JP4163360B2 - パワーモジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はパワーモジュールの構造に関し、特に、パワー素子が搭載された絶縁基板と、パワー素子を制御するためのチップが搭載された制御回路基板とを備えるパワーモジュールの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来のパワーモジュールの構造を示す断面図である。図８に示すように従来のパワーモジュールは、図示しない回路パターンがそれぞれ形成された絶縁基板１０１及び制御回路基板１１１と、中継端子１０７と、ケース１０６とを備えている。絶縁基板１０１には、半田等のろう材１０３を介して複数のパワー素子１０２が搭載されている。複数のパワー素子１０２同士は、アルミ等の金属細線１０９によって互いに電気的に接続されている。また、絶縁基板１０１は、ろう材１０４を介して放熱板１０５に接触している。
【０００３】
制御回路基板１１１には、パワー素子１０２を制御するためのチップ１２９が、半田１３０を介して搭載されている。中継端子１０７の一端は、金属細線１０９によって絶縁基板１０１あるいはパワー素子１０２に電気的に接続されている。また、中継端子１０７の他端は半田付けによって制御回路基板１１１にろう接され、チップ１２９に電気的に接続されている。
【０００４】
絶縁基板１０１、制御回路基板１１１、及び中継端子１０７は、ケース１０６内に配設されている。制御回路基板１１１よりも下方のケース１０６の内部空間には、シリコーンゲル１１０が充填されている。ケース１０６には、ノイズ遮蔽のためのシールド板１３１が取り付けられている。また、ケース１０６の上部には、フタ１２８が取り付けられている。また、ケース１０６の上面には主電極１０８が配設されており、主電極１０８は、中継端子及び金属細線を介してパワー素子１０２に電気的に接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のパワーモジュールによると、中継端子１０７の他端と制御回路基板１１１とが半田付けによってろう接されているため、制御回路基板１１１の機能を追加・変更したい場合は、制御回路基板１１１及び絶縁基板１０１の双方を取り替えなければならず、経済性が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、部材の共有化を図りつつ制御回路基板の高機能化に容易に対応できるパワーモジュールを得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明のうち請求項１に記載のパワーモジュールは、パワー素子を有する絶縁基板と、パワー素子に電気的に接続された一端を有する中継端子と、絶縁基板及び中継端子が内部に配設された第１のケースとを備えるパワーモジュールにおいて、パワーモジュールは、中継端子の他端に電気的に接続された、パワー素子を制御するための第１の制御回路を有する第１の制御基板と、第１のケース上に着脱自在に取り付けられ、第１の制御基板が内部に配設された第２のケースとをさらに備え、第１の制御基板は、絶縁基板とは反対側の主面上に形成され、第１の制御回路に電気的に接続された第１の増設用コネクタをさらに有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明のうち請求項２に記載のパワーモジュールは、請求項１に記載のパワーモジュールであって、第１の制御基板と対向する側の主面上に形成され、第１の増設用コネクタに接続された第２の増設用コネクタと、該第２の増設用コネクタに電気的に接続され、パワー素子を制御するための第２の制御回路とを有する第２の制御基板と、第２のケース上に着脱自在に取り付けられ、第２の制御基板が内部に配設された第３のケースとをさらに備えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明のうち請求項３に記載のパワーモジュールは、パワー素子を有する絶縁基板と、パワー素子に電気的に接続された一端を有する中継端子と、絶縁基板及び中継端子が内部に配設された第１のケースとを備えるパワーモジュールにおいて、パワーモジュールは、中継端子の他端に電気的に接続された、パワー素子を制御するための第１の制御回路を有する第１の制御基板と、第１のケース上に着脱自在に取り付けられ、第１の制御基板が内部に配設された第２のケースとをさらに備え、第１の制御基板は、絶縁基板とは反対側の主面上に形成され、第１の制御回路に電気的に接続された導体パッドをさらに有し、パワーモジュールは、パワー素子を制御するための第２の制御回路と、第１の制御基板に対向する側の主面上に形成され、第２の制御回路と導体パッドとを電気的に接続するための接続端子とを有する第２の制御基板と、第２のケース上に着脱自在に取り付けられ、第２の制御基板が内部に配設された第３のケースとをさらに備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明のうち請求項４に記載のパワーモジュールは、請求項３に記載のパワーモジュールであって、接続端子は、弾性を有し、第２の制御基板の主面上に接合された一端と、第３のケースに接触する他端とを有し、圧接された状態で導体パッドに接触していることを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明のうち請求項５に記載のパワーモジュールは、請求項１または３に記載のパワーモジュールであって、第１の制御基板は、絶縁基板との間に配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板をさらに有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、この発明のうち請求項６に記載のパワーモジュールは、請求項１または３に記載のパワーモジュールであって、第２のケースは、第１の制御回路と外部回路とを互いに電気的に接続するための外部接続用コネクタをさらに有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、この発明のうち請求項７に記載のパワーモジュールは、請求項６に記載のパワーモジュールであって、外部接続用コネクタは第２のケースと一体成形されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、この発明のうち請求項８に記載のパワーモジュールは、請求項１または３に記載のパワーモジュールであって、第１のケースは、該第１のケースにおいて第２のケースの側の面である上面上に、パワー素子に電気的に接続された第１の電極を有し、第２のケースは、該第２のケースにおいて第１のケースとは反対側の面である上面上に、第１の電極に電気的に接続された第２の電極を有することを特徴とするものである。
