(57)【要約】【課題】絶縁樹脂シート１の成形時及び接着時に発生するピンホール４やボイド５に起因する絶縁耐圧の低下を抑えることが可能なパワーモジュールの放熱構造を提供する。【解決手段】パワー半導体素子を備えたパワー回路部と放熱フィンとを有し、パワー回路部と放熱フィンとの間を、セラミックスを含有する絶縁樹脂シートにより電気的に絶縁及び保持するように構成されている放熱フィン一体型パワーモジュールの放熱構造において、セラミックスの形状をフレーク状に加工して、そのフレーク状の各セラミックス２を、絶縁樹脂シート１の厚さ方向に積層状に配置した構成とする。【選択図】図１
2008192950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子を備えたパワー回路部と放熱フィンとを有し、前記パワー回路部と前記放熱フィンとの間を、セラミックスを含有する絶縁樹脂シートにより電気的に絶縁及び保持するように構成されている放熱フィン一体型パワーモジュールの放熱構造において、
前記セラミックスの形状をフレーク状に加工して、前記フレーク状の各セラミックスを前記絶縁樹脂シートの厚さ方向に積層状に配置してなることを特徴とするパワーモジュールの放熱構造。
【請求項２】
前記フレーク状の各セラミックスは、円盤状の薄肉にスライスされた形状を成し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放熱構造。
【請求項３】
前記絶縁樹脂シートの樹脂部分が前記フレーク状のセラミックス間に略均一に分布されている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放熱構造。
【請求項４】
前記フレーク状の各セラミックスは、前記絶縁樹脂シートの層内において互いに空間的に離間して分布配置してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパワーモジュールの放熱構造。
【請求項５】
前記フレーク状の各セラミックスは、前記絶縁樹脂シートの面方向及び厚さ方向において、互いに隣り合うセラミックス間が略等間隔で整列配置してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパワーモジュールの放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールの放熱構造に関し、特に、モータ制御用のインバータ（周波数変換器）回路に使われるパワーモジュールなどのパワー半導体素子を搭載する電子制御ユニットに適用され、パワー回路の電気的絶縁性と放熱性とを両立させる絶縁樹脂シートの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールの放熱構造に関する従来技術としては、例えば特許文献１で開示されたものがある。図３は、表面に凹凸を持つ放熱板、いわゆる放熱フィンを備えたパワーモジュール（以下、「放熱フィン一体型パワーモジュール」と呼ぶ）の構成の一例を示している。この図３に示される放熱フィン一体型パワーモジュールは、パワー半導体素子１４を備えたパワー回路部１２と、ヒートシンクとしての放熱フィン１０とを有し、パワー回路部１２と放熱フィン１０とをセラミックスを含有した絶縁樹脂シート１１により、電気的に絶縁および保持する構成としている。この絶縁樹脂シート１１は、各種セラミックスを含有し、エポキシ樹脂を主成分とする絶縁樹脂シートとなっている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平１１−２０４７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のような絶縁樹脂シートに含有されるセラミッックスは、放熱性向上を目的に、ＡｌＮ，ＳｉＣなどを、球状若しくは棒状に加工されたものが使用されている。図４は、従来の絶縁樹脂シートの断面構造を模式図で示しており、本例での絶縁樹脂シート１Ａは、球状セラミックス３を含有している。図４中に示すように、球状（若しくは棒状）セラミックス３は、絶縁樹脂シート１Ａ内での分布に濃淡があり、粗の部分が発生する。一方、絶縁樹脂シート１Ａは、シート成形時及び接着時に空気等を巻き込むことで、表面にピンホール４及び内部にボイド５が初期欠損として発生する。その際、図４中のＰ１、Ｐ２の部分に示すように、セラミックス３の粗の部分と樹脂中のピンホール４若しくはボイド５とが、シートの厚さ方向に重なると、シート厚みが薄くなった状態と同様になり、絶縁耐圧が低下すると言った問題があった。
【０００４】
本発明は上述のような問題に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、絶縁樹脂シートの成形時及び接着時に発生するピンホールやボイドに起因する絶縁耐圧の低下を抑えることが可能な、パワーモジュールの放熱構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、パワー半導体素子を備えたパワー回路部と放熱フィンとを有し、前記パワー回路部と前記放熱フィンとの間を、セラミックスを含有する絶縁樹脂シートにより電気的に絶縁及び保持するように構成されている、モータ制御用のインバータ回路に使用される放熱フィン一体型パワーモジュールの放熱構造に関するものであり、本発明の上記目的は、前記セラミックスの形状をフレーク状に加工して、前記フレーク状の各セラミックスを前記絶縁樹脂シートの厚さ方向に積層状に配置してなることによって達成される。
