(57)【要約】【課題】部分放電を低減することにより、製品の長寿命化が可能となるパワー半導体モジュールを得る。【解決手段】本発明に係るパワー半導体モジュールは、放熱板１と、放熱板１上に取り付けられた回路基板２と、回路基板２上に設けられた導電パターン１０と、導電パターン１０を覆う低誘電率膜１１と、回路基板２を囲うように放熱板１上に設けられたケース７と、ケース７内に充填された柔軟絶縁物９とを有する。低誘電率膜１１は、シリコンゴム、ポリイミド、エポキシ樹脂の何れかであることが望ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板と、
前記放熱板上に取り付けられた回路基板と、
前記回路基板上に設けられた導電パターンと、
前記導電パターンを覆う低誘電率膜と、
前記回路基板を囲うように前記放熱板上に設けられたケースと、
前記ケースの上部に配置されたふたと、
前記ケース内に充填された柔軟絶縁物とを有することを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記低誘電率膜は、シリコンゴム、ポリイミド、エポキシ樹脂の何れかであることを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記導電パターンのコーナー部が丸いことを特徴とする請求項１又は２に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項４】
放熱板と、
前記放熱板上に取り付けられた回路基板と、
前記回路基板上に設けられた円状の導電パターンと、
前記回路基板を囲うように前記放熱板上に設けられたケースと、
前記ケース内に充填された柔軟絶縁物とを有することを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項５】
前記導電パターンを覆う低誘電率膜を更に有することを特徴とする請求項４に記載のパワー半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部分放電を低減することにより、製品の長寿命化が可能となるパワー半導体モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパワー半導体モジュールとして、放熱板と、放熱板上に取り付けられた回路基板と、回路基板上に設けられた導電パターンと、回路基板を囲うように放熱板上に設けられたケースと、ケース内に充填された柔軟絶縁物とを有し、そして絶縁耐圧特性の信頼性向上の観点から導電パターンの外周部に接して回路基板の上面に固体絶縁物を設けるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７６１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、パワー半導体モジュールは、高印加電圧中で使用されることにより、パワー半導体モジュールの内部の浮遊電位部分から部分放電が発生し、絶縁不良を生じる場合がある。特に、複雑な形状をした両面電極付駆動回路基板では部分放電が発生しやすいことが判明している。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、部分放電を低減することにより、製品の長寿命化が可能となるパワー半導体モジュールを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るパワー半導体モジュールは、放熱板と、放熱板上に取り付けられた回路基板と、回路基板上に設けられた導電パターンと、導電パターンを覆う低誘電率膜と、回路基板を囲うように放熱板上に設けられたケースと、ケース内に充填された柔軟絶縁物とを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、部分放電を低減することにより、製品の長寿命化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るパワー半導体モジュールを示す断面図であり、図２はその上面図である。このパワー半導体モジュールは、複数のＩＧＢＴを並列接続し、共通のコレクタ端子、エミッタ端子、ゲート端子を備えることで高耐圧・大電流特性を得るように構成された回路ブロックを複数内蔵している。参考までにその１ブロックについて等価回路で表すと図３のようになる。
【０００９】
金属製のベース板１（放熱板）上に、駆動回路基板２（回路基板）とパワー半導体回路基板３、中継回路基板１３が取り付けられている。それぞれの回路基板は、セラミックスなどの絶縁基板の両面に銅又はアルミ等からなる導電（電極）パターン１０が設けられるようにして構成されており、パワー半導体回路基板３の導電パターン上には絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）４ａとフリーホイールダイオード（ＦＷＤｉ）４ｂなどのパワー半導体素子（チップ）４が、また駆動回路基板２の導電パターン上にはチップ抵抗１４がはんだ等の導電性接着部材を使って接合されている。パワー半導体素子４における電極（ＩＧＢＴ４ａのエミッタ、ゲート及びＦＷＤｉ４ｂにおけるアノード）は、Ａｌなどのワイヤ５を使って、駆動回路基板２や中継回路基板１３に電気的に接続されている。ここで整理をしておくと、ＩＧＢＴ４ａのエミッタ電極とＦＷＤｉ４ｂのアノード電極は中継回路基板の導電パターン１０に、ＩＧＢＴ４ａのゲート電極は駆動回路基板２の導電パターン１０にそれぞれワイヤ５を介して接続され、ＩＧＢＴ４ａのコレクタ電極とＦＷＤｉ４ｂのカソード電極とは互いにパワー半導体回路基板３の導電パターン１０を介して接続されている。そして、駆動回路基板２、パワー半導体回路基板３及び中継回路基板１３を囲うようにベース板１上に樹脂性のケース７が設けられ、ケース７の上部にふた８が配置されている。さらに、ケース７内には、気密性と絶縁を保つためシリコンゲル９（柔軟絶縁物）が充填されている。また、それぞれの回路基板は電極端子接合領域１５を備え、この電極端子接合領域１５には図示していないが装置外部との電気的接続を実現する電極端子が取り付けられている。なお、この説明にあたっては、パワー半導体回路基板３と中継回路基板１３とは異なる基板として分離されているが、同じ１つの絶縁基板上に導電パターンの形成領域を分けて構成されるようにしてもよい。
