(57)【要約】【課題】  放熱経路を確保しながら信頼性及び製造性を向上させたパワーモジュールを提供する。【解決手段】  第１主面及び第１主面とは反対側の第２主面を有する放熱層１３と、放熱層１３の第１主面の上に配置された絶縁層１２と、絶縁層１２に設けられた電流回路用配線部１１と、絶縁層１２の上に配置され、電流回路用配線部１１に電気的に接続された複数のスイッチング素子１０と、電流回路用配線部１１に電気的に接続された複数の外部端子２０と、絶縁層１２，電流回路用配線部１１，スイッチング素子１０，放熱層１３の第１主面の全て、及び、放熱層１３の第２主面の一部を封止した樹脂２とを備えたパワーモジュールを構成する。【選択図】図３
2008118067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面及び該第１主面とは反対側の第２主面を有する放熱層と、
前記放熱層の前記第１主面の上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層に設けられた電流回路用配線部と、
前記絶縁層の上に配置され、前記電流回路用配線部に電気的に接続された複数のスイッチング素子と、
前記電流回路用配線部に電気的に接続された複数の外部端子と、
前記絶縁層、前記電流回路用配線部、前記スイッチング素子、前記放熱層の前記第１主面の全て、及び、該放熱層の前記第２主面の一部を封止した樹脂と、を備えたことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
請求項１記載のパワーモジュールにおいて、
前記放熱層の前記第２主面において、前記樹脂で封止された領域以外の部分は、該放熱層が外部に露出した露出領域を有す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記載のパワーモジュールにおいて、
前記放熱層の前記第２主面の表面と該第２主面側を封止した前記樹脂の表面は、高さが互いに異なっ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３記載のパワーモジュールにおいて、
前記スイッチング素子は、前記放熱層の露出領域の上部に搭載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記載のパワーモジュールにおいて、
前記放熱層の平面形状は長方形であり、
前記放熱層における前記第２主面の四辺の少なくとも一部が、前記樹脂により封止されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項６】
請求項５記載のパワーモジュールにおいて、
前記放熱層における前記第２主面の四辺のうち長手側両端が前記樹脂により封止されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項７】
請求項５記載のパワーモジュールにおいて、
前記放熱層における前記第２主面の長手側両端及び短手側両端の全てが前記樹脂により封止されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項８】
請求項５記載のパワーモジュールにおいて、
前記放熱層における前記第２主面の長手側両端，短手側両端、及び、該第２主面の内部の一部が前記樹脂により封止されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項９】
請求項５記載のパワーモジュールにおいて、
前記放熱層は、銅合金材料からなることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１０】
請求項５記載のパワーモジュールにおいて、
前記外部端子は、前記配線層との接続部において、段差部を有することを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１１】
請求項５記載のパワーモジュールにおいて、
前記スイッチング素子は、表面電極パッド及び裏面電極パッドを融資、
前記スイッチング素子の裏面電極パッドは、前記電流回路用配線部に鉛フリーはんだにて接続されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１２】
