(57)【要約】【課題】低コストで、高低パワーの何れかの用途に利用できる新規なパッケージ構想に基づく回路モジュールを提供する。【解決手段】半導体装置モジュールは、上面と底面とを有し、上面から底面へと延在する開口が形成された支持ベース（５）と、ヒートシンク（２１）と接触するように支持ベースの開口に配置された伝熱性基板（２２）と、支持ベースの上面の上方に配置され、伝熱性基板の直上に臨んで開口が形成されている少なくとも一つの回路基板（２７）と、回路基板上に配置された別の装置と、半導体装置をボンディングワイヤに接続するボンディングワイヤ（４０）と、回路基板の開口上に位置するカバー（２５）とを備える。少なくとも一つのボンディングワイヤから発するＲＦＩノイズを低減すべく、カバー（２５）に導電遮蔽材を設けた。【選択図】図１８
2007227957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と底面とを有し、この上面から底面へと延在する開口が形成されてなる支持ベースと、
該支持ベースの長さと幅とは第１面積を規定し、
平坦な伝熱性基板であって、該伝熱性基板の底面が前記支持ベースの前記底面直下にある外部ヒートシンクと接触するように前記支持ベースにおける前記開口に配置され、該伝熱性基板の長さと幅とが第２面積を規定する伝熱性基板と、
該伝熱性基板の上面に載置された少なくとも一つの半導体装置と、
前記支持ベースの前記上面の上方に配置され、前記伝熱性基板の直上に臨んで開口が形成されている少なくとも一つの回路板と、
前記回路基板の上面に載置された少なくとも一つの別の装置と、
前記回路基板の前記上面には、回路基板における前記開口の周縁に配置され前記別の装置と電気接続された少なくとも一つのボンディングパッド域が備わっており、
前記半導体装置を前記ボンディングワイヤに接続する少なくとも一つのボンディングワイヤと、
平坦な上面を有し、前記回路基板の開口上に位置するカバーと
の組合せからなる型式の半導体装置モジュールであって、
前記少なくとも一つのボンディングワイヤから発するＲＦＩノイズを低減すべく前記カバーに導電遮蔽材を設けたことを特徴とする改良された半導体装置モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のものであって、前記カバーが前記導電遮蔽材からなることを特徴とする改良された半導体装置モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のものであって、前記カバーが少なくとも一つのコンデンサの支持体をなしていることを特徴とする改良された半導体装置モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載のものであって、円筒形で側面を有する第１及び第２コンデンサを、支持構造体を介してそれぞれの側面が前記カバー上の第１平面と第２平面に接して支持されており、前記支持構造体が、第１コンデンサが前記カバーの前記上部から落下するのを阻止すべく当該第１コンデンサの側方移動を制限する第１係止部材と；当該第２コンデンサの側方移動を制限する第２係止部材とからなり、前記第２係止部材は、前記第１番の前記上部の上方の平面に前記第２コンデンサを垂直支持する支持手段に一体的に取り付けられており、前記係止部材が前記第２コンデンサがカバーの前記上部を越して落下するのを阻止していると共に、前記第１及び第２係止部材と前記支持手段とが前記カバーの前記上部と一体形成されてなることを特徴とする改良された半導体装置モジュール。
【請求項５】
請求項１または２に記載のものであって、前記成形カバーと前記回路基板とにより形成されたスペースに充填材が含まれてなることを特徴とする改良された半導体装置モジュール。
【請求項６】
請求項１に記載のものであって、前記伝熱性基板が絶縁金属基板からなることを特徴とする改良された半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置モジュールに関し、詳述すれば、絶縁金属基板(ＩＭＳ)と、一つかそれ以上のパワー回路基板と、接続配線とその他の部品が新規な配置をとっている新規なモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より種々の半導体装置モジュールが考案されている（例えば、特許文献１ないし１０参照）。従来の半導体装置モジュールは、互いに接続した複数の半導体チップを収納するのに使われている。これらのチップとしては同種のものであってもよく、または、異種のものであってもよいが、共通のハウジング内においてヒートシンクないしその他の基板に端子電極が当該ハウジングから延出した状態で載置されている。
【特許文献１】実願平４−７３０６７号（実開平６−３８２４７号）ＣＤ−ＲＯＭ
【特許文献２】特開平５−１２１６４４号公報
【特許文献３】特開平７−２９７３６３号公報
【特許文献４】特開昭６０−１４８１５８号公報
【特許文献５】特開平３−２６３３６４号公報
【特許文献６】特開平１１−２７４３９９号公報
【特許文献７】特開平６−４５７２１号公報
【特許文献８】特開平５−５５４１９号公報
【特許文献９】特開平５−６３１２０号公報