【００１０】
図４は、図１のＡ部の拡大断面図である。駆動回路基板２上には、銅、アルミ等の金属から成る導電パターン１０が設けられている。そして、導電パターン１０を覆うように低誘電率膜１１が設けられている。これにより、複雑な形状をした駆動回路基板２における部分放電を低減することができるため、製品の長寿命化が可能となる。なお、パワー半導体回路基板３及び中継回路基板１３については、従来技術と同様に導電パターンの外周部に接して絶縁基板の上面に低誘電率膜１１を設けるようにすることで絶縁耐圧の向上は望め、駆動回路基板２のように導電パターンを覆う必要はない。
【００１１】
ここで、低誘電率膜１１として、シリコンゴム、ポリイミド、エポキシ樹脂などを用いることができる。特に、低誘電率膜１１としてシリコンゴムを用いればアセンブリが容易となり、ポリイミドを用いれば耐熱性が向上し、エポキシ樹脂を用いればヒートサイクル性が向上する。
【００１２】
なお、低誘電率膜１１の形成工程に関して簡単に説明しておくと、駆動回路基板２の場合、まず駆動回路基板２の導電パターン上における所定の位置にチップ抵抗１４をはんだ等により接合し、駆動回路基板２の導電パターンにおけるワイヤボンディング位置とパワー半導体回路基板３上のパワー半導体素子４、具体的にはＩＧＢＴ４ａのゲート電極との間をアルミワイヤの超音波接合などによって繋ぐ。次に、電極端子を導電パターン１０における電極端子接合領域１５にはんだ等により接合した後、導電パターン１０を覆うように低誘電率膜１１を塗布する。一方、パワー半導体回路基板３や中継回路基板１３における低誘電率膜１１の形成は、パワー半導体回路基板３の導電パターン上における所定の位置にパワー半導体素子４をはんだ等で接合した後、ワイヤボンディングや電極端子の接合を行う前に、導電パターンの外周部に接して絶縁基板の上面に塗布する。
【００１３】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る駆動回路基板を示す上面図である。本実施の形態では、導電パターン１０のコーナー部が丸い。その他の構成は実施の形態１と同様である。これにより、実施の形態１よりも部分放電を低減することができるため、製品の更なる長寿命化が可能となる。
【００１４】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る駆動回路基板を示す上面図である。本実施の形態では、導電パターン１０が円状である。そして、導電パターン１０を低誘電率膜１１で覆っていない。その他の構成は実施の形態１と同様である。これにより、複雑な形状をした駆動回路基板２における部分放電を低減することができるため、製品の長寿命化が可能となる。
【００１５】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４に係る駆動回路基板を示す上面図である。本実施の形態では、導電パターン１０を低誘電率膜１１で覆っている。その他の構成は実施の形態３と同様である。これにより、実施の形態３よりも部分放電を低減することができるため、製品の更なる長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパワー半導体モジュールを示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るパワー半導体モジュールを示す上面図である。
【図３】図２に示すパワー半導体モジュールにおける１つの回路ブロックの等価回路である。
【図４】図１のＡ部の拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る駆動回路基板を示す上面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る駆動回路基板を示す上面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る駆動回路基板を示す上面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  ベース板（放熱板）
２  両面電極付駆動回路基板（回路基板）
７  ケース
８  ふた
９  シリコンゲル（柔軟絶縁物）
１０  導電パターン
１１  低誘電率膜
【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】
2008085169.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月17日(2006.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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