(57)【要約】【課題】ケースを固定する接着剤の塗布量を抑え、なおかつパワーデバイスへのはみ出しを防止できるパワーモジュールを提供すること。【解決手段】パワーデバイス３を載置した複数のベース板５を並べて配置し、これらのベース板５をケース７で囲んだパワーモジュール１において、前記ケース７は、複数の前記ベース板５の全てを囲む外囲壁２０と、隣り合う前記ベース板５同士の間に沿って配置される仕切壁２１と、を備え、前記外囲壁２０、及び前記仕切壁２１の底面２０Ａ、２１Ａが前記ベース板５の上面に接着剤４０で接着されるとともに、前記仕切壁２１の底面２１Ａには、前記ベース板５同士の間に沿って延在し、隣り合う前記ベース板５同士の間に塗布された接着剤４０を封じる溝５０を設けた。【選択図】図３
2013093502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーデバイスを載置した複数のベース板を並べて配置し、これらのベース板をケースで囲んだパワーモジュールにおいて、
前記ケースは、複数の前記ベース板の全てを囲む外囲壁と、隣り合う前記ベース板同士の間に沿って配置される仕切壁と、を備え、
前記外囲壁、及び前記仕切壁の底面が前記ベース板の上面に接着剤で接着されるとともに、前記仕切壁の底面には、前記ベース板同士の間に沿って延在し、隣り合う前記ベース板同士の間に塗布された接着剤を覆って封じる溝を設けたことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
隣り合う前記ベース板同士の間に、前記溝に封じられる接着剤を誘い込む誘込空間部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーデバイスをケースに収めて成るパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーデバイスをケースに収め、ケースにゲル状の合成樹脂を充填して封止した樹脂封止型のパワーモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種のパワーモジュールは、ハイブリッド車や電気自動車等のバッテリーとモーターの間で電力変換を行うインバータ装置に好適に用いられている。インバータ装置に用いられるパワーモジュールでは、上アームおよび下アームの各々にパワー半導体素子を接続してパワーデバイスを構成し、このパワーデバイスをケースに収め封止している。そして、モーターの相数に応じた数のパワーモジュールを備えてインバータ装置が構成されている。
【０００３】
一方、ハイブリッド自動車や電気自動車等の高出力化の要求に伴ってインバータ装置には高い出力特性が求められている。インバータ装置の高出力化には、パワーデバイスの数を増やすことが有効である。しかしながら、パワーデバイスの数を増やすと、その分、パワーモジュールの数が増え、パワーモジュールの組み立ての労力やコストが増加する、といった問題がある。
【０００４】
そこで、個々のパワーモジュールが備えるパワーデバイスを個別のケースに収めるのでは無く、１つの共有のケースに収めてパワーモジュールを構成する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この技術によれば、パワーデバイスごとに必要であったケースを１つにできるので、ケースの組み付けの労力を減らし、またコストの増加が抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１５９６９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３００１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献２のパワーモジュールは、パワーデバイスを載置した複数のベース板を互いに同一平面上に並べて配置し、これら全部のベース板の周囲を１つのケースで囲んで構成されている。さらに、この構成においては、ケースはベース板に固定されるのではなく、各ベース板が載置されるパワーモジュールの設置面（例えばヒートシンク）にネジ止め固定されている。
【０００７】
しかしながら、ケースを設置面に固定する構成の場合、パワーモジュールを設置面に固定するまで、パワーデバイスとケースが分離したままとなる。このため、樹脂封止作業は、ケースを設置面にネジ止めした後にしか行うことができず、これに加え、設置面とケースとの間には隙間を密封するためのシール部材が別途に必要になる。
【０００８】