【００１６】
また、この発明のうち請求項９に記載のパワーモジュールは、請求項８に記載のパワーモジュールであって、第１のケースは、第１のケースの上面内に形成された第１のネジ穴をさらに有し、第１の電極は、第１の電極内を貫通し、第１のネジ穴に繋がる第２のネジ穴を有し、第２のケースは、第２のケース内を貫通し、第２のネジ穴に繋がる第３のネジ穴をさらに有し、第２の電極は、第２の電極内を貫通し、第３のネジ穴に繋がる第４のネジ穴を有し、パワーモジュールは、第２のケースの上面側から第１〜第４のネジ穴に螺挿されたボルトをさらに備えることを特徴とするものである。
【００１７】
また、この発明のうち請求項１０に記載のパワーモジュールは、請求項１または３に記載のパワーモジュールであって、第１の制御基板は、第２のケース内において、絶縁基板と平行に配設された支持基板と、支持基板上において、支持基板に対して垂直に配設された複数の制御回路基板とを有し、第１の制御回路は、複数の制御回路基板に分割して形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの全体構成を概略的に示す上面図であり、図２は、本実施の形態１に係るパワーモジュールを、図１に示したＸ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。図２を参照して、絶縁基板１の上面上には、図示しない回路パターンが形成されている。また、絶縁基板１の上面上には、半田等のろう材３を介して複数のパワー素子２が搭載されている。複数のパワー素子２同士は、アルミ等の金属細線９によって互いに電気的に接続されている。また、絶縁基板１の底面は、ろう材４を介して放熱板５に接触している。
【００１９】
制御回路基板１１の上面上には、図示しない回路パターンが形成されている。また、制御回路基板１１の上面上には、パワー素子２を制御するためのチップ２９が半田３０を介して搭載されている。また、制御回路基板１１の上面上には、チップ２９に電気的に接続されたコネクタ端子１３ａを有する、制御回路基板増設用のコネクタ１３が形成されている。また、制御回路基板１１の底面上には、チップ２９に電気的に接続されたコネクタ端子１２ａを有するコネクタ１２が形成されている。また、制御回路基板１１の底面には、制御回路基板１１と絶縁基板１との間に配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板３１が取り付けられている。
【００２０】
中継端子７の一端は、金属細線９によって絶縁基板１あるいはパワー素子２に電気的に接続されている。また、中継端子７の他端は、コネクタ１２内に差し込まれてコネクタ端子１２ａに電気的に接続されている。絶縁基板１、制御回路基板１１、及び中継端子７は、ケース６内に配設されている。制御回路基板１１よりも下方のケース６の内部空間は、絶縁性を確保するためにシリコーンゲル１０によって充填されている。また、ケース９の上面上には、パワー素子２の主電流を外部に引き出すための主電極８が配設されており、主電極８は、中継端子及び金属細線を介してパワー素子２に電気的に接続されている。
【００２１】
ケース６上には、内部に制御回路基板１５が配設されたケース１４が着脱自在に取り付けられている。制御回路基板１５の上面上には、図示しない回路パターンが形成されており、また、パワー素子２を制御するためのチップ１８が半田１９を介して搭載されている。また、制御回路基板１５の上面上には、チップ１８に電気的に接続されたコネクタ端子２０ａを有する、制御回路基板増設用のコネクタ２０が形成されており、制御回路基板１５の底面上には、チップ１８に電気的に接続されたコネクタ端子１６ａを有するコネクタ１６が形成されている。コネクタ１６はコネクタ１３内に差し込まれており、コネクタ端子１６ａとコネクタ端子１３ａとが互いに接触している。また、制御回路基板１５の底面には、制御回路基板１５と制御回路基板１１との間に配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板１７が取り付けられている。
【００２２】
ケース１４上には、内部に制御回路基板２４が配設されたケース２１が着脱自在に取り付けられている。制御回路基板２４の上面上には、図示しない回路パターンが形成されており、また、パワー素子２を制御するためのチップ２５が半田２６を介して搭載されている。また、制御回路基板２４の上面上には、チップ２５に電気的に接続されたコネクタ端子２７ａを有する、制御回路基板増設用のコネクタ２７が形成されており、制御回路基板２４の底面上には、チップ２５に電気的に接続されたコネクタ端子２２ａを有するコネクタ２２が形成されている。コネクタ２２はコネクタ２０内に差し込まれており、コネクタ端子２２ａとコネクタ端子２０ａとが互いに接触している。また、制御回路基板２４の底面には、制御回路基板２４と制御回路基板１５との間に配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板２３が取り付けられている。また、ケース２１にはフタ２８が取り付けられている。
【００２３】
ここで、部品の共通化を図るためには、コネクタ１３，２０，２７には同一構造のコネクタを使用するのが望ましい。コネクタ１６，２２についても同様である。
【００２４】
図３は、本実施の形態１に係るパワーモジュールの一部を、図１に示したＹ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。ケース６には、外部接続用のコネクタ部３４が一体成形されている。コネクタ部３４はコネクタ端子３４ａを有しており、コネクタ端子３４ａは制御回路基板１１を介してチップ２９に電気的に接続されている。また、ケース１４には、外部接続用のコネクタ３３が取り付けられている。コネクタ３３はコネクタ端子３３ａを有しており、コネクタ端子３３ａは制御回路基板１５を介してチップ１８に電気的に接続されている。また、ケース２１には、外部接続用のコネクタ３２が取り付けられている。コネクタ３２はコネクタ端子３２ａを有しており、コネクタ端子３２ａは制御回路基板２４を介してチップ２５に電気的に接続されている。
【００２５】
