(57)【要約】      （修正有）【課題】寄生インダクタンスを大きく低減するパワーモジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】パワーモジュールは、下部基板１、スイッチ素子セット２、プラスチックパッケージケーシング７及び接続部材４を含む。接続部材は、信号端子４０３及びパワー端子４０２，４０５，４０６を含む。信号端子は、スイッチ素子セットの信号端に電気的に結合されている。パワー端子は、スイッチ素子セットのパワー端に電気的に結合され、プラスチックパッケージケーシングからファンアウトされ、アノードパワー端子４０５、カソードパワー端子４０２及び出力パワー端子４０６を含む。アノードパワー端子とカソードパワー端子は、それぞれ、少なくとも一部に積層された第１金属層と第２金属層であり、且つ、第１金属層と第２金属層との間に絶縁層４０８が設けられている。【選択図】図８
2019176130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーモジュールの製造方法であって、
スイッチ素子セットを提供し、前記スイッチ素子セットが少なくとも１つのスイッチ素子ペアを含むことと、
接続部材を提供し、前記接続部材は、信号端子、パワー端子及び接続部を含み、前記パワー端子は、アノードパワー端子、カソードパワー端子及び出力パワー端子を含み、前記接続部は、前記信号端子、前記アノードパワー端子、前記カソードパワー端子及び前記出力パワー端子を全体として接続し、ここで、前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子は、それぞれ第１金属層と第２金属層であり、前記第１金属層と前記第２金属層は、少なくとも部分的に積層され、かつ前記第１金属層と前記第２金属層との間に絶縁層が設けられていることと、
前記接続部材を前記スイッチ素子セットに電気的に結合し、ここで、前記信号端子を前記スイッチ素子セットの信号端に電気的に結合し、前記パワー端子を前記スイッチ素子セットのパワー端に電気的に結合することと、
プラスチックパッケージケーシングを提供し、前記スイッチ素子セットに対しプラスチックパッケージングを行い、前記信号端子と前記パワー端子を前記プラスチックパッケージケーシングからファンアウトさせることと、
前記接続部材を裁断することと、を含む
ことを特徴するパワーモジュールの製造方法。
【請求項２】
前記裁断することは、プレスブロックを利用して前記接続部にプレスフィットを行ってから、カッターを利用して前記プレスブロックの隣の位置にトリミングを行うことを含む、
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製造方法。
【請求項３】
さらに、
下部基板を提供し、前記接続部材を前記スイッチ素子セットに電気的に結合する前に、前記スイッチ素子セットを前記下部基板に取り付け、且つ、前記下部基板を前記プラスチックパッケージケーシング内に設けることと、
上部基板を提供し、前記接続部材を前記スイッチ素子セットに電気的に結合した後、前記上部基板が前記プラスチックパッケージケーシング内に設けられ、且つ、前記スイッチ素子セットを前記上部基板と前記下部基板との間に設けることと、を含む、
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製造方法。
【請求項４】
さらに、前記接続部材を前記スイッチ素子セットに電気的に結合する前に、前記スイッチ素子セットを前記接続部材に取り付けることを含む、
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製造方法。
【請求項５】
前記スイッチ素子セットを前記アノードパワー端子又は前記カソードパワー端子に取り付ける、
ことを特徴とする請求項４に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項６】
さらに、前記接続部材にプラスチックパッケージ位置決め穴を設け、前記プラスチックパッケージ位置決め穴にプラスチックパッケージ金型の位置決めピンが嵌合した後、プラスチックパッケージングを行うことを含む、
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製造方法。
【請求項７】
前記接続部材を作成することは、
全体として金属のものから、前記信号端子、前記カソードパワー端子、前記出力パワー端子及び前記接続部を一体的に形成することと、
前記アノードパワー端子を提供することと、
前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子との間に前記絶縁層を設け、前記接続部材を作成することと、を含む、
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製造方法。
【請求項８】
前記接続部材を作成することは、
前記信号端子、前記カソードパワー端子、前記出力パワー端子及び前記接続部のうちの少なくとも一部を個別に作成することと、
前記アノードパワー端子を提供することと、
前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子との間に前記絶縁層を設け、前記接続部材を作成することと、を含む、
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製造方法。
【請求項９】
前記接続部材を作成することは、さらに、金型を使用して前記接続部材の各部に対し高温熱プレスを行うことを含む、
ことを特徴とする請求項７又は８に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１０】
パワーモジュールであって、
少なくとも１つのスイッチ素子ペアを含むスイッチ素子セットと、
