(57)【要約】【課題】  パワーモジュールを小型化するとともに、配線損失を低減する。【解決手段】  パッケージ２１には半導体チップ２２が収納され、パッケージ上には入力端子２３ａ及び２３ｂと１つの出力端子２４が形成され、入力端子にはスナバコンデンサが接続されている。そして、入力端子から入力される電力を半導体チップによるスイッチング動作によって変換して出力端子から出力する。入力端子及び出力端子が三角形の頂点を規定するようにして、パッケージの一面上に形成されており、この三角形は、例えば、入力端子を結ぶ線分を底辺する二等辺三角形である。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが収納されたパッケージと、該パッケージ上に形成された一対の入力端子と１つの出力端子とを有し、前記入力端子から入力される電力を前記半導体チップによるスイッチング動作によって変換して前記出力端子から出力するパワーモジュールであって、
前記入力端子及び前記出力端子が三角形の頂点を規定するようにして、前記パッケージの一面上に形成され、前記パッケージ内に少なくとも二つのスイッチ素子が収納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】
前記三角形は、前記入力端子同士を結ぶ線分を底辺とする二等辺三角形であることを特徴とする請求項１記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記パッケージは直方体形状であり、前記入力端子はそれぞれ前記パッケージの一面上に互いに対向する辺に対応付けて配設され、前記パッケージの一面上で前記出力端子は前記入力端子が対応付けられた辺と異なる辺に対応付けられて配設されていることを特徴とする請求項２記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記入力端子及び前記出力端子で規定される前記パッケージの一面上の領域に制御基板が配置されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のパワーモジュール。
【請求項５】
半導体チップが収納されたパッケージと、該パッケージ上に形成された一対の入力端子と１つの出力端子とを有し、前記入力端子から入力される電力を前記半導体チップによるスイッチング動作によって変換して前記出力端子から出力するパワーモジュールであって、
前記入力端子及び前記出力端子が三角形の頂点を規定するようにして、前記パッケージの一面上に形成され、
前記パッケージの一面の所定の箇所には窪まされた開放部が形成され、前記パッケージの一面に制御基板が、該制御基板に実装された部品を前記開放部に挿入した状態で前記パッケージの一面に実装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】
前記パッケージ内に充填されたゲル状安定剤で前記部品を固定するようにしたことを特徴とする請求項５記載のパワーモジュール。
【請求項７】
半導体チップが収納されたパッケージと、該パッケージ上に形成された一対の入力端子と１つの出力端子とを有し、前記入力端子から入力される電力を前記半導体チップによるスイッチング動作によって変換して前記出力端子から出力するパワーモジュールであって、
前記入力端子及び前記出力端子が三角形の頂点を規定するようにして、前記パッケージの一面上に形成され、
前記入力端子の配列方向に対応した前記パッケージの側面に窪み部が形成され、該窪み部に予め定められた部品を配設した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、インバータ装置等の電力変換装置に用いられる電力変換用のパワーモジュールに関し、特に、パワーモジュールのパッケージ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力変換用パワーモジュールでは、パッケージ内にスイッチング回路等のチップが配置され、パッケージの表面には入力端子及び出力端子が備えられるとともに制御端子が備えられている。さらに、パッケージの一面（例えば、反対面）側にスナバ回路及び駆動回路が配置され、例えば、スナバ回路及び駆動回路は同一の制御基板上に配置されて、この制御基板をパッケージ上に固定する際には、スペーサ等をパッケージの一面に配置している。
【０００３】
