(57)【要約】【課題】ベアチップ実装において封止剤を削減でき、コストダウンが図れるパワーモジュールを提供する。【解決手段】パワーモジュール１では、インバータの上下アームに対応するパワーデバイス１３ａ、１３ｂがベアチップ実装されるとともに、ワイヤボンディングにより配線が施されている。ただし、上アームのパワーデバイス１３ａと下アームのパワーデバイス１３ｂとの電気的な接続は、ワイヤボンディングによらず、基板１１の裏面に形成されたパターン配線１４を用いて行われる。パワーモジュール１では、フレーム部１２１の外枠１２１ｔ内に封止剤１２２を充填した封止部１２が基板１１上に形成されるが、上記のパターン配線１４の上方に生じた基板１１上の空間に配置するフレーム１２ａをフレーム部１２１に設けるようにする。これにより、フレーム部１２１の面積拡大が図れるため、封止剤１２２を削減でき、コストダウンが図れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーモジュール(１)であって、
ワイヤボンディング技術を用いて複数のパワーデバイスに係るベアチップが上面に実装された基板(１１)と、
前記ベアチップを保護するための封止部(１２)と、
を備えるとともに、
前記封止部(１２)は、
前記封止部(１２)の外周を規定する外枠を有したフレーム部(１２１)と、
前記フレーム部(１２１)の外枠内に充填された封止剤(１２２)と、
を有し、
前記複数のパワーデバイスは、一定距離離れた第１のパワーデバイス(１３ａ)と第２のパワーデバイス(１３ｂ)とを有しており、
前記第１のパワーデバイス(１３ａ)と前記第２のパワーデバイス(１３ｂ)とを電気的に接続するパターン配線(１４)が、前記基板(１１)において基板上面から離れた位置に形成されているとともに、前記フレーム部(１２１)は、前記基板(１１)上において前記パターン配線(１４)を横断するフレーム(１２ａ)を有していることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記第１のパワーデバイス(１３ａ)および前記第２のパワーデバイス(１３ｂ)は、インバータ回路の上下アームに対応する上アームのパワーデバイスおよび下アームのパワーデバイスであることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のパワーモジュールにおいて、
前記基板(１１)は、両面に配線層が形成された樹脂基板として構成されており、
前記パターン配線は、基板裏面の配線層に形成されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のパワーモジュールにおいて、
前記基板(１１)は、多層配線層を有する樹脂基板として構成されており、
前記パターン配線は、基板内部の配線層に形成されていることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤボンディング技術を用いて基板に複数のパワーデバイスがベアチップ実装されたパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機などに搭載されるパワーモジュールにおいては、例えば特許文献１のように複数のパワーデバイスをプリント基板にベアチップ実装し、ワイヤボンディングで配線しているものがある。
【０００３】
例えば図４に示すインバータモジュール(パワーモジュール)９では、複数のパワーデバイス９１のベアチップがプリント基板９０に実装され、ボンディングワイヤによる配線が施されている。
【０００４】
このようなパワーモジュールにおいては、封止樹脂などの封止剤を基板に取付けられた封止剤用枠の中に流し込んで硬化させることにより、基板上のベアチップやボンディングワイヤを保護するようにしている。
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、上記の封止技術においては、ベアチップやボンディングワイヤに封止剤用枠を配置できないため、封止剤用枠の面積が小さくなり、封止剤用枠の中に流し込む封止剤の使用量が多くなるという問題がある。
【０００７】
例えば図４に示すパワーモジュール９では、それぞれ３個のパワーデバイスが配列される上アーム部９ａおよび下アーム部９ｂと、上アーム部９ａと下アーム部９ｂとの間に位置するボンディングワイヤ部９ｃとが封止剤用枠を配置できないエリアとなる。よって、このエリア以外の限られた基板上の場所に封止剤用枠を配置しなければならないため、封止剤用枠内に充填する封止剤の量が多くなって、コストアップを招くこととなる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ベアチップ実装において封止剤を削減でき、コストダウンが図れるパワーモジュール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】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、パワーモジュールであって、ワイヤボンディング技術を用いて複数のパワーデバイスに係るベアチップが上面に実装された基板と、前記ベアチップを保護するための封止部とを備えるとともに、前記封止部は、前記封止部の外周を規定する外枠を有したフレーム部と、前記フレーム部の外枠内に充填された封止剤とを有し、前記複数のパワーデバイスは、一定距離離れた第１のパワーデバイスと第２のパワーデバイスとを有しており、前記第１のパワーデバイスと前記第２のパワーデバイスとを電気的に接続するパターン配線が、前記基板において基板上面から離れた位置に形成されているとともに、前記フレーム部は、前記基板上において前記パターン配線を横断するフレームを有している。