配管４１を介して室内熱交換器２０の一端と接続される。また、四路切換弁３３は、ガス閉鎖弁３７を介して配管４２に接続されており、この配管４２を介して室内熱交換器２０の他端と接続されている。この配管４１，４２は、図１の冷媒配管４に相当する。また、室外機３には、室外熱交換器３０での熱交換後の空気を外部に排出するためのプロペラファン３８が設けられている。このプロペラファン３８は、ファンモータ３９によって回転駆動される。なお、この冷媒回路には、圧縮機３２、ファンモータ３９、および電動膨張弁３４等の電力変換を行うパワーモジュール５（後述）に設けられる冷却ジャケット５８（図３参照）も接続される。
【００３８】
〔パワーモジュールの構成〕
図３（ａ）には、本実施の形態に係るパワーモジュール５の縦断面図を示す。
本実施の形態に係るパワーモジュール５は、主に、ケーシング５０、第１電子部品５３ａ、第２電子部品５３ｂ、実装基板５１、および冷却ジャケット５８から構成される。
ケーシング５０は、実装基板５１の側縁から電子部品５３ａ，５３ｂの実装面側に立設される側壁５０ａと、側壁５０ａの上端から電子部品５３ａ，５３ｂの上部を覆うように設けられる蓋５０ｂとから構成される。
【００３９】
第１電子部品５３ａは、通電時に多量の熱を発生する、いわゆるパワー半導体である（ベアチップ等を含む）。本実施の形態において、パワー半導体とは、例えば、ダイオードおよびパワートランジスタ等をいう。
第２電子部品５３ｂは、いわゆる非パワー半導体やその他の電子部品（コンデンサや抵抗などの表面実装部品）である。本実施の形態において、非パワー半導体とは、例えば、マイコンやＲＯＭ等をいう（ベアチップ等を含む）。
【００４０】
実装基板５１は、主に、第１電子部品５３ａが実装されるエリア（以下、第１実装エリアという）と、第２電子部品５３ｂが実装されるエリア（以下、第２実装エリアという）とから成る。第１実装エリアは、１プライのシート状のガラス繊維強化エポキシ樹脂（以下、ガラスエポキシシートという）５１ａから形成されており、その厚みは約１００μｍ前後である。ちなみに、この厚みは、第１電子部品５３ａからの発熱量を４０Ｗ、発熱面積を４ｃｍ2として、第１電子部品５３ａを１００℃以下に保つことを考慮して算出された値である（図４参照）。この第１実装エリアでは、第１電子部品５３ａが、ヒートスプレッダ５４および導電体を介して１プライのガラスエポキシシート５１ａに実装され、さらにシリコーンゲル５６などの封止剤により封止されている。一方、第２実装エリアは、導電体パターン５２とガラスエポキシシート５１ａとが交互に積層された積層型樹脂基板から形成されている。この第２実装エリアでは第２電子部品５３ｂが積層型樹脂基板に実装されており、第２電子部品５３ｂは、ガラスエポキシシート５１ａの間に配置されている導電体パターン５２と接続され３次元形状の複雑な制御回路を形成している。なお、この導電体パターン５２には第１電子部品５３ａもワイヤー５５を介して接続されており、電源回路の一部が形成されている。リード５７は、外部回路への接続に用いられる。ちなみに、本実施の形態に係る実装基板５１を形成するためには、（ｉ）均一な板状の積層型実装基板を調製した後に機械加工によって実装基板５１の第１実装エリアの厚みを薄くする方法（回路パターンは機械加工を考慮して形成する必要がある）、あるいは（ｉｉ）実装基板が予め設計した形状になるようにガラス繊維織物１枚１枚を形作っておき、ｎ段目のガラス繊維織物にエポキシ樹脂原液を含浸した後にそれらを加熱・圧縮などし、さらにその後にその両面あるいは片面に回路パターンを形成し（以下、このガラス繊維強化エポキシ樹脂を回路パターン保持ガラスエポキシシートという）、さらにその後に、エポキシ樹脂原液を含浸した（ｎ＋１）段目のガラス繊維織物を回路パターン保持ガラスエポキシシートに挟み込み再度加熱・圧縮する方法などが考えられる。なお、後者の場合、設計形状に沿った金型が必要になる。
【００４１】
冷却ジャケット５８は、直方体の金属の箱体であって、実装基板５１の電子部品５３ａ，５３ｂの実装面の反対側に、実装基板５１の実装面と反対の面に接するように設けられている。そして、この冷却ジャケット５８の内部には、第１実装エリアに対応する部分に複数本のヘアピン形状の通路（以下、冷媒通路という）５９が形成されている（図３（ｂ）参照）。この冷媒通路５９は、図２に示されるように、電動膨張弁３４を挟み込むように冷媒回路に接続されている。このため、この冷媒通路５９には冷媒回路から液冷媒が流入するようになっており、主に第１電子部品５３ａから生じる熱がその液冷媒によりパワーモジュール５から排出されるようになっている。なお、通常、冷媒通路に流入する液冷媒の温度は、３０〜６０℃程度である。
【００４２】
〔パワーモジュールの製造方法〕
ここでは、図５を用いて本発明の実施の形態に係るパワーモジュール５の製造方法について説明する。
図５において、ステップＳ１では、第１電子部品５３ａとヒートスプレッダ５４とがボンディングされる。ステップＳ２では、ステップＳ１で得られた第１電子部品５３ａとヒートスプレッダ５４とのボンディング品が実装基板５１の第１実装エリアへボンディングされる。なお、このとき、上記ボンディング品は、ヒートスプレッダ５４が実装基板５１に密接するようにボンディングされる。ステップＳ３では、第１電子部品５３ａと実装基板５１の導電体パターン５２とがワイヤーを介してボンディングされる。ステップＳ４では、第２電子部品５３ｂが導電体パターン５２の規定の位置に置かれた状態で所定温度に加熱され、第２電子部品５３ｂが導電体パターン５２にリフロー方式によりハンダ付けされる。なお、この導電体パターン５２上には、あらかじめリフロー可能な材質（クリームハンダ等）が印刷あるいは塗布されている。ステップＳ５では、リード部品５３ｃ（第２電子部品５３ｂに含まれる）が導電体パターン５２にフロー方式によりハンダ付けされる。
【００４３】
〔パワーモジュールの特徴〕
（１）
本実施の形態に係るパワーモジュール５では、第１電子部品５３ａと第２電子部品５３ｂとの両方が、ガラス繊維強化エポキシ樹脂から成る同一の実装基板５１に実装されている。このため、このパワーモジュール５は、第１電子部品５３ａ用の実装基板と第２電子部品５３ｂ用の実装基板とを分けて製造していた従来のパワーモジュールよりも低コストで製造されることができる。
【００４４】
（２）
本実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１の第１実装エリアの厚みが十分に薄く、第１電子部品５３ａが、ほぼ５０℃の冷媒により有効に冷却される。このため、このパワーモジュール５は、第１電子部品５３ａ実装用としてアルミニウム基板やセラミック基板などを採用していた従来のパワーモジュールよりも低コストで製造されることができる。また、このパワーモジュール５では、実装基板５１がガラス繊維強化エポキシ樹脂から成るので、上記のような従来のパワーモジュールよりも加工性に優れる。また、このパワーモジュール５では、実装基板５１がガラス繊維強化エポキシ樹脂から成るので、上記のような従来のパワーモジュールよりも第１電子部品５３ａの実装信頼性に優れる。
【００４５】
（３）
本実施の形態に係るパワーモジュール５では、第１電子部品５３ａと冷媒通路５９との最短距離が、第２電子部品５３ｂと冷媒通路５９との最短距離よりも短い。このため、このパワーモジュール５では、第２電子部品５３ｂから生じる熱よりもパワー半導体から生じる熱を効率的にパワーモジュール５の系外に排出することができる。
【００４６】
〔変形例〕