なお、以上の説明では、最下層の基板として制御回路基板１１を配設する場合について説明した。しかし、最下層の基板は必ずしもパワー素子制御用のチップが搭載された制御回路基板である必要はなく、単に中継端子７をケース６の外部に引き出すための中継用基板であってもよい。中継用基板は、コネクタ端子１２ａを有するコネクタ１２と、コネクタ端子１２ａに電気的に接続されたコネクタ端子１３ａを有するコネクタ１３とを備えていればよい。
【００２６】
また、制御回路基板全体としての機能拡張の必要性に応じて、制御回路基板２４の配設は省略してもよく、あるいは、コネクタ２７を介して制御回路基板２４上に他の制御回路基板をさらに配設してもよい。
【００２７】
このように本実施の形態１に係るパワーモジュールによれば、制御回路基板１１の機能を追加・変更する場合に、制御回路基板１１及び絶縁基板１を取り替えてこれに対応するのではなく、制御回路基板１１上に新たな制御回路基板１５，２４を増設することによって、これに対応することができる。
【００２８】
また、制御回路基板１５，２４はコネクタ１３，１６，２０，２２を介してケース６の外部に配設されているため、制御回路基板１５，２４の機能を追加・変更する場合には、ケース１４，２１ごと制御回路基板１５，２４を取り替えることによって、これに対応することができる。
【００２９】
また、制御回路基板１５，２４にはシールド板１７，２３が取り付けられているため、制御回路基板間でのノイズの発生を適切に防止することができる。
【００３０】
また、ケース１４，２１には外部接続用のコネクタ３３，３２が取り付けられているため、所望のケース１４，２１から外部装置への接続が可能となる。
【００３１】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの一部を、図１に示したＹ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。図３に示した上記実施の形態１に係るパワーモジュールでは、コネクタ３２，３３は、ケース２１，１４とは別個の部品としてケース２１，１４に取り付けられていた。これに対して、本実施の形態２に係るパワーモジュールでは、外部接続用のコネクタを、コネクタ部としてケースと一体成形する。具体的には、図３に示したケース２１とコネクタ３２とを一体成形することにより、コネクタ部３６を有するケース３５とする。また、図３に示したケース１４とコネクタ３３とを一体成形することにより、コネクタ部３８を有するケース３７とする。
【００３２】
このように本実施の形態２に係るパワーモジュールによれば、外部接続用のコネクタ３２，３３をケース２１，１４へ取り付ける構成（図３）においては必要であった、取付位置の調整や取付精度のばらつきの管理等が不要となる。従って、製造工程を削減できるとともに、ケース３５，３７の適切な箇所にコネクタ部３６，３８を成形することができる。
【００３３】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの一部を、図１に示したＸ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。ケース１４の底面上及び上面上に電極４０，４２をそれぞれ設け、ケース１４の内部に、電極４０，４２に接続された電極４１を設けた。同様に、ケース２１の底面上及び上面上に電極４３，４５をそれぞれ設け、ケース２１の内部に、電極４３，４５に接続された電極４４を設けた。電極４０は主電極８に接触しており、電極４３は電極４２に接触している。
【００３４】
また、ケース６の上面内にネジ穴４６を設けるとともに、主電極８、電極４０、ケース１４、電極４２、電極４３、ケース２１、及び電極４５の、それぞれネジ穴４６に対応する箇所に、ネジ穴４７〜５３を設けた。ネジ穴４７〜５３はそれぞれ、主電極８、電極４０、ケース１４、電極４２、電極４３、ケース２１、及び電極４５を貫通して形成されている。ネジ穴４６〜５３内にボルト５４を螺挿することにより、ケース６，１４，２１を固定することができる。
【００３５】
このように本実施の形態３に係るパワーモジュールによれば、ボルト５４を用いることによって、ケース６，１４，２１を着脱自在に固定することができる。
【００３６】
また、電極４０，４２，４３，４５はいずれも主電極８に電気的に接続されている。このため、主電極を外部装置に接続する代わりに、電極４０，４２，４３，４５のうちの任意のものを外部装置に接続してもよく、実質的に主電極８と外部装置との取り付け高さを変更することが可能である。
【００３７】
なお、必要に応じて、電極４０〜４２を設けたケース１４と、電極４３〜４５を設けていないケース２１とを積層することもできる。
【００３８】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係るパワーモジュールの一部を、図１に示したＸ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。制御回路基板１１，１５，２４の上面上には、チップ２９，１８，２５にそれぞれ電気的に接続された導体パッド５５，５７，５９が形成されている。また、制御回路基板１５，２４の底面上には、チップ１８，２５にそれぞれ電気的に接続された、Ｊ字形の端子５６，５８が形成されている。端子５６，５８の一端は半田によって制御回路基板１５，２４の底面にそれぞれろう接されており、他端はケース１４，２１の底面にそれぞれ接触している。端子５６，５８は弾性を有しており、制御回路基板１５，２４及びケース１４，２１によって、導体パッド５５，５７にそれぞれ圧接されている。
【００３９】
このように本実施の形態４に係るパワーモジュールによれば、制御回路基板１５，２４及びケース１４，２１からの押圧力によって、端子５６，５８と導体パッド５５，５７とが圧接された状態で互いに接触するため、端子５６，５８と導体パッド５５，５７との間の電気的接触を確実にとることができる。
【００４０】
実施の形態５．
図７は、本発明の実施の形態５に係るパワーモジュールを、図１に示したＸ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。ケース６上にはケース６０が配設されている。ケース６０の内部には支持基板６３が取り付けられており、支持基板６３の上面上には、半田１９を介してチップ１８がそれぞれ実装された複数の制御回路基板６１が取り付けられている。制御回路基板６１上には、図示しない回路パターンが形成されている。支持基板６３は絶縁基板１に平行に配設されており、制御回路基板６１は支持基板６３に対して垂直に配設されている。また、支持基板６３の上面上には、チップ１８に電気的に接続されたコネクタ端子６２ａを有する、制御回路基板増設用のコネクタ６２が形成されている。
【００４１】