請求項５記載のパワーモジュールにおいて、
前記複数の外部端子は、モータを駆動するための電流が流れる第１端子と、制御信号を伝達するための第２端子とを含み、
前記第１端子の幅は、前記第２端子の幅より大きいことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１３】
請求項１２記載のパワーモジュールにおいて、
前記スイッチング素子の表面電極パッドの少なくとも一部は、前記電流回路用配線部に導電性の帯状架橋体を介して鉛フリーはんだにて接続されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１４】
請求項１２記載のパワーモジュールにおいて、
前記絶縁層は、酸化アルミニウムからなることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１５】
請求項１２記載のパワーモジュールにおいて、
前記電流回路用配線部は、銅合金材料からなる配線厚さ１００μｍ以上の厚さを有する配線であることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１６】
請求項１記載のパワーモジュールにおいて、
前記放熱層の前記第２主面を封止した樹脂の厚さは、該第２主面の中央部と周辺部とで異なっており、
前記中央部を封止した樹脂は、前記周辺部を封止した樹脂より薄いことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１７】
モータと、
金属で形成され、前記モータの上に配置されたパワーモジュール取付け部と、
前記モータを駆動するための電流を流すため、前記パワーモジュール取付け部に搭載されたパワーモジュールと、
前記パワーモジュールから延びた大電流通電用の外部端子が接続され、前記パワーモジュールの上部に設けられたバスバー配線板と、
前記パワーモジュールに制御信号を伝達するため、該パワーモジュールから延びた信号通電用の外部端子が接続され、前記バスバー配線板の上部に設けられた樹脂回路基板と、を備えたモータ一体型コントロール装置であって、
前記パワーモジュールは、樹脂で覆われ、該樹脂の内部において、前記モータを駆動するための複数のスイッチング素子を有し、
前記複数のスイッチング素子は、放熱層の上に絶縁層を介して配置されており、
前記放熱層の下面は、外部に露出した露出領域、及び、前記樹脂で覆われた非露出領域を有し、
前記放熱層は、前記露出領域において、前記パワーモジュール取付け部に接続されている、ことを特徴とするモータ一体型コントロール装置。
【請求項１８】
請求項１７記載のモータ一体型コントロール装置において、
前記樹脂で覆われた非露出領域は、前記放熱層の端部に設けられていることを特徴とするモータ一体型コントロール装置。
【請求項１９】
請求項１７記載のモータ一体型コントロール装置において、
前記露出領域における前記放熱層の表面は、前記非露出領域における前記樹脂の表面の高さと異なることを特徴とするモータ一体型コントロール装置。
【請求項２０】
請求項１７記載のモータ一体型コントロール装置において、
前記モータは、ハウジングの内部に配置されており、
前記パワーモジュール取付け部は、前記ハウジングの一部として設けられていることを特徴とするモータ一体型コントロール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールに係り、特に、家電用，産業用，自動車用に用いられ、放熱性を向上させたモータ駆動制御用パワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各分野で使用されるスイッチング素子（例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide 
Semiconductor Field−Effect Transistor：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）)を用いたパワーモジュールは、電子部品の信頼性向上やモジュールの製造性向上を目的として、樹脂による封止構造の採用が多い。このような樹脂封止構造のパワーモジュールは、放熱性を向上させるため、スイッチング素子の搭載されている面を樹脂で覆い、裏面の放熱層を露出させて、外部のモジュール取付け部にグリース等を用いて面接触させることにより、内部のスイッチング素子が発する熱を外部へ放熱させるための放熱経路を確保している。