（Ａ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、冷却ジャケット５８が、実装基板５１の電子部品５３ａ，５３ｂの実装面の反対側に、実装基板５１の実装面と反対の面に接するように設けられており、さらにその冷却ジャケット５８の内部に冷媒通路５９が形成されていた。しかし、図６に示されるように、冷媒通路５９Ａが実装基板５１Ａの内部に形成されてもかまわない。このようにすれば、第１電子部品５３ａと冷媒通路５９Ａとの距離をさらに短くすることができる。
【００４７】
（Ｂ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１の第１実装エリアの厚みが第２実装エリアの厚みよりも薄かったが、第１実装エリアの厚みが第２実装エリアの厚みと同じであってもかまわない。この場合、図４の表に示されるとおり、第１電子部品５３ａから生じる熱がパワーモジュール５から十分に排出されない懸念があるため、図７に示されるように、第１電子部品５３ａの周囲の実装基板５１Ｂ内部にサーマルビア５４Ｂを設けるのが好ましい。さらには、冷却ジャケット５８と実装基板５１Ｂとの間に接触伝熱層５７Ｂを設けてもかまわない。また、さらに、第１電子部品５３ａと実装基板５１Ａとの間にヒートスプレッダを挿入してもかまわない。
【００４８】
（Ｃ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、冷凍サイクルの流れにより冷媒通路５９に流入する冷媒の温度がほぼ決まっていた。しかし、第１電子部品５３ａの周辺に温度センサを設け、さらに冷媒通路５９の出入口付近に膨張弁を設けて、第１電子部品５３ａの周辺温度を一定に保つように、冷媒の蒸発温度を制御してもよい。このようにすれば、より確実に第１電子部品を保護することができる。なお、かかる場合、冷媒通路５９の出口を圧縮機３２の吸入配管に接続するようにしてもよい。
【００４９】
（Ｄ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１の第１実装エリアの厚みが１００μｍ前後とされていたが、冷媒通路５９に流入する温度によってはそれ以上の厚みであってもかまわない（図４参照）。また、これとは逆に実装基板５１の第１実装エリアの厚みを１００μｍ以下としてもかまわないが、この場合は、絶縁破壊強度に留意する必要がある。
【００５０】
（Ｅ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１の原料としてエポキシ樹脂が採用されたが、絶縁性を有するセラミック粒子などを配合したエポキシ樹脂が採用されてもかまわない。このようすれば、実装基板の熱伝導率を向上することができ、さらに効率よく第１電子部品５３ａから生じる熱をパワーモジュール５の系外に排出することができる。
【００５１】
（Ｆ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１として積層型樹脂基板が採用されたが、これに代えて、図８、図９、および図１０に示されるような、両面にのみ導電体パターンが設けられている両面樹脂基板５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅが採用されてもよい。このようなパワーモジュール５Ｃ，５Ｄ，５Ｅでは、第１電子部品５３ａから生じる熱を冷媒通路５９方向へ拡散させるために両面樹脂基板５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅの樹脂部にサーマルビア５４Ｃを設けたり、樹脂部に熱伝導性フィラー５４Ｄを分散させたり、樹脂部に熱伝導性シート５４Ｅを挿入したりするのが好ましい。また、第１電子部品５３ａから生じる熱を実装面に沿って拡散させるヒートスプレッダ５４を設ければ更に効果的である。また、かかる場合、両面樹脂基板５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅの絶縁性を確保するために両面樹脂基板５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅと冷却ジャケット５８との間に電気絶縁層５７Ｃ，５７Ｄ，５７Ｅを設けるのが好ましい。ただし、熱伝導性フィラー５４Ｄや熱伝導性シート５４Ｅがセラミック等であって電気絶縁性を有する場合、この電気絶縁層５７Ｃ，５７Ｄ，５７Ｅは省くことができる。
【００５２】
（Ｇ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１との接触面がフラットな形状の冷却ジャケット５８が採用されたが、これに代えて、図１１に示されるような段差付きの冷却ジャケット５８Ｆが採用されてもよい。このようにすれば、第１電子部品５３ａなどの実装面の反対側の面にのみ冷却ジャケット５８Ｆが接触し、他の部分では両面実装を行うことが可能となる。したがって、このようなパワーモジュール５Ｆでは、不必要な冷却（あるいは加熱）を防ぐことができると同時に更なるコンパクト化が可能となる。また、このようにすれば、実装面と反対側の面にリード線が出てしまうような場合でも対応可能となる。また、冷却ジャケット５８Ｆと実装基板５１Ｆとの間に電気絶縁層５７Ｆを設けてもよい。
【００５３】
（Ｈ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５の製造方法では、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５の順序で各処理が行われたが、この順序は入れ替えられてもよい。例えば、ステップＳ１→ステップＳ４→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ５の順序で各処理が行われてもよいし、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ４→ステップＳ３→ステップＳ５の順序で各処理が行われてもよいし、ステップＳ５→ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４の順序で各処理が行われてもよい。
【００５４】
（Ｉ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１の原料としてエポキシ樹脂が採用されたが、これ以外の樹脂（例えば、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂など）が採用されてもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係るパワーモジュールは、従来のパワーモジュールよりも低い製造コストで製造されることができるという特徴を有し、パワーモジュールの低コスト化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施の形態に係る空気調和機の外観斜視図。
【図２】本実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路図。
【図３】（ａ）本実施の形態に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの縦断面図、（ｂ）本実施の形態に係るパワーモジュールの冷却ジャケット部の上面透視図。
【図４】本実施の形態に係る実装基板の厚みと放熱特性との関係を示す表。
【図５】本実施の形態に係るパワーモジュールの製造工程を表すフローチャート。