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係るパワーモジュールにおいて、前記第１のパワーデバイスおよび前記第２のパワーデバイスは、インバータ回路の上下アームに対応する上アームのパワーデバイスおよび下アームのパワーデバイスである。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係るパワーモジュールにおいて、前記基板は、両面に配線層が形成された樹脂基板として構成されており、前記パターン配線は、基板裏面の配線層に形成されている。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明に係るパワーモジュールにおいて、前記基板は、多層配線層を有する樹脂基板として構成されており、前記パターン配線は、基板内部の配線層に形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１ないし請求項４の発明によれば、ワイヤボンディング技術を用いて基板上面にベアチップ実装された第１のパワーデバイスと第２のパワーデバイスとを電気的に接続するパターン配線が基板において基板上面から離れた位置に形成されるとともに、封止部の外周を規定する外枠を有したフレーム部は、基板上においてパターン配線を横断するフレームを有している。これにより、フレーム部の面積拡大が図れるため、フレーム部に充填する封止剤を削減でき、コストダウンが図れる。
【００１４】
特に、請求項２の発明においては、第１のパワーデバイスおよび第２のパワーデバイスは、インバータ回路の上下アームに対応する上アームのパワーデバイスおよび下アームのパワーデバイスであるため、インバータモジュールの封止剤を効果的に削減でき、コストダウンが図れる。
【００１５】
また、請求項３の発明においては、パターン配線が、両面に配線層が形成された樹脂基板において基板裏面の配線層に形成されているため、パターン配線を簡易に形成できる。
【００１６】
また、請求項４の発明においては、パターン配線が、多層配線層を有する樹脂基板において基板内部の配線層に形成されているため、パターン配線を簡易に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜実施形態＞
＜パワーモジュールの構成＞
本発明の実施形態に係るパワーモジュールは、例えば空気調和機に搭載されるパワーモジュールとして構成されており、ワイヤボンディング技術を用いて複数のパワーデバイスのベアチップが上面に実装された基板と、この基板上のベアチップを保護するための封止部とを備えている。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るパワーモジュール１の要部構成を説明するための図である。ここで、図１(ａ)は、パワーモジュール１の基板１１についての構成を示す上面図であり、図１(ｂ)は、基板１１上に設けられる封止部１２の構成を説明するための図である。
【００１９】
基板１１は、例えば樹脂プリント基板として構成されており、基板の両面（上面および裏面）には配線パターンが設けられている。
【００２０】
基板１１上には、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(ＩＧＢＴ)として構成される複数のパワーデバイス１３ａ、１３ｂが、ベアチップ実装されている。ここで、３個のパワーデバイス１３ａは、インバータ回路ＣＴ(図２)の上アーム１３１に関する３個のパワーデバイス１３ｕに対応しており、３個のパワーデバイス(第２のパワーデバイス)１３ｂは、インバータ回路ＣＴ(図２)の下アーム１３２に関する３個のパワーデバイス１３ｂに対応している。そして、インバータ回路ＣＴの上下アームに対応する上アームのパワーデバイス１３ａと下アームのパワーデバイス１３ｂとは、一定距離離れて配置されている。
【００２１】
パワーモジュール１では、原則的にボンディングワイヤＷｒ等による配線を行うが、インバータ回路ＣＴ(図２)における上アーム１３１のパワーデバイス１３ｕと下アーム１３２のパワーデバイス１３ｄとを電気的に接続する３つの配線１３ｐについては、ワイヤボンディングによらず、基板１１において基板上面から離れた位置である基板裏面に形成した３つのパターン配線１４を用いて実現するようにしている。
【００２２】
上記の配線１３ｐ(図２)の具体的な経路について、図１(ａ)を参照しつつ詳しく説明する。
【００２３】
上アームのパワーデバイス１３ａの近傍に設けられた基板上面のパターン１５にボンディングワイヤＷａによる配線が施され、パワーデバイス１３ａのエミッタと基板上面のパターン１５との電気的な接続が行われている。
【００２４】
