(57)【要約】【課題】樹脂基板のそりが抑えられ、樹脂基板の裏面に取り付けられる機器との密着性を向上でき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は、ベアチップが上面に実装された樹脂基板１１と、ベアチップを保護するための封止部１２とを備えている。封止部１２は、封止部１２の外周を規定する外枠１２１ｔを有したフレーム部１２１と、フレーム部１２１内に充填された封止剤１２２とを有している。そして、フレーム部１２１は、複数のネジ１３によって樹脂基板１１に固定されるとともに、フレーム部１２１の外枠１２１ｔと樹脂基板１１との間にはシール材が介挿されている。以上のような構成により、フレーム部１２１の外に封止剤１２２が流れ出すのを防止しつつ、樹脂基板１１のそりを抑えることができる。その結果、樹脂基板１１の裏面に取り付けられる放熱器などの機器との密着性を向上できる。【選択図】図１
2008053588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーモジュール(１)であって、
パワーデバイスのベアチップが上面に実装された樹脂基板(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、
前記フレーム部(１２１)は、複数のネジ(１３)によって前記樹脂基板(１１)に固定されるとともに、少なくとも前記フレーム部(１２１)の外枠と前記樹脂基板(１１)との間にはシール材(１４)が介挿されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
パワーモジュール(２)であって、
パワーデバイスのベアチップが実装された樹脂基板(２１)と、
前記ベアチップを保護するための封止部(２２)と、
を備えるとともに、
前記封止部(２２)は、
前記封止部(２２)の外周を規定する外枠を有したフレーム部(２２１)と、
前記フレーム部(２２１)の外枠内に充填された封止剤(２２２)と、
を有し、
前記フレーム部(２２１)に形成された複数の突起(２３，２３ｐ)が前記樹脂基板(２１)に形成された複数の穴(２４，２４Ａ)と嵌合する各位置で前記フレーム部(２２１)が前記樹脂基板(２１)に固定されるとともに、少なくとも前記フレーム部(２２１)の外枠と前記樹脂基板(２１)との間にはシール材(２５)が介挿されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項３】
請求項２に記載のパワーモジュールにおいて、
前記複数の突起(２３)それぞれは、鉤状の先端部(２３ａ)を有するとともに、前記鉤状の先端部(２３ａ)が前記樹脂基板(２１)の裏面で掛止されることにより、前記フレーム部(２２１)が前記樹脂基板(２１)に固定されることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項４】
パワーモジュール(３)であって、
パワーデバイスのベアチップが実装された樹脂基板(３１)と、
前記ベアチップを保護するための封止部(３２)と、
を備えるとともに、
前記封止部(３２)は、
前記封止部(３２)の外周を規定する外枠を有した金属製のフレーム部(３２１)と、
前記金属製のフレーム部(３２１)の外枠内に充填された封止剤(３２２)と、
を有し、
少なくとも前記金属製のフレーム部(３２１)の外枠が前記樹脂基板(３１)に接合されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項５】
請求項４に記載のパワーモジュールにおいて、
前記樹脂基板(３１)の上面には、少なくとも前記金属製のフレーム部(３２１)の外枠に対応するパターン(ＰＴ)が形成されているとともに、
前記パターン(ＰＴ)での半田(３３)付けによって、前記金属製のフレーム部(３２１)が前記樹脂基板(３１)に接合されることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のパワーモジュールにおいて、
前記樹脂基板(１１，２１，３１)の裏面に取り付けられた放熱部(１９,２９,３９)、
をさらに備え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、樹脂基板にパワーデバイスのベアチップが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樹脂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】
このようにベアチップ実装されるパワーモジュールでは、接着剤を用いて樹脂基板に接着された樹脂製の封止剤用枠の中に封止樹脂などの封止剤を流し込んで硬化させることにより、樹脂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。