【図６】変形例（Ａ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【図７】変形例（Ｂ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【図８】変形例（Ｆ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【図９】変形例（Ｆ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【図１０】変形例（Ｆ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【図１１】変形例（Ｇ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【符号の説明】
【００５７】
１      空気調和機
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ      パワーモジュール
５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ      実装基板（樹脂基板）
５３ａ      第１電子部品（パワー半導体）
５３ｂ      第２電子部品（非パワー半導体）
５４，５４Ｃ      ヒートスプレッダ（熱拡散部）
５４Ｂ      サーマルビア（熱拡散部）
５４Ｄ      熱伝導性フィラー（熱拡散部）
５４Ｅ      熱伝導性シート（熱拡散部）
５７Ｃ，５７Ｄ，５７Ｅ、５７Ｆ      電気絶縁層
５９，５９Ａ，５９Ｆ      冷媒通路（冷却手段）
【図１】
2006196853.tif 000003
【図２】
2006196853.tif 000004
【図３】
2006196853.tif 000005
【図４】
2006196853.tif 000006
【図５】
2006196853.tif 000007
【図６】
2006196853.tif 000008
【図７】
2006196853.tif 000009
【図８】
2006196853.tif 000010
【図９】
2006196853.tif 000011
【図１０】
2006196853.tif 000012
【図１１】
2006196853.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月24日(2006.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒回路と、
電力変換を行うための電源回路を構成するパワー半導体（５３ａ）および非パワー半導体（５３ｂ）と、前記パワー半導体と前記非パワー半導体との両方を実装する１枚の樹脂基板（５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ）と、前記樹脂基板の前記パワー半導体および前記非パワー半導体の実装面の反対側に配置される、前記冷媒回路に流れる冷媒を通過させるための冷媒通路（５９，５９Ａ）とを有するパワーモジュール（５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ）と、
を備える、ヒートポンプ装置（１）。
【請求項２】
前記冷媒通路は、前記樹脂基板の内部に設けられている、
請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記パワー半導体またはその近傍の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段において検知される温度が前記所定の温度になるように前記冷媒の温度を制御する温度制御手段と、
をさらに備える、請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記パワー半導体と前記冷媒通路との間の最短距離は、前記非パワー半導体と前記冷媒通路との間の最短距離よりも短い、
請求項１から３のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記樹脂基板のうち前記パワー半導体を実装する部分の厚みは、前記非パワー半導体を実装する部分の厚みよりも薄い、
請求項１から４のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記樹脂基板は、板厚方向に積層される複数の積層単位体から構成されており、
前記パワー半導体を実装する部分の厚みおよび前記非パワー半導体を実装する部分の厚みは、前記積層単位体それぞれの形状により調節される、
請求項４または５に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記パワーモジュールは、少なくとも前記パワー半導体から生じる熱を拡散させるための熱拡散部（５４，５４Ｂ，５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅ）をさらに有する、
請求項１から６のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記パワーモジュールは、前記熱拡散部と前記冷媒通路との間に配置される電気絶縁層（５７Ｃ，５７Ｄ，５７Ｅ、５７Ｆ）をさらに有する、
請求項７に記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
前記熱拡散部には、前記パワー半導体と前記樹脂基板の実装面との間に配置されるヒートスプレッダが含まれる、
請求項７または８に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１０】
前記熱拡散部には、前記樹脂基板の内部に設けられ前記樹脂基板の板面に交差する方向に沿って延びるサーマルビアが含まれる、
請求項７から９のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項１１】
前記熱拡散部には、前記樹脂基板の樹脂部に分散配合される熱伝導性フィラーが含まれる、
請求項７から１０のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項１２】
前記熱拡散部には、前記樹脂基板の樹脂部に埋設される熱伝導性シートが含まれる、
請求項７から１１のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項１３】
前記冷媒回路には、膨張機構が設けられ、
前記冷媒通路は、入口が前記膨張機構の入口側に、出口が前記膨張機構の出口側に接続される、
請求項１から１２のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項１４】
冷媒回路と、
電力変換を行うための電源回路を構成するパワー半導体（５３ａ）および非パワー半導体（５３ｂ）と、前記パワー半導体と前記非パワー半導体との両方を実装する、板厚方向の熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である１枚の樹脂基板（５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ）と、前記樹脂基板の前記パワー半導体および前記非パワー半導体の実装面の反対側に配置される、前記冷媒回路に流れる冷媒を通過させるための冷媒通路（５９，５９Ａ）とを有するパワーモジュール（５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ）と、