この基板上面のパターン１５は、基板１１に形成したスルーホールにより基板裏面のパターン配線１４の端部１４ａに電気的に接続されており、この端部１４ａに対して反対側のパターン配線１４の端部１４ｂは、下アームのパワーデバイス１３ｂの近傍に配置されている。
【００２５】
上記のパターン配線１４の端部１４ｂは、基板１１に形成したスルーホールによりパワーデバイス１３ｂが実装される基板上面のパターンと電気的に接続されている。
【００２６】
以上のような経路によって、インバータ回路ＣＴ(図２)の上下アーム間を接続する配線１３ｐが基板１１において形成されることとなる。
【００２７】
次に、図１(ｂ)を参照しつつパワーモジュール１の封止部１２を説明する。
【００２８】
封止部１２は、封止部１２の外周を規定する矩形状の外枠１２１ｔを有したフレーム部１２１と、フレーム部１２１の外枠１２１ｔ内に充填された封止剤１２２(平行斜線部)とを備えている。このフレーム部１２１については、格子状の形状を有しており、例えば封止樹脂からなる封止剤１２２を充填する際に封止剤の流出を防止する封止剤用の枠(フレーム)として機能する。
【００２９】
上述のようにインバータ回路ＣＴの上下アーム間を接続する配線１３ｐは、ワイヤボンディングのみによらず、基板１１の裏面に形成されたパターン配線１４を用いて実現するため、このパターン配線１４上方の基板１１上には空間が形成されることとなる。そこで、この空間に配置するフレーム１２ａをフレーム部１２１に設けるようにし、封止部１２におけるフレーム部１２１の面積拡大を図るようにする。すなわち、従来においては、図４のようにワイヤボンディングによってインバータの上下アーム間が配線されているため、ボンディングワイヤ部９ｃに封止部のフレームを配置できなかったが、本実施形態のパワーモジュール１では、基板裏面のパターン配線１４を用いて上下アーム間の配線が行われるため、これによって生じた基板１１上の空間に封止部１２のフレーム１２ａを配置でき、従来と比べてフレーム部１２の面積が拡大することとなる。
【００３０】
フレーム部１２１は、例えば接着剤による接着によって基板１１上に取り付けられることとなるが、パワーデバイス１３ａ、１３ｂおよびボンディングワイヤＷｒ等の上にフレームが配置されないように、これらに対応した箇所には孔１２ｈが設けられている。このようなフレーム部１２１が基板１１上に取り付けられた後には、フレーム部１２１に充填する封止剤１２２が孔１２ｈに流し込まれて封止剤１２２の硬化が行われることとなる。
【００３１】
以上のような構成のパワーモジュール１では、上アームのパワーデバイス１３ａと下アームのパワーデバイス１３ｂとを電気的に接続するパターン配線１４が基板１１の裏面に形成されているとともに、封止部１２のフレーム部１２１は、基板１１上においてパターン配線１４を横断するフレーム１２ａを有しているため、封止部のフレームを配置できないボンディングワイヤ部の面積を減らして、フレーム部の面積を拡大できる。その結果、フレーム部に充填する封止剤を削減でき、コストダウンが図れる。また、封止剤を削減できるため、封止剤が硬化する際に生じる樹脂基板のそりを低減できる。
【００３２】
なお、パワーモジュール１においては、上下アーム間の配線に限らず、他の配線も基板裏面のパターン配線とすれば、さらに封止剤の削減を図れることとなる。
【００３３】
＜変形例＞
・上記の実施形態のパターン配線１４については、両面に配線層(配線パターン)が形成された樹脂基板において基板裏面の配線層に形成するのは必須でなく、多層配線層を有する樹脂基板において基板内部の配線層に形成するようにしても良い。
【００３４】
・本発明に関しては、上述のインバータ回路だけでなく、コンバータ回路等に適用するようにしても良い。すなわち、例えば図３に示すコンバータ回路ＣＰについてワイヤボンディング技術を用い複数のパワーデバイス１９を基板にベアチップ実装する場合には、一定距離離れた各インバータ１９を電気的に接続する配線を、例えば基板裏面に形成したパターン配線で実現するとともに、このパターン配線を基板上において横断するフレームを封止部に設けるようにすれば、封止部におけるフレーム部の面積拡大が図れ、封止剤を削減できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係るパワーモジュール１の要部構成を説明するための図である。
【図２】パワーモジュール１に関するインバータ回路ＣＴを説明するための図である。
【図３】本発明の変形例に係るコンバータ回路ＣＰを説明するための図である。
【図４】従来技術に係るパワーモジュール９を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、９  パワーモジュール
１１  基板
１２  封止部
１２ａ  フレーム
１３ａ、１３ｂ、１３ｄ、１３ｕ、１９、９１  パワーデバイス
１４  パターン配線
１２１  フレーム部
１２２  封止剤
１３１  上アーム
１３２  下アーム
ＣＰ  コンバータ回路
ＣＴ  インバータ回路
Ｗａ、Ｗｒ  ボンディングワイヤ
【図１】
2008053586.tif 000003
【図２】
2008053586.tif 000004
【図３】
2008053586.tif 000005
【図４】
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