前記スイッチ素子セットをパッケージ化するためのプラスチックパッケージケーシングと、
信号端子及びパワー端子を備える接続部材と、を含み、
前記信号端子は、前記スイッチ素子セットの信号端に電気的に結合され、前記プラスチックパッケージケーシングからファンアウトされ、
前記パワー端子は、前記スイッチ素子セットのパワー端に電気的に結合され、前記プラスチックパッケージケーシングからファンアウトされ、
前記パワー端子は、アノードパワー端子、カソードパワー端子及び出力パワー端子を含み、前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子は、それぞれ第１金属層と第２金属層であり、前記第１金属層と前記第２金属層は、少なくとも部分的に積層され、かつ前記第１金属層と前記第２金属層との間に絶縁層が設けられている、
ことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１１】
前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子の側辺に凸部を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載のパワーモジュール。
【請求項１２】
前記パワーモジュールは、さらに、前記プラスチックパッケージケーシング内に設けられる下部基板及び上部基板を含み、
前記スイッチ素子セットが前記上部基板と前記下部基板との間に設けられる
ことを特徴とする請求項１０に記載のパワーモジュール。
【請求項１３】
前記スイッチ素子セットは前記接続部材上に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１０に記載のパワーモジュール。
【請求項１４】
前記スイッチ素子セットは、前記アノードパワー端子又は前記カソードパワー端子に取り付けられる
ことを特徴とする請求項１３に記載のパワーモジュール。
【請求項１５】
前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子は、前記プラスチックパッケージケーシングの第１側からファンアウトされ、
前記信号端子と前記出力パワー端子は、前記プラスチックパッケージケーシングの前記第１側と反対向きになっている第２側からファンアウトされる、
ことを特徴とする請求項１０に記載のパワーモジュール。
【請求項１６】
前記第１金属層と前記第２金属層との間隔が０.５ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１０に記載のパワーモジュール。
【請求項１７】
前記スイッチ素子ペアは、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を含み、
前記第１スイッチ素子は、第１端、第２端及び第３端を含み、前記第２スイッチ素子は、第４端、第５端及び第６端を含み、
前記第２端が前記第４端に電気的に結合されてパワー端が形成され、前記パワー端が前記出力パワー端子に電気的に結合され、前記第１端がパワー端として前記アノードパワー端子に電気的に結合され、前記第５端がパワー端として前記カソードパワー端子に電気的に結合され、前記第３端と前記第６端が信号端として前記信号端子に電気的に結合される
ことを特徴とする請求項１０に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力電子技術分野に関し、特に、パワーモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力電子技術分野において、パワーモジュールの応用がますます広くなる。特に、電源のパワーの増大及び体積の減少に伴い、スイッチング部品のモジュール化が発展の傾向となる。
【０００３】
通常のパワーモジュールは、複数のスイッチ素子を一体にパッケージ化するが、単層のリードフレームを使用して信号及びパワーのピンのファンアウトを行うことが多く、この場合、パワーモジュールに大きい寄生インダクタンスが存在することがある。図１はハーフブリッジ回路のトポロジ構成図を示し、図１に示すように、当該回路は、直列接続される２つのスイッチ素子Ｓ１、Ｓ２、及び当該直列接続される分岐と並列に接続されるキャパシタＣを含み、ここで、Ｐ、Ｏ、Ｎは、３つの入力／出力パワー端子である。そして、当該回路は、ＰからＳ１までの寄生インダクタンスＬ１と、Ｓ１とＳ２との間の寄生インダクタンスＬ３、Ｌ４と、Ｓ２からＮまでの寄生インダクタンスＬ２とを含む。スイッチ素子Ｓ１及びＳ２を同一パッケージ構成にパッケージ化して１つのパワーモジュールを形成し、パワー端子が単層でファンアウトされ、この場合、通常、当該モジュール内の寄生インダクタンスＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４が大きく、これらの寄生インダクタンスが存在することにより、スイッチング部品Ｓ１、Ｓ２のスイッチング特性に多大な影響を与え、これらのスイッチング部品上にピーク電圧が発生し、さらに、パワーモジュールの効率に影響を及ぼし、応用要求を満たすことができない。
【０００４】
一般的に使用されるモールディングタイプ（Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｔｙｐｅ）のパワーモジュールのパッケージ化構成は、主に、チップ、基板、ボンドワイヤー、信号端子、パワー端子、接続材料及びプラスチックパッケージ材料を含み、ここで、信号端子とパワー端子の原材料は、同一金属に対しエッチング又はプレスを行って形成したリードフレーム（Ｌｅａｄ−Ｆｒａｍｅ）である。図２は１つのパワーモジュール製造方法のフローチャートであり、図２に示すように、パワーモジュールの作成フローチャートは、チップ、リードフレーム（Ｌｅａｄ−Ｆｒａｍｅ）を基板に取り付けるステップａと、チップとリードフレームの対応する端子を接続するステップｂと、プラスチックパッケージングを行うステップｃと、裁断するステップｄとを含む。ここで、プラスチックパッケージング用プロファイリング金型は、位置決め穴４０００と端子４００１との距離の公差が通常±３０μｍ、端子４００１自体のサイズの公差が通常±１０μｍであることが求められているが、パッケージ化構成が変更される場合、従来のパッケージ化プロセスは、パッケージ化要求を満たすことができないことがある。