を備える、ヒートポンプ装置（１）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換を行うパワーモジュールを搭載するヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パワーモジュールは、主に、パワー半導体等の比較的発熱の大きなチップを実装したパワー半導体実装基板と、マイクロコンピュータ等の比較的発熱の小さなＩＣチップを実装した非パワー半導体実装基板と、主にパワー半導体を冷却するための冷却部（例えば、放熱フィン等）とから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１１１６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、通常、パワー半導体実装基板としては、パワー半導体から生じる多量の熱を系外に放出する必要があるため、高い熱伝導性を有するアルミニウム製のものやセラミック製のもの等が採用される。一方、非パワー半導体実装基板としては、パワー半導体のように発熱量の大きい半導体を実装しないので、ガラス繊維強化エポキシ樹脂のような樹脂製のもの等が採用される。通常、アルミニウム製やセラミック製などの実装基板は樹脂製の実装基板よりも高価であり、これがパワーモジュールのコスト増を招いている大きな原因となっている。また、このような二種類の実装基板にパワー半導体と非パワー半導体とを分けて実装することはパワーモジュール製造時の人件費や設備費の増加を招いている。
【０００４】
本発明の課題は、製造コストを低く抑えることができるパワー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】
【０００５】
第１発明に係るヒートポンプ装置は、冷媒回路およびパワーモジュールを備える。パワーモジュールは、パワー半導体、非パワー半導体、１枚の樹脂基板、および冷媒通路を備える。なお、ここにいう「パワー半導体」とは、例えば、ダイオードおよびパワートランジスタ等である。また、ここにいう「非パワー半導体」とは、例えば、マイコンやＲＯＭ（Read Only Memory）あるいはコンデンサや抵抗等である。また、ここにいう「樹脂基板」とは、例えば、樹脂のみで製造された基板、繊維強化プラスチックで製造された基板、その他粉体等が分散された樹脂から製造された基板などであって少なくとも片面あるいは内部に回路パターンが形成されている基板である。ちなみに、このような樹脂基板の中でも、両面に回路パターンが形成されている両面樹脂基板や、板厚方向に複数の回路が絶縁層（樹脂層）と交互に積層されている積層樹脂基板などが特に好ましい。パワー半導体および非パワー半導体は、電力変換を行うための電源回路を構成する。樹脂基板には、パワー半導体と非パワー半導体との両者が実装される。冷媒通路は、冷媒回路に流れる冷媒を通過させるための通路であって、樹脂基板のパワー半導体および非パワー半導体の実装面の反対側に配置される。なお、ここにいう「実装面」には、段差があってもかまわない。
【０００６】
通常、ヒートポンプ装置にはパワー半導体から生じる熱を放熱フィンにより排出するタイプのパワーモジュールが採用されており、そのようなパワーモジュールでは、一般に、気温あるいはそれよりも数十℃高い温度の風が放熱フィンに供給されることによりパワー半導体から生じる熱がパワーモジュールの系外に排出されている。このような放熱方法を採用する場合、パワーモジュールでは、十分な放熱性を確保するため、パワー半導体が実装される基板としてアルミニウム基板やセラミック基板などの高熱伝導性を有する基板が必要とされている。
【０００７】
しかし、ヒートポンプ装置の冷媒回路では冷媒温度が十分に低温となる箇所がある。このため、このヒートポンプ装置では、パワー半導体の実装基板として低熱伝導性の樹脂基板を採用してもパワー半導体から生じる熱を十分にパワーモジュールから排出することができる。もちろん、このときの冷媒の温度は、パワー半導体から生じる熱の量や樹脂基板の厚みによって適宜変更される必要はある。このため、このヒートポンプ装置のパワーモジュールでは、パワー半導体と非パワー半導体とを１枚の樹脂基板に実装することが可能となる。したがって、このヒートポンプ装置のパワーモジュールでは、パワー半導体を実装する基板として高コストなアルミニウム基板やセラミック基板などを採用する必要がない。この結果、このヒートポンプ装置のパワーモジュールの製造において、基材の原料コスト、人件費、および設備費などを削減することができる。このため、このパワーモジュールは、低い製造コストで製造されることができる。引いては、ヒートポンプ装置の製造コストも低減することができる。
【０００８】
第２発明に係るヒートポンプ装置は、第１発明に係るヒートポンプ装置であって、パワーモジュールにおいて、冷媒通路は、樹脂基板の内部に設けられている。
このヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、冷媒通路が、樹脂基板の内部に設けられている。このため、このヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、冷媒通路とパワー半導体との距離を短くすることができる。したがって、このヒートポンプ装置では、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【０００９】
第３発明に係るヒートポンプ装置は、第１発明または第２発明に係るヒートポンプ装置であって、温度検知手段および温度制御手段をさらに備える。温度検知手段は、パワー半導体またはその近傍の温度を検知する。温度制御手段は、温度検知手段において検知される温度が所定の温度になるように冷媒の温度を制御する。
このヒートポンプ装置では、温度検知手段が、パワー半導体またはその近傍の温度を検知する。そして、温度制御手段が、温度検知手段において検知される温度が所定の温度になるように冷媒の温度を制御する。このため、このヒートポンプ装置では、パワーモジュールに流れる冷媒の温度を適切に維持することができる。
【００１０】
第４発明に係るヒートポンプ装置は、第１発明から第３発明のいずれかに係るヒートポンプ装置であって、パワーモジュールにおいて、パワー半導体と冷媒通路との間の最短距離は、非パワー半導体と冷媒通路との間の最短距離よりも短い。
このヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、パワー半導体と冷媒通路との間の最短距離が、非パワー半導体と冷媒通路との間の最短距離よりも短い。このため、このヒートポンプ装置では、非パワー半導体から生じる熱よりもパワー半導体から生じる熱を効率的にパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００１１】
第５発明に係るヒートポンプ装置は、第１発明から第４発明のいずれかに係るヒートポンプ装置であって、パワーモジュールにおいて、樹脂基板のうちパワー半導体を実装する部分の厚みは、非パワー半導体を実装する部分の厚みよりも薄い。
このヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、樹脂基板のうちパワー半導体を実装する部分の厚みが、非パワー半導体を実装する部分の厚みよりも薄い。このため、このヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、非パワー半導体に比べパワー半導体の方が冷媒通路に近くなる。したがって、このヒートポンプ装置では、非パワー半導体から生じる熱よりもパワー半導体から生じる熱を効率的にパワーモジュールの系外に排出することができる。また、パワーモジュールにおいて、非パワー半導体は、パワー半導体と段違いで配置されることとなるため、パワー半導体から生じる熱の影響を受けにくくなる。