パワーモジュールは、例えば、図９（ａ）の等価回路に示すように、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１８ａをスイッチング素子として用い、２つのＩＧＢＴ１８ａを直列に接続して、この直列接続回路の両端を直流端子１８ｂ、その接続点１８ｃを交流端子とし外部に主端子１８ｄとして導出するようにしている。そして、通常、スイッチ素子には逆並列にＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）１８ｅが接続されている。なお、ＩＧＢＴ１８ａのゲートは制御端子１８ｆに接続される。また、インバータ装置は、上述のパワーモジュールを複数個並列に接続して構成される。
【０００４】
さらに、ＩＧＢＴの駆動回路は、パワーモジュール内に設けられる場合と、パワーモジュール外に設けられる場合とがあり、図９（ｂ）の等価回路に示すように、ＩＧＢＴの駆動回路１８ｇをパワーモジュール内に設けた装置をＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）と呼ぶ。
図９（ａ）に示すパワーモジュールや図９（ｂ）に示すＩＰＭをインバータ装置に組み込む際には、該モジュールにインバータ装置の制御回路が搭載されたプリント配線板が接続される。
図９（ａ）に示すパワーモジュールでは、ＩＧＢＴの駆動回路がインバータ装置の制御回路と共に前記プリント配線板上に搭載される。
【０００５】
ここで、図８（ａ）を参照して、従来のパワーモジュール１０はそのパッケージ１１の表面に二つの入力端子１１ａ及び１１ｂと一つの出力端子１１ｃが形成されており、これら入力端子１１ａ及び１１ｂと出力端子１１ｃはパッケージ１１の表面に一列に配置され、しかも、パッケージ１１の表面から上方に突出している。
【０００６】
インバータ装置を構成する際には、複数のパワーモジュール１０が用いられ、図８（ｂ）に示すように、第１の連結部材１２で各入力端子（＋側）１１ａを連結するとともに、第２の連結部材１３で各入力端子（−側）１１ｂを連結する。そして、各モジュール１０の表面に搭載されたスナバコンデンサ１４が第１及び第２の連結部材１２及び１３に接続される。そして、各出力端子１１ｃには出力部１５が取り付けられ、主入力端子（＋側）１６が第１の連結部材１２に接続され、主入力端子（−側）１７が第２の連結部材１３に接続され、主入力端子１６及び１７に直流電源が接続されると、出力部１５から交流電力が出力されることになる。なお、図８（ｂ）に示すように、第１及び第２の連結部材１２及び１３と主入力端子１６及び１７との間には電解コンデンサ（平滑コンデンサ）１９が配置される。また、図８（ａ）では省略されているが、前述の制御端子１８ｆを規定する制御端子群１８ｈがパワーモジュール１０上に設けられる。
【０００７】
一方、パワーモジュールにおいて、スナバ回路との接続が簡便とするため、パッケージの上面に主回路端子、制御端子、及びパッケージに搭載したインバータ装置側のプリント配線板を定位置に固定する一対のプリント板固定端子を備えて、一対のプリント板固定端子をスナバ回路接続用の兼用端子として、この端子を主回路端子の入力側端子に内部リードを介して接続して、さらに、プリント配線板にはスナバ回路の配線路となる導体パターンを形成してスナバコンデンサを実装し、この導体パターンを介してスナバコンデンサをプリント板固定端子に接続するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３２０２１号公報（段落〔００１０〕〜段落〔００１１〕、第１図〜第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図８（ｂ）に示すように、複数のパワーモジュールを並置すると、これらパワーモジュールを横断的に接続する連結部材１２及び１３の長さ（主入力端子１６及び１７から各パワーモジュールの入力端子までの配線長）が長くなる。さらに、パワーモジュール間においても配線長が異なる。インバータ装置として用いる際、図１０の等価回路に示すように、入力端子には直流電源が接続されることになるが、前述するようにね直流電源とパワーモジュールとの間に平滑化のため大型の電解コンデンサ１９が接続される。そして、この電解コンデンサ１９とパワーモジュールとの間の配線長が長いと、不可避的に配線上に存在する寄生インダクタンスが大きくなる。
【００１０】
パワーモジュール１０内のスイッチ素子は、ターンオフする際にこの寄生インダクタンスの影響を受けることになるが、寄生インダクタンスが大きいと、スイッチ素子のターンオフの際の跳ね上がり電圧も大きくなる。この結果、スイッチ素子が破壊に至ることがあり、このような不具合を防止するためには、寄生インダクタンスを小さく、つまり、配線長を短くする必要がある。
【００１１】
さらに、従来のパワーモジュールにおいては、パッケージ表面にスナバコンデンサが搭載されるとともに、パッケージの裏側に制御基板を配置しているため、不可避的にパワーモジュールが大型化してしまい、その結果、インバータ装置自体も大型化して、しかもコスト高となってしまうという課題がある。