【特許文献１０】実願平４−７０２２４号（実開平６−３４２６１号）ＣＤ−ＲＯＭ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えばモーター制御回路やそのような機能をなすパワー用途においては、熱を放散する必要のある高パワー装置のみならず、吸放熱作用を要しない低パワー装置が使われている。一般に、吸放熱作用は、モジュールハウジングに囲繞されているＩＭＳに装置を載置することにより得られる。このような基板とモジュールについては、本願発明者に１９９５年４月１８日付で付与され、本願出願人たるインターナショナル・レクチファイヤー社に譲渡された米国特許第５,４０８,１２８号明細書に開示されている。ところが、ある用途に高パワー装置と低パワー装置との両方が必要となった場合、ＩＭＳに低パワー装置を含ませるとモジュールのコストが増加する。別の方法として、高パワー装置をＩＭＳモジュールに含ませ、低パワー装置を外部に設けた別のモジュールに含ませることがあるが、この場合では回路の設置面積が著しく増加するのみならず、高パワー装置と低パワー装置とを接続するのに接続線が余計に必要になる。
【０００４】
従って、高パワー装置と低パワー装置との両方を収納でき、全体としてのパッケージの大きさを減少でき、しかも、接続線の数や長さを最小限にし得る装置パッケージが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、モーター制御や同類の機能のための新規なパッケージ構想である「アダプタブル主回路モジュール(Adaptable Planar Module (ＡＰＭ)」を提供するものである。このパッケージは、基本的には大型高パワーシステムにも使えるが、低コストの小型モーター制御システムに特に適している。
【０００６】
本発明のＡＰＭは、パワー装置とその他の装置に適した最小ＩＭＳ基板からなる。このＩＭＳ基板は、入力ブリッジ回路やインバータ回路、それにその他の部品を担持するようになっていて、プリント回路基板(「ＰＣＢ」)の開放空洞内に収容される。ＰＣＢとＩＭＳ基板とは、コネクタを備えた成形シェル内に埋設されている。ＰＣＢは、吸放熱作用を必要としない、従って、ＩＭＳ基板に設ける必要のない低パワー装置のための低コスト基板をなしている。ＩＭＳとＰＣＢとは、ＩＭＳ基盤状の半導体ダイとＰＣＢ状の半導体ダイとを接続する通常のワイヤボンドで相互接続している。
【０００７】
従って、本発明では冗長な接続を除去し、省コスト効果をもたらし、信頼性を改善したものである。ことに、装置をパーティション化し、ＩＭＳ寸法を減少させていることからコスト節約になっている。また、寸法減少とダイへの直結により、特殊メッキの必要性を除去することで単位ＩＭＳコストを減らし、より薄いＩＭＳが得られるのである。
【０００８】
本発明のＡＰＭは、ＩＭＳと、プリント回路基板と、支持ベースないしシェルと、接地端子とからなるのが通常である。環境条件に対する配慮も採り入れている。キーパッド、入出力端子、カバー、ヒートシンクなどを有する外部制御ＰＣＢも含ませてもよい。
【０００９】
ＡＰＭのＩＭＳ基板には、インバータや、単相または三相入力、サーミスタ、負極バスシャント、接地フォールトシャント(fault shunt)等が設けられていてもよい。エポキシないし半田などのダイ取付け具を用いてもよい。基板は、０.１８、０.３７、０.７５キロワットの何れかまたは全ての用途に適しているものであってもよい。基板の大きさは、例えば１.８ｘ０.８インチである。２５００ボルト誘電絶縁にして、被覆層についての環境汚染度１基準規定に合致させてもよい。
【００１０】
ＡＰＭのシェルないしパッケージは、ＩＭＳとパワーＰＣＢとカバーを支持する成形シェルであってもよい。例えばシェル設置面積は、２.８３ｘ５.１２インチ(７２ｘ１３０ミリ)で端子が延出している。例えば三つか四つのＭ４装着用ネジを、アース、パネル、内部、ヒートシンク接地にそれぞれ利用してもよい。好ましくは、パッケージのプロファイルとしては一例として、０.３７５インチが臨ましく、高温、高強度のプラスチックで作製するのが望ましい。
【００１１】
ＡＰＭのパワーＰＣＢは、駆動回路、保護回路、ＳＭＰＳ、フィルター、バスコンデンサ、ソフトチャージ、ターミナル、制御板インターフェースコネクタなどを備えた単一のＰＣＢであってもよい。一般にＰＣＢは、例えば約５.２ｘ２.６インチである。好ましくは、このＰＣＢは二層構造にするのが望ましいが、四層構造も可能である。ＰＣＢの上面には、ＳＭＤとスルーホールがあってもよい。ＰＣＢの底面には好ましくは１.３インチまでのＳＭＤが設けられていてもよい。ＰＣＢは、両側に被覆を施すか、充填して、汚染度１のスペースがあってもよい。
【００１２】
好ましくは、パワーターミナルは一般にＬＭＩもしくはシュナイダー型である。一例として挙げれば、三出力モーターを二ないし三入力線と共に利用する。ＰＣＢは、入力端を以て接地接続してもよく、好ましくは６００ボルトにてＵＬ５０８Ｃ仕様を満たしているのが望ましい。パワーターミナルはパワーＰＣＢに半田付されていてもよい。
【００１３】
好ましくは、ＡＰＭは汚染度レベル２要件に合致しているのが望ましいが、もしセレクト制御ピンを何とかすればレベル３要件に合致していてもよい。また、ＡＰＭは、振動、衝撃、その他の機械的ストレスから保護されていてもよい。
【００１４】
ＡＰＭの主たる接地はヒートシンクであるのが望ましい。ＥＭＣ仕様準拠接地及びヒートシンクへのモーター接地にためにモーターシールドをヒートシンクにクランプしてもよい。入力側装着ネジを接地線、パネル、ヒートシンクに対するパネル接地、内部接地に利用してもよい。ＥＭＣターミナルを内部から接地するヒートシンクからのジャンパーを用いてもよい。
【００１５】
制御ＰＣＢをＡＭＰに含ませてもよいし、外部に設けてもよく、コネクタとリボンケーブルで連結してもよい。制御ＰＣＢにはマイクロプロセッサと、「シュラベリー(shrubbery)」と、キーパッドとワゴ(Wago)Ｉ/Ｏコネクタとが備わっているのが望ましい。制御ＰＣＢは一般にカバーに機械的に嵌合されるようになっており、可撓性ケーブルで連結される。
【００１６】