【０００５】
そして、パワーモジュール及びその製造方法への改良要求が存在する。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の実施例は、従来技術の制限や欠点による１つ以上の課題をある程度解決することができるパワーモジュール及びその製造方法を提供する。
【０００７】
本開示の他の特性や利点は、以下の記載により明らかになり、又は本開示の一部の実践により得ることができる。
【０００８】
本開示の第１形態は、パワーモジュールの製造方法を提供し、前記製造方法は、スイッチ素子セットを提供し、前記スイッチ素子セットが少なくとも１つのスイッチ素子ペアを含むことと、接続部材を提供し、前記接続部材は、信号端子、パワー端子及び接続部を含み、前記パワー端子は、アノードパワー端子、カソードパワー端子及び出力パワー端子を含み、前記接続部は、前記信号端子、前記アノードパワー端子、前記カソードパワー端子及び前記出力パワー端子を全体として接続し、ここで、前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子は、それぞれ第１金属層と第２金属層であり、前記第１金属層と前記第２金属層は、少なくとも部分的に積層され、かつ、前記第１金属層と前記第２金属層との間に絶縁層が設けられていることと、前記接続部材を前記スイッチ素子セットに電気的に結合し、ここで、前記信号端子を前記スイッチ素子セットの信号端に電気的に結合し、前記パワー端子を前記スイッチ素子セットのパワー端に電気的に結合することと、プラスチックパッケージケーシングを提供し、前記スイッチ素子セットに対しプラスチックパッケージングを行い、前記信号端子と前記パワー端子を前記プラスチックパッケージケーシングからファンアウトさせることと、前記接続部材を裁断することとを含む。
【０００９】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記裁断することは、プレスブロックを使用して前記接続部に対しプレスフィットを行ってから、カッターを使用して前記プレスブロックの隣の位置に対しトリミングを行うことを含む。
【００１０】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記製造方法は、さらに、下部基板を提供し、前記接続部材を前記スイッチ素子セットに電気的に結合する前に、前記スイッチ素子セットを前記下部基板に取り付け、且つ、前記下部基板を前記プラスチックパッケージケーシング内に設けることと、
上部基板を提供し、前記接続部材を前記スイッチ素子セットに電気的に結合した後、前記上部基板が前記プラスチックパッケージケーシング内に設けられるように前記スイッチ素子セットを前記上部基板と前記下部基板との間に設けることと、を含む。
【００１１】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記製造方法は、さらに、前記接続部材を前記スイッチ素子セットに電気的に結合する前に、前記スイッチ素子セットを前記接続部材に取り付けることを含む。
【００１２】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記スイッチ素子セットを前記アノードパワー端子又は前記カソードパワー端子に取り付ける。
【００１３】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記製造方法は、さらに、前記接続部材にプラスチックパッケージ位置決め穴を設け、前記プラスチックパッケージ位置決め穴にプラスチックパッケージ金型の位置決めピンが嵌合した後、プラスチックパッケージングを行うことを含む。
【００１４】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記接続部材を作成することは、全体として金属のものから、前記信号端子、前記カソードパワー端子、前記出力パワー端子及び前記接続部を一体的に形成することと、前記アノードパワー端子を提供することと、及び前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子との間に前記絶縁層を設け、前記接続部材を作成することと、を含む。
【００１５】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記接続部材を作成することは、前記信号端子、前記カソードパワー端子、前記出力パワー端子及び前記接続部のうちの少なくとも一部を個別に作成することと、前記アノードパワー端子を提供することと、及び前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子との間に前記絶縁層を設け、前記接続部材を作成することと、を含む。
【００１６】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記接続部材を作成することは、さらに、金型を使用して前記接続部材の各部に対し高温熱プレスを行うことを含む。
【００１７】