そこで、例えば図６、及び図７に示すように、パワーデバイス１０１を載置したベース板１０２を横並びに配置し、これらのベース板１０２を囲むケース１０３をベース板１０２の面上に固定してパワーモジュール１００を構成することが考えられる。このパワーモジュール１００によれば、ベース板１０２の面上にケース１０３が固定されていることから、パワーモジュール１００を設置面に設置せずとも樹脂封止が可能となる。
ただし、パワーモジュール１００の構成においては、樹脂封止する場合、ベース板１０２同士の間の隙間１０６から樹脂漏れが生じる虞がある。そこで、前掲図６、及び図７に示すように、ケース１０３に、ベース板１０２同士の隙間１０６に沿って延びる仕切壁１０５を設けることで、この仕切壁１０５の底面１０５Ａで隙間１０６を塞ぐことができる。
【０００９】
ところで、このパワーモジュール１００においては、ベース板１０２へのケース１０３の固定に接着剤１０４を用いることでネジ止めに比べて組み立て作業を容易にできる。ベース板１０２へのケース１０３の接着作業は、簡単には、各ベース板１０２の縁部１０７の全周に接着剤１０４を塗布し、ケース１０３、及び仕切壁１０５を上から押し当てて接着、固定する。
【００１０】
しかしながら、ベース板１０２の縁部１０７の全周に接着剤１０４を塗布する際に、全て同一の幅Ｗで塗布すると、仕切壁１０５の接着箇所においては、接着剤１０４の実質的な幅が、隣り合うベース板１０２の両方の縁部１０７に跨がる長さとなるから、塗布面積が必要以上に大きくなり、また接着剤１０４の使用量が増えコストが高くなる。さらに、仕切壁１０５の厚みＴも接着剤１０４の幅に応じて大きくなるためパワーモジュール１００が大型化する。また、ベース板１０２の各々の縁部１０７の全周に接着剤１０４を塗布する必要があることから塗布距離が長く、製造時間が長くなる。これに加え、接着剤１０４の塗布量によっては、図６の囲みＡ部分に示すように、仕切壁１０５の底面で押された接着剤１０４がはみ出してパワーデバイス１０１に接触してしまうことから、接着剤１０４の量や幅を正確に制御する必要もある。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ケースを固定する接着剤の塗布量を抑え、なおかつパワーデバイスへのはみ出しを防止できるパワーモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、パワーデバイスを載置した複数のベース板を並べて配置し、これらのベース板をケースで囲んだパワーモジュールにおいて、前記ケースは、複数の前記ベース板の全てを囲む外囲壁と、隣り合う前記ベース板同士の間に沿って配置される仕切壁と、を備え、前記外囲壁、及び前記仕切壁の底面が前記ベース板の上面に接着剤で接着されるとともに、前記仕切壁の底面には、前記ベース板同士の間に沿って延在し、隣り合う前記ベース板同士の間に塗布された接着剤を封じる溝を設けたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、隣り合うベース板同士の間に沿って配置される仕切壁の底面に、ベース板同士の間に沿って延在し接着剤を封じる溝を設けたため、ケースの固定時に接着剤が仕切壁の底面に押し潰されてベース板の面上にはみ出すことが防止される。
これに加え、隣り合うベース板同士の間では、仕切壁の溝に位置する箇所に接着剤を塗布すれば良く、隣り合うベース板同士で隣接する縁部の各々に接着剤を塗布する必要が無いため、接着剤の塗布工程に要する時間、並びに塗布量を抑えることができる。
また、仕切壁の厚みは、隣り合うベース板同士の間に塗布する接着剤の幅に応じた厚み分必要となる。このとき、各ベース板の縁部の全周に亘り所定幅で接着剤を塗布すると、ベース板同士の間で隣接する縁部の各々にも所定幅の接着剤が塗布されるため、結果として、仕切壁には、接着剤の幅の２倍以上の厚みが必要となる。これに対して、本発明によれば、隣り合うベース板同士の間でも所定幅で接着剤を塗布すれば良いため、仕切壁の厚みを抑えるこができ、またパワーモジュールのサイズを抑えることができる。
【００１４】
また本発明は、上記パワーモジュールにおいて、隣り合う前記ベース板同士の間に、前記溝に封じられる接着剤を誘い込む誘込空間部を設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、仕切壁の溝に収まり切れない程の接着剤が塗布された場合でも、ケース固定時には、接着剤が仕切壁の溝に押されて誘込空間部に誘い込まれるため、ベース板の面上にはみ出すことが無い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、隣り合うベース板同士の間に沿って配置される仕切壁の底面に、ベース板同士の間に沿って延在し接着剤を封じる溝を設けたため、ケースの固定時に接着剤が仕切壁の底面に押し潰されてベース板の面上にはみ出すことが防止される。