【００１２】
本発明の目的は、配線損失を低減した小型の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】
【００１３】
上記の課題を解決するため、本発明は、半導体チップが収納されたパッケージと、該パッケージ上に形成された一対の入力端子と１つの出力端子とを有し、前記入力端子から入力される電力を前記半導体チップによるスイッチング動作によって変換して前記出力端子から出力するパワーモジュールにおいて、前記入力端子及び前記出力端子が三角形の頂点を規定するようにして、前記パッケージの一面上に形成され、前記パッケージ内に少なくとも二つのスイッチ素子が収納されていることを特徴とする。
【００１４】
例えば、前記三角形は前記入力端子同士を結ぶ線分を底辺とする二等辺三角形であり、前記パッケージを直方体形状とした際に、前記入力端子は前記パッケージの一面上に互いに対向する辺に対応付けてそれぞれ配設され、前記パッケージの一面上で前記出力端子は前記入力端子が対応付けられた辺と異なる辺に対応付けられて配設されている。さらに、本発明では、前記入力端子及び前記出力端子で規定される前記パッケージの一面上の領域に制御基板が配置される。
【００１５】
また、本発明によれば、半導体チップが収納されたパッケージと、該パッケージ上に形成された一対の入力端子と１つの出力端子とを有し、前記入力端子から入力される電力を前記半導体チップによるスイッチング動作によって変換して前記出力端子から出力するパワーモジュールであって、前記入力端子及び前記出力端子が三角形の頂点を規定するようにして、前記パッケージの一面上に形成され、前記パッケージの一面の所定の箇所には窪まされた開放部が形成され、前記パッケージの一面に制御基板が、該制御基板に実装された部品を前記開放部に挿入した状態で前記パッケージの一面に実装されていることを特徴とするパワーモジュールが得られる。そして、前記パッケージ内に充填されたゲル状安定剤で前記部品を固定することが望ましい。
【００１６】
さらに、本発明によれば、半導体チップが収納されたパッケージと、該パッケージ上に形成された一対の入力端子と１つの出力端子とを有し、前記入力端子から入力される電力を前記半導体チップによるスイッチング動作によって変換して前記出力端子から出力するパワーモジュールであって、前記入力端子及び前記出力端子が三角形の頂点を規定するようにして、前記パッケージの一面上に形成され、前記入力端子の配列方向に対応した前記パッケージの側面に窪み部が形成され、該窪み部に予め定められた部品を配設したことを特徴とするパワーモジュールが得られる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明では、入力端子及び出力端子を、三角形の頂点を規定するようにして、パッケージの一面上に形成するようにしたので、制御基板を配置するための領域をパッケージの一面に確保することができ、この結果、パワーモジュール自体を小型化できるという効果がある。しかも、制御基板と入力端子及び出力端子２４が同一の面に位置づけられているから、配線を短くすることができ、損失が低減するという効果もある。
【００１８】
本発明では、パッケージの一面の所定の箇所に窪まされた開放部を形成し、パッケージの一面に制御基板を、制御基板に実装された部品を開放部に挿入した状態でパッケージの一面に実装するようにしたので、制御基板をパッケージに搭載しても、部品がパッケージ内に収納される結果、パワーモジュールの高さを低くできるという効果があり、さらに、パッケージ内に充填されたゲル状安定剤で部品を固定するようにすれば、別に耐震用の固定剤を基板に塗布する必要がない。
【００１９】
本発明では、入力端子の配列方向に対応したパッケージの側面に窪み部が形成され、窪み部に所定の部品を配設したようにしたので、部品と入力端子とを接続する際の配線インダクタンスを少なくでき、しかも部品の設置スペースを確保して、パワーモジュール自体を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【実施例１】
【００２１】
まず、図１を参照して、図示のパワーモジュール２０は、例えば、樹脂製のパッケージ２１を有しており、このパッケージ２１内にはスイッチングのための半導体チップ２２が収納され、パッケージ２１内にはシリコンゲルが充填されて、半導体チップ２２をパッケージ２１内に固定している。パッケージ２１の表面には一対の入力端子２３ａ及び２３ｂが形成されるとともに、１つの出力端子２４が形成されており、図示の例では、入力端子２３ａ及び２３ｂは、パッケージ２１の表面において、互いに対向する辺側に互いに対向にして配置され、出力端子２４は、入力端子２３ａ及び２３ｂが位置する辺とは異なる辺側に配置されている。つまり、入力端子２３ａ及び２３ｂの中心と出力端子２４の中心を頂点とする二等辺三角形が形成されるように、入力端子２３ａ及び２３ｂと出力端子２４とがパッケージ２１の表面に配置される。