本開示の第２形態は、パワーモジュールを提供し、少なくとも１つのスイッチ素子ペアを含むスイッチ素子セットと、前記スイッチ素子セットをパッケージ化するためのプラスチックパッケージケーシングと、信号端子及びパワー端子を備える接続部材と、を含み、ここで、前記信号端子は、前記スイッチ素子セットの信号端に電気的に結合され、前記プラスチックパッケージケーシングからファンアウトされ、前記パワー端子は、前記スイッチ素子セットのパワー端に電気的に結合され、前記プラスチックパッケージケーシングからファンアウトされ、前記パワー端子は、アノードパワー端子、カソードパワー端子及び出力パワー端子を含み、ここで、前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子は、それぞれ第１金属層と第２金属層であり、前記第１金属層と前記第２金属層は、少なくとも部分的に積層され、かつ前記第１金属層と前記第２金属層との間に絶縁層が設けられている。
【００１８】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子の側辺に凸部を有する。
【００１９】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記パワーモジュールは、さらに、前記プラスチックパッケージケーシング内に設けられる下部基板及び上部基板を含み、前記スイッチ素子セットが前記上部基板と前記下部基板との間に設けられる。
【００２０】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記スイッチ素子セットは前記接続部材上に取り付けられる。
【００２１】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記スイッチ素子セットは、前記アノードパワー端子又は前記カソードパワー端子に取り付けられる。
【００２２】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子は、前記プラスチックパッケージケーシングの第１側からファンアウトされ、前記信号端子と前記出力パワー端子は、前記プラスチックパッケージケーシングの前記第１側と反対向きになっている第２側からファンアウトされる。
【００２３】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記第１金属層と前記第２金属層との間隔が０.５ｍｍ以下である。
【００２４】
本開示の１つの例示的な実施例において、前記スイッチ素子ペアは、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を含み、前記第１スイッチ素子は、第１端、第２端及び第３端を含み、前記第２スイッチ素子は、第４端、第５端及び第６端を含み、ここで、前記第２端が前記第４端に電気的に結合されてパワー端が形成され、前記パワー端が前記出力パワー端子に電気的に結合され、前記第１端がパワー端として前記アノードパワー端子に電気的に結合され、前記第５端がパワー端として前記カソードパワー端子に電気的に結合され、前記第３端と前記第６端が信号端として前記信号端子に電気的に結合される。
【００２５】
本開示のいくつかの実施例におけるパワーモジュールは、アノードパワー端子とカソードパワー端子を積層して設けることで、パワーモジュールの寄生インダクタンスを大きく低減する。
【００２６】
本開示のいくつかの実施例におけるパワーモジュールの製造方法は、パワーモジュールの製造において、信号端子、パワー端子及び接続部を全体の接続部材として集積させ、プラスチックパッケージ位置決め穴とパワー端子との距離のｋ公差が±３０μｍ、端子自体のサイズの公差が±１０μｍであることを実現し、プラスチックパッケージ要求を満たし、生産に有利である。
【００２７】
なお、以上の記載と以下の細かい記載は、例示的又は解釈的なものであり、本開示を限定しない。
【００２８】
ここの図面は、明細書に組み入れ明細書の一部とし、本開示に適合する実施例を示し、明細書とともに本開示の原理を解釈するために用いられる。以下の記載において、図面が本開示のいくつかの実施例であり、当業者は、進歩的な労働を出さない場合でも、これらの図面に基づいて他の図面を得ることは明らかである。
【００２９】
図面を参照しつつその例示的な実施例を説明して、本開示の以上の及び他の目的、特徴及び利点がより明らかになる。
【００３０】
ここの図面は、明細書に組み入れ明細書の一部とし、本開示に適合する実施例を示し、明細書とともに本開示の原理を解釈するために用いられる。以下の記載において、図面が本開示のいくつかの実施例であり、当業者は、進歩的な労働を出さない場合でも、これらの図面に基づいて他の図面を得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ハーフブリッジ回路のトポロジ構成図である。
【図２】パワーモジュールの製造方法のフローチャートである。
【図３】本開示の１つの実施例におけるパワーモジュールの模式図である。
【図４】本開示の１つの実施例における接続部材の模式図である。
【図５】本開示の１つの実施例におけるスイッチ素子セットを下部基板に取り付ける模式図である。
【図６】本開示の１つの実施例におけるスイッチ素子セットを接続部材に取り付ける模式図である。
【図７】本開示の１つの実施例におけるパワーモジュールの位置決めサイズの模式図である。
【図８】本開示の１つの実施例におけるパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。
【図９】本開示の１つの実施例におけるパワーモジュールの製造方法においてプラスチックパッケージングを行う模式図である。
【図１０】本開示の１つの実施例における接続部材の製造の模式図である。
【図１１】図１０により作成した接続部材のサイズの模式図である。
【図１２】図１０により作成した接続部材の裁断予定位置の模式図である。
【図１３】図１０により作成した接続部材のパワーモジュールの裁断後の模式図である。
【図１４】図１３のパワーモジュールのＡ−Ａ’方向における断面の拡大図である。
