(57)【要約】【課題】プリント基板の組み付け時にプリント基板の反りや基板上のパワー半導体モジュールの高さ方向の段差に起因して発生する応力に対する耐久性を高めることができるパワー半導体モジュール及びそれを使用したモータ駆動装置を提供する。【解決手段】パワー半導体モジュール３０は、対向する両側部にそれぞれ端子列軸線方向に並ぶ端子列２０，２２を備える。さらに、少なくとも一方側の端子列２０又は２２の端子列軸線方向の両端部に、パワー半導体モジュール３０を基板１２に半田付けしたときに他の端子２０ａ，２２ａより半田接続強度が高くなるダミー端子２４，２６が設けられる。モータ駆動装置は、上述のようなパワー半導体モジュール３０が実装された基板を使用する。【選択図】図１
2009206184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する両側部にそれぞれ端子列軸線方向に並ぶ端子列を備えたパワー半導体モジュールにおいて、少なくとも一方側の端子列の端子列軸線方向の両端部に、前記パワー半導体モジュールを基板に半田付けしたときに他の端子より半田接続強度が高くなるダミー端子が設けられていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記ダミー端子は、前記パワー半導体モジュールの前記端子列の他の端子よりも太い又は半田付け面積が広い、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記端子列の一方が前記パワー半導体モジュールの動作を制御する信号のための制御用端子の列であり、前記ダミー端子が前記制御用端子の列の端子列軸線方向両端部に配置されている、請求項１又は請求項２に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項４】
前記端子列の一方が主電流を通電するための主回路用端子の列であり、前記ダミー端子が前記主回路用端子の列の端子列軸線方向両端部に配置されている、請求項１から請求項３の何れか一項に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のパワー半導体モジュールを使用したことを特徴とする、モータを駆動するためのモータ駆動装置。
【請求項６】
前記パワー半導体モジュールが基板に半田付けされており、前記ダミー端子が前記基板に半田付けされた部分の間の電圧を監視することにより、半田異常を検知するようにした、請求項５に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きな電流を制御するためのパワー半導体モジュール及びそれを使用したモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動回路には、主回路駆動電流を制御するためにパワー半導体モジュールが使用されている。このようなパワー半導体モジュールのプリント基板への実装は、半田付けによって行われることも多く、近年、主回路駆動電流を通電する部分にも半田付け端子が採用されているパワー半導体モジュールが増えてきている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８０２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなパワー半導体モジュールをフロー半田付けによってプリント基板に実装する場合、半田付け時のプリント基板の温度変化によって反りを生じ、反った状態のプリント基板にパワー半導体モジュールが半田付けされることになる。また、一つのプリント基板に複数のパワー半導体モジュールを半田付けした場合、プリント基板の端子孔に対する端子の浮き具合などによってパワー半導体モジュール間で高さに差が生じ、段差が発生することがある。
【０００５】
このような状態のプリント基板をモータ駆動装置のハウジングなどに組み付けるとプリント基板の反りが矯正されて、プリント基板に応力が生じてこれが半田付け部分に作用する。また、放熱器等にプリント基板が取り付けられる場合には、プリント基板に実装されたパワー半導体モジュールが放熱器等に接触してプリント基板表面の段差を矯正する方向の力がプリント基板に作用して、この力に起因する応力が半田付け部分に作用することもある。このようにして半田付け部分に大きな応力が作用すると、半田付け部分にクラックが生じて、その結果、接続不良を引き起こす可能性がある。また、応力に対する半田付け部分の耐久性は、パワー半導体モジュールの端子の半田付け面積が大きいほど強く、また端子を半田付けしたときにできる半田フィレットが大きいほど強い。したがって、特に、パワー半導体モジュールの端子の中でも、パワー半導体モジュールの動作（すなわち電力出力のスイッチング）を制御する信号のための制御用端子は、主電流を通電するための主回路用端子に比べて細く半田付け面積が小さいため、接続不良を引き起こしやすい。
【０００６】