このように本実施の形態５に係るパワーモジュールによれば、支持基板６３上に複数の制御回路基板６１を縦置きに配設することにより、制御回路基板６１のトータルの実装面積を大きくできる。従って、サイズの大きなチップ１８や回路パターンを、複数の制御回路基板６１に分割して実装することができる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明のうち請求項１，３に係るものによれば、第１の制御回路の機能を追加・変更等する場合に、第２のケースごと第１の制御基板を取り替えることにより、これに対応することができる。
【００４３】
また、この発明のうち請求項１に係るものによれば、第１の制御回路の機能を追加・変更等する場合に、新たな制御基板を第１の増設用コネクタを介して第１の制御基板上に増設することにより、これに対応することができる。
【００４４】
また、この発明のうち請求項２に係るものによれば、第２の制御回路の機能を第１の制御回路の機能に追加することができるため、制御回路全体としての高機能化を、第１の制御基板を取り替えることなく容易に実現することができる。
【００４５】
また、この発明のうち請求項３に係るものによれば、第２の制御回路の機能を第１の制御回路の機能に追加することができるため、制御回路全体としての高機能化を、第１の制御基板を取り替えることなく容易に実現することができる。
【００４６】
また、この発明のうち請求項４に係るものによれば、接続端子と導体パッドとが圧接された状態で互いに接触するため、接続端子と導体パッドとの間の電気的接触を確実にとることができる。
【００４７】
また、この発明のうち請求項５に係るものによれば、第１の制御基板と絶縁基板との間でのノイズの発生を適切に防止することができる。
【００４８】
また、この発明のうち請求項６に係るものによれば、第１の制御回路と外部回路との間の電気的接続を、第２のケースの有する外部接続用コネクタを介して行うことができる。
【００４９】
また、この発明のうち請求項７に係るものによれば、第２のケースへの外部接続用コネクタの取付位置の調整や取付精度のばらつきの管理等が不要となるため、製造工程を削減できるとともに、第２のケースの適切な箇所に外部接続用コネクタを成形することができる。
【００５０】
また、この発明のうち請求項８に係るものによれば、第１の電極を外部装置に接続する代わりに、第２の電極を外部装置に接続してもよく、実質的に第１の電極と外部装置との取り付け高さを変更することが可能となる。
【００５１】
また、この発明のうち請求項９に係るものによれば、ボルトを用いることによって、第１のケースと第２のケースとを着脱自在に固定することができる。
【００５２】
また、この発明のうち請求項１０に係るものによれば、支持基板上に複数の制御回路基板を縦置きに配設することにより、制御回路基板のトータルの実装面積を大きくできる。従って、サイズの大きなチップや回路パターンを実装することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの全体構成を概略的に示す上面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの構造を示す断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの構造を示す断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの構造の一部を示す断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの構造の一部を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態４に係るパワーモジュールの構造の一部を示す断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態５に係るパワーモジュールの構造を示す断面図である。
【図８】 従来のパワーモジュールの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁基板、２ パワー素子、６，１４，２１，３５，３７，６０ ケース、７ 中継端子、８ 主電極、１１，１５，２４，６１ 制御回路基板、１３，２０，２７，３２，３３ コネクタ、１８，２５，２９ チップ、１７，２３，３１ シールド板、３６，３８ コネクタ部、４０〜４５ 電極、４６〜５３ ネジ穴、５４ ボルト、５５，５７ 導体パッド、５６，５８ 端子、６３ 支持基板。
【発明の属する技術分野】
この発明はパワーモジュールの構造に関し、特に、パワー素子が搭載された絶縁基板と、パワー素子を制御するためのチップが搭載された制御回路基板とを備えるパワーモジュールの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来のパワーモジュールの構造を示す断面図である。図８に示すように従来のパワーモジュールは、図示しない回路パターンがそれぞれ形成された絶縁基板１０１及び制御回路基板１１１と、中継端子１０７と、ケース１０６とを備えている。絶縁基板１０１には、半田等のろう材１０３を介して複数のパワー素子１０２が搭載されている。複数のパワー素子１０２同士は、アルミ等の金属細線１０９によって互いに電気的に接続されている。また、絶縁基板１０１は、ろう材１０４を介して放熱板１０５に接触している。
【０００３】
制御回路基板１１１には、パワー素子１０２を制御するためのチップ１２９が、半田１３０を介して搭載されている。中継端子１０７の一端は、金属細線１０９によって絶縁基板１０１あるいはパワー素子１０２に電気的に接続されている。また、中継端子１０７の他端は半田付けによって制御回路基板１１１にろう接され、チップ１２９に電気的に接続されている。
【０００４】