【図１５】本開示の他の実施例における接続部材の制造の模式図である。
【図１６】図１５により作成した接続部材のサイズの模式図である。
【図１７】図１５により作成した接続部材の裁断予定位置の模式図である。
【図１８】図１５により作成した接続部材のパワーモジュール及び凸部の模式図である。
【図１９】本開示の他の実施例におけるパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照し、例示的な実施の形態をより全面的に説明する。なお、例示的な実施の形態は、多種の形態により実施される可能であり、かつ、これらの例に限定すると理解すべきでなく、記載されている特徴、構成、または特性は、いかなる適当な方式で１つ以上の実施の形態に組み入れることができる。以下の記載において、多くの細部を提供して本開示の実施の形態をよく理解する。なお、当業者は、本開示の技術案を実践して１つ以上の特定の細部を省略し、又は他の方法、部品、装置、ステップ等を利用することができることを認識すべきである。
【００３３】
なお、図面において、図に示すものが明瞭になるように、層及び区域のサイズを誇張する可能性がある。なお、素子又は層が他の素子又は層「上」にあると記載される場合、他の素子上に直接に位置してもよいし、中間の層が存在してもよい。また、素子又は層が他の素子又は層「下」にあると記載される場合、他の素子下に直接に位置してもよいし、１つ以上の中間の層又は素子が存在してもよい。なお、層又は素子が２つの層又は２つの素子「間」にあると記載される場合、これは２つの層又は２つの素子の間の唯一の層であってもよいし、１つ以上の中間の層又は素子が存在してもよい。本開示において類似する符号は、類似する素子を示す。
【００３４】
本開示はパワーモジュール及びその製造方法を提供する。パワーモジュールは、少なくとも１つのスイッチ素子ペアを含むスイッチ素子セットと、前記スイッチ素子セットをパッケージ化するためのプラスチックパッケージケーシングと、信号端子とパワー端子を含む接続部材と、を備え、前記信号端子は、前記スイッチ素子セットの信号端に電気的に結合され、前記プラスチックパッケージケーシングからファンアウトされ、前記パワー端子は、前記スイッチ素子セットのパワー端に電気的に結合され、前記プラスチックパッケージケーシングからファンアウトされ、前記パワー端子は、アノードパワー端子、カソードパワー端子及び出力パワー端子を含み、ここで、前記アノードパワー端子と前記カソードパワー端子は、それぞれ第１金属層と第２金属層であり、前記第１金属層と前記第２金属層は、少なくとも部分的に積層され、かつ前記第１金属層と前記第２金属層との間に絶縁層が設けられている。アノードパワー端子とカソードパワー端子を積層して設けることで、パワーモジュールの寄生インダクタンスを大きく低減し、さらに、パワーモジュールの製造において、信号端子、パワー端子及び接続部を全体の接続部材として集積させ、プラスチックパッケージ位置決め穴とパワー端子との距離公差が±３０μｍ、端子自体のサイズ公差が±１０μｍであることを実現し、プラスチックパッケージ要求を満たし、生産に有利である。
【００３５】
図３は本開示の１つの実施例におけるパワーモジュールを示す模式図である。図４は本開示の１つの実施例における接続部材を示す模式図である。図５は本開示の１つの実施例におけるスイッチ素子セットを下部基板に取り付ける模式図である。
【００３６】
図３〜５に示すように、当該パワーモジュールは、スイッチ素子セット２、プラスチックパッケージケーシング７及び接続部材４を含む。スイッチ素子セット２は、少なくとも１つのスイッチ素子ペアを含み、ここで、３つのスイッチ素子ペア２１、２２及び２３を示し、本開示は、スイッチ素子ペアの数を限定しない。プラスチックパッケージケーシング７は、スイッチ素子セット２をパッケージ化するためのものである。接続部材４は、信号端子４０３及びパワー端子を含み、信号端子４０３がスイッチ素子セット２の信号端に電気的に結合され、プラスチックパッケージケーシング７からファンアウトされ、パワー端子がスイッチ素子セット２のパワー端に電気的に結合され、プラスチックパッケージケーシング７からファンアウトされ、パワー端子は、アノードパワー端子４０５、カソードパワー端子４０２及び出力パワー端子４０６を含み、ここで、アノードパワー端子４０５とカソードパワー端子４０２は、それぞれ第１金属層と第２金属層であり、第１金属層と第２金属層は、一部又は全てに積層され、かつ、アノードパワー端子４０５とカソードパワー端子４０２との間の電気絶縁を保証するように第１金属層と第２金属層との間に絶縁層４０８が設けられている。
【００３７】
アノードパワー端子４０５及びカソードパワー端子４０２を一部又は全てに積層された金属層として設けることで、パワーモジュールのループインダクタンスの打ち消し合いを有効に実現し、さらに、パワーモジュールの寄生インダクタンスを低減させ、低インダクタンス要求を満たす。
【００３８】
なお、信号端子４０３は複数であってもよく、モジュール内の信号をモジュール外部に伝送するとともに、モジュール外部からの信号をモジュール内に受信することができ、例えば、パワーモジュール内のサンプル電流、電圧及び温度等のパラメータ情報をモジュール外部に伝送し、また、例えば、モジュール外部からの制御信号を受信してモジュール内のスイッチ素子のスイッチ等を制御する。
【００３９】
本開示の実施例によって、プラスチックパッケージケーシング７の外部において、アノードパワー端子４０５とカソードパワー端子４０２の左右両側辺にそれぞれ突出部４０９及び４１０を有する。
【００４０】