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、上記の封止技術においては、接着剤を用いて樹脂基板に樹脂製の封止剤用枠を接着するため、接着の際に樹脂基板のそりが発生するという問題がある。
【０００６】
このように樹脂基板のそりが生じると、樹脂基板の裏面に取り付けられる放熱器などの機器との密着性が悪化するため、樹脂基板に実装されたチップからの放熱が低下し、熱によるチップの破壊や寿命の低下を招くこととなる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、樹脂基板のそりが抑えられ、樹脂基板の裏面に取り付けられる機器との密着性を向上でき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】
【０００８】
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、パワーデバイスのベアチップが上面に実装された樹脂基板と、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、前記フレーム部は、複数のネジによって前記樹脂基板に固定されるとともに、少なくとも前記フレーム部の外枠と前記樹脂基板との間にはシール材が介挿されている。
【０００９】
また、請求項２の発明は、パワーモジュールであって、パワーデバイスのベアチップが実装された樹脂基板と、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、前記フレーム部に形成された複数の突起が前記樹脂基板に形成された複数の穴と嵌合する各位置で前記フレーム部が前記樹脂基板に固定されるとともに、少なくとも前記フレーム部の外枠と前記樹脂基板との間にはシール材が介挿されている。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係るパワーモジュールにおいて、前記複数の突起それぞれは、鉤状の先端部を有するとともに、前記鉤状の先端部が前記樹脂基板の裏面で掛止されることにより、前記フレーム部が前記樹脂基板に固定される。
【００１１】
また、請求項４の発明は、パワーモジュールであって、パワーデバイスのベアチップが実装された樹脂基板と、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金属製のフレーム部と、前記金属製のフレーム部の外枠内に充填された封止剤とを有し、少なくとも前記金属製のフレーム部の外枠が前記樹脂基板に接合されている。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係るパワーモジュールにおいて、前記樹脂基板の上面には、少なくとも前記金属製のフレーム部の外枠に対応するパターンが形成されているとともに、前記パターンでの半田付けによって、前記金属製のフレーム部が前記樹脂基板に接合される。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係るパワーモジュールにおいて、前記樹脂基板の裏面に取り付けられた放熱部をさらに備える。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１および請求項６の発明によれば、封止部の外周を規定する外枠を有したフレーム部は、複数のネジによって樹脂基板に固定されるとともに、少なくともフレーム部の外枠と樹脂基板との間にはシール材が介挿されているため、樹脂基板のそりが抑えられ、樹脂基板の裏面に取り付けられる機器(例えば放熱器)との密着性を向上できる。
【００１５】
請求項２、請求項３および請求項６の発明によれば、封止部の外周を規定する外枠を有したフレーム部に形成されている複数の突起が樹脂基板に形成された複数の穴と嵌合する各位置でフレーム部が樹脂基板に固定されるとともに、少なくともフレーム部の外枠と樹脂基板との間にはシール材が介挿されているため、樹脂基板のそりが抑えられ、樹脂基板の裏面に取り付けられる機器(例えば放熱器)との密着性を向上できる。
【００１６】
特に、請求項３の発明においては、複数の突起それぞれは鉤状の先端部を有するとともに、鉤状の先端部が樹脂基板の裏面で掛止されることにより、フレーム部が樹脂基板に固定されるため、フレーム部を樹脂基板に簡易に固定できる。
【００１７】
請求項４ないし請求項６の発明によれば、少なくとも金属製のフレーム部の外枠が樹脂基板に接合されているため、樹脂基板のそりが抑えられ、樹脂基板の裏面に取り付けられる機器(例えば放熱器)との密着性を向上できる。
【００１８】
特に、請求項５の発明においては、樹脂基板の上面には、少なくとも金属製のフレーム部の外枠に対応するパターンが形成されているとともに、パターンでの半田付けによって金属製のフレーム部が樹脂基板に接合されるため、金属製のフレーム部を樹脂基板に簡易に接合できる。
【００１９】