これに加え、隣り合うベース板同士の間では、仕切壁の溝に位置する箇所に接着剤を塗布すれば良く、隣り合うベース板同士で隣接する縁部の各々に接着剤を塗布する必要が無いため、接着剤の塗布工程に要する時間、並びに塗布量を抑えることができる。
また、仕切壁の厚みは、隣り合うベース板同士の間に塗布する接着剤の幅に応じた厚み分必要となる。このとき、各ベース板の縁部の全周に亘り所定幅で接着剤を塗布すると、ベース板同士の間で隣接する縁部の各々にも所定幅の接着剤が塗布されるため、結果として、仕切壁には、接着剤の幅の２倍以上の厚みが必要となる。これに対して、本発明によれば、隣り合うベース板同士の間でも所定幅で接着剤を塗布すれば良いため、仕切壁の厚みを抑えるこができ、またパワーモジュールのサイズを抑えることができる。
また本発明において、隣り合う前記ベース板同士の間に、前記溝に封じられる接着剤を誘い込む誘込空間部を設けることで、仕切壁の溝に収まり切れない程の接着剤が塗布された場合でも、ケース固定時には、接着剤が仕切壁の溝に押されて誘込空間部に誘い込まれるため、ベース板の面上にはみ出すことが無い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るパワーモジュールの平面、側面、及び正面を共に示す図である。
【図２】パワーモジュールの組立図である。
【図３】図１のＩ−Ｉ線における断面図である。
【図４】ケースの底面図である。
【図５】図３における囲みＸ部分を拡大して示す図である。
【図６】ケースをベース面に接着した態様のパワーモジュールの一例を示す平面図である。
【図７】図６に示したパワーモジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るパワーモジュール１の平面、側面、及び正面を共に示す図である。
パワーモジュール１は、パワーデバイス３をパッケージ化して成るものであり、複数のパワーデバイス３と、各々がパワーデバイス３を載置した複数のベース板５と、これらのベース板５を囲むケース７とを備え、ヒートシンク等の放熱機能を有した設置板９の面上に設置される。
【００１９】
パワーデバイス３は、電力の変換や制御を行う半導体デバイスであり、例えばＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体素子を用いて構成されている。本実施形態のパワーモジュール１は、ハイブリッド車や電気自動車等のバッテリーとモーターの間で電力変換を行うインバータ装置に用いられ、モーターの一相分のインバータアームを構成するものである。すなわち、パワーデバイス３は、高電位側に接続される上アーム１１Ａ、及び低電位側に接続される下アーム１１Ｂから成るインバータアームを回路基板１３の上に実装して成り、当該インバータアームのスイッチング素子には、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体素子が用いられている。なお、パワーデバイス３は、本実施形態の例示に限定されるものではない。
【００２０】
ベース板５は、パワーデバイス３の固定面を形成するパワーデバイス固定構造部材であり、本実施形態では、平面視矩形の板材が用いられている。このベース板５には、パワーデバイス３の冷却を図るために例えば銅板等の高熱伝導性を有する部材が用いられ、面上にパワーデバイス３が固定されている。本実施形態のパワーモジュール１では、２枚のベース板５を備え、これらのベース板５が幅δの隙間５２をあけて、同一面上に横並びに配置されている。これらのベース板５は、ケース７によって互いに結合される。
【００２１】
ケース７は、全てのベース板５を一纏めに囲み、パワーデバイス３の樹脂封止のためのハウジングを構成するものであり、金属や樹脂等から成形され、外囲壁２０と仕切壁２１とを一体に備えている。外囲壁２０は、併置された全てのベース板５を囲む壁面を構成するものであり、併置されたベース板５を１つの纏まりとしたときの外縁を縁取る縁部３５（図２参照）に沿った環形状を成している。仕切壁２１は、隣り合うベース板５同士の間に沿って延びて両者を仕切る壁面を構成する。
なお、本実施形態では、ベース板５が２つであることから、これらを仕切る仕切壁２１が１つだけ設けられているが、平面視で上下、又は／及び左右にベース板５が並べて配置されている場合には、ベース板５同士の各境界部分に沿って仕切壁２１が設けられることとなる。
【００２２】