本開示の実施例によって、図５に示すように、パワーモジュールは、さらに、下部基板１を含み、スイッチ素子セット２が下部基板１上に取り付けられ、且つ、これらがプラスチックパッケージケーシング７内にプラスチックパッケージングされる。そして、パワーモジュールは、さらに、上部基板５を含み、スイッチ素子セット２が上部基板５と下部基板１との間に設けられ、且つ、これらが前記プラスチックパッケージケーシング内にプラスチックパッケージングされる。ここで、下部基板１と上部基板５は、ＤＢＣ基板、Ｃｕ基板、ＡＬ基板又はＡＬ−ＳｉＣ基板等であってもよく、両方は同じでもよいし、相違してもよい。なお、本開示は、上部基板を設けるかどうかを限定しない。
【００４１】
本開示の実施例によって、図３に示すように、アノードパワー端子４０５とカソードパワー端子４０２は、プラスチックパッケージケーシング７の第１側からファンアウトされ、信号端子４０３と出力パワー端子４０６は、プラスチックパッケージケーシング７の第２側からファンアウトされ、ここで、第１側が第２側と反対向きになっている。なお、信号端子４０３、アノードパワー端子４０５、カソードパワー端子４０２及び出力パワー端子４０６のファンアウトされる位置は、必要に応じて調整やデザインを行うことができる。
【００４２】
本開示の実施例によって、第１金属層と第２金属層との間隔は、０.５ｍｍを超えなく、ループインダクタンスの有効的な打ち消し合いを容易にする。
【００４３】
本開示の実施例によって、スイッチ素子セット２におけるスイッチ素子は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ又はトランジスタであってよいが、本開示はこれらに限定されない。
【００４４】
本開示の実施例によって、スイッチ素子ペア２１、２２又は２３は、１つの第１スイッチ素子Ｓ１及び１つの第２スイッチ素子Ｓ２を含み、その回路接続トポロジは、図１に示す。ここで、第１スイッチ素子Ｓ１は、第１端、第２端及び第３端を含み、第２スイッチ素子Ｓ２は、第４端、第５端及び第６端を含み、ここで第２端と前記第４端とが電気的に結合されてパワー端Ｏが形成され、前記パワー端Ｏと出力パワー端子４０６とが電気的に結合され、第１端は、パワー端Ｐとしてアノードパワー端子４０５に電気的に結合され、第５端は、パワー端Ｎとしてカソードパワー端子４０２に電気的に結合され、第３端及び第６端は、信号端として信号端子４０３に電気的に結合される。
【００４５】
なお、スイッチ素子セット２が複数のスイッチ素子ペアを含む場合、複数のスイッチ素子ペアの接続方式は、互いに並列的に接続され、即ち、１つのスイッチ素子ペアのアノードパワー端がもう１つのスイッチ素子ペアのアノードパワー端に電気的に結合され、１つのスイッチ素子ペアのカソードパワー端がもう１つのスイッチ素子ペアのカソードパワー端に電気的に結合され、１つのスイッチ素子ペアの出力パワー端がもう１つのスイッチ素子ペアの出力パワー端に電気的に結合される。
【００４６】
図６は本開示の１つの実施例におけるスイッチ素子セットを接続部材に取り付ける模式図を示す。図５と比べ、相違点は、スイッチ素子セット２を下部基板１に取り付けなく、スイッチ素子セット２を接続部材４上に直接に取り付けることである。この構成によって、下部基板の費用を節約し、パワーモジュールコストを低減させることができる。
【００４７】
本開示の実施例によって、スイッチ素子セット２におけるスイッチ素子は、アノードパワー端子４０５又はカソードパワー端子４０２に取り付けられてもよい。
【００４８】
図７は本開示の１つの実施例におけるパワーモジュールの位置決めサイズの模式図を示し、図７に示すように、当該パワーモジュール内の接続部材は、信号端子を含むリードフレーム４９２及びパワー端子とするバスバー（Ｂｕｓ−Ｂａｒ）４９１を含む、リードフレーム４９２上にプラスチックパッケージ位置決め穴４９３が設けられている。図２に示す方法により本開示のパワーモジュールを製造した場合、リードフレーム４９２とバスバー４９１は、治具で基板との組込みをそれぞれ行い、組込まれた位置決め穴４９３とバスバー４９１の距離の公差ｍが±２００μｍ、バスバー４９１端子自体のサイズの公差ｎが±１０μｍである。しかし、プラスチックパッケージプロファイリング金型は、通常、位置決め穴４９３とバスバー４９１の位置の距離公差ｍが±３０μｍ、バスバー４９１の端子自体のサイズの公差ｎが±１０μｍであることが求められている。従来製造方法は、本開示のパワーモジュールのプラスチックパッケージプロセス要求を満たさなく、生産できないことは明らかである。
【００４９】
これに対し、本開示は、パワーモジュールの製造方法を提供し、信号端子、パワー端子及び接続部を全体の接続部材として集積させ、位置決めの精度要求を満たし、プラスチックパッケージングが完成した。以下、図面を参照しつつ本開示のパワーモジュールの製造方法を詳細に説明する。
【００５０】
図８は本開示の１つの実施例におけるパワーモジュールの製造方法のフローチャートを示す。図８に示すように、当該製造方法は、Ｓ１０１〜Ｓ１０６を含む。
【００５１】
Ｓ１０１において、スイッチ素子セット２を提供し、前記スイッチ素子セットが少なくともスイッチ素子ペアを含む。
【００５２】
Ｓ１０２において、下部基板１を提供し、スイッチ素子セット２を下部基板１上に取り付ける。
【００５３】
Ｓ１０３において、接続部材４を提供し、前記接続部材は、信号端子４０３、パワー端子及び接続部４０１を含み、前記パワー端子は、アノードパワー端子４０５、カソードパワー端子４０２及び出力パワー端子４０６を含み、接続部４０１は、信号端子４０３、アノードパワー端子４０５、カソードパワー端子４０２及び出力パワー端子４０６を１つの全体として接続し、ここで、アノードパワー端子４０５とカソードパワー端子４０２は、それぞれ第１金属層と第２金属層であり、第１金属層と第２金属層は、少なくとも部分的に積層され、且つ第１金属層と第２金属層との間に絶縁層４０８が設けられている。
【００５４】
Ｓ１０４において、接続部材４をスイッチ素子セット２に電気的に結合し、ここで、信号端子４０３をスイッチ素子セット２の信号端に電気的に結合し、パワー端子をスイッチ素子セット２のパワー端に電気的に結合し、さらに、上部基板５を提供し、上部基板を設けるのは、選択的なステップであり、即ち、上部基板を設けなく次のステップを直接に実行してもよい。