ＡＰＭシェルにカバーが連結されていてもよく、この場合でのカバーは製品に応じた高さの成形カバーであるのが望ましい。このカバーには部品への機械的及び電気接続部が備わっていてもよく、また、シェルに対するスナップオン式連結具があってもよく、装着ネジを介してシェルからヒートシンクに連結してもよい。また、カバーは、制御板の支持体をなしていてもよく、コンデンサ冷却用換気口があってもよい。所望に応じてカバーはＵＬ５０仕様に合致するようにしてもよい。
【００１７】
外部ヒートシンクはＡＰＭの装着面をなしている。ヒートシンクに対してはどれも同一設置面積のスリーサイズ、即ち、０.３７キロワット用途にはアルミ製外部ヒートシンク、０.７５キロワット用途には押出し成形アルミ、０.１８キロワット用途にはアルミ板があるのが望ましい。好ましくはこのヒートシンクは、ファンの利用で最終的に放熱を行うように、その寸法が定められているのが望ましい。一般に、三つか四つのタップ穴を設けてヒートシンクをＡＰＭに連結する。また、このヒートシンクは、背面パネルないしＤＩＮレールに装着できるのが望ましい。
【００１８】
このような革新的な構成で、ＩＭＳ基板の位置と支持、ヒートシンク装着面への最適接触、ワイヤボンド支持を含むＰＣＢの支持、ＳＭＤとＰＣＢの上側におけるリード接続部品のためのスペース等の特徴が得られるようになっている。ＩＭＳの上方における小さい窪み空洞は、ＩＭＳ部品が収容できるようになっていて、好ましくはＩＭＳダイと接する高級充填組成物で充填するのが望ましい。ＰＣＢと他の部品を含むパッケージの残部は、低廉な充填組成物で覆うことができる。
【００１９】
シェルは、調達品としての端子を利用するよりも費用効果が大きければ外部ターミナルハウジングを構成するものであってもよい。別の方法としては、このシェルは、ＰＣＢに調達製品としての端子を取り付ける隔壁部を構成していてもよい。
【００２０】
バスコンデンサ、濾波用コンデンサ、インダクターなどの如くの他の大型部品の場合、特集な装着法と接続法が必要になることがある。これらの部品は、ＰＣＢに取り付けられるようになっていたり、充填組成物から突出できるようになっていたり、別のＰＣＢの上に載置できるようになっている。この別のＰＣＢとしては、最初のＰＣＢの共有面の延長部であってもよいし、或は、製品ごと異なってくる寸法、数、部品装着に伴うコスト等に応じて別のレベルに臨ませてもよい。あるパッケージの場合では、バスコンデンサの如くの大型部品は、パッケージの底面に取り付けるのが望ましく、その場合にカバーを含ませてもよい。
【００２１】
パッケージの上面には、ＰＣＢに連なる制御キーボードが装着できるようにしてもよい。
【００２２】
器具の如くのその他の用途では端子を要しないこともあり、その場合低コストの緊締型コネクタを組込んでもよい。産業用制御器の如くの用途にあっては、別の機能のみならず、より高パワーと機械的構造を追加することもあり得る。
【００２３】
アダプタブル主回路モジュールには適応性(adaptability)があるので、ＰＣＢとＩＭＳの何れかのレイアウトを、工具類を著しく変えないで改変することにより製品の設計に融通性持たせることができる。その他に、ＩＭＳ基板での空洞形成用取替え自在中子を有するシェルモールドを作るか、または、二重板や、特殊コネクタ、オプションのキーボードなどのためにより高い壁部に対応した複合モールド空洞を採り入れることにより変えることもできる。
【００２４】
従って、ＡＰＭで、単一のモジュールへのシステム全体の集積化ができる低コストパッケージが得られる。この際の集積化しうるシステムとしては、インバータ、入力ブリッジ回路、電流検出回路、短絡・過熱保護、駆動回路、入出力フィルター、ＰＦＣ、ブレーキ、制御用マイクロプロセッサ、キーボードなどがある。
【００２５】
本発明による半導体装置モジュールは、その上面から底面へと延在する開口が形成されている支持ベースを備えている。そして、平坦な伝熱性基板が支持ベースにおける開口に臨んでいるが、その際、伝熱基板の底面は支持ベースの底面と面一か、または、その下にあって、外部ヒートシンクと接触している。この伝熱性基板の上面には一つかそれ以上の半導体装置が配置されている。また、支持ベースの上面の上方にあって、それとは隔てた状態で少なくとも一つの回路基板が配置されている。この回路基板にも開口が形成されており、この開口は伝熱性基板の上方に臨み、一つかそれ以上の他の半導体装置がこの回路基板の上面に配置されている。回路基板における開口の周縁部には少なくとも一つのボンディングパッドが設けられていて、これが回路基板の半導体装置と電気接続されている。他方、このボンディングパッドは伝熱性基板における半導体装置とも一本か、それ以上の本数のボンディングワイヤで接続されている。
【００２６】
本発明の他の面としては、モーター駆動モジュールや微小変換器モジュールが含まれている。
【００２７】
相互接続されている複数の半導体装置は、伝熱性基板上に搭載してもよい。この伝熱性基板はＩＭＳからなるものであってもよい。また、パワーダイないしインバータ回路をこの伝熱性基板に設けることもよい。
【００２８】
支持ベースには、該支持ベースの上面から突出しる隆起部があってもよく、伝熱性基板の上方に空洞を形成すべく回路基板における開口を囲繞してもよい。この空洞には高級充填材を充填し、表面板の上方の領域の少なくとも一部には低級充填材を充填する。支持ベースにおける隆起部は回路基板を下方から支えるものであってもよい。
【００２９】
電気接続用として、回路基板の上部に装着した一体型端子または支持ベースの隆起部に形成した調達型端子があってもよく、回路基板における装置と電気接続されていてもよい。また、この回路基板の上方には、この回路基板とは隔てた状態で、或は、同一平面において別の回路基板を設けてもよく、その場合その表面に他の装置を搭載してもよい。キーボードも何れかの回路基板の上に搭載してもよく、底面にも更に他の装置を取り付けてもよい。