【０００３】
将来的に、パワーモジュールの多機能化，高出力化、及び、高密度実装化に伴い、パワーモジュールの発熱量は増加傾向にある。信頼性を維持しつつ、放熱経路も確保できるこのような構造を採用することにより、スイッチング素子による発熱を放熱層で熱拡散させ、広い面積でモジュール取付け部へ効率良く放熱させることができる。
【０００４】
例えば、樹脂封止したパワーモジュール構造が、特許文献１（特開２００１−189325号公報に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８９３２５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、従来のパワーモジュールの封止構造は、スイッチング素子の搭載されている面のみを樹脂封止し、放熱層の裏面は露出される構造である。このため、製造時の樹脂硬化における硬化収縮や、冷却時の樹脂収縮，実使用環境温度による膨張収縮等で、パワーモジュール全体に、少なからず反りが発生することが知られている。
【０００７】
パワーモジュールにこのような反りが発生すると、パワーモジュール内部の電子部品の信頼性低下や、放熱層裏面とモジュール取付け面との間隔が拡大することによる放熱性低下を引き起こすことになる。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、パワーモジュールの封止構造において、信頼性及び製造性を維持しつつ、放熱経路の確保も可能なパワーモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のパワーモジュールのうち代表的な一つは、第１主面（上面）及び第１主面とは反対側の第２主面（下面）を有する放熱層と、放熱層の第１主面の上に配置された絶縁層と、絶縁層に設けられた電流回路用配線部と、絶縁層の上に配置され、電流回路用配線部に電気的に接続された複数のスイッチング素子と、電流回路用配線部に電気的に接続された複数の外部端子と、絶縁層，電流回路用配線部，スイッチング素子，放熱層の第１主面の全て、及び、放熱層の第２主面の一部を封止した樹脂とを備えたものである。
【００１０】
また、本発明のモータ一体型コントロール装置のうち代表的な一つは、モータと、金属で形成され、モータの上に配置されたパワーモジュール取付け部と、モータを駆動するための電流を流すため、パワーモジュール取付け部に搭載されたパワーモジュールと、パワーモジュールから延びた大電流通電用の外部端子が接続され、パワーモジュールの上部に設けられたバスバー配線板と、パワーモジュールに制御信号を伝達するため、パワーモジュールから延びた信号通電用の外部端子が接続され、バスバー配線板の上部に設けられた樹脂回路基板とを備え、パワーモジュールは、樹脂で覆われ、樹脂の内部において、モータを駆動するための複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子は、放熱層の上に絶縁層を介して配置されており、放熱層の下面は、外部に露出した露出領域、及び、樹脂で覆われた非露出領域を有し、放熱層は、露出領域において、パワーモジュール取付け部に接続されたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信頼性を向上させたパワーモジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１乃至図３は、本発明の一実施例として、パワーモジュールの好適な構造を示すものである。図１は、本実施例におけるパワーモジュール１をパワーモジュール取付け部３に取付ける前の全体斜視図であり、図２は、図１に示すパワーモジュール１の背面図であり、図３は、パワーモジュール１をパワーモジュール取付け部３へ取付けた後の状態について、図２のIII−III線に沿って示した断面図である。
【００１４】