【０００６】
さらに、前記フレーク状の各セラミックスは、円盤状の薄肉にスライスされた形状を成していること、前記絶縁樹脂シートの樹脂部分が前記フレーク状のセラミックス間に略均一に分布されていること、前記フレーク状の各セラミックスは、前記絶縁樹脂シートの層内において互いに空間的に離間して分布配置してなること、前記フレーク状の各セラミックスは、前記絶縁樹脂シートの面方向及び厚さ方向において、互いに隣り合うセラミックス間が略等間隔で整列配置してなること、によってそれぞれ一層効果的に達成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、絶縁樹脂シートに、フレーク状に加工したセラミックスを積層状に配置して含有させた構造としているので、絶縁の機能をする樹脂部分をセラミックス間に確実に分布させることができ、絶縁耐圧を容易に確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明に係るパワーモジュールに適用される絶縁樹脂シートの断面構造を示す模式図である。図１に示される絶縁樹脂シート１は、モータ制御用のインバータ回路に使用されるパワーモジュールなど、パワー半導体素子を搭載する電子制御ユニットのパワー回路の電気的絶縁性と放熱性とを両立させる絶縁樹脂シートである。
【０００９】
なお、絶縁樹脂シート１を備えたパワーモジュールの全体構成は、背景技術で例示した放熱フィン一体型パワーモジュールと同様であるため説明を省略し、以下、本発明に係る絶縁樹脂シートの構造について説明する。
【００１０】
絶縁樹脂シート１に含有されるセラミックス２は、セラミックスの形状をフレーク状（薄板状）に加工したもの（以下、「フレーク状セラミックス」と呼ぶ）を使用する。フレーク状セラミックス２は、図２（Ａ）又は（Ｂ）の断面形状の例に示すように、円盤状の薄肉にスライスされた形状を成している。本例のフレーク状セラミックス２は、周縁側と比較して中央側が厚い凸レンズ状の形状に成形されている。その中央部の厚さは、従来の球状若しくは棒状に加工されたセラミックスの厚さ（径）と比較して薄い方が好ましく、図１の例では、図２（Ｂ）に示されるフレーク状セラミックス２Ｂを使用している。なお、フレーク状セラミックス２の扁平面方向の形状は、円形に限るものではなく、楕円，矩形，多角形など所定の形状で良い。
【００１１】
上述のようにフレーク状に加工したセラミックス２を絶縁樹脂シート１に含有することで、積層状の断面構造を実現することができる。そして、絶縁機能をする樹脂部分をセラミックス間に確実に分布させることで、絶縁耐圧を容易に確保することができる。
【００１２】
以下、図１を参照して、本発明に係る絶縁樹脂シート１の構造について詳細に説明する。本例の絶縁樹脂シート１は、各フレーク状セラミックス２を絶縁樹脂シート１の厚さ方向に積層状に配置した構成としている。本例では、積層状に配置される各セラミックス２は、それぞれの層面において、互いに隣り合う各セラミックス２の間隔は、円盤状のセラミックス２の径よりも短い間隔となっており、一方の層面に配置される各セラミックス２の扁平面部が、他方の層面に配置される各セラミックス２の間の隙間を埋めるように層設されている。
【００１３】
積層状に配置する各セラミックス２は、絶縁樹脂シート１の層内において互いに空間的に離間して分布配置し、また、絶縁樹脂シート１の面方向及び厚さ方向において、互いに隣り合うセラミックス２の間隔が略等間隔で整列配置した構成とするのが好ましい。
【００１４】
上述のような構成とすることにより、絶縁樹脂シートの樹脂部分がフレーク状のセラミックス間に略均一に分布された絶縁樹脂シート１を実現している。
【００１５】
上述のようなフレーク状セラミックス２を含有する絶縁樹脂シート１は、放熱フィンに加圧熱圧着により接着が行われており、シート成形及び接着時の加圧で、面方向が上下になるように加工される。そのシート成形及び接着時に、図１中に示すようなピンホール４及びボイド５が初期欠損として発生しても、フレーク状のセラミックス２の重なりにより、絶縁の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るパワーモジュールに適用される絶縁樹脂シートの断面構造を示す模式図である。
【図２】本発明に係るフレーク状セラミックスの断面形状の例を示す模式図である。
【図３】放熱フィン一体型パワーモジュールの構成の一例を示す模式図である。
【図４】パワーモジュールに適用される従来の絶縁樹脂シートの断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  絶縁樹脂シート
２  フレーク状セラミックス
３  球状セラミックス
４  ピンホール
５  ボイド
１０  ヒートシンク（放熱フィン）
１１，１Ａ  絶縁樹脂シート
１２  パワー回路部
１３  はんだ
１４  パワー半導体素子
【図１】
2008192950.tif 000003
【図２】
2008192950.tif 000004
【図３】
2008192950.tif 000005
【図４】
2008192950.tif 000006