【００１２】
第６発明に係るヒートポンプ装置は、第４発明または第５発明に係るヒートポンプ装置であって、パワーモジュールの樹脂基板は、板厚方向に積層される複数の積層単位体から構成されている。また、パワーモジュールにおいて、パワー半導体を実装する部分の厚みおよび非パワー半導体を実装する部分の厚みは、積層単位体それぞれの形状により調節される。
【００１３】
このヒートポンプ装置では、パワーモジュールの樹脂基板が、板厚方向に積層される複数の積層単位体から構成されている。また、パワーモジュールにおいて、パワー半導体を実装する部分の厚みおよび非パワー半導体を実装する部分の厚みが、積層単位体それぞれの形状により調節される。このため、このヒートポンプ装置では、複雑な機械加工を行うことなく複雑な形状のパワーモジュールの樹脂基板を製造することができる。
【００１４】
第７発明に係るヒートポンプ装置は、第１発明から第６発明のいずれかに係るヒートポンプ装置であって、パワーモジュールは、熱拡散部をさらに有する。熱拡散部は、少なくともパワー半導体から生じる熱を拡散させるためのものである。なお、ここにいう「熱拡散部」とは、例えば、ヒートスプレッダや、サーマルビア、熱伝導性フィラー、熱伝導性シート等である。
このヒートポンプ装置では、パワーモジュールが、熱拡散部をさらに有する。このため、ヒートポンプ装置では、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００１５】
第８発明に係るヒートポンプ装置は、第７発明に係るヒートポンプ装置であって、パワーモジュールは、電気絶縁層をさらに有する。電気絶縁層は、熱拡散部と冷却流体通路との間に配置される。なお、ここにいう「電気絶縁層」は、電気絶縁シートであってもよいし接着剤などであってもよいし多層樹脂基板の樹脂層の一部であってもよい。
このヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、電気絶縁層が、熱拡散部と冷却流体通路との間に配置される。このため、このヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、放電を有効に防止することができる。
【００１６】
第９発明に係るヒートポンプ装置は、第７発明または第８発明に係るヒートポンプ装置であって、パワーモジュールにおいて、熱拡散部には、ヒートスプレッダが含まれる。ヒートスプレッダは、パワー半導体と樹脂基板の実装面との間に配置される。
このヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、ヒートスプレッダが、パワー半導体と樹脂基板の実装面との間に配置される。このため、このヒートポンプ装置では、パワー半導体から生じる熱を効率よく処理することができる。
【００１７】
第１０発明に係るヒートポンプ装置は、第７発明から第９発明のいずれかに係るヒートポンプ装置であって、熱拡散部には、サーマルビアが含まれる。サーマルビアは、樹脂基板の内部に設けられ樹脂基板の板面に交差する方向に沿って延びる。また、このサーマルビアは、樹脂基板の板面に直交する方向に設けられるのが好ましい。
【００１８】
このヒートポンプ装置では、サーマルビアが、樹脂基板の内部に設けられ樹脂基板の板面に交差する方向に沿って延びる。このため、このヒートポンプ装置では、パワーモジュールの樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このヒートポンプ装置では、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００１９】
第１１発明に係るヒートポンプ装置は、第７発明から第１０発明のいずれかに係るヒートポンプ装置であって、パワーモジュールにおいて、熱拡散部には、熱伝導性フィラーが含まれる。熱伝導性フィラーは、樹脂基板の樹脂部に分散配合される。なお、ここにいう「熱伝導性フィラー」とは、例えば、絶縁性を有するセラミック粉体などである。
このヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、熱伝導性フィラーが、樹脂基板の樹脂部に分散配合される。このため、このヒートポンプ装置では、パワーモジュールの樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このヒートポンプ装置では、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００２０】
第１２発明に係るヒートポンプ装置は、第７発明から第１１発明のいずれかに係るヒートポンプ装置であって、パワーモジュールにおいて、熱拡散部には、熱伝導性シートが含まれる。熱伝導性シートは、樹脂基板の樹脂部に埋設される。なお、ここにいう「熱伝導性シート」とは、例えば、絶縁性を有するセラミックプレートなどである。
このヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、熱伝導性シートが、樹脂基板の樹脂部に埋設される。このため、このヒートポンプ装置では、パワーモジュールの樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このヒートポンプ装置では、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００２１】
第１３発明に係るヒートポンプ装置は、第１発明から第１２発明のいずれかに係るヒートポンプ装置であって、冷媒回路には、膨張機構が設けられる。そして、冷媒通路は、入口が前記膨張機構の入口側に、出口が前記膨張機構の出口側に接続される。
第１４発明に係るヒートポンプ装置は、冷媒回路およびパワーモジュールを備える。パワーモジュールは、パワー半導体、非パワー半導体、１枚の実装基板、および冷媒通路を備える。なお、ここにいう「パワー半導体」とは、例えば、ダイオードおよびパワートランジスタ等である。また、ここにいう「非パワー半導体」とは、例えば、マイコンやＲＯＭ（Read Only Memory）等である。また、ここにいう「樹脂基板」とは、例えば、樹脂のみで製造された基板、繊維強化プラスチックで製造された基板、その他粉体等が分散された樹脂から製造された基板などであって少なくとも片面あるいは内部に回路パターンが形成されている基板である。ちなみに、このような樹脂基板の中でも、両面に回路パターンが形成されている両面樹脂基板や、板厚方向に複数の回路が絶縁層（樹脂層）と交互に積層されている積層樹脂基板などが特に好ましい。パワー半導体および非パワー半導体は、電力変換を行うための電源回路を構成する。実装基板には、パワー半導体と非パワー半導体との両者が実装される。なお、この実装基板の板厚方向の熱伝導率は、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。冷媒通路は、冷媒回路に流れる冷媒を通過させるための通路であって、樹脂基板のパワー半導体および非パワー半導体の実装面の反対側に配置される。なお、ここにいう「実装面」には、段差があってもかまわない。
【００２２】
通常、ヒートポンプ装置にはパワー半導体から生じる熱を放熱フィンにより排出するタイプのパワーモジュールが採用されており、そのようなパワーモジュールでは、一般に、気温あるいはそれよりも数十℃高い温度の風が放熱フィンに供給されることによりパワー半導体から生じる熱がパワーモジュールの系外に排出されている。このような放熱方法を採用する場合、パワーモジュールでは、十分な放熱性を確保するため、パワー半導体が実装される基板としてアルミニウム基板やセラミック基板などの高熱伝導性を有する基板が必要とされている。
