(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が形成された金属基板と、
前記金属基板の上に設けられた絶縁層と、
前記凹部の上方に位置する前記絶縁層に埋め込まれ、高電圧の信号が伝送される複数のの第１の配線と、
前記凹部以外において前記絶縁層を介して前記金属基板の上方に位置する第２の配線と、
前記絶縁層の上方に設けられた回路素子と、
を備え、
前記複数の第１の配線と前記金属基板との距離と、前記第２の配線と前記金属基板との距離が同等であることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
前記複数の第１の配線の間隔をＨ(mm)とし、空気の絶縁耐圧をＷ（V/mm)とし、前記配線の電圧をＰ（V）としたときに、
Ｈ＜Ｐ／Ｗ
なる関係が成立していることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記回路素子が、前記凹部以外の上方に位置する絶縁層の上方に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項４】
前記回路素子がインバータ用のパワー素子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路装置に関する。本発明は、特に、高電圧の信号が伝送される回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを駆動するインバータなどのモジュールにおいては、電力効率向上のために高電圧が使用されている。たとえば、ハイブリッド自動車では、５００−６００Ｖの高電圧でモータが駆動されており、インバータモジュール内においても、５００−６００Ｖの高電圧信号が伝送される配線が存在している。
【０００３】
図５は、従来の回路装置（インバータモジュール）の構成を示す概略図である。従来の回路装置は、平板状の金属基板３１０の上に絶縁層３２０が形成され、絶縁層３２０の上に第１の配線３３０および第２の配線３４０が形成されている。第２の配線３４０の上には、電力増幅用のパワー素子として回路素子３５０が搭載されている。回路素子３５０は、第２の配線３４０に伝送される昇圧前のＰＷＭ信号を増幅して５００Ｖの高電圧の信号に変換する。高電圧の信号は、第１の配線３３０によって伝送される。従来の回路装置では、高電圧の信号が伝送される第１の配線３３０は絶縁層３２０の上に露出しており、第１の配線３３０の間の絶縁は、空気によって確保されている。
【特許文献１】特開２００５−３１０８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高電圧の信号が伝送される高圧配線が空気によって絶縁されている場合には、高圧配線の間のスペースが空気の絶縁耐圧で決まる。絶縁耐圧で決まるスペースは、たとえば１ｍｍ程度という、回路装置の寸法においてはかなりの距離を要する。このため、高圧配線のスペースを確保する分だけ基板面積を余分に大きくする必要があり、回路装置の大型化を招いていた。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高圧配線を有する回路装置を小型化する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、回路装置である。当該回路装置は、凹部が形成された金属基板と、金属基板の上に設けられた絶縁層と、凹部の上方に位置する絶縁層に埋め込まれ、高電圧の信号が伝送される複数の配線と、絶縁層の上方に設けられた回路素子と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記態様の回路装置において、複数の配線の間隔をＨ(mm)とし、空気の絶縁耐圧をＷ（V/mm)とし、配線の電圧をＰ（V）としたときに、Ｈ＜Ｐ／Ｗなる関係が成立していてもよい。
【０００８】
また、上記態様の回路装置において、回路素子が、凹部以外の上方に位置する絶縁層の上方に設けられていてもよい。
【０００９】
また、上記態様の回路装置において、回路素子がインバータ用のパワー素子であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回路装置に設けられた高圧配線の間隔を短くすることにより、回路装置のさらなる小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、本明細書において、「上」方向とは、金属基板に対して回路素子が存在する方向が上であると規定している。