【００３０】
本発明は、「可撓性パワー組立体(ＦＰＡ)」、即ち、モーター制御及び類似の機能のための新規なパッケージ化構想が実現できるように改変することもできる。このパッケージは特に低コスト小型モーター制御システムに適しているが、大型ハイパワーシステムにも拡張できるものである。
【００３１】
本発明のＦＰＡには、パワー装置やその他の装置に適したＩＭＳが含まれている。ＩＭＳは、入力ブリッジ回路、インバータ回路、更にはその他の部品を含んでいてもよく、プリント回路基板(ＰＣＢ)に形成されている開放空洞に配置されていてもよい。ＰＣＢとＩＭＳとは、コネクタの付いた成形カバーに埋設されている。ＰＣＢは、ヒートシンクで放熱させる必要のない低パワー装置のための低コスト支持体をなすものであって、ＩＭＳに搭載する必要はない。ＩＭＳとＰＣＢとは、ＩＭＳ上の半導体ダイとＰＣＢ上のその他の装置や部品とを接続する標準的な配線で相互接続されている。本発明によるＦＰＡには、基板とＰＣＢとを支持するヒートシンクが含まれている。
【００３２】
また、本発明によれば、半導体装置モジュールには、伝熱性基板を直接支持するヒートシンクが含まれている。この伝熱性基板上には一つかそれ以上の半導体装置が配置されていて、ＰＣＢ上に配置した他の装置と電気接続されている。このＰＣＢは伝熱性基板の上方に臨んでおり、空洞が形成されていてもよい。ＰＣＢにおける空洞は当該ＰＣＢの上面から底面にかけて延在していて、伝熱性基板上の半導体装置が露現するように伝熱性基板上に位置決めされている。伝熱性基板上の半導体装置とＰＣＢ上の装置とは一本かそれ以上の本数のボンディングワイヤで電気接続されていてもよい。
【００３３】
前記空洞は、伝熱性基板がその空洞をすっぽり抜けるほど広いものであってもよく、または、ＰＣＢの底面における空洞の周縁部が、ヒートシンクの上部と接触する絶縁部材の上部と接触するほどであってもよい。
【００３４】
好ましい実施の形態においては、ＰＣＢにおける空洞は、ＰＣＢの底面における空洞の周縁部が伝熱性基板上に乗りかかって、伝熱性基板の本体部でその空洞を閉塞するほど狭いものであってもよい。
【００３５】
前述の半導体装置モジュールには成形カバーが備わっていてもよく、その場合、伝熱性基板の上方のスペースを閉塞すべく、ＰＣＢの上面に被せるか、または、ＰＣＢにおける空洞を覆うようにする。
【００３６】
別の実施の形態においては、ＰＣＢには空洞は設けていない。その代り、半導体装置を囲繞する囲繞手段を用いている。この囲繞手段は、伝熱性基板の上部とＰＣＢの底面との間に介在していて、半導体装置の上方のスペースを閉塞することで、成形カバーを不要にしている。このように閉塞したスペースには充填組成物を充填させてもよい。その後、半導体装置とＰＣＢ上の装置との間の接続はバイアを介して行ってもよい。
【００３７】
本発明のその他の特長や利点などは、添付図面を参照しながらなす本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
先ず図１において、図１Ａから図１Ｄに本発明の一実施の形態によるＡＰＭ１００を示す。ＡＰＭは、プリント回路基板１１０を支持する支持ベース１０２を備えている。このプリント回路基板１１０上には、チョーク１２４や、抵抗１３０、１３１、１３２、１３３、１３４、コンデンサ１３６、１３８、変圧器１４８、インダクタ１４１、１４６などを含む種々の電気部品や、その他の回路素子類１４０、１４２、１４９、１４４並びにその他の部品１４３、１４５、１４７、(図２)が載置されていて、これらの部品類は回路基板１１０に印刷されている配線(図示せず)を介して相互接続されている。外部から回路基板への接続部をなす入出力ピン１２７、１２９や端子類１２２Ａ〜１２２Ｆも設けられている。支持トレー１６６も回路基板１１０上に設けられていて、コンデンサ１２６、１２８を担持しているが、これらのコンデンサは回路基板１１０と電気接続されていると共に、ベルト１３０により束ねられて定置されている。
【００３９】
図２は、図１Ａに示したＡＰＭ１００を上方から見た上面図ではあるが、支持トレーとそのコンデンサ類は除去してある。回路基板１１０に形成されている開口１６０はＩＭＳ１５０の上方に臨んでいる。この開口１６０の回りにはボンディングパッド１６４が配置されていて、回路基板に載置した他の部品と電気接続されている。ボンディングワイヤ１５６は、回路基板におけるボンディングパッド１６４とＩＭＳ１５０に装着した部品とを電気接続している。
【００４０】
図３は、ＩＭＳ及び前記開口１６０を囲繞する回路基板１１０の部分とを詳細に示した上面図である。ＩＭＳ１５０上には、ＭＯＳゲート制御式半導体パワー装置Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ１０、並びに抵抗ＲＴ、ＲＳ１を含む種々の部品が載置されている。これらの部品はそれぞれ、銅の如くの伝熱性導電パターン化材１５４の対応する部分上に載置されている。また、装置の上面には、ボンディングパッド領域も設けられている。ボンディングワイヤ１５６は、種々の部品のみならず、ボンディングパッド１６４をＩＭＳ部品の導電パターンとパッド領域とに接続するものである。
【００４１】
図４Ａは、図２に示した構造の同図における線４-４に沿う横断面図を示している。ＩＭＳは、例えばアルミの如くの導電性金属からなる比較的厚い本体１５２を有しており、この本体１５２は、該本体とは電気絶縁してある導電パターンを担持する比較的薄い絶縁層により覆われている。また、図示していないが、動作時に構成部品から生ずる熱の熱管理を改善する部品が搭載されている熱拡散部品(heat spreader)も設けられている。前記したＩＭＳの一例については、前掲の米国特許第５,４０８,１２８号明細書に開示されており、当該米国特許明細書を本願明細書の一部をなすものとしてここに挙げておく。