プリント基板の反りの矯正時に作用する応力を緩和するために、引用文献１は、開口を有する開口配線層を複数積層し、開口配線層を積層方向に貫通する貫通孔が形成されるようにすると共に、開口配線層の開口の少なくとも一部と重なり貫通孔を遮断する挟持配線層を開口配線層の間に配置するようにした多層配線基板を開示している。引用文献１に開示される多層配線基板では、このように形成された貫通孔により基板に作用する応力を緩和する一方、開口部に露出した挟持配線層を利用することで、配線パターンの制限を少なくすようにしている。
【０００７】
しかしながら、引用文献１に開示の基板は、基板側に貫通孔を設ける必要があり、基板設計に制約を与える問題がある。
【０００８】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解決して、プリント基板の大きな設計変更を伴うことなく、装置へのプリント基板の組み付け時にプリント基板の反りや基板上のパワー半導体モジュールの高さ方向の段差に起因して発生する応力に対する耐久性を高めることができるパワー半導体モジュール及びそれを使用したモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、対向する両側部にそれぞれ端子列軸線方向に並ぶ端子列を備えたパワー半導体モジュールにおいて、少なくとも一方側の端子列の端子列軸線方向の両端部に、前記パワー半導体モジュールを基板に半田付けしたときに他の端子より半田接続強度が高くなるダミー端子が設けられているパワー半導体モジュールを提供する。
【００１０】
基板の反りや基板上に実装されたパワー半導体モジュールの高さ方向の段差を矯正する力が基板に作用すると、その力により基板に生じる応力は、主として、基板上に実装されたパワー半導体モジュールの端子列の中間に位置する端子よりも端子列軸線方向の両端部の端子によって受け持たれ、端子列の中間に位置する端子に作用する応力は小さくなる。したがって、パワー半導体モジュールの端子列軸線方向の両端部に、パワー半導体モジュールを基板に半田付けしたときに他の端子よりも半田付け強度の高くなるダミー端子を設ければ、このパワー半導体モジュールを基板に半田付けしたときに、基板の反りやパワー半導体モジュール間の高さの差による段差を矯正するような力が基板に作用しても、それにより発生する応力のほとんどをダミー端子が受け持つので、応力が他の端子に直接作用しにくくなる。また、ダミー端子は基板に半田付けされたときに端子列の他の端子よりも半田接続強度が高くなるので応力に対する耐久性も強くなる。
【００１１】
前記ダミー端子は、前記パワー半導体モジュールの前記端子列の他の端子よりも太い又は半田付け面積が広いことが好ましい。
【００１２】
また、前記端子列の一方が前記パワー半導体モジュールの動作を制御する信号のための制御用端子の列であり、前記ダミー端子が前記制御用端子の列の端子列軸線方向両端部に配置されていることが好ましい。前記端子列の一方が主電流を通電するための主回路用端子の列であり、前記ダミー端子が前記主回路用端子の列の端子列軸線方向両端部に配置されていてもよい。
【００１３】
さらに、本発明は、上記パワー半導体モジュールを使用したモータを駆動するためのモータ駆動装置を提供する。
【００１４】
上記モータ駆動装置では、前記パワー半導体モジュールが基板に半田付けされており、前記ダミー端子が前記基板に半田付けされた部分の間の電圧を監視することにより、半田異常を検知するようになっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板の反りや基板に実装されたパワー半導体モジュールの高さ方向の段差を矯正する際に基板に生じる応力が他の端子よりも強い強度を有する端子列軸線方向両端部のダミー端子に受け持たれ、ダミー端子の間の他の端子には応力が作用しにくくなる。また、ダミー端子は基板に半田付けされたときに端子列の他の端子よりも半田接続強度が高くなるので、応力に対する耐久性も向上し、半田付け部の不良も減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。
最初に、図７を参照して、本発明のパワー半導体モジュール１８を実装したプリント基板１２を使用したモータ駆動装置１０の全体構成を説明する。図７を参照すると、モータ駆動装置１０は、内部に組み付けられたプリント基板１２と、プリント基板１２に主回路駆動電流（以下、主電流とも記載する。）を供給するための電源１４とを備える。モータ駆動装置１０は、、モータ１６に接続されており、モータ１６を駆動し、その動作を制御する。プリント基板１２上には、モータ１６の動作を制御するための主回路が設けられており、他の半導体（簡単化のために図示せず）などと共に、主電流を制御するためのパワー半導体モジュール１８が実装されている。
【００１７】