【００１２】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る回路装置が用いられるインバータモジュールを示す概略図である。図２は、インバータモジュールの構成を示す概略図である。インバータモジュール５００には、ＰＷＭ(Pulse Width Moduration)信号が入力される。インバータモジュール５００に入力されるＰＷＭ信号は、通常、ロジックレベル（５Ｖ）である。ＰＷＭ信号を受信したインバータモジュール５００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの相(コイル)を有するモータ５３０の各相に位相の異なる交流電流（５００Ｖ振幅）を供給することにより、モータ５３０を回転させる。インバータモジュール５００は、電圧増幅部５１０および電力増幅部５２０を備える。電圧増幅部５１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応する昇圧回路５１２、５１４、５１６を有する。昇圧回路５１２、５１４、５１６において、それぞれ入力されたＰＷＭ信号が１５Ｖに昇圧される。電力増幅部５２０は、Ｕ相に対応するパワー素子５２１、５２４、Ｖ相に対応するパワー素子５２２、５２５およびＷ相に対応するパワー素子５２３、５２６を有する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応する一組のパワー素子のオンオフにより、ＰＷＭ信号の電力が増幅される。
【００１３】
図３は、実施の形態に係る回路装置の断面図である。図３の断面は、たとえば、図２のＡ−Ａ’線上の断面に相当する。本実施の形態の回路装置１０は、金属基板２０、絶縁層３０、第１の配線４０、第２の配線５０ａ，５０ｂ、および回路素子６０を備える。
【００１４】
金属基板２０には、凹部２２が設けられている。凹部２２の深さは、たとえば、約６０μｍ〜約１ｍｍ、典型的には約２００μｍである。金属基板２０の上面のうち、凹部２２を除いた領域を凸部２４とよぶ。凸部２４における金属基板２０の厚さは、たとえば、約１００μｍ〜約３ｍｍ、典型的には約１．５ｍｍである。金属基板２０を構成する材料としては、たとえば、アルミニウム、銅などが挙げられる。また、金属基板２０は、銅からなる下層金属層と、下層金属層上に形成されたＦｅ−Ｎｉ系合金（いわゆるインバー合金）からなる中間金属層と、中間金属層上に形成された銅からなる上層金属層とが積層されたクラッド材であってもよい。
【００１５】
絶縁層３０は、金属基板２０の上に形成されている。すなわち、凹部２２には、絶縁層３０が充填されている。絶縁層３０の厚さは、たとえば、約６０μｍ〜約１６０μｍである。絶縁層３０を構成する材料としては、たとえば、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の熱硬化性樹脂が例示される。回路装置１０の放熱性向上の観点から、絶縁層３０は高熱伝導性を有することが望ましい。このため、絶縁層３０は、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、カリウム化合物、マグネシウム化合物またはケイ素化合物などを高伝導性フィラーとして含有することが好ましい。
【００１６】
第１の配線４０は、金属基板２０に形成された凹部２２の上方の絶縁層３０に埋め込まれている。第１の配線４０は、たとえば、銅などの導電部材により形成される。第１の配線４０には、高電圧の信号が伝送される。ここで、高電圧とは、後述する回路素子６０（パワー素子）の駆動電圧（たとえば１５Ｖ）より高い電圧をいう。典型的には、ハイブリッド自動車のモータ用インバータモジュールの場合、高電圧とは、５００〜６００Ｖである。
【００１７】
本実施の形態のように、第１の配線４０が複数設けられている場合には、絶縁層３０によって隣接する第１の配線４０の間が絶縁されている。これにより、隣接する第１の配線４０が空気により絶縁されている場合に比べて、第１の配線４０の間隔Ｈを短くすることができる。第１の配線４０の間隔Ｈを短くすることにより、回路装置１０のさらなる小型化を図ることができる。
【００１８】
具体的には、空気の絶縁耐圧をＷ（V/m)とし、第１の配線４０によって伝送される信号の電圧をＰ（V）とし、隣接する第１の配線４０の間隔をＨとしたときに、
Ｈ＜Ｐ／Ｗ
の関係が成り立つ。すなわち、空気の絶縁耐圧で決まる最小の配線間隔Ｈ０＝Ｐ／Ｗよりも配線間隔を短くすることができる。
【００１９】
第２の配線５０ａ，５０ｂは、金属基板２０の凸部２４の上方の絶縁層３０の上に形成されている。第２の配線５０ａ，５０ｂは、たとえば、銅などの導電部材により形成される。第２の配線５０ａは所定の配線パターンを有し、ロジックレベル（たとえば５Ｖ）の低電圧の信号が伝送される。一方、第2の配線50bは高電圧が印加される。
【００２０】
回路素子６０は、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子であり、図２に関連して説明したパワー素子に相当する。回路素子６０は、はんだなどの接着部材を介して第２の配線５０ｂの上に搭載されている。典型的には、回路素子６０をＭＯＳＦＥＴとした場合に、回路素子６０のドレインに第２の配線５０ｂが接続される。なお、回路素子６０の放熱性を向上させるために、回路素子６０と第２の配線５０ｂとの間に、銅などの金属からなる放熱プレートを設けてもよい。