【００４２】
殊に、ＩＭＳは、回路基板１１０の下方に臨み、本体１５２の底面が支持体１０２の底面１０４と面一となるか、または、その下方に臨むと共に、ヒートシンク(図示せず)と伝熱的に接触するように、支持体１０２の開口に設けられている。また、支持体１０２から延出して、回路基板１１０の開口部と周縁とにおいて当該回路基板１１０を支持する突条１０６、１０８を設けるのも望ましい。これらの突条と回路基板における開口とはＩＭＳの上方に空洞を形成しており、この空洞は高級充填材で充填されてＩＭＳの上面を被覆している。そのようにすれば、回路基板の底面と本体との間には低級品で低廉な充填材を利用でき、また、これで回路基板の上面に搭載した部品の少なくとも一部を覆うようにすることができる。
【００４３】
図４Ｂは、部品の搭載に適していると共に、ＩＭＳの上方の臨み本発明の態様で利用しうる回路基板２１０の一例を示している。
【００４４】
本発明によれば、ＩＭＳの上方において回路基板に開口を設ければ、ＩＭＳの上面に搭載した部品と回路基板に搭載した部品とを接続するボンディングワイヤの長さとその本数を最小限にすることができる利点がある。また、ＩＭＳには高パワー部品だけを搭載すれば、モジュールのコストを著しく低減することができる。更に、同一モジュールに高パワー部品と低パワー部品とを混在させていることから、部品設置面積を著しく減少させることができると共に、接続線の本数も更に減少させることができる。それに、高級充填材はＩＭＳの上方のみに使うようにしているから、モジュールのコストも減少することができる。
【００４５】
尚、回路基板とＩＭＳとにおける部品を覆うカバー(図示せず)、好ましくは樹脂成形カバーを回路基板の上方に設けるようにしてもよく、その場合支持ベースの周縁部で支えられるようにするのが望ましい。
【００４６】
０.１から１.０ＨＰレンジのモーター制御器用のパッケージも派生できる。
【００４７】
図５Ａと図５Ｂとは、本発明の別の実施の形態による入出力フィルターのない装置用ＡＰＭパッケージ５００を示している。成形シェル形支持ベース５０２はプリント回路基板５１０を支持していると共に、ＩＭＳ５５０を装着する開口を備えている。このＩＭＳ５５０の底面はヒートシンク５７０と接していて、前述したようにＩＭＳの上面に装着したパワー装置からの熱を奪うようになっている。また、回路基板に形成した開口５６０は、ワイヤボンドの長さを最小限にするためにＩＭＳの直上に臨んでいる。更に、前述したようにＩＭＳの上方の空洞には高級充填材５５８が充填されており、また、モジュールのその他の箇所には低級充填材５５９を充填している。尚、モジュールの上面と底面の両方に部品５２８が取付けられている。
【００４８】
ここで、端子５２２は、制御信号を出力するインライン配列式コネクタピンを有する緊締型(fast-on)コネクタからなる。また、所望に応じて入出力ピン５２４も備わっている。一般に３.０ｘ２.０ｘ０.５インチ(約７.６２ｘ５.０８ｘ１.２７センチ)のパッケージには、インバータ回路、入力回路、保護回路、マイクロプロセッサなどを含む完全なモーター制御回路を収容できるようになっている。インバータと入力回路５１２とはＩＭＳ５５０に、また、他の部品５２８は回路基板５１０にそれぞれ設けられている。３.０インチ(約７.６２センチ)長が最大保護寸法ではあるが、最新製品ではもっと小さくなっていることもあり得る。
【００４９】
図６Ａと図６Ｂとは、本発明のまた別の実施の形態による、入出力フィルターを備えた微小インバータ用ＡＰＭパッケージ６００の一例を示している。この実施の形態は装置用ＡＰＭ５００と類似ではあるが、入出力フィルターのインダクターとコンデンサとを支持するためにプリント回路基板６４０を追加している点で異なっている。追加している回路基板６４０は相互接続用リードフレーム６１５を介して回路基板６１０と接続している。追加した回路基板とその部品の寸法は、一般に０.１から１.０ＨＰにわたるＡＰＭの定格パワーに応じて変る。微小インバータ用ＡＰＭに用いられる端子としては二種のバリエーションがある。図６Ａと図６Ｂにあっては、調達した端子６２２を有する簡単なシェルを示しているが、別のものとして、図７Ａと図７Ｂでは一体型端子７２２を有するシェル７０２を備えた類似のＡＰＭ７００を示している。端子が調達したものであるか、一体化されているものであるか、何れにしても端子は充填材用空洞を残して主ＰＣＢに半田付されている。所望に応じて用いる入出力ピン６２４も示してある。
【００５０】
図８Ａと図８Ｂとに、本発明のまた別の実施の形態によるフィルターのない微小インバータ用ＡＰＭパッケージ８００の一例を示す。このパッケージは図６Ａと図６Ｂ及び図７Ａと図７Ｂとにそれぞれ示したのと類似ではあるが、フィルター回路を支持するのに必要であった追加回路基板を設けていないことから本体高さを減少させている点で異なっている。その代り、ベース８０２の底面の下方ではあるが、ヒートシンク８７０とは隔てたところにバスコンデンサ５２６を設けている。図８Ａと図８Ｂでは端子８２２が一体型として示されているが、調達型端子も所望に応じて利用できる。
【００５１】
図６Ａと図６Ｂ、図７Ａと図７Ｂ及び図８Ａと図８Ｂにそれぞれ示したＡＰＭパッケージは、このＰＣＢの上面にキーボード６１２、７１２、８１２を搭載できるように改変することもできる。また、ＥＭＩシールドをなす蓋をこのパッケージに設けることもできる。本発明のフィルターとパッケージとは、フィルターの寸法を最小限にすると共に、一つのＡＰＭの実施例以外の複数の実施例に工作や加工が共通して利用できるようにしたアーキテクチャを有していてもよい。