図１は、図７に示されている本発明のパワー半導体モジュール１８の斜視図である。図１を参照すると、パワー半導体モジュール１８は、中心軸線Ｏを挟んで対向する両側部に、中心軸線方向に並ぶ複数の端子からなる端子列をそれぞれ備えている。図１に示されている実施形態では、一方の側部に、プリント基板１２に供給される主電流を通電するための複数の主回路用端子２０ａからなる端子列（以下、主回路用端子列と記載する。）２０が設けられ、中心軸線Ｏを挟んでこれと対向する他方の側部には、パワー半導体モジュール１８の動作すなわちパワー半導体モジュール１８からの電力出力のスイッチングを制御する信号のための複数の制御用端子２２ａからなる端子列（以下、制御用端子列と記載する。）２２が設けられている。なお、主回路用端子２０ａには制御用端子２２ａに比べて大きな電流又は電圧が印加されるので、主回路用端子２０ａは制御用端子２２ａに比べて太くなっている。
【００１８】
本発明のパワー半導体モジュール１８では、パワー半導体モジュール１８の対向する側部の各々に配置された端子列２０，２２の端子列軸線方向の最外側の両端部にそれぞれダミー端子２４，２６が設けられている。ダミー端子２４，２６は、例えば各側部の端子列の他の端子２０ａ，２２ｂに比べて太い又は半田付け面積が広く、プリント基板１２に半田付けされたときに他の端子２０ａ，２２ａよりも半田接続強度が高くなるように構成されている。
【００１９】
次に、図２及び図３を参照して、図１に示されているパワー半導体モジュール１８の作用について説明する。
図２に示されているようにプリント基板２８にパワー半導体モジュール３０をフロー半田付けにより実装するときには、半田付けのための熱がプリント基板２８に伝導してプリント基板２８が高熱になり、この温度変化により、プリント基板２８には図２（ａ）に示されているような反りが生じる。このため、反った状態のプリント基板２８にパワー半導体モジュール３０が実装されることになる。図２（ｂ）に示されているように、このように反ったプリント基板２８をねじなどの締結具３２でモータ駆動装置１０のハウジングや放熱器などに組み付けると、プリント基板２８の反りが矯正されてプリント基板２８に応力が生じ、これがプリント基板２８上のパワー半導体モジュール３０に作用する。図２（ｂ）に示されているように、一般に、モータ駆動装置１０のハウジングや放熱器などへのプリント基板２８の組み付けは、プリント基板２８の対向する両端部と中央部とをハウジングや放熱器にねじ等の締結具３２で固定することにより行われ、応力は、プリント基板２８上に実装されたパワー半導体モジュール３０の端子列のうち最外側の端子、特に固定部に最も近い端子の半田付け部分（図２（ｂ）中で円によって囲まれた部分）によって主として受け持たれる。このため、これらパワー半導体モジュール３０の端子のうち固定部に最も近い端子の半田付け部分にクラックが生じ、接触不良を生じることが多かった。
【００２０】
図３（ａ）に示されるように、本発明のパワー半導体モジュール１８でも、フロー半田付けによりプリント基板１２へパワー半導体モジュール１８を実装する際の温度変化により、プリント基板１２には反りが生じる。しかしながら、図３（ｂ）に示されているように、プリント基板１２をねじ等の締結具３４でモータ駆動装置１８のハウジングや放熱器などに組み付けることによりプリント基板１２の反りが矯正されプリント基板１２に応力が生じたとき、プリント基板１２からこれに実装されるパワー半導体モジュール１８に作用する応力はほとんどがパワー半導体モジュール１２の各側部の端子列２０又は２２の端子列軸線方向最外側に位置する二つのダミー端子２４又は２６によって受け持たれ、二つのダミー端子２４又は２６の間の他の端子２０ａ又は２２ａに作用する応力は小さくなる。ダミー端子２４又は２６は、各端子列２０又は２２の他の端子２０ａ又は２２ａに比べて半田接続強度が高くなるように構成されているので、本発明によるパワー半導体モジュール１８は従来のパワー半導体モジュール３０に比べて半田付け部分の接続強度が高く、したがって半田クラックや接続不良が発生しにくくなる。
【００２１】
プリント基板１２上に複数のパワー半導体モジュール１８が実装されておりその高さに差があって段差が生じている場合も、パワー半導体モジュール１８を放熱器に接触させるようにプリント基板１２を固定すると、段差を矯正しようとする力がプリント基板１２に作用してプリント基板１２上に応力が生じる。この場合も、プリント基板１２からパワー半導体モジュール１８に作用する応力は主としてパワー半導体モジュール１８の各側部の端子列２０，２２のうちの端子列軸線方向最外側の端子によって受け持たれる。したがって、本発明のパワー半導体モジュール１８では、プリント基板１２からパワー半導体モジュール１８に作用する応力は、主として、各端子列２０，２２において、他の端子２０ａ，２２ａに比べて半田接続強度が高い二つのダミー端子２４，２６によって受け持たれ、二つのダミー端子２４，２６の間の他の端子２０ａ，２２ａにはほとんど作用しない。このため、本発明によるパワー半導体モジュール１８は、従来のパワー半導体モジュール３０に比べて半田付け部分の接続強度が高くなり、同様に半田クラックや接続不良が発生しにくくなる。