【００２２】
図示のように、入力端子２３ａ及び２３ｂと出力端子２４とによって規定されるパッケージ２１の表面領域に長方形状の制御基板２５が配置され、半導体チップ２２と制御基板２５とが接続される。このようにして、入力端子２３ａ及び２３ｂと出力端子２４をパッケージ２１の表面に配置すると、制御基板２５を配置するための領域がパッケージ２１の表面に確保され、この結果、パワーモジュール２０自体を小型化でき、しかも、制御基板２５と入力端子２３ａ及び２３ｂ、そして出力端子２４が同一の表面に位置づけられているから、配線を短くすることができ、損失が低減する。
【００２３】
また、上述の例では、入力端子２３ａ及び２３ｂを、出力端子２４が形成された辺と対向する辺と異なる二辺と並行して配置しているから、平滑コンデンサ（電解コンデンサ：図示せず）を各パワーモジュールの入力端子近傍に分割配置でき、この際、平滑コンデンサから各パワーモジュールの入力端子までの距離が短く、且つ等しくなって、寄生インダクタンスを小さくできる。このため、スイッチ素子のターンオフ時の跳ね上がり電圧の影響を抑止することができる。
【００２４】
図２を参照して、制御基板２５上には駆動回路及びスナバ回路（ともに図示せず）が搭載されているが、この制御基板２５には背の高い部品（例えば、スナバコンデンサ）２６が搭載される。このため、制御基板２５をパッケージ２１上に搭載すると、パワーモジュール２０の高さが高くなってしまう。従って、ここでは、図２に示すように、パッケージ２１の表面に開放部２１ａを形成して、制御基板２５の実装面を下向きとして、背の高い部品２６をパッケージ２１内に挿入する。これによって、制御基板２５をパッケージ２１に搭載しても、背の高い部品２６がパッケージ２１内に収納される結果、パワーモジュール２０自体の高さを低くできる。なお、本実施例では、スナバ回路は入力端子間に接続され、駆動回路は制御端子に接続される。
【００２５】
この際、図１で説明したように、パッケージ２１内にはシリコンゲルが封入されているから、前述のようにして、背の高い部品２６をパッケージ２１内に収納した後、紫外線等によってシリコンゲルを硬化させれば、背の高い部品２６を安定的に保持することができる。このようにして、背の高い部品をシリコンゲルで固定するようにすれば、別に耐震用の固定剤を基板に塗布する必要がなく、工程数を削減することができる。
【００２６】
図３を参照すると、図示のパワーモジュール２０では、パッケージ２１の表面には、一列に入力端子２３ｃ及び２３ｄと出力端子２４ａとがパッケージ２１の表面に配置されている。そして、入力端子２３ｃ及び２３ｄと出力端子２４ａの配列方向に沿った辺に対応付けて、パッケージ２０の底部を残して、内側に延びる窪み２７が形成されている。この窪み２７はスナバコンデンサ２８の配設スペースとして用いられる。つまり、窪み２７の底部にはスナバコンデンサ２８が搭載されて、スナバコンデンサ２８は入力端子２３ｃ及び２３ｄに接続部材２９によって接続される。
【００２７】
図４を参照すると、図示のパワーモジュール２０においては、そのパッケージ２１の表面には、図１で説明したようにして、入力端子２３ｅ及び２３ｆと出力端子２４ｂが配置されている。そして、入力端子２３ｅ及び２３ｆの配列方向に沿った辺に対応付けて、パッケージ２０の底部を残して、内側に延びる窪み２７が形成されている。この窪み２７はスナバコンデンサ２８の配設スペースとして用いられる。なお、図３及び図４においは、窪み２７はスナバコンデンサ２８よりも小さいが、窪み２７はスナバコンデンサ２８よりも小さくても、スナバコンデンサ２８の一部分が載置できればよく、さらに、窪み２７の存在によってスナバコンデンサ２８の位置決めが容易となる。
【００２８】
このようにして、パッケージ２１の表面に配置された入力端子２３ａ及び２３ｂの配列方向に沿った辺に対応付けて、この辺を含む側面からパッケージ２１の内側に延びる窪み２７を形成してこの窪み２７にスナバコンデンサ２８を配置するようにしたから、スナバコンデンサ２８と入力端子２３ａ及び２３ｂとを接続する際の配線インダクタンスを少なくでき、しかもスナバコンデンサ２８の設置スペースを確保して、パワーモジュール２０を小型化できるという利点がある。
【００２９】