【００５５】
Ｓ１０５において、プラスチックパッケージケーシング７を提供し、スイッチ素子セット２に対しプラスチックパッケージングを行い、信号端子４０３とパワー端子をプラスチックパッケージケーシング７からファンアウトさせる。
【００５６】
Ｓ１０６において、接続部材４を裁断し、図３に示すパワーモジュールを得る。
【００５７】
なお、ステップＳ１０２において、具体的な実現方式は、スイッチ素子セット２を下部基板１に接続してから、リードボンディングを行う。接続方式は、溶接又は銀焼結等であってもよく、ここで、スイッチ素子セット２は、少なくとも１つのスイッチ素子ペアを含み、スイッチ素子は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、トランジスタ等であってもよく、下部基板１は、ＤＢＣ基板、Ｃｕ基板、ＡＬ基板、ＡＬ−ＳｉＣ基板等であってもよい。リードボンディングは、チップの信号端子４０３をボンドワイヤーで基板１にボンディングし、ボンドワイヤー３は、アルミ線、銅線、金線、銅-アルミニウム複合線等であってもよい。
【００５８】
図９は本開示の１つの実施例におけるパワーモジュールの製造方法においてプラスチックパッケージングを行う模式図を示す。図８、９に示すように、ステップＳ１０５でプラスチックパッケージングを行う金型６は、上キャビティ型６１及び下キャビティ型６２両方からなる。下キャビティ型６２上の位置決めピン６３と接続部材４上の位置決め穴４０４とは、位置決め及び組立を行い、金型６上の空ける部分６４がプラスチックパッケージングしようとするモジュールに対応し、上キャビティ型６１と下キャビティ型６２を型締めてからプラスチックパッケージングを行う。プラスチックパッケージ材料７は、伝統的なＥＭＣ（エポキシ樹脂成形材料、Ｅｐｏｘｙ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）であり、シリコーン組成物を加えてもよく、ここで、フィラーは、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム等である。
【００５９】
ステップＳ１０３において、接続部材４の作成方法が異なってもよく、図１０は本開示の１つの実施例における接続部材の製造の模式図を示す。図８、１０に示すように、接続部材４の作成方法は、全体として金属のものから、信号端子４０３、カソードパワー端子４０２、出力パワー端子４０６及び接続部４０１を一体的に形成することと、アノードパワー端子４０５を提供することと、及びアノードパワー端子４０５とカソードパワー端子４０２との間に予め切り出された絶縁材料膜又は絶縁流体材料９１を設け、接続部材４を作成することとを含む。
【００６０】
具体的には、接続部材４の各部のいずれも、加工、プラス、エッチング等の方式によって用意されることができる。金属層が用意された後、予め切り出された絶縁材料膜又は絶縁流体材料９１を隣接する二重の金属の間に配置する。最後、金型８で接続部材４の金属部分と絶縁材料に対し高温熱プレスを行い、ここで、金型８が上型８１、下型８２を含み、下型８２には位置決めピン８３が含まれ、接続部材４上の位置決め穴４０４に嵌合し、最終的に接続部材４を作成するに至る。
【００６１】
図１１は図１０により作成した接続部材のサイズの模式図を示す。図１１に示すように、熱間プレス金型８の加工精度が通常±５μｍであり、接続部材４の金属部分の加工精度が通常±１０μｍであるため、熱間プレスされた位置決め穴４０４と接続部材４上のプロファイリングする必要がある部分４０７との距離公差ｇを±３０μｍ以内、プロファイリングする必要がある部分４０７自体のサイズの公差ｈを±１０μｍ以内に抑制することができる。
【００６２】
ステップＳ１０６において、プラスチックパッケージングされたパワーモジュールを裁断する必要があり、図１２は図１０により作成した接続部材の裁断予定位置の模式図を示し、図１３は図１０により作成した接続部材のパワーモジュールの裁断後の模式図を示し、図１４は図１３におけるパワーモジュールＡ−Ａ’方向による断面の拡大図を示す。図１２−１４に示すように、裁断の過程において、まず、裁断金型におけるプレスブロック１０１、１０２を利用して接続部材４に対しプレスフィットを行い、次に、カッターを利用してプレスブロックの隣の位置１０３、１０４にトリミングを行い、トリミングされた金属４０９、４１０が他の金属層及び絶縁材料４１１に対し突出して、凸部を形成する。
【００６３】
図１５は本開示の他の実施例における接続部材の模式図を示す。図１５に示すように、接続部材４の作成方法は、信号端子、カソードパワー端子４１８、出力パワー端子４１６及び接続部のうちの少なくとも一部を個別に作成することと、アノードパワー端子４１３を提供することと、及びアノードパワー端子４１３とカソードパワー端子４１８との間に予め切り出された絶縁材料膜又は絶縁流体材料９２を設け、接続部材４を作成する。
【００６４】
具体的には、接続部材４は、部材４１３、４１４、４１６、４１７、４１８を含み、これらの部材のいずれも独立した成形用部材であってもよく、ここで、少なくとも１つの部材、例えば、部材４１４上に位置決め穴４１５が設けられ、各部材は、加工、プラス、エッチング等の方式によって用意されることができる。各部材が用意されたら、予め切り出された絶縁材料膜又は絶縁流体材料９２を隣接する二重の金属の間に配置する。最後、金型８で接続部材４の金属部分と絶縁に対し高温熱プレスを行い、ここで、金型は、上型８５及び下型８４両方を少なくとも含み、下型８４には位置決めピン８６が含まれ、位置決め穴４０４に嵌合し、最終的に接続部材４を作成するに至る。
【００６５】