図１乃至図３に示すように、本実施例のパワーモジュール１は、外部のモータ（図示なし）を駆動制御する複数のスイッチング素子１０と、複数のスイッチング素子１０が実装された電流回路用配線部１１と、絶縁材料からなる絶縁層１２と、複数のスイッチング素子１０の発熱を拡散して放熱する放熱層１３とが、積層された構造を有している。
【００１５】
スイッチング素子１０は、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ等のパワー半導体素子である。また、スイッチング素子１０はベアチップであり、Ｓｉチップが露出された状態で実装されている。
【００１６】
スイッチング素子１０の上面と下面の両方において電極パッドが設けられている。下面の電極パッドと電流回路用配線部１１とは、鉛フリーはんだ１６ｂを用いて接続されている。このようなチップの構成とすることにより、スイッチング素子１０の実装面積を低減し、パワーモジュール１のサイズを縮小させることができる。
【００１７】
また、スイッチング素子１０の裏面の電極パッドは、熱伝導率が高くて環境性に優れた鉛フリーはんだにより、電流回路用配線部１１に接続されるため、スイッチング素子１０の発熱を効率よくパワーモジュール１の下面へ拡散して放熱させることが可能となる。
【００１８】
また、上面の電極パッドと電流回路用配線部１１とは、導電性の帯状架橋体１５を介し、鉛フリーはんだ１６ａを用いて接続されている。この導電性の帯状架橋体１５は、銅合金材料から構成されている。この銅合金材料としては、例えば、熱伝導性が高く、熱膨張率及び電気抵抗率が低いタフピッチ銅材料や無酸素銅材料を用いることが好ましい。ただし、これらに限られず、他の金属材料に比べて極低熱膨張率の特性を有する銅−モリブデン合金材料や、銅−タングステン合金材料等を用いることもできる。
【００１９】
このように、熱伝導性が高く、熱膨張率及び電気抵抗率が低い帯状架橋体１５を用いることで、大電流が通電された際の帯状架橋体１５の自己発熱を効果的に抑制することが可能になる。
【００２０】
また、スイッチング素子１０の表面にある電極パッドの少なくとも一部は、熱伝導率が高くて環境性に優れた鉛フリーはんだを用い、電流回路用配線部１１に導電性の帯状架橋体１５を介して接続される。この結果、スイッチング素子１０の発熱をスイッチング素子１０の上面からも効率よくパワーモジュール１の下面へ拡散放熱することが可能となる。
【００２１】
また、電流回路用配線部１１は、銅合金等の熱伝導性が高くて電気抵抗の低い材料からなる。電流回路用配線部１１の配線の厚さは、１００μｍ以上、好ましくは１００μｍ〜１７５μｍとする。
【００２２】
このような構成とすることにより、スイッチング素子１０の発熱を効率よくパワーモジュール１の下面へ拡散して放熱させることが可能となる。また、大電流が通電される際の配線事態の発熱を抑制することが可能となる。
【００２３】
絶縁層１２としては、熱伝導性及び電気絶縁性のよい材料を用いる。例えば、酸化アルミニウム材，窒化けい素材，窒化アルミニウム材、または、熱伝導の高いアルミナ紛を混入したエポキシ樹脂材等が用いられる。このように、熱伝導性及び電気絶縁性のよい材料を用いることにより、電流回路用配線部１１と放熱層１３との電気絶縁性を確保しつつ、スイッチング素子１０の発熱を効率よくパワーモジュール１の下面へ拡散して放熱させることが可能となる。
【００２４】
放熱層１３としては、例えば、他の金属材料に比べ、熱伝導性が高くて熱膨張率が低い材料であるタフピッチ銅材や無酸素銅材料を用いることが好ましい。ただし、これらに限られず、他の金属材料に比べ熱伝導性がよく比重が小さいアルミニウム合金や、極低熱膨張率の特性を有する銅−モリブデン合金材料や、銅−タングステン合金材料、または、アルミシリコンカーバイトを用いることもできる。このような熱伝導性の高い材料を採用することで、スイッチング素子の発熱をより効率よくパワーモジュール下面へ拡散放熱することが可能となる。
【００２５】
図４に、本実施例のパワーモジュール１において、樹脂封止前の段階のパワーモジュール構造を示す。
【００２６】
パワーモジュール１の電流回路用配線部１１の上には、複数のスイッチング素子１０，断面Ｌ字状の外部端子２０のほかに、電流検出抵抗素子１８及び温度検出素子１９が実装されている。これらの素子を含めて、モータを駆動制御する回路が構成されている。
【００２７】
図５に、本実施例のパワーモジュール１において、樹脂封止前の段階の他のパワーモジュール構造を示す。