【００２３】
しかし、ヒートポンプ装置の冷媒回路では冷媒温度が十分に低温となる箇所がある。このため、このヒートポンプ装置では、パワー半導体の実装基板として熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性の実装基板を採用してもパワー半導体から生じる熱を十分にパワーモジュールから排出することができる。もちろん、このときの冷媒の温度は、パワー半導体から生じる熱の量や実装基板の厚みによって変更される必要はある。このため、このヒートポンプ装置のパワーモジュールでは、パワー半導体と非パワー半導体とを１枚の低熱伝導率の実装基板に実装することが可能となる。通常、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導性の実装基板は、樹脂や繊維強化プラスチック等から製造されており、アルミニウム基板やセラミック基板などに比べて安価なものが豊富に存在する。したがって、このヒートポンプ装置のパワーモジュールの製造において、基材の原料コスト、人件費、および設備費などを削減することができる。このため、このヒートポンプ装置のパワーモジュールは、低い製造コストで製造されることができる。引いては、ヒートポンプ装置の製造コストも低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
第１発明に係るヒートポンプ装置では、低い製造コストでパワーモジュールが製造される。引いては、ヒートポンプ装置の製造コストも低減することができる。
第２発明に係るヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、冷媒流体通路とパワー半導体との距離を短くすることができる。したがって、このヒートポンプ装置では、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００２５】
第３発明に係るヒートポンプ装置では、パワーモジュールに流れる冷媒の温度を適切に維持することができる。
第４発明に係るヒートポンプ装置では、非パワー半導体から生じる熱よりもパワー半導体から生じる熱を効率的にパワーモジュールの系外に排出することができる。
第５発明に係るヒートポンプ装置では、非パワー半導体から生じる熱よりもパワー半導体から生じる熱を効率的にパワーモジュールの系外に排出することができる。また、非パワー半導体は、パワー半導体と段違いで配置されることとなるため、パワー半導体から生じる熱の影響を受けにくくなる。
【００２６】
第６発明に係るヒートポンプ装置では、複雑な機械加工を行うことなく複雑な形状パワーモジュールのの樹脂基板を製造することができる。
第７発明に係るヒートポンプ装置では、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
第８発明に係るヒートポンプ装置では、パワーモジュールにおいて、放電を有効に防止することができる。
【００２７】
第９発明に係るヒートポンプ装置では、パワー半導体から生じる熱を効率よく処理することができる。
第１０発明に係るヒートポンプ装置では、パワーモジュールの樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このヒートポンプ装置では、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００２８】
第１１発明に係るヒートポンプ装置では、パワーモジュールの樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このヒートポンプ装置では、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
第１２発明に係るヒートポンプ装置では、パワーモジュールの樹脂基板内部の熱伝導性を高めることができる。したがって、このヒートポンプ装置では、さらに効率よくパワー半導体から生じる熱をパワーモジュールの系外に排出することができる。
【００２９】
第１４発明に係るヒートポンプ装置は、低い製造コストでパワーモジュールが製造される。引いては、ヒートポンプ装置の製造コストも低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔空気調和機の全体構成〕
図１には、本実施の形態に係る空気調和機１の外観斜視図を示す。
この空気調和機１は、室内の壁面に取り付けられる壁掛け型の室内機２と、室外に設置される室外機３とを備える。
室内機２内には室内熱交換器が収納され、室外機３内には室外熱交換器が収納されており、各熱交換器が冷媒配管４により接続されることにより冷媒回路を構成している。
【００３１】
〔空気調和機の冷媒回路の構成概略〕
空気調和機１の冷媒回路の構成を図２に示す。この冷媒回路は、主として室内熱交換器２０、アキュムレータ３１、圧縮機３２、四路切換弁３３、室外熱交換器３０、および電動膨張弁３４で構成される。
室内機２に設けられている室内熱交換器２０は、接触する空気との間で熱交換を行う。また、室内機２には、室内空気を吸い込んで室内熱交換器２０に通し熱交換が行われた後の空気を室内に排出するためのクロスフローファン２１が設けられている。クロスフローファン２１は、円筒形状に構成され、周面には回転軸方向に羽根が設けられているものであり、回転軸と交わる方向に空気流を生成する。このクロスフローファン２１は、室内機２内に設けられる室内ファンモータ２２によって回転駆動される。
【００３２】
室外機３には、圧縮機３２と、圧縮機３２の吐出側に接続される四路切換弁３３と、圧縮機３２の吸入側に接続されるアキュムレータ３１と、四路切換弁３３に接続された室外熱交換器３０と、室外熱交換器３０に接続された電動膨張弁３４とが設けられている。電動膨張弁３４は、フィルタ３５および液閉鎖弁３６を介して配管４１に接続されており、この配管４１を介して室内熱交換器２０の一端と接続される。また、四路切換弁３３は、ガス閉鎖弁３７を介して配管４２に接続されており、この配管４２を介して室内熱交換器２０の他端と接続されている。この配管４１，４２は、図１の冷媒配管４に相当する。また、室外機３には、室外熱交換器３０での熱交換後の空気を外部に排出するためのプロペラファン３８が設けられている。このプロペラファン３８は、ファンモータ３９によって回転駆動される。なお、この冷媒回路には、圧縮機３２、ファンモータ３９、および電動膨張弁３４等の電力変換を行うパワーモジュール５（後述）に設けられる冷却ジャケット５８（図３参照）も接続される。
【００３３】
〔パワーモジュールの構成〕
図３（ａ）には、本実施の形態に係るパワーモジュール５の縦断面図を示す。
本実施の形態に係るパワーモジュール５は、主に、ケーシング５０、第１電子部品５３ａ、第２電子部品５３ｂ、実装基板５１、および冷却ジャケット５８から構成される。
ケーシング５０は、実装基板５１の側縁から電子部品５３ａ，５３ｂの実装面側に立設される側壁５０ａと、側壁５０ａの上端から電子部品５３ａ，５３ｂの上部を覆うように設けられる蓋５０ｂとから構成される。
【００３４】
第１電子部品５３ａは、通電時に多量の熱を発生する、いわゆるパワー半導体である（ベアチップ等を含む）。本実施の形態において、パワー半導体とは、例えば、ダイオードおよびパワートランジスタ等をいう。
第２電子部品５３ｂは、いわゆる非パワー半導体やその他の電子部品（コンデンサや抵抗などの表面実装部品）である。本実施の形態において、非パワー半導体とは、例えば、マイコンやＲＯＭ等をいう（ベアチップ等を含む）。