また、請求項６の発明においては、樹脂基板の裏面に取り付けられた放熱部をさらに備えているため、放熱部と樹脂基板との密着性が向上し、放熱効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るパワーモジュール１の要部構成を示す上面図である。また、図２は、図１のII−II位置から見た断面図である。
【００２１】
パワーモジュール１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、樹脂基板１１と、樹脂基板１１上に設けられた封止部１２と、樹脂基板１１の裏面に取り付けられた放熱部１９とを備えている。なお、裏面等に配線パターンが設けられている樹脂基板１１に放熱部１９を取り付ける際には、絶縁材を介挿させるようにする。
【００２２】
樹脂基板１１は、少なくとも基板上面に配線パターンが形成されたプリント基板として構成されている。そして、樹脂基板１１の上面には、パワーデバイスのベアチップが実装されワイヤボンディングにより配線が施されている。
【００２３】
封止部１２は、樹脂基板１１上のベアチップやボンディングワイヤを保護するための部位であり、封止部１２の外周を規定する矩形環状の外枠１２１ｔを有した樹脂製のフレーム部１２１と、フレーム部１２１の外枠１２１ｔ内に充填された封止剤１２２とを有している。このフレーム部１２１は、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。
【００２４】
放熱部１９は、樹脂基板１１を介して樹脂基板１１上のチップの放熱を行う放熱器として構成されている。ただし、放熱部１９で効率的な放熱を行うには、樹脂基板１１のそりを抑制して樹脂基板１１と放熱部１９との密着性を良好にする必要がある。
【００２５】
そこで、本実施形態のパワーモジュール１においては、従来の接着剤による接着によらず、複数のネジ１３によってフレーム部１２１を樹脂基板１１に固定することとしている。具体的には、図１および図２に示すようにフレーム部１２１の四隅付近にネジ１３を配置し、フレーム部１２１を樹脂基板１１に取り付ける。
【００２６】
これにより、フレーム部１２１が四隅で樹脂基板１１に局所的に固定されるため、樹脂基板のそりが抑えられ、樹脂基板１１と放熱部１９との密着性を向上できることとなる。
【００２７】
ただし、４個のネジ１３によってフレーム部１２１の四隅を樹脂基板１１に固定しただけでは、この四隅以外の部分からフレーム部１２１内に充填された硬化前の封止剤が外部に流れ出す恐れがある。このため、本実施形態では、フレーム部１２１の外枠１２１ｔと樹脂基板１１との間に矩形環状のシール材１４を介挿するようにしている。
【００２８】
すなわち、フレーム部１２１の外枠１２１ｔと樹脂基板１１との間に外枠１２１ｔと同形状のシール材１４を配置してから、ネジ止めによってフレーム部１２１を樹脂基板１１に固定する。そして、樹脂基板１１に固定されたフレーム部１２１内に封止剤１２２を流し込んで硬化させることにより、樹脂基板１１上のベアチップ等が封止されることとなる。
【００２９】
以上の構成を有するパワーモジュール１では、封止部１２のフレーム部１２１が複数のネジ１３によって樹脂基板１１に固定されるとともに、フレーム部１２１の外枠１２１ｔと樹脂基板１１との間にはシール材１４が介挿されているため、フレーム部１２１の外に封止剤１２２が流れ出すのを防止しつつ、樹脂基板１１のそりを抑えることができる。これにより、樹脂基板１１の裏面に取り付けられる放熱部１９との密着性が向上するため、放熱部１９で効果的な放熱が行え、樹脂基板１１に実装されるベアチップの信頼性を向上できる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係るパワーモジュール２の要部構成を示す上面図である。また、図４は、図３のIV−IV位置から見た断面図である。
【００３１】
パワーモジュール２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、樹脂基板２１と、樹脂基板２１上に設けられた封止部２２と、樹脂基板２１の裏面に取り付けられた放熱部２９とを備えている。
【００３２】
樹脂基板２１は、第１実施形態の樹脂基板１１と同様に、少なくとも基板上面に配線パターンが形成されているプリント基板として構成されている。そして、樹脂基板２１の上面には、パワーデバイスのベアチップが実装されワイヤボンディングにより配線が施されている。
【００３３】
封止部２２は、樹脂基板２１上のベアチップやボンディングワイヤを保護するための部位であり、封止部２２の外周を規定する矩形環状の外枠２２１ｔを有した樹脂製のフレーム部２２１と、フレーム部２２１の外枠２２１ｔ内に充填された封止剤２２２とを有している。このフレーム部２２１は、例えば封止樹脂からなる封止剤２２２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。
【００３４】
放熱部２９は、第１実施形態の放熱部１９と同様に、樹脂基板２１を介して樹脂基板２１上のチップの放熱を行う放熱器として構成されている。ただし、放熱部２９で効果的な放熱を行うには、樹脂基板２１のそりを抑制して樹脂基板２１と放熱部２９との密着性を良好にする必要がある。