【００２８】
図４で示した構成とは異なり、パワーモジュール１の電流回路用配線部１１上に、複数のスイッチング素子１０，断面Ｌ字状の外部端子２０のほかに、スイッチング素子１０等を制御・監視するためのマイクロコンピュータ２２、及び、電源回路を構成する素子２３が実装されている。このように、パワー回路と制御回路とを一体化した回路構成を採用することもできる。
【００２９】
図１乃至図３に示すように、スイッチング素子１０が搭載されているパワーモジュール１の上面及び側面は、全て、硬化型の樹脂２で封止されている。
【００３０】
一方、パワーモジュール１の下面側に配置されている放熱層１３の下面は、その長手側両端において樹脂２で覆われているが、その中央部及び短手側両端は樹脂２で覆われていない。このため、放熱層１３の下面は、長手側両端以外の部分が外部に露出した構成を有している。パワーモジュール１の長手側両端が樹脂２で封止されていることにより、パワーモジュール１における樹脂２の下面と、放熱層１３の下面とは、互いに異なる高さの平面を有するように構成されている。
【００３１】
このように、パワーモジュール１の上面と側面だけではなく、パワーモジュール１の下面に配置される放熱層１３の少なくとも一部を露出し、パワーモジュール１の下面を放熱層１３下面とは異なる高さの平面を有するように樹脂２で封止することにより、パワーモジュール１の上下面の樹脂２の膨張収縮量の差を低減させることが可能になる。また、パワーモジュール１の製造時の樹脂硬化による硬化収縮や、冷却時の樹脂収縮，実使用環境温度による膨張収縮等でのパワーモジュール１の全体の反りを抑制することができる。その結果、信頼性を維持しながら放熱経路の確保が可能となる。
【００３２】
パワーモジュール１の下面に配置される放熱層１３の露出部位、または、薄く樹脂２で封止される部位は、その中心部にスイッチング素子１０が配置されているように形成されることが好ましい。このような構成により、露出部位または薄い樹脂で封止される部位を、スイッチング素子１０が配置されている位置を中心とした最小限の範囲に設けることができるため、パワーモジュール１全体の反りを効果的に抑制して信頼性を高めつつ、効果的な放熱経路の確保が可能となる。
【００３３】
また、このパワーモジュール１の下面側に配置されている放熱層１３の下面の中央部において露出された部分については、これに代えて、例えば、薄い樹脂で封止する構造を採用することもできる。このような構成でも、上記と同様の効果を発揮することができる。また、このように放熱層１３の下面を封止した構成を採用すれば、下面を露出させた構成と比べて、放熱層１３の耐腐食性を向上させることが可能となる。
【００３４】
パワーモジュール１を取付けるためのパワーモジュール取付け部３には、パワーモジュール１の放熱層１３の露出形状に合わせて、凸部４が設けられている。パワーモジュール１の放熱層１３の下面は、グリース１７を介してパワーモジュール取付け部３の凸部４に接着される。パワーモジュール取付け部３は、放熱性の良好な金属等で形成されることが好ましい。
【００３５】
また、パワーモジュール取付け部３には、パワーモジュール１の放熱層１３下面の長手側端面を封止した樹脂２を収納するための収納部５が設けられている。パワーモジュール１の下面における樹脂２は、放熱層１３の平面より突出している。このため、パワーモジュール取付け部３に設けられた収納部５が、パワーモジュール１の樹脂２のうち放熱層
１３より突出した部分を収納するように構成されている。
【００３６】
パワーモジュール１は、モータを駆動制御するため、断面Ｌ字状の銅合金製の外部端子２０を複数備えている。また、外部端子２０の表面には、はんだ濡れ性と接続強度を考慮して、例えば、ＳｎめっきやＳｎ−Ｂｉめっきが施されている。
【００３７】
パワーモジュール１には、外部端子２０として、大電流通電用の外部端子２０ａと、信号通電用の外部端子２０ｂの２種類の端子が設けられている。大電流通電用の外部端子
２０ａには、スイッチング素子１０を介して、外部電源から流れるモータ駆動用の大電流が流れる。また、信号通電用の外部端子２０ｂには、モータに流れる電流のオン／オフを制御するための制御信号が入力され、スイッチング素子１０の制御端子に伝達される。すなわち、信号通信用の外部端子２０ｂを介して入力される制御信号に基づき、大電流通電用の外部端子２０ａを介して、モータを駆動するための大電流が流れる。