【００５２】
図９Ａと図９Ｂとは、本発明の更に別の実施の形態による一体型端子９２２を有する完全なモーター駆動用ＡＰＭ９００の実施例の上面図と横断面図をそれぞれ示している。ここでも、成形型被覆蓋９０４に入出力コネクタＳ９１１、９２１、ＬＥＤ９１３、換気穴９１７等が設けられているものとして図示されている。
【００５３】
図１０Ａと図１０Ｂとは、本発明のまた別の実施の形態による取付け型端子９８２を有する完全なモーター駆動用ＡＰＭ９０１の上面図と横断面図の別の一例を示している。取付け型端子８９２は、図９Ａと図９Ｂとに示した一体型端子９２２の代りに用いている。
【００５４】
図１１は、本発明により完全なモーター駆動用ＡＰＭ１１０３の別の実施の形態の上面図である。この実施例では、一体型端子１１２２Ａ、１１２２Ｂをパッケージの互いに反対側に臨む端部に設けている。
【００５５】
図１２は、相互接続していると共に、外部とも接続している複数のトランジスタ、ＩＧＢＴ、ダイオード、抵抗等からなるＩＭＳ１２５０の別の例を示している。
【００５６】
図１３Ａと図１３Ｂとは、本発明による１/２ＨＰモーター制御モジュールと駆動回路用ＡＰＭモジュール１２００の実施例を示している。図示のように、モジュールは、駆動回路用ＰＣＢ１２１０を含んでいて、図１３に示した如くの駆動回路用ＰＣＢと接続したＩＭＳ１２５０を収納している。制御板１２４０をモジュールに含ませてもよく、その場合、駆動回路基板の上面に配置するとし、また、もう一つのキーボード１２４を所望に応じて設け、これを制御板の上面に配置してもよい。
【００５７】
別の方法として、制御回路が拡張駆動回路用ＰＣＢ１２１０Ａ上に設けることができるようにモジュールを拡張している。この場合、拡張キーボード１２４４Ａをモジュールに含ませて、拡張回路基板の上面に配置してもよい。
【００５８】
本発明のＡＰＭの前述の実施の形態の新規な特徴によれば、斯かる製品を低コストにて製造できる。このコスト低減をもたらす主たる特徴は、(１)ＩＭＳ基盤面積を最小限にしたこと、(２)ＩＭＳ基盤を薄くしたこと、(３)ＩＭＳ金属化にワイヤボンドを用いていないこと、(３)ＰＣＢ両面に全てのトラックを設けたこと、(４)基板とＩＭＳの接続を、通常見られる如くワイヤボンドでなしていること、(５)駆動回路とマイクロプロセッサをプリント回路基板上で一体化していること、(６)一体化シェル／端子成形のオプションがあること、(７)寸法を減少しる充填材を用い全ての機能とＵＬクリープ路の制限を工夫した単一のパッケージであること、(８)微小インバータ及び器具製品の両方についてヨーロッパ及び米国向き製品に互換性のある工具が使えることなどにある。
【００５９】
これらの特徴についての改良点を以後、詳述する。先ず図１８において、本願発明の発明者らによるもので、本願出願人に譲渡されている、出願日を１９９８年１１月２０日とする米国特許出願第０９/１９７,０７８号に開示の発明によるＡＰＭ９０を示す。図１８に示したＡＰＭは伝熱性基板２２を備えており、この基板２２は、該基板２２上に配置されている半導体装置２３から発する熱を取出すようにヒートシンク２１と伝熱的に連結されている。シェル５は、モジュールの部品類を収容するものである。このシェルのいける空洞６内ではＰＣＢ２７に設けた部品(図示せず)と半導体装置とを電気接続が行われており、斯かるＰＣＢ２７は、シェルにおける空洞６とＰＣＢ２７における空洞７とを延在するボンディングワイヤ４０を介してシェル５の上側に装着されている。図示のように、ＰＣＢにおける空洞７とシェル５における空洞７とは調芯されていてボンディングワイヤ４０が通しやすくなっている。ボンディングワイヤ４０の一端は半導体装置２３に、また、他端はボンディングパッド５５にそれぞれ電気接続されている。ボンディングパッド５５は、ＰＣＢ上の部品ないし装置と電気接続してあり、そのために半導体装置２３と当該部品ないし装置との間で電気信号の交信ができるようになっている。ボンディングパッドの数としては所望に応じて沢山にしてもよい。また、ボンディングパッドは、ＰＣＢ２７の上面において空洞７の周辺に沿って配置してもよい。伝熱性基板上の複数の半導体装置とＰＣＢ上の種々の部品との間の複数の電気接続も前述と同一に行ってもよい。ＰＣＢ２７の空洞７の直上にはカバー２５が設けられていて、伝熱性基板の上方のスペース８を覆っている。カバーで覆われたスペース８には充填組成物５０が充填されている。
【００６０】
前述の構成のモジュールについては、その詳細な構成が米国特許出願第０９/１９７,０７８号に開示されている。このモジュールは、カバー２５を適当な伝導性遮蔽材で構成するか、カバーに伝導性遮蔽を設けることにより更に改良しうる。この伝導性遮蔽によりボンディングワイヤから発するＲＦＩノイズを減少することができる。
【００６１】
更に、図１８Ａに示すように、カバーの上部を改変して、コンデンサを支持する構成を設けることもできる。図１８Ａに示した特定の実施例にあっては、カバー２５Ａは、二個のコンデンサ１２６、１２８、即ち、第１コンデンサ１２６と第２コンデンサ１２８を支持するようの改変されている。両コンデンサ１２６、１２８は共に円筒形であり、カバーの上側にその側部が乗りかかった状態で載置されている。第１コンデンサ１２６は、カバーの上部とほぼ平行であってもよい第１平面に載置されている。第２コンデンサ１２８は支持用トレー１６６に乗りかかっているが、この支持用トレー１６６は前記第１平面とほぼ平行な第２平面上に第２コンデンサを支持するようになっている。コンデンサを位置決めするに当ってこのような階段状構成を採ることにより、第２コンデンサの一部分がカバーの縁から外方に延在した状態で支持できる。また、第２コンデンサはカバーの上面において支持されているから、支持用トレー１３１の下方に図示のようにＰＣＢ２７上に部品を配置するスペースがＰＣＢ２７上に得られる。