絶縁基板１０１、制御回路基板１１１、及び中継端子１０７は、ケース１０６内に配設されている。制御回路基板１１１よりも下方のケース１０６の内部空間には、シリコーンゲル１１０が充填されている。ケース１０６には、ノイズ遮蔽のためのシールド板１３１が取り付けられている。また、ケース１０６の上部には、フタ１２８が取り付けられている。また、ケース１０６の上面には主電極１０８が配設されており、主電極１０８は、中継端子及び金属細線を介してパワー素子１０２に電気的に接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のパワーモジュールによると、中継端子１０７の他端と制御回路基板１１１とが半田付けによってろう接されているため、制御回路基板１１１の機能を追加・変更したい場合は、制御回路基板１１１及び絶縁基板１０１の双方を取り替えなければならず、経済性が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、部材の共有化を図りつつ制御回路基板の高機能化に容易に対応できるパワーモジュールを得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明のうち請求項１に記載のパワーモジュールは、パワー素子を有する絶縁基板と、パワー素子に電気的に接続された一端を有する中継端子と、絶縁基板及び中継端子が内部に配設された第１のケースとを備えるパワーモジュールにおいて、パワーモジュールは、中継端子の他端に電気的に接続された、パワー素子を制御するための第１の制御回路を有する第１の制御基板と、第１のケース上に着脱自在に取り付けられ、第１の制御基板が内部に配設された第２のケースとをさらに備え、第１の制御基板は、絶縁基板とは反対側の主面上に形成され、第１の制御回路に電気的に接続された第１の増設用コネクタをさらに有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明のうち請求項２に記載のパワーモジュールは、請求項１に記載のパワーモジュールであって、第１の制御基板と対向する側の主面上に形成され、第１の増設用コネクタに接続された第２の増設用コネクタと、該第２の増設用コネクタに電気的に接続され、パワー素子を制御するための第２の制御回路とを有する第２の制御基板と、第２のケース上に着脱自在に取り付けられ、第２の制御基板が内部に配設された第３のケースとをさらに備えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明のうち請求項３に記載のパワーモジュールは、パワー素子を有する絶縁基板と、パワー素子に電気的に接続された一端を有する中継端子と、絶縁基板及び中継端子が内部に配設された第１のケースとを備えるパワーモジュールにおいて、パワーモジュールは、中継端子の他端に電気的に接続された、パワー素子を制御するための第１の制御回路を有する第１の制御基板と、第１のケース上に着脱自在に取り付けられ、第１の制御基板が内部に配設された第２のケースとをさらに備え、第１の制御基板は、絶縁基板とは反対側の主面上に形成され、第１の制御回路に電気的に接続された導体パッドをさらに有し、パワーモジュールは、パワー素子を制御するための第２の制御回路と、第１の制御基板に対向する側の主面上に形成され、第２の制御回路と導体パッドとを電気的に接続するための接続端子とを有する第２の制御基板と、第２のケース上に着脱自在に取り付けられ、第２の制御基板が内部に配設された第３のケースとをさらに備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明のうち請求項４に記載のパワーモジュールは、請求項３に記載のパワーモジュールであって、接続端子は、弾性を有し、第２の制御基板の主面上に接合された一端と、第３のケースに接触する他端とを有し、圧接された状態で導体パッドに接触していることを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明のうち請求項５に記載のパワーモジュールは、請求項１または３に記載のパワーモジュールであって、第１の制御基板は、絶縁基板との間に配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板をさらに有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、この発明のうち請求項６に記載のパワーモジュールは、請求項１または３に記載のパワーモジュールであって、第２のケースは、第１の制御回路と外部回路とを互いに電気的に接続するための外部接続用コネクタをさらに有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、この発明のうち請求項７に記載のパワーモジュールは、請求項６に記載のパワーモジュールであって、外部接続用コネクタは第２のケースと一体成形されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、この発明のうち請求項８に記載のパワーモジュールは、請求項１または３に記載のパワーモジュールであって、第１のケースは、該第１のケースにおいて第２のケースの側の面である上面上に、パワー素子に電気的に接続された第１の電極を有し、第２のケースは、該第２のケースにおいて第１のケースとは反対側の面である上面上に、第１の電極に電気的に接続された第２の電極を有することを特徴とするものである。
【００１６】
また、この発明のうち請求項９に記載のパワーモジュールは、請求項８に記載のパワーモジュールであって、第１のケースは、第１のケースの上面内に形成された第１のネジ穴をさらに有し、第１の電極は、第１の電極内を貫通し、第１のネジ穴に繋がる第２のネジ穴を有し、第２のケースは、第２のケース内を貫通し、第２のネジ穴に繋がる第３のネジ穴をさらに有し、第２の電極は、第２の電極内を貫通し、第３のネジ穴に繋がる第４のネジ穴を有し、パワーモジュールは、第２のケースの上面側から第１〜第４のネジ穴に螺挿されたボルトをさらに備えることを特徴とするものである。
【００１７】
また、この発明のうち請求項１０に記載のパワーモジュールは、請求項１または３に記載のパワーモジュールであって、第１の制御基板は、第２のケース内において、絶縁基板と平行に配設された支持基板と、支持基板上において、支持基板に対して垂直に配設された複数の制御回路基板とを有し、第１の制御回路は、複数の制御回路基板に分割して形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの全体構成を概略的に示す上面図であり、図２は、本実施の形態１に係るパワーモジュールを、図１に示したＸ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。図２を参照して、絶縁基板１の上面上には、図示しない回路パターンが形成されている。また、絶縁基板１の上面上には、半田等のろう材３を介して複数のパワー素子２が搭載されている。複数のパワー素子２同士は、アルミ等の金属細線９によって互いに電気的に接続されている。また、絶縁基板１の底面は、ろう材４を介して放熱板５に接触している。
【００１９】