【００３８】
大電流通電用の外部端子２０ａには、モータを駆動するための大電流が流れるため、その幅が、信号通電用の外部端子２０ｂの幅より大きいものが用いられる。ただし、モータを駆動するための電流の大きさ等を考慮して、大電流通電用の外部端子２０ａ及び信号通電用の外部端子２０ｂを同じ大きさ形状を有するものを用いることもできる。
【００３９】
また、本実施例では、大電流通電用の外部端子２０ａは、パワーモジュール１の長手側両辺に配置されている。一方、信号通電用の外部端子２０ｂは、長手側一辺にのみ配置されている。ただし、このような配置に限られず、熱やノイズによる影響等を考慮して、適宜変更することができる。
【００４０】
大電流通電用の外部端子２０ａ及び信号通電用の外部端子２０ｂは、電流回路用配線部１１に設けられた接続部１４に鉛フリーはんだを用いて接続されている。鉛フリーはんだとしては、Ｓｎ−Ｃｕはんだ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉはんだ等が用いられるが、特にこれらに限られない。
【００４１】
大電流通電用の外部端子２０ａ及び信号通電用の外部端子２０ｂは、接続部１４において、段差部２１が設けられている。段差部２１により、接続部１４以外の部分において、絶縁層１２と外部端子２０との間の距離が大きくなっている。このように、絶縁層１２の端部と大電流通電用の外部端子２０ａ及び信号通電用の信号端子２０ｂとの間に十分な隙間を設けることで、モールド成形時の樹脂２の流動性を向上させることができるため、生産性を向上させることが可能となる。
【００４２】
パワーモジュール取付け部３には、パワーモジュール１の下面に露出された放熱層１３の露出形状に合わせて、凸部４が設けられている。パワーモジュール１は、熱伝導性が高いグリース１７を介して面接触させることによりパワーモジュール取付け部３に取付けられる。このような構成により、パワーモジュール１の下面からモジュール取付け部３への放熱経路の確保が可能となる。
【００４３】
なお、グリース１７に代えて、熱伝導性の高い放熱シートや、シリコン系の接着剤を用いることもできる。
【００４４】
図６は、本発明におけるパワーモジュールの第２の実施例を示したものである。
【００４５】
本実施例のパワーモジュール１では、放熱層１３の下面において、放熱層１３の長手側両端及び短手側両端を全て樹脂２で封止されている。実施例１の構成では、放熱層１３の長手側両端のみを樹脂２で封止していたが、本実施例のように長手側両端及び短手側両端の双方、すなわち四辺全てを樹脂２で封止することにより、放熱経路を確保しつつ、パワーモジュール１全体の反りをより効果的に抑制することが可能になる。その結果、より信頼性を向上させたパワーモジュールを提供することができる。
【００４６】
図７は、本発明におけるパワーモジュールの第３の実施例を示したものである。
【００４７】
本実施例のパワーモジュール１では、放熱層１３の下面において、実施例２と同様に放熱層１３の四辺全てを樹脂２で封止するだけではなく、その中央部にも、樹脂２で封止する箇所が設けられている。このような構成により、放熱層１３の露出を最小限にして、放熱性及び信頼性を確保することができる。
【００４８】
このとき、効果的に放熱させるため、放熱層１３の露出領域の上部にスイッチング素子１０が搭載されるように構成することが好ましい。このため、中央部の樹脂２は、スイッチング素子１０の搭載領域を避けるように封止されることが好ましい。
【００４９】
図８は、本実施例のパワーモジュール１を搭載したモータ一体型コントロール装置の外観図であり、図９は、図８のモータ一体型コントロール装置の分解図である。
【００５０】
モータ一体型コントロール装置３０は、例えば、電動パワーステアリングの制御システムに用いられる。モータ一体型コントロール装置３０は、モータ３１，モータ３１を駆動制御するモータコントロール装置３３、これらを収容するハウジング３７、及び、ハウジング３７の開口を閉塞するカバー３９を主に備えている。モータ３１からは、モータシャフト３２（回転軸）が突出しており、モータシャフト３２の外周に支持フランジ部３８が固着されている。
【００５１】