【００３５】
実装基板５１は、主に、第１電子部品５３ａが実装されるエリア（以下、第１実装エリアという）と、第２電子部品５３ｂが実装されるエリア（以下、第２実装エリアという）とから成る。第１実装エリアは、１プライのシート状のガラス繊維強化エポキシ樹脂（以下、ガラスエポキシシートという）５１ａから形成されており、その厚みは約１００μｍ前後である。ちなみに、この厚みは、第１電子部品５３ａからの発熱量を４０Ｗ、発熱面積を４ｃｍ2として、第１電子部品５３ａを１００℃以下に保つことを考慮して算出された値である（図４参照）。この第１実装エリアでは、第１電子部品５３ａが、ヒートスプレッダ５４および導電体を介して１プライのガラスエポキシシート５１ａに実装され、さらにシリコーンゲル５６などの封止剤により封止されている。一方、第２実装エリアは、導電体パターン５２とガラスエポキシシート５１ａとが交互に積層された積層型樹脂基板から形成されている。この第２実装エリアでは第２電子部品５３ｂが積層型樹脂基板に実装されており、第２電子部品５３ｂは、ガラスエポキシシート５１ａの間に配置されている導電体パターン５２と接続され３次元形状の複雑な制御回路を形成している。なお、この導電体パターン５２には第１電子部品５３ａもワイヤー５５を介して接続されており、電源回路の一部が形成されている。リード５７は、外部回路への接続に用いられる。ちなみに、本実施の形態に係る実装基板５１を形成するためには、（ｉ）均一な板状の積層型実装基板を調製した後に機械加工によって実装基板５１の第１実装エリアの厚みを薄くする方法（回路パターンは機械加工を考慮して形成する必要がある）、あるいは（ｉｉ）実装基板が予め設計した形状になるようにガラス繊維織物１枚１枚を形作っておき、ｎ段目のガラス繊維織物にエポキシ樹脂原液を含浸した後にそれらを加熱・圧縮などし、さらにその後にその両面あるいは片面に回路パターンを形成し（以下、このガラス繊維強化エポキシ樹脂を回路パターン保持ガラスエポキシシートという）、さらにその後に、エポキシ樹脂原液を含浸した（ｎ＋１）段目のガラス繊維織物を回路パターン保持ガラスエポキシシートに挟み込み再度加熱・圧縮する方法などが考えられる。なお、後者の場合、設計形状に沿った金型が必要になる。
【００３６】
冷却ジャケット５８は、直方体の金属の箱体であって、実装基板５１の電子部品５３ａ，５３ｂの実装面の反対側に、実装基板５１の実装面と反対の面に接するように設けられている。そして、この冷却ジャケット５８の内部には、第１実装エリアに対応する部分に複数本のヘアピン形状の通路（以下、冷媒通路という）５９が形成されている（図３（ｂ）参照）。この冷媒通路５９は、図２に示されるように、電動膨張弁３４を挟み込むように冷媒回路に接続されている。このため、この冷媒通路５９には冷媒回路から液冷媒が流入するようになっており、主に第１電子部品５３ａから生じる熱がその液冷媒によりパワーモジュール５から排出されるようになっている。なお、通常、冷媒通路に流入する液冷媒の温度は、３０〜６０℃程度である。
【００３７】
〔パワーモジュールの製造方法〕
ここでは、図５を用いて本発明の実施の形態に係るパワーモジュール５の製造方法について説明する。
図５において、ステップＳ１では、第１電子部品５３ａとヒートスプレッダ５４とがボンディングされる。ステップＳ２では、ステップＳ１で得られた第１電子部品５３ａとヒートスプレッダ５４とのボンディング品が実装基板５１の第１実装エリアへボンディングされる。なお、このとき、上記ボンディング品は、ヒートスプレッダ５４が実装基板５１に密接するようにボンディングされる。ステップＳ３では、第１電子部品５３ａと実装基板５１の導電体パターン５２とがワイヤーを介してボンディングされる。ステップＳ４では、第２電子部品５３ｂが導電体パターン５２の規定の位置に置かれた状態で所定温度に加熱され、第２電子部品５３ｂが導電体パターン５２にリフロー方式によりハンダ付けされる。なお、この導電体パターン５２上には、あらかじめリフロー可能な材質（クリームハンダ等）が印刷あるいは塗布されている。ステップＳ５では、リード部品５３ｃ（第２電子部品５３ｂに含まれる）が導電体パターン５２にフロー方式によりハンダ付けされる。
【００３８】
〔パワーモジュールの特徴〕
（１）
本実施の形態に係るパワーモジュール５では、第１電子部品５３ａと第２電子部品５３ｂとの両方が、ガラス繊維強化エポキシ樹脂から成る同一の実装基板５１に実装されている。このため、このパワーモジュール５は、第１電子部品５３ａ用の実装基板と第２電子部品５３ｂ用の実装基板とを分けて製造していた従来のパワーモジュールよりも低コストで製造されることができる。
【００３９】
（２）
本実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１の第１実装エリアの厚みが十分に薄く、第１電子部品５３ａが、ほぼ５０℃の冷媒により有効に冷却される。このため、このパワーモジュール５は、第１電子部品５３ａ実装用としてアルミニウム基板やセラミック基板などを採用していた従来のパワーモジュールよりも低コストで製造されることができる。また、このパワーモジュール５では、実装基板５１がガラス繊維強化エポキシ樹脂から成るので、上記のような従来のパワーモジュールよりも加工性に優れる。また、このパワーモジュール５では、実装基板５１がガラス繊維強化エポキシ樹脂から成るので、上記のような従来のパワーモジュールよりも第１電子部品５３ａの実装信頼性に優れる。
【００４０】
（３）
本実施の形態に係るパワーモジュール５では、第１電子部品５３ａと冷媒通路５９との最短距離が、第２電子部品５３ｂと冷媒通路５９との最短距離よりも短い。このため、このパワーモジュール５では、第２電子部品５３ｂから生じる熱よりもパワー半導体から生じる熱を効率的にパワーモジュール５の系外に排出することができる。
【００４１】
〔変形例〕
（Ａ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、冷却ジャケット５８が、実装基板５１の電子部品５３ａ，５３ｂの実装面の反対側に、実装基板５１の実装面と反対の面に接するように設けられており、さらにその冷却ジャケット５８の内部に冷媒通路５９が形成されていた。しかし、図６に示されるように、冷媒通路５９Ａが実装基板５１Ａの内部に形成されてもかまわない。このようにすれば、第１電子部品５３ａと冷媒通路５９Ａとの距離をさらに短くすることができる。
【００４２】
（Ｂ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１の第１実装エリアの厚みが第２実装エリアの厚みよりも薄かったが、第１実装エリアの厚みが第２実装エリアの厚みと同じであってもかまわない。この場合、図４の表に示されるとおり、第１電子部品５３ａから生じる熱がパワーモジュール５から十分に排出されない懸念があるため、図７に示されるように、第１電子部品５３ａの周囲の実装基板５１Ｂ内部にサーマルビア５４Ｂを設けるのが好ましい。さらには、冷却ジャケット５８と実装基板５１Ｂとの間に接触伝熱層５７Ｂを設けてもかまわない。また、さらに、第１電子部品５３ａと実装基板５１Ａとの間にヒートスプレッダを挿入してもかまわない。
【００４３】
（Ｃ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、冷凍サイクルの流れにより冷媒通路５９に流入する冷媒の温度がほぼ決まっていた。しかし、第１電子部品５３ａの周辺に温度センサを設け、さらに冷媒通路５９の出入口付近に膨張弁を設けて、第１電子部品５３ａの周辺温度を一定に保つように、冷媒の蒸発温度を制御してもよい。このようにすれば、より確実に第１電子部品を保護することができる。なお、かかる場合、冷媒通路５９の出口を圧縮機３２の吸入配管に接続するようにしてもよい。