【００３５】
そこで、本実施形態のパワーモジュール２においては、従来の接着剤による接着によらず、フレーム部２２１の四隅付近に形成された４つの爪状の突起２３が樹脂基板２１に形成された４つの穴２４と嵌合する各位置で、フレーム部２２１を樹脂基板２１に固定することとしている。具体的には、図４に示すようにフレーム部２２１の下面から突出する各突起２３には鉤状の先端部２３ａが設けられており、この鉤状の先端部２３ａを樹脂基板２１の穴２４に差し込み基板裏面で掛止させることにより、フレーム部２２１を樹脂基板２１に取り付ける。
【００３６】
これにより、フレーム部２２１が四隅で樹脂基板２１に局所的に固定されるため、樹脂基板のそりが抑えられ、樹脂基板２１と放熱部２９との密着性を向上できることとなる。
【００３７】
ただし、４個の突起２３によってフレーム部２２１の四隅を樹脂基板２１に固定しただけでは、この四隅以外の部分からフレーム部２２１内に充填された硬化前の封止剤が外部に流れ出す恐れがある。このため、第１実施形態と同様に、本実施形態のパワーモジュール２でも、フレーム部２２１の外枠２２１ｔと樹脂基板２１との間に矩形環状のシール材２５を介挿するようにしている。
【００３８】
すなわち、フレーム部２２１の外枠２２１ｔと樹脂基板２１との間に外枠２２１ｔと同形状のシール材２５を配置してから、４つの突起２３を樹脂基板２１の穴２４に差し込んで鉤状の先端部２３ａを樹脂基板２１の裏面に引っ掛けることでフレーム部２２１を樹脂基板２１に固定する。そして、樹脂基板２１に固定されたフレーム部２２１内に封止剤２２２を流し込んで硬化させることにより、樹脂基板２１上のベアチップ等が封止されることとなる。
【００３９】
以上の構成を有するパワーモジュール２では、フレーム部２２１に形成された複数の突起２３が樹脂基板２１に形成された複数の穴２４と嵌合する各位置で、フレーム部２２１が樹脂基板２１に固定されるとともに、フレーム部２２１の外枠２２１ｔと樹脂基板２１との間にはシール材２５が介挿されているため、フレーム部２２１の外に封止剤２２２が流れ出すのを防止しつつ、樹脂基板２１のそりを抑えることができる。これにより、樹脂基板２１の裏面に取り付けられる放熱部２９との密着性が向上するため、放熱部２９で効果的な放熱が行え、樹脂基板２１に実装されるベアチップの信頼性を向上できる。
【００４０】
また、パワーモジュール２では、フレーム部２２１の下部に設けられる複数の突起２３それぞれが鉤状の先端部２３ａを有しているため、鉤状の先端部２３ａを樹脂基板２１の裏面に掛止するだけで、簡単にフレーム部２２１を樹脂基板２１に取り付けられる。これにより、接着剤等が不要となってコストダウンが図れるとともに、迅速なフレーム部の取付けが可能となる。
【００４１】
なお、第２実施形態に係る封止部のフレーム部については、鉤状の先端部２３ａを持つ突起２３を備えているのは必須でなく、図５に示す単純な形状の突起２３ｐを備えていても良い。この場合には、図５に示すようにフレーム部２２１の四隅に形成された突起２３ｐが樹脂基板２１Ａに形成された４つの穴２４Ａと嵌合する各位置において、例えば嵌合部分を接着剤を用いて接着することにより、フレーム部２２１Ａが樹脂基板２１Ａに固定されることとなる。
【００４２】
＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態に係るパワーモジュール３の要部構成を示す上面図である。また、図７は、図６のVII−VII位置から見た断面図である。
【００４３】
パワーモジュール３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、樹脂基板３１と、樹脂基板３１上に設けられた封止部３２と、樹脂基板３１の裏面に取り付けられた放熱部３９とを備えている。
【００４４】
樹脂基板３１は、第１実施形態の樹脂基板１１と同様に、少なくとも基板上面に配線パターンが形成されているプリント基板として構成されている。そして、樹脂基板３１の上面には、パワーデバイスのベアチップが実装されワイヤボンディングにより配線が施されている。
【００４５】
封止部３２は、樹脂基板３１上のベアチップやボンディングワイヤを保護するための部位であり、封止部３２の外周を規定する矩形環状の外枠３２１ｔを有した金属製のフレーム部３２１と、フレーム部３２１の外枠３２１ｔ内に充填された封止剤３２２とを有している。このフレーム部３２１は、例えば封止樹脂からなる封止剤３２２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。
【００４６】
放熱部３９は、第１実施形態の放熱部１９と同様に、樹脂基板３１を介して樹脂基板３１上のチップの放熱を行う放熱器として構成されている。ただし、放熱部３９で効果的な放熱を行うには、樹脂基板３１のそりを抑制して樹脂基板３１と放熱部３９との密着性を良好にする必要がある。
【００４７】