上記ケース７は、ベース板５の面上に固定され、これらベース板５、及びケース７によって、液体状のシリコーン樹脂等の樹脂材を注入可能な有底の容器が構成される。ケース７の内側が上記仕切壁２１によって仕切られることで、ケース７の内側には各ベース板５のパワーデバイス３ごとに仕切空間２４が形成され、この仕切空間２４に樹脂材を注入することで、各々の仕切空間２４でパワーデバイス３が樹脂封止される。
なお、ケース７には、図示を省略しているが、パワーデバイス３に電力を供給するための電極等が適宜に設けられている。
【００２３】
図２は、パワーモジュール１の組立図である。なお、同図では、パワーデバイス３の図示を省略している。
同図に示すように、設置板９の面上には、ベース板５を位置決めするための複数のボス３０が立設されている。またベース板５の各々には、ボス３０に対応して貫通孔３１が形成され、さらにケース７の外囲壁２０にもボス３０に対応して貫通孔３２が形成されており、これら貫通孔３１、３２にボス３０を貫通させることでベース板５、及びケース７が所定の位置に相互に位置決めされる。
パワーモジュール１の組立においては、先ず、設置板９の面上に各ベース板５を配置し、その後、ベース板５の上からケース７を被せて当該ケース７をベース板５の面上に固定する。ベース板５とケース７は、接着剤４０を用いて接着固定されている。
【００２４】
図３は、図１のＩ−Ｉ線における断面図である。
ケース７の固定について更に詳述すると、ベース板５を設置板９に配置した後、ケース７を被せる前に、接着剤４０を塗布する塗布工程が行われる。塗布工程では、図２、及び図３に示すように、各々のベース板５の縁部３５の全周に亘りライン状に接着剤４０が塗布され、この接着剤４０によってケース７の底面がベース板５の面上に接着される。
【００２５】
塗布工程について、より具体的には、図３に示すように、外囲壁２０の底面２０Ａが当接する縁部３５、すなわち複数のベース板５を１つの纏まりとしたときの外縁を縁取る縁部３５に沿って所定幅Ｗａ（ただし、所定幅Ｗａ＞ベース板５同士の隙間５２の幅δ）で接着剤４０が塗布される。
また仕切壁２１の底面２１Ａが当接する縁部３５、すなわち隣り合うベース板５同士の隣接する縁部３５には、ベース板５同士の真ん中である中間Ｏに沿って上記所定幅Ｗａで接着剤４０が塗布され、これによって隣接する縁部３５に接着剤４０が同時に塗布される。このように、ベース板５同士の隣接する縁部３５に同時に接着剤４０を塗布されることで、個別に接着剤４０を塗布する場合に比べて、塗布工程の時間を短縮することができる。これに加え、隣接する縁部３５の各々に所定幅Ｗａで接着剤４０を塗布する場合に比べて、接着剤４０の塗布量も抑えることができコストを低減できる。
【００２６】
図４は、ケース７の底面図である。
上記塗布工程の後、ケース７の底面をベース板５の面上に固定する固定工程が行われる。この固定工程においては、設置板９に配置されたベース板５にケース７を被せるように押し当てて接着、固定する。このとき、ベース板５には接着剤４０が、ある程度の厚みを有して塗布されるため、ケース７の底面が平面であると、ベース板５との間で接着剤４０が押し潰されてはみ出しが生じ、パワーデバイス３に接触する虞がある。
そこで、前掲図３、及び図４に示すように、ケース７の外囲壁２０の底面２０Ａには、内側面２０Ｂ側の下端縁部２０Ｃに沿って全周に亘り凹部３７を形成し、この凹部３７に接着剤４０を収めることで、過度に接着剤４０を押し潰すことが無いようにしている。
【００２７】
一方、仕切壁２１については、外囲壁２０の底面２０Ａと同様の構成とすると（図７参照）、隣り合うベース板５同士の隣接する縁部３５の各々に接着剤４０を塗布する必要が生じ、接着剤４０の塗布量の増加や仕切壁２１の厚みＴａの増加を招く。
そこで、本実施形態の仕切壁２１については、前掲図３に示すように、底面２１Ａに、ベース板５同士の中間Ｏに沿って延びる幅Ｔｂ（但しＴａ＞Ｔｂ＞Ｗａ）の溝５０を設け、この溝５０で接着剤４０を覆って仕切壁２１を固定することとしている。
これにより、仕切壁２１を所定幅Ｗａの接着剤４０で接着できるため、当該仕切壁２１の厚みＴａを抑えることができ、結果として、パワーモジュール１のサイズを抑えることができる。
【００２８】
図５は、図３における囲みＸ部分を拡大して示す図である。
仕切壁２１の接着固定について更に詳述すると、図５に示すように、仕切壁２１の溝５０の幅Ｔｂが接着剤４０の所定幅Ｗａよりも大きいことから、仕切壁２１を接着剤４０に押し当てたときに、接着剤４０の塊が溝５０に覆われて封じられる。このとき、接着剤４０の塗布量が溝５０に収まり切れない程に多いと、仕切壁２１の底面２１Ａから接着剤４０がベース板５の面上にはみ出し、パワーデバイス３に接触する虞がある。