ここで、図４に示すパワーモジュール２０を用いたインバータ装置の一例について説明する。図５を参照して、ここでは、図８（ｂ）に示すインバータ装置と同一の構成要素については、同一の参照番号を付し説明を省略する。
【００３０】
図４で説明したように、スナバコンデンサ２８は入力端子２３ａ及び２３ｂの配列方向に沿った辺を含む側面に形成された窪み２７に配設されており、主入力端子（＋側）１６が各パワーモジュール２０の入力端子（＋側）２３ａに第１の連結部材１２によって接続され、主入力端子（−側）１７が各パワーモジュール２０の入力端子（−側）２３ｂに第２の連結部材１３によって接続される。そして、各パワーモジュール２０には電解コンデンサ１９が配置され、この電解コンデンサ１９は一対の接続部材２９ａ及び２９ｂによって入力端子２３ａ及び２３ｂに接続されている（具体的には、接続部材２９ａに入力端子２３ａが接続されるとともに第１の連結部材１２が接続され、この接続部材２９ａに電解コンデンサ１９が接続される。同様に、接続部材２９ｂに入力端子２３ｂが接続されるとともに第２の連結部材１３が接続され、この接続部材２９ｂに電解コンデンサ１９が接続される）。
【００３１】
図５と図８（ｂ）とを比べると、スナバコンデンサ２８がパッケージ２１の側面に搭載されている分、図５に示すパワーモジュール２０自体の高さが低くなり、パワーモジュールを小型化できる。
【００３２】
図６を参照すると、図１〜図４で説明したパワーモジュール２０を用いて、インバータ装置等の制御装置を構成すると、パッケージ２１の表面には突起物が存在しないから、パワーモジュール２０上に制御基板２５及び各種機器３０を容易に実装することができ、制御装置事態を薄くすることができる。また、図７に示すように、複数のパワーモジュール２０を密な状態で実装することができる結果、この点においても、制御装置を小型化でき、しかも内部配線が短くなるから、配線に起因する損失を低減できることになる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
入力端子及び出力端子を、三角形の頂点を規定するようにして、パッケージの一面上に形成するようにしたので、制御基板を配置するための領域をパッケージの一面に確保することができる結果、パワーモジュールに限らず各種パッケージ化デバイスに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明によるパワーモジュールの概観の一例を透視して示す平面図である。
【図２】本発明によるパワーモジュールの概観の他の例を透視して示す側面図である。
【図３】本発明によるパワーモジュールにおけるスナバコンデンサの配置の一例を示す平面図である。
【図４】本発明によるパワーモジュールにおけるスナバコンデンサの配置の他の例を示す平面図である。
【図５】図４に示すパワーモジュールを用いたインバータ装置のレイアウトを示す図である。
【図６】本発明によるパワーモジュールを用いた制御装置における配置レイアウトの一例を示す図である。
【図７】本発明によるパワーモジュールを用いた制御装置における配置レイアウトの他の例を示す図である。
【図８】従来のパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は従来のパワーモジュールの平面図、（ｂ）は（ａ）に示すパワーモジュールを用いたインバータ装置のレイアウトを上方から示す図である。
【図９】従来のパワーモジュールの等価回路を示す図であり、（ａ）は駆動回路を内蔵しない例を示す図、（ｂ）は駆動回路を内蔵する例を示す図である。
【図１０】図９（ａ）に示すパワーモジュールをインバータ装置に用いた際に直流電源とパワーモジュールとの間に電解コンデンサを挿入した状態で示す等価回路である。
【符号の説明】
【００３５】
２０    パワーモジュール
２１    パッケージ
２２    半導体チップ
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ    入力端子
２４，２４ａ，２４ｂ    出力端子
２５    制御基板
２６    部品
２７    窪み
２８    スナバコンデンサ
【図１】
2005310981.tif 000003
【図２】
2005310981.tif 000004
【図３】
2005310981.tif 000005
【図４】
2005310981.tif 000006
【図５】
2005310981.tif 000007
【図６】
2005310981.tif 000008
【図７】
2005310981.tif 000009
【図８】
2005310981.tif 000010
【図９】
2005310981.tif 000011
【図１０】
2005310981.tif 000012