そこで、本実施形態のパワーモジュール３においては、剛性が高い金属製のフレーム３２１の外枠３２１ｔを樹脂基板３１に固定することとしている。具体的には、図８に示すように樹脂基板３１の上面にはフレーム部３２１の外枠３２１ｔ(図６)と同形状の配線パターンＰＴ(平行斜線部)が形成されており、このパターンＰＴでの半田３３(図７)付けによって金属製のフレーム３２１が樹脂基板３１に接合されることで、フレーム部３２１を樹脂基板３１に取り付ける。
【００４８】
これにより、金属製のフレーム部３２１が樹脂基板３１に固定されるため、剛性の高いフレーム部３２１を基準として樹脂基板３１のそりが矯正される。その結果、樹脂基板のそりが抑えられ、樹脂基板２１と放熱部２９との密着性を向上できることとなる。
【００４９】
また、環状のパターンＰＴでの半田付けによってフレーム部３２１と樹脂基板３１とが接合されるため、第１実施形態および第２実施形態で必要とされたシール材がなくとも、フレーム部３２１内に充填された硬化前の封止剤が外部に流れ出すことはない。
【００５０】
以上の構成を有するパワーモジュール３では、金属製のフレーム部３２１が半田付けによって樹脂基板３１に接合されるため、フレーム部３２１の外に封止剤３２２が流れ出すのを防止しつつ、樹脂基板３１のそりを抑えることができる。これにより、樹脂基板３１の裏面に取り付けられる放熱部３９との密着性が向上するため、放熱部３９で効果的な放熱が行え、樹脂基板３１に実装されるベアチップの信頼性を向上できる。
【００５１】
また、パワーモジュール３では、フレーム部３２１の外枠３２１ｔに対応するパターンＰＴ(図８)での半田付けにより、フレーム部３２１が樹脂基板３１に接合されるため、例えば樹脂基板３１上に配置する部品の実装と同工程のリフローにてフレーム部３２１の取り付けが可能となる。よって、フレーム部３２１を樹脂基板３１に取り付けるためだけの工程を別に設ける必要がなくなる。
【００５２】
なお、パワーモジュール３においては、金属製のフレーム部３２１を半田付けによって基板上面のパターンＰＴに取り付けるため、樹脂基板３１の上面においてパターンＰＴ(フレーム部３２１)を跨ぐパターン配線を形成できないが、樹脂基板３１として両面に配線層が形成されたプリント基板や多層配線層を有するプリント基板を使用すれば、基板の裏面や内部にパターンＰＴを跨ぐパターン配線を設けることが可能となる。
【００５３】
＜変形例＞
・上記の各実施形態における封止部のフレーム部については、図１や図３に示すように矩形環状の形状を有するのは必須でなく、例えば格子状の形状を有していても良い。このような格子状のフレーム部では、封止剤の流れ出し防止のために、フレーム部と同形状の格子状のシール材を樹脂基板との間に介挿しても良いが、フレーム部の外枠に対応した矩形環状のシール材を樹脂基板との間に介挿するだけでも良い。すなわち、少なくともフレーム部の外枠と樹脂基板との間にシール材が介挿されていれば、フレーム部の外に封止剤が流れ出すのを防止できる。
【００５４】
・上記の各実施形態においては、樹脂基板の裏面に放熱部(放熱器)を取り付けるのは必須でなく、他の機器を取り付けても良い。この場合にも、樹脂基板の裏面に取り付けられる機器との密着性を向上できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパワーモジュール１の要部構成を示す上面図である。
【図２】図１のII−II位置から見た断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るパワーモジュール２の要部構成を示す上面図である。
【図４】図３のIV−IV位置から見た断面図である。
【図５】突起２３ｐを有するフレーム部２２１Ａを説明するための図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るパワーモジュール３の要部構成を示す上面図である。
【図７】図６のVII−VII位置から見た断面図である。
【図８】樹脂基板３１の上面に形成されたパターンＰＴを説明するための図である。
【符号の説明】
【００５６】
１、２、２Ａ、３  パワーモジュール
１１、２１、２１Ａ、３１  樹脂基板
１２、２２、２２Ａ、３２  封止部
１３  ネジ
１４、２５  シール材
１９、２９、３９  放熱部
２３、２３ｐ  フレーム部の突起
２３ａ  鉤状の先端部
２４、２４Ａ  樹脂基板の穴
３３  半田
１２１、２２１、２２１Ａ、３２１  フレーム部
１２２、２２２、３２２  封止剤
ＰＴ  パターン
【図１】
2008053588.tif 000003
【図２】
2008053588.tif 000004
【図３】
2008053588.tif 000005
【図４】
2008053588.tif 000006
【図５】
2008053588.tif 000007
【図６】
2008053588.tif 000008
【図７】
2008053588.tif 000009
【図８】
2008053588.tif 000010