制御回路基板１１の上面上には、図示しない回路パターンが形成されている。また、制御回路基板１１の上面上には、パワー素子２を制御するためのチップ２９が半田３０を介して搭載されている。また、制御回路基板１１の上面上には、チップ２９に電気的に接続されたコネクタ端子１３ａを有する、制御回路基板増設用のコネクタ１３が形成されている。また、制御回路基板１１の底面上には、チップ２９に電気的に接続されたコネクタ端子１２ａを有するコネクタ１２が形成されている。また、制御回路基板１１の底面には、制御回路基板１１と絶縁基板１との間に配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板３１が取り付けられている。
【００２０】
中継端子７の一端は、金属細線９によって絶縁基板１あるいはパワー素子２に電気的に接続されている。また、中継端子７の他端は、コネクタ１２内に差し込まれてコネクタ端子１２ａに電気的に接続されている。絶縁基板１、制御回路基板１１、及び中継端子７は、ケース６内に配設されている。制御回路基板１１よりも下方のケース６の内部空間は、絶縁性を確保するためにシリコーンゲル１０によって充填されている。また、ケース９の上面上には、パワー素子２の主電流を外部に引き出すための主電極８が配設されており、主電極８は、中継端子及び金属細線を介してパワー素子２に電気的に接続されている。
【００２１】
ケース６上には、内部に制御回路基板１５が配設されたケース１４が着脱自在に取り付けられている。制御回路基板１５の上面上には、図示しない回路パターンが形成されており、また、パワー素子２を制御するためのチップ１８が半田１９を介して搭載されている。また、制御回路基板１５の上面上には、チップ１８に電気的に接続されたコネクタ端子２０ａを有する、制御回路基板増設用のコネクタ２０が形成されており、制御回路基板１５の底面上には、チップ１８に電気的に接続されたコネクタ端子１６ａを有するコネクタ１６が形成されている。コネクタ１６はコネクタ１３内に差し込まれており、コネクタ端子１６ａとコネクタ端子１３ａとが互いに接触している。また、制御回路基板１５の底面には、制御回路基板１５と制御回路基板１１との間に配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板１７が取り付けられている。
【００２２】
ケース１４上には、内部に制御回路基板２４が配設されたケース２１が着脱自在に取り付けられている。制御回路基板２４の上面上には、図示しない回路パターンが形成されており、また、パワー素子２を制御するためのチップ２５が半田２６を介して搭載されている。また、制御回路基板２４の上面上には、チップ２５に電気的に接続されたコネクタ端子２７ａを有する、制御回路基板増設用のコネクタ２７が形成されており、制御回路基板２４の底面上には、チップ２５に電気的に接続されたコネクタ端子２２ａを有するコネクタ２２が形成されている。コネクタ２２はコネクタ２０内に差し込まれており、コネクタ端子２２ａとコネクタ端子２０ａとが互いに接触している。また、制御回路基板２４の底面には、制御回路基板２４と制御回路基板１５との間に配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板２３が取り付けられている。また、ケース２１にはフタ２８が取り付けられている。
【００２３】
ここで、部品の共通化を図るためには、コネクタ１３，２０，２７には同一構造のコネクタを使用するのが望ましい。コネクタ１６，２２についても同様である。
【００２４】
図３は、本実施の形態１に係るパワーモジュールの一部を、図１に示したＹ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。ケース６には、外部接続用のコネクタ部３４が一体成形されている。コネクタ部３４はコネクタ端子３４ａを有しており、コネクタ端子３４ａは制御回路基板１１を介してチップ２９に電気的に接続されている。また、ケース１４には、外部接続用のコネクタ３３が取り付けられている。コネクタ３３はコネクタ端子３３ａを有しており、コネクタ端子３３ａは制御回路基板１５を介してチップ１８に電気的に接続されている。また、ケース２１には、外部接続用のコネクタ３２が取り付けられている。コネクタ３２はコネクタ端子３２ａを有しており、コネクタ端子３２ａは制御回路基板２４を介してチップ２５に電気的に接続されている。
【００２５】
なお、以上の説明では、最下層の基板として制御回路基板１１を配設する場合について説明した。しかし、最下層の基板は必ずしもパワー素子制御用のチップが搭載された制御回路基板である必要はなく、単に中継端子７をケース６の外部に引き出すための中継用基板であってもよい。中継用基板は、コネクタ端子１２ａを有するコネクタ１２と、コネクタ端子１２ａに電気的に接続されたコネクタ端子１３ａを有するコネクタ１３とを備えていればよい。
【００２６】
また、制御回路基板全体としての機能拡張の必要性に応じて、制御回路基板２４の配設は省略してもよく、あるいは、コネクタ２７を介して制御回路基板２４上に他の制御回路基板をさらに配設してもよい。
【００２７】
このように本実施の形態１に係るパワーモジュールによれば、制御回路基板１１の機能を追加・変更する場合に、制御回路基板１１及び絶縁基板１を取り替えてこれに対応するのではなく、制御回路基板１１上に新たな制御回路基板１５，２４を増設することによって、これに対応することができる。
【００２８】
また、制御回路基板１５，２４はコネクタ１３，１６，２０，２２を介してケース６の外部に配設されているため、制御回路基板１５，２４の機能を追加・変更する場合には、ケース１４，２１ごと制御回路基板１５，２４を取り替えることによって、これに対応することができる。
【００２９】
また、制御回路基板１５，２４にはシールド板１７，２３が取り付けられているため、制御回路基板間でのノイズの発生を適切に防止することができる。
【００３０】
また、ケース１４，２１には外部接続用のコネクタ３３，３２が取り付けられているため、所望のケース１４，２１から外部装置への接続が可能となる。
【００３１】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの一部を、図１に示したＹ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。図３に示した上記実施の形態１に係るパワーモジュールでは、コネクタ３２，３３は、ケース２１，１４とは別個の部品としてケース２１，１４に取り付けられていた。これに対して、本実施の形態２に係るパワーモジュールでは、外部接続用のコネクタを、コネクタ部としてケースと一体成形する。具体的には、図３に示したケース２１とコネクタ３２とを一体成形することにより、コネクタ部３６を有するケース３５とする。また、図３に示したケース１４とコネクタ３３とを一体成形することにより、コネクタ部３８を有するケース３７とする。