モータコントロール装置３３は、ハウジング３７内において、モータ３１のモータシャフト３２と平行に（回転軸の周りに）配置されている。モータコントロール装置３３は、モータ３１の駆動出力を制御するためのマイクロコンピュータを搭載した樹脂回路基板
３４と、モータ３１へ大電流を供給するための経路となるバスバー配線板３５と、樹脂回路基板３４からの制御信号に基づいてモータ３１を駆動するための大電流を流すパワーモジュール１と、電源用リレー，モータリレー，コイル、及び、コンデンサ等を含んだ受動部品３６と、を備えている。
【００５２】
樹脂回路基板３４，バスバー配線板３５、及び、パワーモジュール１は、ハウジング
３７内の開口から底部に向かって順次配置されている。パワーモジュール１は、モータ
３１の上部にあるパワーモジュール取付け部３に搭載される。パワーモジュール１の大電流通電用の外部端子２０ａは、パワーモジュール１の上部に設けられているバスバー配線板３５に接続されている。また、パワーモジュール１の信号通電用の外部端子２０ｂは、バスバー配線板３５の上部に設けられた樹脂回路基板３４に接続されている。
【００５３】
パワーモジュール１は、ハウジング３７内のモータ３１に近接したパワーモジュール取付け部３に搭載されている。パワーモジュール取付け部３は、ハウジング３７の一部として設けられている。
【００５４】
パワーモジュール１は樹脂２で覆われ、樹脂の内部にて、モータ３１を駆動するための複数のスイッチング素子１０を有する。複数のスイッチング素子１０は、放熱層１３の上に絶縁層１２を介して配置されており、放熱層１３は、外部に露出した露出領域及び樹脂２で覆われた非露出領域を有する。放熱層１３は、露出領域において、パワーモジュール取付け部３に接続されている。樹脂２で覆われた非露出領域は、放熱層１３の端部に設けられている。
【００５５】
モジュール取付け部３には、パワーモジュール１下面の放熱層１３の露出形状に合わせて、凸部４が設けられている。このため、スイッチング素子１０の発熱を効率よくパワーモジュール１下面のハウジング３７底部へ拡散放熱することが可能となる。
【００５６】
このように、パワーモジュール１からの発熱を効率的にハウジングを通じて放熱させるため、パワーモジュール１は、バスバー配線板３５とモータ３１との間に位置するように設けられている。また、モータ３１を駆動するための大電流が制御信号に及ぼす影響を小さくするため、制御信号を生成するマイクロコンピュータが搭載された樹脂回路基板３４は、パワーモジュール１及びバスバー配線板３５の上部に配置されている。この結果、パワーモジュール１及びバスバー配線板３５は、モータ３１と樹脂回路基板３４の間に配置されている。
【００５７】
また、受動部品３６は、電圧変動の平滑化や昇圧回路を構成するため、大きなコンデンサやコイル等を有する。このため、受動部品３６を、バスバー配線板３５の横にまとめて配置することにより、モータ一体型コントロール装置３０の小型化を図っている。
【００５８】
図１０に、本実施例におけるパワーモジュール１の製造工程の概略図を示す。［Ｉ］〜［VII］に示す製造工程を経ることにより、パワーモジュール１が製造される。
【００５９】
［Ｉ］工程では、銅合金材料からなる配線厚さ１７５μｍの電流回路用配線部１１と、エポキシ樹脂材からなる絶縁層１２と、タフピッチ銅からなる放熱層１３が積層されている構造の金属基板上に鉛フリーはんだペーストを印刷し、複数のスイッチング素子１０と、電流検出抵抗素子１８と、温度検出素子１９等の半導体素子を搭載したサブモジュール４１に、予め銅合金製の平板をプレス加工にて打抜き製作した端子フレーム４０付き外部端子２０を電流回路用配線部１１上のはんだペースト上に搭載する。なお、段差部２１はプレス加工時に予め設けている。
【００６０】
［II］工程では、前工程のサブモジュール４１上のはんだ付けを実施するため、リフロー炉内に投入する。はんだ付け工程後は、はんだに含まれるフラックス材の残渣などサブモジュール４１表面の汚れを溶剤洗浄やプラズマ洗浄にて洗浄する。また、スイッチング素子１０上の一部電極と電流回路配線部１１をアルミワイヤにてボンディング接続する。
【００６１】
［III］工程では、前工程のサブモジュール４１を射出成形機の金型内にセットし、エポキシ系硬化型樹脂２にてサブモジュール４１を樹脂封止し、金型より取外す。
【００６２】