【００６２】
二つの係止部材２９、２８、即ち、第１係止部材２９と第２係止部材２８とは、対応するコンデンサ１２６、１２８がカバーから側方へ落下するのを防ぐためのものである。即ち、第１係止部材２９は、第１コンデンサがカバーの縁部から滑り落ちるのを防ぎ、第２係止部材２８は第２コンデンサ１２６がカバーの反対側の縁部から滑り落ちるのを防いでいる。支持用トレー１３１と、二つの係止部材２８、２９と、カバーとは、適当な機械特性、電気特性、熱特性を有するポリマーで一体形成されている。
【００６３】
ここまで説明したＡＰＭの実施の形態がもたらす利点などについては、前掲の米国特許出願第０９/１９７,０７８号に詳しく述べられているところであり、本願においても説明しているが、そのような実施の形態を改変すれば後述の利点が更に得られる。
【００６４】
図１４に、本発明によるＦＰＡ６０を示す。ＦＰＡは一つか、複数の半導体装置２３からなり、この半導体装置２３は伝熱性基板２２の上部に配置されている。伝熱性基板２２はヒートシンク２１に直接取り付けてある。ＰＣＢ２７はこの伝熱性基板２２の上部に配置している。このＰＣＢ２７には空洞１０が、伝熱性基板２２の直上において形成されている。伝熱性基板２２の上側における外縁部は両面接着テープ４３もしくはその他の適当な手段により、空洞１０の下縁部に沿ってＰＣＢ２７の底面に取り付けられているので、この空洞１０は伝熱性基板２２により下側が塞がれた形となっている。
【００６５】
ボンディングパッド５５はＰＣＢ２７の上型における空洞の周辺部に設けられていると共に、ＰＣＢ２７上の少なくとも一つの装置(図示せず)に接続されている。ボンディングワイヤ４０は、半導体装置２３をボンディングパッド２４と接続しているので、この半導体装置はＰＣＢ上の装置と電気接続されていることになる。もう一つの半導体装置２３は、これもまたＰＣＢ２７上の装置(図示せず)と接続されているが、ボンディングワイヤ４１を介して別のボンディングパッド５６と電気接続されている。
【００６６】
ＰＣＢ２７における空洞は成形カバー２５により覆われており、従って半導体装置の上方のスペースが閉塞されている。このスペースには充填組成物５０が充填されている。ＰＣＢ絶縁スペーサ４２、４４はＰＣＢ２７に対する支持体をなしている一方、ＰＣＢ２７をヒートシンク２１に対して固定するのに、ネジ４５もしくはその他の適当な装着手段を用いている。
【００６７】
図１４に示したＦＰＡは、複雑で凸凹状のシェルを必要としないので、モジュールの製造に当りそのようなシェルに起因するコストを伴わないで済む。また、より低廉な材料からなるシェルカバーを用いることができる。成形カバーは、製造コストを低減しようとすれば、低強度にして低耐熱温度材で製造しても差支えない。
【００６８】
また、図１４のＦＰＡでは、利用するボンディングワイヤはより短くて済むので、半導体装置とＰＣＢとの電気接続をより信頼性よくすることができる。ボンディングワイヤを短くすることができれば、ボンディングワイヤから発生するＲＦＩエネルギーを減らすことができる。
【００６９】
ＰＣＢと伝熱性基板との間に両面接着テープ４３を介在させていることから、ＵＬ規格の沿面漏れ要件に合致した高電圧用途(４２ボルト以上)に適した絶縁特性がＦＰＡに得られることになる。
【００７０】
図１５は、本発明によるＦＰＡ７０の別実施の形態を示している。この実施の形態では、ヒートシンク２６には、伝熱性基板２２の土台となる隆起部が設けられている。この隆起部は、基体となるヒートシンクに対して種々の方法、例えば押出し成形、別の金属の挿填、隆起成形法、型押し成形などで形成することができる。このような隆起部を設けることにより、ＰＣＢ２７をヒートシンクから離れたところに載置できるので、ＰＣＢがヒートシンクから加熱されるようなことはない。ヒートシンクを非伝熱性被覆層で被覆すれば、ヒートシンクがＰＣＢを加熱してしまうのを更に防ぐことができる。また、ヒートシンクに対して電気絶縁層２６Ａを被覆するか、取り付けるとかで設けておけば、安全上の問題点を解消することもできる。
【００７１】
図１５に示した本発明の実施の形態は、安全上の要件(例えばＵＬ規格及びＶＤＥ規格における要件)での最小量の点弧距離(strike distance)と沿面漏れ距離を図１４の実施の形態について示した構造が満たせない場合に特に有利なものである。
【００７２】
また、図１５に示したＦＰＡのもう一つの利点を挙げれば、基板の上面がＰＣＢの上面に近づけば近づくほど、ボンディング距離長が減少することになり、そのために前述したようにＲＦＩの量を減少できることになる。その上、基板の上面がＰＣＢの上面に近くなればなるほど、成形カバーが覆うスペースも小さくなり、そのために充填組成物の量も少なくてすみ、ひいてはＦＰＡの製造コストを減少できる。
【００７３】
本発明によるＦＰＡ８０のまた別の実施の形態を図１６に示す。図示のＦＰＡには、伝熱性基板２２の直下に土台が形成されているヒートシンク２６を備えている。基板には、ボンディングワイヤ４０を介して半導体装置２３と接続された電気接点パッド７１Ａが設けられている。このボンディングワイヤは、電気接点パッド７１と電気接続されている基板２２上の電気ボンディングパッドに電気接続してあってもよい。ＰＣＢ２７にはもう一つの電気接点パッド７０Ａが設けられていて、これはＰＣＢ２７上の別の装置(図示せず)に電気接続されている。ＰＣＢ上の接点パッド７０と伝熱性基板上の接点パッド７１とは互いに接触していて、半導体装置２３とＰＣＢ２７上の装置(図示せず)とを電気接続している。このような構成は、組立て前に半導体装置の試験が行え、従って製造時にでる不良品の数を減らすことができ、ひいては省コスト効果が得られる。