そこで、本実施形態では、隣り合うベース板５同士を、その間に幅δの隙間５２を設けて配置することで、この隙間５２によって、接着剤４０を誘い込む誘込空間部を構成している。
これにより、仕切壁２１の固定時に溝５０に押された接着剤４０は、そのまま直下の隙間５２に誘い込まれて入り込み、幅方向への過度の拡がりが抑えられ、ベース板５の面上へのはみ出しが防止される。
【００２９】
固定工程によりケース７をベース板５に接着固定した後、樹脂注入工程によって、シリコーン樹脂等の樹脂材がケース７に注入され、これにより、樹脂封止型のパワーモジュール１が製造される。
このとき、各々のベース板５にあっては、縁部３５の全周に亘り塗布された接着剤４０がケース７との間のシール材としても機能し、これにより、ケース７とベース板５によって形成された上述の仕切空間２４からの液漏れが防止されている。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、隣り合うベース板５同士の間に沿って配置される仕切壁２１の底面２１Ａに、ベース板５同士の間に沿って延在し接着剤４０を封じる溝５０を設ける構成とした。
この構成により、ケース７の固定時に接着剤４０が仕切壁２１の底面２１Ａに押し潰されて両側のベース板５の面上にはみ出すことが防止される。
これに加え、隣り合うベース板５同士の間では、仕切壁２１の溝５０に位置する箇所に接着剤４０を塗布すれば良く、各ベース板５の縁部３５の各々に接着剤４０を塗布する必要が無いため、接着剤４０の塗布工程に要する時間、並びに塗布量を抑えることができる。
また、仕切壁２１の厚みＴａは、隣り合うベース板５同士の間に塗布する接着剤４０の所定幅Ｗａに応じた厚み分必要となる。このとき、各ベース板５の縁部３５の全周に亘り所定幅Ｗａで接着剤４０を塗布すると、ベース板５同士の間で隣接する縁部３５の各々にも所定幅Ｗａの接着剤４０が塗布されるため、結果として、仕切壁２１には接着剤４０の所定幅Ｗａの２倍以上に亘る厚みＴａが必要となる。これに対して、本発明によれば、隣り合うベース板５同士の間でも所定幅Ｗａで接着剤４０を塗布すれば良いため、仕切壁２１の厚みＴａを抑えるこができ、またパワーモジュール１のサイズを抑えることができる。
【００３１】
また本実施形態によれば、隣り合うベース板５同士の間に、溝５０に封じられる接着剤４０を誘い込む誘込空間部としての隙間５２を設ける構成とした。
この構成により、仕切壁２１の溝５０に収まり切れない程の接着剤４０が塗布された場合でも、ケース７の固定時には、接着剤４０が仕切壁２１の溝５０に押されて隙間５２に誘い込まれるため、ベース板５の面上にはみ出すことが無い。
なお、誘込空間部は、隙間５２に限らず、例えばベース板５の面上の縁部３５に沿って切り欠いた凹部によって形成しても良い。
【００３２】
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示するものであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
【００３３】
例えば、上述した実施形態では、パワーモジュール１が備えるベース板５の数が２つの場合を例示したが、これに限らず、３つ以上であっても良い。この場合、ベース板５を直線状に横並びに配置しても良く、また格子状に縦横に並べて配置しても良い。
【００３４】
また例えば、上述した実施形態では、ベース板５の面上に接着剤４０を塗布し、ケース７を押し当てて固定する固定工程を例示した。しかしながら、これに限らず、ケース７の底面に接着剤４０を塗布し、これをベース板５の面上に押し当てて固定する固定工程としても良い。この固定工程においては、仕切壁２１の底面には、溝５０の中に接着剤４０を塗布することとなる。
【符号の説明】
【００３５】
１、１００  パワーモジュール
３、１０１  パワーデバイス
５、１０２  ベース板
７、１０３  ケース
９  設置板
２０  外囲壁
２０Ａ  外囲壁の底面
２１、１０５  仕切壁
２１Ａ  仕切壁の底面
２４  仕切空間
３５、１０７  縁部
３７  凹部
４０、１０４  接着剤
５０  溝
５２  隙間（誘込空間部）
【図１】
2013093502.tif 000003
【図２】
2013093502.tif 000004
【図３】
2013093502.tif 000005
【図４】
2013093502.tif 000006
【図５】
2013093502.tif 000007
【図６】
2013093502.tif 000008
【図７】
2013093502.tif 000009