［IV］工程では、前工程の樹脂封止時にサブモジュール４１の周囲に形成された不要樹脂部（樹脂バリ）４２を除去する。
【００６３】
［Ｖ］工程では、前工程のサブモジュール４１に搭載された外部端子２０と端子フレーム４０との一部をプレス加工にて分断する。
【００６４】
［VI］工程では、前工程のサブモジュール４１に搭載された外部端子２０をＬ字状にプレス加工にて曲げる。
【００６５】
［VII］工程では、前工程のサブモジュール４１に搭載された外部端子２０と端子フレーム４０とをプレス加工にて分断する。
【００６６】
このように、本実施例によれば、放熱経路を確保しつつ信頼性及び製造性を向上させたパワーモジュールを提供することが可能となる。
【００６７】
より具体的には、本実施例によれば、複数のスイッチング素子が搭載されているパワーモジュール１の上面及び側面だけではなく、パワーモジュール１の下面に配置する放熱層１３の少なくとも一部が露出、もしくは、一部が薄く樹脂で封止され、パワーモジュール１下面とは異なる高さの平面を有するように硬化型の樹脂２で封止されている。このような構成により、パワーモジュール１の上下面に設けられた樹脂２の膨張収縮量の差が低減可能となり、パワーモジュール１の製造時の樹脂硬化における硬化収縮や、冷却時の樹脂収縮、実使用環境温度による膨張収縮等によるパワーモジュール１全体の反りを抑制することができる。この結果、放熱経路を確保しつつ、信頼性の高いパワーモジュール１を提供することが可能となる。
【００６８】
以上、本発明の実施例を具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６９】
例えば、実施例１では、パワーモジュール１の下面の長手側両端を全て樹脂２で覆う構成を説明したが、これに限られず、長手側両端の一部を露出させ、部分的に樹脂２で覆うような構成とすることも可能である。これは、実施例２や実施例３の場合にも同様である。放熱経路を確保するように放熱層１３の下面の一部が露出していれば、樹脂２をどのような形状で封止したものであっても構わない。
【００７０】
また、本発明の実施例では、ベアチップであるスイッチング素子１０を前提として説明したが、これに代えて、予め樹脂封止されたスイッチング素子を用いて実装することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施例１におけるパワーモジュールをモジュール取付け部に取付ける前の全体斜視図。
【図２】図１のパワーモジュールの背面図。
【図３】パワーモジュールをモジュール取付け部３へ取付けた後の状態を示した図２のIII−III線に沿った断面図。
【図４】実施例１におけるパワーモジュールの樹脂封止前の正面図。
【図５】本発明の他の実施形態におけるパワーモジュールの樹脂封止前の正面図。
【図６】実施例２におけるパワーモジュールの背面図。
【図７】実施例３におけるパワーモジュールの背面図。
【図８】実施例１におけるパワーモジュールを搭載したモータ一体型コントロール装置の外観図。
【図９】図８のモータ一体型コントロール装置の分解図。
【図１０】実施例１におけるパワーモジュールの製造工程の概略図。
【符号の説明】
【００７２】
１  パワーモジュール
２  樹脂
３  パワーモジュール取付け部
４  凸部
５  収納部
１０  スイッチング素子
１１  電流回路用配線部
１２  絶縁層
１３  放熱層
１４  接続部
１５  帯状架橋体
１６ａ，１６ｂ  はんだ
１７  グリース
１８  電流検出抵抗素子
１９  温度検出素子
２０  外部端子
２０ａ  大電流通電用の外部端子
２０ｂ  信号通電用の外部端子
２１  段差部
２２  マイクロコンピュータ
２３  素子
３０  モータ一体型コントロール装置
３１  モータ
３２  モータシャフト
３３  モータコントロール装置
３４  樹脂回路基板
３５  バスバー配線板
３６  受動部品
３７  ハウジング
３８  支持フランジ部
３９  ハウジングカバー
４０  端子フレーム
４１  サブモジュール
４２  不要樹脂部
【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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