【００２２】
上記実施形態では、パワー半導体モジュール１８の両側部に設けられた主回路用端子列２０及び制御用端子列２２の両方の端子列軸線方向両端部にダミー端子２４，２６が設けられているが、主回路用端子列２０又は制御用端子列２２の一方のみにダミー端子２４又は２６を設けてもよい。例えば、図４に示されているように、制御用端子列２２の端子列軸線方向最外側の両端部にのみダミー端子２６を設け、主回路用端子列２０にはダミー端子２４を設けなくてもよい。一般に、大きな電流又は電圧が印加される主回路用端子２０ａと比較して制御信号が入力される制御用端子２２ａは細く半田付け面積が小さくなるので、半田クラックや接続不良を起こしやすい。このため、制御用端子列２２の端子列軸線方向最外側の両端部に半田接続強度の高いダミー端子２６を設けるだけでも、半田付け部分の接続強度が高くなって半田クラックや接続不良が発生しにくくなる。また、図５に示されているように、主回路用端子列２０の端子列軸線方向最外側の両端部にのみダミー端子２４を設け、制御用端子列２２にダミー端子２６を設けないことも可能である。
【００２３】
さらに、上記実施形態では、パワー半導体モジュール１８の中心軸線Ｏを挟んだ一方の側部に主回路用端子列２０を設け、中心軸線Ｏを挟んでこれと対向する他方の側部に制御用端子列２２を設けているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、パワー半導体モジュール１８の各側部において、制御用端子２２ａの間に主回路用端子２０ａを設けるなど、制御用端子２２ａと主回路用端子２０ａとが混在した端子列を設けてもよい。
【００２４】
本発明のパワー半導体モジュール１８のダミー端子２４，２６は、主電流の通電や信号の受信に用いることを特に企図したものではない。しかしながら、図６に示されるように、各端子列２０又は２２の端子列軸線方向最外側に位置する二つのダミー端子２４又は２６間をパワー半導体モジュール１８内で接続し、同じ側の端子列２０又は２２の二つのダミー端子２４又は２６間に電圧を印加するようにすることが好ましい。
【００２５】
このように構成すれば、二つのダミー端子２４又は２６間の電圧を監視することにより、最も接続不良が発生しやすいダミー端子２４又は２６の半田付け部分の接続不良を検出することが可能となる。例えば、同じ側の端子列２０又は２２の二つのダミー端子２４又は２６がパワー半導体モジュール１８内で直結されており二つのダミー端子２４又は２６間にＶｃｃＶの電圧が印加されている場合、ダミー端子２４又は２６の半田付け部分が劣化して半田クラックが発生しオープンになると、二つのダミー端子間２４又は２６の電圧が０ＶからＶｃｃＶに変化する。よって、二つのダミー端子２４又は２６間の電圧を監視することにより、半田の劣化など半田付け部分の異常を検知することが可能となる。特に、ダミー端子２４又は２６の半田付け部分は上述したように各端子列２０又は２２の他の端子２０ａ又は２２ａよりも大きな応力が作用しやすく他の端子２０ａ又は２２ａよりも半田付け部分の異常が発生しやすいので、ダミー端子２４又は２６間の電圧を監視することで、各端子列２０又は２２の端子２０ａ又は２２ａの半田付け部分に異常が発生する前に半田劣化を検出することを可能にする利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるパワー半導体モジュールの一実施形態の斜視図である。
【図２】従来のパワー半導体モジュールを実装された基板の反り及びこの反った基板をハウジングに固定したときの状態を説明する説明図である。
【図３】図１に示されるパワー半導体モジュールを実装された基板の反り及びこの反った基板をハウジングに固定したときの状態を説明する説明図である。
【図４】本発明によるパワー半導体モジュールの他の実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明によるパワー半導体モジュールの別の実施形態を示す平面図である。
【図６】ダミー端子間の電圧を監視するようにした実施形態を示す線図である。
【図７】図１に示されるパワー半導体モジュールを実装したプリント基板を使用したモータ駆動装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    モータ駆動装置
１２    プリント基板
１６    モータ
１８    パワー半導体モジュール
２０    主回路用端子列
２２    制御用端子列
２４    ダミー端子
２６    ダミー端子
【図１】
2009206184.tif 000003
【図２】
2009206184.tif 000004
【図３】
2009206184.tif 000005
【図４】
2009206184.tif 000006
【図５】
2009206184.tif 000007
【図６】
2009206184.tif 000008
【図７】
2009206184.tif 000009