図１６は図１５により作成した接続部材のサイズの模式図を示す。図１６に示すように、熱間プレス金型８の加工精度が通常±５μｍであり、接続部材４の金属部分の加工精度が通常±１０μｍであるため、熱間プレスされた位置決め穴４１５と接続部材４のプロファイリングする必要がある位置４１９との距離の公差ｉを±３０μｍ以内、プロファイリングする必要がある位置４１９自体のサイズの公差ｊを±１０μｍ以内に抑制することができる。
【００６６】
ステップＳ１０６において、プラスチックパッケージングされたパワーモジュールを裁断する必要があり、図１７は図１５により作成した接続部材の裁断予定位置の模式図を示し、図１８は図１５により作成した接続部材を使用するパワーモジュール及び凸部の模式図を示す。図１７、１８に示すように、裁断の過程において、まず、裁断金型におけるプレスブロック１０５、１０６を利用して接続部材４に対しプレスフィットを行う。次に、カッターを利用してプレスブロックの隣の位置１０７、１０８又は位置１０９、１１０に対しトリミングを行う。トリミング位置が絶縁材料位置１０７、１０８である場合、トリミングされた絶縁材料４２０、４２１が他の金属層及び絶縁材料４２４に対し突出して、凸部を形成し、トリミング位置が金属材料位置１０９、１１０である場合、トリミングされた金属材料４２２、４２３が他の金属層及び絶縁材料４２４に対し突出して、凸部を形成する。
【００６７】
上記の実施例において、スイッチ素子は下部基板上に配置又は取り付けをするが、他の実施の形態において、パワーモジュールは、無基板の構成を採用してもよく、例えば、スイッチ素子セットを接続部材上に直接に取り付けてもよい。図１９は本開示の他の実施例におけるパワーモジュールの製造方法のフローチャートを示す。図１９に示すように、当該製造方法は、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０６を含む。
【００６８】
Ｓ２０１において、スイッチ素子セットを提供し、スイッチ素子セットは、少なくとも１つのスイッチ素子ペアを含む。
【００６９】
Ｓ２０２において、接続部材を提供し、当該接続部材は、信号端子、パワー端子及び接続部を含み、パワー端子は、アノードパワー端子、カソードパワー端子及び出力パワー端子を含み、接続部は、信号端子、アノードパワー端子、カソードパワー端子及び出力パワー端子を全体として接続し、ここで、アノードパワー端子とカソードパワー端子は、それぞれ、少なくとも部分的に積層された第１金属層と第２金属層であり、且つ第１金属層と第２金属層との間に絶縁層が設けられている。
【００７０】
Ｓ２０３において、スイッチ素子セットを接続部材に取り付ける。
【００７１】
Ｓ２０４において、接続部材をスイッチ素子セットに電気的に結合し、ここで、前記信号端子を前記スイッチ素子セットの信号端に電気的に結合し、前記パワー端子を前記スイッチ素子セットのパワー端に電気的に結合する。
【００７２】
Ｓ２０５において、プラスチックパッケージケーシングを提供し、スイッチ素子セットに対しプラスチックパッケージングを行い、前記信号端子と前記パワー端子を前記プラスチックパッケージケーシングからファンアウトさせる。
【００７３】
Ｓ２０６において、接続部材を裁断し、図３に示すパワーモジュールを得る。
【００７４】
なお、ステップＳ２０３において、スイッチ素子セットを接続部材上に取り付ける方式は、溶接、銀焼結等であってもよい。ステップＳ２０４において、スイッチ素子セットの信号端及びパワー端を接続部材の信号端子及びパワー端子に接続し、ここで、信号部分は、ボンドワイヤーによりボンディングを行ってもよく、パワー部分は、ボンドワイヤー３によりボンディングを行ってもよいし、金属材料を使用しブリッジとして接続してもよく、金属材料との接続方式は、溶接、銀焼結等であってもよい。ボンドワイヤーは、アルミ線、銅線、金線、銅-アルミニウム複合線等であってもよい。
【００７５】
本実施例が図８に示す実施例と比べ、相違点は、スイッチ素子セットを下部基板上に取り付けなく、接続部材上に直接に取り付けることである。スイッチ素子セット、接続部材、プラスチックパッケージ、裁断等のような特徴は、図８に示す実施例と同じまたは同様であってもよく、ここで説明を省略する。この構成によって、下部基板の費用を節約し、パワーモジュールコストを低減させることができる。
【００７６】
本開示の実施例によって、具体的な要求に応じて、スイッチ素子セットを接続部材におけるアノードパワー端子又はカソードパワー端子に取り付けてもよい。
【００７７】
以上、本開示の実施例におけるパワーモジュール及びその製造方法が以下の1つ以上の利点を有することは、当業者にとって容易に理解される。
【００７８】
本開示のいくつかの実施例におけるパワーモジュールは、パワー端子を積層して設けることで、パワーモジュールの寄生インダクタンスを大きく低減することができる。
【００７９】
本開示のいくつかの実施例におけるパワーモジュールの製造方法は、信号端子、パワー端子及び接続部を全体の接続部材として集積させることで、プラスチックパッケージ位置決め穴とパワー端子との距離の公差が±３０μｍ、端子自体のサイズの公差が±１０μｍであることを実現し、プラスチックパッケージ要求を満たし、生産に有利である。
【００８０】
当業者は、明細書を参照してここで開示される発明を実施してから、本開示の他の実施の形態を容易に想到する。本願は、本開示のいかなる変形、応用又は適性変化を包含することを意図し、これらの変形、応用又は適性変化は、本開示の通常原理に従い、本開示に開示されない本技術分野での周知の知識又は慣用技術を含む。明細書と実施例は、例示的なものであり、本開示の範囲と思想は、特許請求の範囲によって示す。
【００８１】
なお、本発明は、以上に記載され図面に示す構成に限定されなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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