【００３２】
このように本実施の形態２に係るパワーモジュールによれば、外部接続用のコネクタ３２，３３をケース２１，１４へ取り付ける構成（図３）においては必要であった、取付位置の調整や取付精度のばらつきの管理等が不要となる。従って、製造工程を削減できるとともに、ケース３５，３７の適切な箇所にコネクタ部３６，３８を成形することができる。
【００３３】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの一部を、図１に示したＸ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。ケース１４の底面上及び上面上に電極４０，４２をそれぞれ設け、ケース１４の内部に、電極４０，４２に接続された電極４１を設けた。同様に、ケース２１の底面上及び上面上に電極４３，４５をそれぞれ設け、ケース２１の内部に、電極４３，４５に接続された電極４４を設けた。電極４０は主電極８に接触しており、電極４３は電極４２に接触している。
【００３４】
また、ケース６の上面内にネジ穴４６を設けるとともに、主電極８、電極４０、ケース１４、電極４２、電極４３、ケース２１、及び電極４５の、それぞれネジ穴４６に対応する箇所に、ネジ穴４７〜５３を設けた。ネジ穴４７〜５３はそれぞれ、主電極８、電極４０、ケース１４、電極４２、電極４３、ケース２１、及び電極４５を貫通して形成されている。ネジ穴４６〜５３内にボルト５４を螺挿することにより、ケース６，１４，２１を固定することができる。
【００３５】
このように本実施の形態３に係るパワーモジュールによれば、ボルト５４を用いることによって、ケース６，１４，２１を着脱自在に固定することができる。
【００３６】
また、電極４０，４２，４３，４５はいずれも主電極８に電気的に接続されている。このため、主電極を外部装置に接続する代わりに、電極４０，４２，４３，４５のうちの任意のものを外部装置に接続してもよく、実質的に主電極８と外部装置との取り付け高さを変更することが可能である。
【００３７】
なお、必要に応じて、電極４０〜４２を設けたケース１４と、電極４３〜４５を設けていないケース２１とを積層することもできる。
【００３８】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係るパワーモジュールの一部を、図１に示したＸ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。制御回路基板１１，１５，２４の上面上には、チップ２９，１８，２５にそれぞれ電気的に接続された導体パッド５５，５７，５９が形成されている。また、制御回路基板１５，２４の底面上には、チップ１８，２５にそれぞれ電気的に接続された、Ｊ字形の端子５６，５８が形成されている。端子５６，５８の一端は半田によって制御回路基板１５，２４の底面にそれぞれろう接されており、他端はケース１４，２１の底面にそれぞれ接触している。端子５６，５８は弾性を有しており、制御回路基板１５，２４及びケース１４，２１によって、導体パッド５５，５７にそれぞれ圧接されている。
【００３９】
このように本実施の形態４に係るパワーモジュールによれば、制御回路基板１５，２４及びケース１４，２１からの押圧力によって、端子５６，５８と導体パッド５５，５７とが圧接された状態で互いに接触するため、端子５６，５８と導体パッド５５，５７との間の電気的接触を確実にとることができる。
【００４０】
実施の形態５．
図７は、本発明の実施の形態５に係るパワーモジュールを、図１に示したＸ方向から眺めた断面構造を示す断面図である。ケース６上にはケース６０が配設されている。ケース６０の内部には支持基板６３が取り付けられており、支持基板６３の上面上には、半田１９を介してチップ１８がそれぞれ実装された複数の制御回路基板６１が取り付けられている。制御回路基板６１上には、図示しない回路パターンが形成されている。支持基板６３は絶縁基板１に平行に配設されており、制御回路基板６１は支持基板６３に対して垂直に配設されている。また、支持基板６３の上面上には、チップ１８に電気的に接続されたコネクタ端子６２ａを有する、制御回路基板増設用のコネクタ６２が形成されている。
【００４１】
このように本実施の形態５に係るパワーモジュールによれば、支持基板６３上に複数の制御回路基板６１を縦置きに配設することにより、制御回路基板６１のトータルの実装面積を大きくできる。従って、サイズの大きなチップ１８や回路パターンを、複数の制御回路基板６１に分割して実装することができる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明のうち請求項１，３に係るものによれば、第１の制御回路の機能を追加・変更等する場合に、第２のケースごと第１の制御基板を取り替えることにより、これに対応することができる。
【００４３】
また、この発明のうち請求項１に係るものによれば、第１の制御回路の機能を追加・変更等する場合に、新たな制御基板を第１の増設用コネクタを介して第１の制御基板上に増設することにより、これに対応することができる。
【００４４】
また、この発明のうち請求項２に係るものによれば、第２の制御回路の機能を第１の制御回路の機能に追加することができるため、制御回路全体としての高機能化を、第１の制御基板を取り替えることなく容易に実現することができる。
【００４５】
また、この発明のうち請求項３に係るものによれば、第２の制御回路の機能を第１の制御回路の機能に追加することができるため、制御回路全体としての高機能化を、第１の制御基板を取り替えることなく容易に実現することができる。
【００４６】
また、この発明のうち請求項４に係るものによれば、接続端子と導体パッドとが圧接された状態で互いに接触するため、接続端子と導体パッドとの間の電気的接触を確実にとることができる。
【００４７】
また、この発明のうち請求項５に係るものによれば、第１の制御基板と絶縁基板との間でのノイズの発生を適切に防止することができる。
【００４８】
また、この発明のうち請求項６に係るものによれば、第１の制御回路と外部回路との間の電気的接続を、第２のケースの有する外部接続用コネクタを介して行うことができる。
【００４９】
また、この発明のうち請求項７に係るものによれば、第２のケースへの外部接続用コネクタの取付位置の調整や取付精度のばらつきの管理等が不要となるため、製造工程を削減できるとともに、第２のケースの適切な箇所に外部接続用コネクタを成形することができる。
【００５０】