【００４４】
（Ｄ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１の第１実装エリアの厚みが１００μｍ前後とされていたが、冷媒通路５９に流入する温度によってはそれ以上の厚みであってもかまわない（図４参照）。また、これとは逆に実装基板５１の第１実装エリアの厚みを１００μｍ以下としてもかまわないが、この場合は、絶縁破壊強度に留意する必要がある。
【００４５】
（Ｅ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１の原料としてエポキシ樹脂が採用されたが、絶縁性を有するセラミック粒子などを配合したエポキシ樹脂が採用されてもかまわない。このようすれば、実装基板の熱伝導率を向上することができ、さらに効率よく第１電子部品５３ａから生じる熱をパワーモジュール５の系外に排出することができる。
【００４６】
（Ｆ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１として積層型樹脂基板が採用されたが、これに代えて、図８、図９、および図１０に示されるような、両面にのみ導電体パターンが設けられている両面樹脂基板５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅが採用されてもよい。このようなパワーモジュール５Ｃ，５Ｄ，５Ｅでは、第１電子部品５３ａから生じる熱を冷媒通路５９方向へ拡散させるために両面樹脂基板５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅの樹脂部にサーマルビア５４Ｃを設けたり、樹脂部に熱伝導性フィラー５４Ｄを分散させたり、樹脂部に熱伝導性シート５４Ｅを挿入したりするのが好ましい。また、第１電子部品５３ａから生じる熱を実装面に沿って拡散させるヒートスプレッダ５４を設ければ更に効果的である。また、かかる場合、両面樹脂基板５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅの絶縁性を確保するために両面樹脂基板５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅと冷却ジャケット５８との間に電気絶縁層５７Ｃ，５７Ｄ，５７Ｅを設けるのが好ましい。ただし、熱伝導性フィラー５４Ｄや熱伝導性シート５４Ｅがセラミック等であって電気絶縁性を有する場合、この電気絶縁層５７Ｃ，５７Ｄ，５７Ｅは省くことができる。
【００４７】
（Ｇ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１との接触面がフラットな形状の冷却ジャケット５８が採用されたが、これに代えて、図１１に示されるような段差付きの冷却ジャケット５８Ｆが採用されてもよい。このようにすれば、第１電子部品５３ａなどの実装面の反対側の面にのみ冷却ジャケット５８Ｆが接触し、他の部分では両面実装を行うことが可能となる。したがって、このようなパワーモジュール５Ｆでは、不必要な冷却（あるいは加熱）を防ぐことができると同時に更なるコンパクト化が可能となる。また、このようにすれば、実装面と反対側の面にリード線が出てしまうような場合でも対応可能となる。また、冷却ジャケット５８Ｆと実装基板５１Ｆとの間に電気絶縁層５７Ｆを設けてもよい。
【００４８】
（Ｈ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５の製造方法では、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５の順序で各処理が行われたが、この順序は入れ替えられてもよい。例えば、ステップＳ１→ステップＳ４→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ５の順序で各処理が行われてもよいし、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ４→ステップＳ３→ステップＳ５の順序で各処理が行われてもよいし、ステップＳ５→ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４の順序で各処理が行われてもよい。
【００４９】
（Ｉ）
先の実施の形態に係るパワーモジュール５では、実装基板５１の原料としてエポキシ樹脂が採用されたが、これ以外の樹脂（例えば、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂など）が採用されてもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係るパワーモジュールは、従来のパワーモジュールよりも低い製造コストで製造されることができるという特徴を有し、パワーモジュールの低コスト化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施の形態に係る空気調和機の外観斜視図。
【図２】本実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路図。
【図３】（ａ）本実施の形態に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの縦断面図、（ｂ）本実施の形態に係るパワーモジュールの冷却ジャケット部の上面透視図。
【図４】本実施の形態に係る実装基板の厚みと放熱特性との関係を示す表。
【図５】本実施の形態に係るパワーモジュールの製造工程を表すフローチャート。
【図６】変形例（Ａ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【図７】変形例（Ｂ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【図８】変形例（Ｆ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【図９】変形例（Ｆ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【図１０】変形例（Ｆ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【図１１】変形例（Ｇ）に係る空気調和機に搭載されるパワーモジュールの部分縦断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１      空気調和機
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ      パワーモジュール
５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ      実装基板（樹脂基板）
５３ａ      第１電子部品（パワー半導体）
５３ｂ      第２電子部品（非パワー半導体）
５４，５４Ｃ      ヒートスプレッダ（熱拡散部）
５４Ｂ      サーマルビア（熱拡散部）
５４Ｄ      熱伝導性フィラー（熱拡散部）
５４Ｅ      熱伝導性シート（熱拡散部）
５７Ｃ，５７Ｄ，５７Ｅ、５７Ｆ      電気絶縁層
５９，５９Ａ，５９Ｆ      冷媒通路（冷却手段）
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2006196853.tif 000014