【００７４】
図１７は、本発明によるＦＰＡ９０の更に別の実施の形態を示している。この実施の形態では、ＰＣＢ２７Ａは、伝熱性基板２２の直上において、それとは隔てて位置決めされている。この場合、ＰＣＢ２７Ａには空洞は形成されていない。ＰＣＢ２７Ａの下面と伝熱性基板２２の上面との間に囲繞手段２０を介在させている。この囲繞手段２０で、伝熱性基板２２の上方のスペースを閉塞すると共に、そのスペースに適当な充填組成物５０を充填している。囲繞手段２０には装置１５を伝熱性基板２２上の半導体装置２３と電気接続する一つかそれ以上のバイア３０が形成されている。囲繞手段２０は適当な絶縁材で形成されている。ボンディングワイヤ４０の一端は半導体装置２３に、また、他端はバイア３０とそれぞれ電気接続されているので、半導体装置２３はＰＣＢ２７Ａ上の装置１５ないしその他の装置と電気接続されていることになる。
【００７５】
図１７に示した本発明の実施の形態では、成形カバーを利用しなくてもよい。また、ＰＣＢに空洞がなくてもよいことから、ＰＣＢ上に余分に部品ないし装置を搭載する表面積が得られることになり、本発明によるモジュールを全体としてより小型に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１Ａ】本発明の実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの上面図。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの側面図。
【図１Ｃ】本発明の実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの前面図。
【図１Ｄ】本発明の実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの背面図。
【図２】ＩＭＳを露現させた状態での、図１Ａから図１Ｄに示したモジュールの上面図。
【図３】ＩＭＳ基板と、該ＩＭＳ基板と図２に示したＰＣＢとの接続を示す詳細図。
【図４Ａ】図１ＡのＰＣＢの線４-４に沿った横断面図。
【図４Ｂ】図１ＡのＰＣＢの上面図。
【図５Ａ】本発明の別実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの上面図。
【図５Ｂ】本発明の別実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの横断面図。
【図６Ａ】本発明の別の面による微小インバータモジュール８の上面図。
【図６Ｂ】本発明の別の面による微小インバータモジュール８の横断面図。
【図７Ａ】本発明の更に別の実施の形態による微小インバータモジュール８の上面図。
【図７Ｂ】本発明の更に別の実施の形態による微小インバータモジュール８の横断面図。
【図８Ａ】本発明のまた別の実施の形態による微小インバータモジュール８の上面図。
【図８Ｂ】本発明のまた別の実施の形態による微小インバータモジュール８の横断面図。
【図９Ａ】本発明のまた別の実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの上面図。
【図９Ｂ】本発明のまた別の実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの横断面図。
【図１０Ａ】本発明の更に別の実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの上面図。
【図１０Ｂ】本発明の更に別の実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの横断面図。
【図１１】本発明の追加実施の形態によるアダプタブル主回路モジュールの上面図。
【図１２】本発明によるＩＭＳの別の配置を示す上面図。
【図１３Ａ】図１３のＩＭＳを収納しうる１/２ＨＰモーター制御モジュールの一例を示す上面図。
【図１３Ｂ】図１３のＩＭＳを収納しうる１/２ＨＰモーター制御モジュールの一例を示す側面図。
【図１４】本発明による半導体装置の実施の形態の横断面図。
【図１５】本発明による半導体装置の実施の形態であって、伝熱性基板の直下に隆起部からなるプラットフォームを有するヒートシンクを備えた装置の横断面図。
【図１６】本発明による半導体装置の実施の形態であって、伝熱性基板の直下に図２と同様に隆起部からなるプラットフォームを有するヒートシンクを示す一方、半導体装置とＰＣＢ部品とが基板の上面とＰＣＢの下面にそれぞれ設けた電気接点を介して電気接続されているところを示す装置の横断面図。
【図１７】ＰＣＢが基板の上方に配置され、半導体装置がバイアを介してＰＣＢ部品と電気接続されている、本発明による半導体装置モジュールの実施の形態の横断面図。
【図１８】基板とＰＣＢとを支持してモジュールを構成すると共に、これがヒートシンクに載置されている半導体装置モジュールの横断面図。
【符号の説明】
【００７７】
１０: 空洞 ２１: ヒートシンク
２２: 伝熱性基板 ２３: 半導体装置
２４: ボンディングパッド ２５: カバー
２７: プリント回路基板 ２８: 第２係止部材
２９: 第１係止部材 ４１: ボンディングワイヤ
５０: 充填材
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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