また、この発明のうち請求項８に係るものによれば、第１の電極を外部装置に接続する代わりに、第２の電極を外部装置に接続してもよく、実質的に第１の電極と外部装置との取り付け高さを変更することが可能となる。
【００５１】
また、この発明のうち請求項９に係るものによれば、ボルトを用いることによって、第１のケースと第２のケースとを着脱自在に固定することができる。
【００５２】
また、この発明のうち請求項１０に係るものによれば、支持基板上に複数の制御回路基板を縦置きに配設することにより、制御回路基板のトータルの実装面積を大きくできる。従って、サイズの大きなチップや回路パターンを実装することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの全体構成を概略的に示す上面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの構造を示す断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの構造を示す断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの構造の一部を示す断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの構造の一部を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態４に係るパワーモジュールの構造の一部を示す断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態５に係るパワーモジュールの構造を示す断面図である。
【図８】 従来のパワーモジュールの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁基板、２ パワー素子、６，１４，２１，３５，３７，６０ ケース、７ 中継端子、８ 主電極、１１，１５，２４，６１ 制御回路基板、１３，２０，２７，３２，３３ コネクタ、１８，２５，２９ チップ、１７，２３，３１ シールド板、３６，３８ コネクタ部、４０〜４５ 電極、４６〜５３ ネジ穴、５４ ボルト、５５，５７ 導体パッド、５６，５８ 端子、６３ 支持基板。
Claims (10)
- パワー素子を有する絶縁基板と、
前記パワー素子に電気的に接続された一端を有する中継端子と、
前記絶縁基板及び前記中継端子が内部に配設された第１のケースと
を備えるパワーモジュールにおいて、
前記パワーモジュールは、
前記中継端子の他端に電気的に接続された、前記パワー素子を制御するための第１の制御回路を有する第１の制御基板と、
前記第１のケース上に着脱自在に取り付けられ、前記第１の制御基板が内部に配設された第２のケースと
をさらに備え、
前記第１の制御基板は、前記絶縁基板とは反対側の主面上に形成され、前記第１の制御回路に電気的に接続された第１の増設用コネクタをさらに有することを特徴とするパワーモジュール。 - 前記第１の制御基板と対向する側の主面上に形成され、前記第１の増設用コネクタに接続された第２の増設用コネクタと、該第２の増設用コネクタに電気的に接続され、前記パワー素子を制御するための第２の制御回路とを有する第２の制御基板と、
前記第２のケース上に着脱自在に取り付けられ、前記第２の制御基板が内部に配設された第３のケースと
をさらに備える、請求項１に記載のパワーモジュール。 - パワー素子を有する絶縁基板と、
前記パワー素子に電気的に接続された一端を有する中継端子と、
前記絶縁基板及び前記中継端子が内部に配設された第１のケースと
を備えるパワーモジュールにおいて、
前記パワーモジュールは、
前記中継端子の他端に電気的に接続された、前記パワー素子を制御するための第１の制御回路を有する第１の制御基板と、
前記第１のケース上に着脱自在に取り付けられ、前記第１の制御基板が内部に配設された第２のケースと
をさらに備え、
前記第１の制御基板は、前記絶縁基板とは反対側の主面上に形成され、前記第１の制御回路に電気的に接続された導体パッドをさらに有し、
前記パワーモジュールは、
前記パワー素子を制御するための第２の制御回路と、前記第１の制御基板に対向する側の主面上に形成され、前記第２の制御回路と前記導体パッドとを電気的に接続するための接続端子とを有する第２の制御基板と、
前記第２のケース上に着脱自在に取り付けられ、前記第２の制御基板が内部に配設された第３のケースと
をさらに備えることを特徴とするパワーモジュール。 - 前記接続端子は、弾性を有し、前記第２の制御基板の前記主面上に接合された一端と、前記第３のケースに接触する他端とを有し、圧接された状態で前記導体パッドに接触している、請求項３に記載のパワーモジュール。
- 前記第１の制御基板は、前記絶縁基板との間に配設された、ノイズ遮蔽のためのシールド板をさらに有する、請求項１または３に記載のパワーモジュール。
- 前記第２のケースは、前記第１の制御回路と外部回路とを互いに電気的に接続するための外部接続用コネクタをさらに有する、請求項１または３に記載のパワーモジュール。
- 前記外部接続用コネクタは前記第２のケースと一体成形されている、請求項６に記載のパワーモジュール。
- 前記第１のケースは、該第１のケースにおいて前記第２のケースの側の面である上面上に、前記パワー素子に電気的に接続された第１の電極を有し、
前記第２のケースは、該第２のケースにおいて前記第１のケースとは反対側の面である上面上に、前記第１の電極に電気的に接続された第２の電極を有する、請求項１または３に記載のパワーモジュール。 - 前記第１のケースは、前記第１のケースの前記上面内に形成された第１のネジ穴をさらに有し、
前記第１の電極は、前記第１の電極内を貫通し、前記第１のネジ穴に繋がる第２のネジ穴を有し、
前記第２のケースは、前記第２のケース内を貫通し、前記第２のネジ穴に繋がる第３のネジ穴をさらに有し、
前記第２の電極は、前記第２の電極内を貫通し、前記第３のネジ穴に繋がる第４のネジ穴を有し、
前記パワーモジュールは、前記第２のケースの前記上面側から前記第１〜第４のネジ穴に螺挿されたボルトをさらに備える、請求項８に記載のパワーモジュール。 - 前記第１の制御基板は、
前記第２のケース内において、前記絶縁基板と平行に配設された支持基板と、
前記支持基板上において、前記支持基板に対して垂直に配設された複数の制御回路基板と
を有し、
前記第１の制御回路は、前記複数の制御回路基板に分割して形成されている、請求項１または３に記載のパワーモジュール。
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