【００２１】
（製造方法）
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、図３に示した実施の形態に係る回路装置の製造プロセスを説明するための工程断面図である。まず、図４（Ａ）に示すように、凹部２２が形成された金属基板２０を用意する。金属基板２０の材料として、たとえば、アルミニウムを用いる。金属基板２０に凹部２２を形成する方法は限定されないが、たとえば、薬液処理が挙げられる。ここで、凸部２４における金属基板２０の厚さは、約１００μｍ〜約３ｍｍ、典型的には約１．５ｍｍである。また、凹部２２の深さは、約６０μｍ〜約１ｍｍ、典型的には約２００μｍである。
【００２２】
次に、図４（Ｂ）に示すように、金属基板２０の上面に、アルミナまたはシリカなどの充填材が添加されたエポキシ樹脂を塗布することによって、約６０μｍ〜約１６０μｍの厚みを有する第１の絶縁層３２を形成する。続いて、第１の絶縁層３２の上に約７０μｍの厚みを有する銅箔５２を圧着する。このとき、第１の絶縁層３２および銅箔５２は凹部２２に沿って形成されるため、凹部２２の上方において窪んだ形状が形成される。
【００２３】
次に、図４（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、銅箔５２をパターニングすることにより、第１の配線４０および第２の配線５０ａ，５０ｂを形成する。ここで、第２の配線５０ａは、低電圧が印加されるパターニングされた配線である。一方、第２の配線５０ｂは、高電圧が印加される配線である。このとき、第１の配線４０は凹部２２の上方の窪んだ部分において形成されるため、第２の配線５０ａ，５０ｂに比べて凹部２２の深さの分だけ下方に位置する。
【００２４】
次に、図４（Ｄ）に示すように、凹部２２の上方に形成された第１の配線４０のみを覆う（凹部２２以外に形成された第２の配線５０ａ，５０ｂの表面は露出する）ように第２の絶縁層３４を形成する。第２の絶縁層３４は、たとえば、アルミナまたはシリカなどの充填剤が添加されたエポキシ樹脂をスキージングなどの手法により塗布することによって形成することができる。なお、第１の絶縁層３２および第２の絶縁層３４を合わせた層が、図３に示した絶縁層３０に相当する。この後、表面が露出した第２の配線５０ｂにはんだなどの融着層を介して回路素子６０を装着する。回路素子６０は、上述したように、ＬＳＩなどのパワー素子である。たとえば、回路素子６０をＭＯＳＦＥＴとした場合に、第２の配線５０ｂは回路素子６０のドレインに接続される。
【００２５】
以上の製造プロセスにより図３に示した実施の形態に係る回路装置を製造することができる。
【００２６】
以上説明した回路装置によれば、高圧配線間のスペースが絶縁層の絶縁耐圧に応じて設定することができる。空気に比べて高耐圧の絶縁層を使用することにより、高圧配線間のスペース圧縮が可能となり、基板面積削減に寄与する。
【００２７】
また、発熱素子であるパワー素子を金属基板の凸部上方に配置することにより、発熱部品と金属基板との距離を小さくすることができ、金属基板を介して放熱をより効果的に行うことができる。特に、高電力効率特性と高放熱特性との両立とモジュールの小型化が厳しく要求される車載用インバータモジュールは、上述したの回路装置を用いることが効果的である。
【００２８】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００２９】
例えば、上述の実施の形態では、回路素子６０が第２の配線５０ｂの上に搭載されているが、回路素子６０は、絶縁層３０の上に搭載されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施の形態に係る回路装置が用いられるインバータモジュールを示す概略図である。
【図２】インバータモジュールの構成を示す概略図である。
【図３】実施の形態に係る回路装置の断面図であり、たとえば、図２のＡ−Ａ’線上にの断面に相当する。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｄ）は、図３に示した実施の形態に係る回路装置の製造プロセスを説明するための工程断面図である。
【図５】従来の回路装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  回路装置、２０  金属基板、３０  絶縁層、４０  第１の配線、５０ａ，５０ｂ  第２の配線、６０  回路素子。
【図１】
0005002350.tif 000002
【図２】
0005002350.tif 000003
【図３】
0005002350.tif 000004
【図４】
0005002350.tif 000005
【図５】
0005002350.tif 000006