CN101076892A - 功率模块及其制造方法和空调机 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种能够将制造成本抑制得较低的功率模块及其制造方法和空调机。功率模块(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)具备功率半导体(53a)、非功率半导体(53b)、一块树脂基板(51、51A、51B、51C、51D、51E、51F)以及冷却单元(59、59A)。功率半导体和非功率半导体构成用于进行功率转换的电源电路。在树脂基板上安装有功率半导体和非功率半导体两者。冷却单元是为了冷却功率半导体而设置的。

Description

功率模块及其制造方法和空调机

技术领域

本发明涉及一种进行电力转换的功率模块(power module)及其制造方法。另外，本发明也涉及一种搭载有功率模块的空调机。

背景技术

一般，功率模块主要由下列部分构成：安装有功率半导体等发热比较大的芯片的功率半导体安装基板；安装有微型计算机等发热比较小的IC芯片的非功率半导体安装基板；以及主要用于冷却功率半导体的冷却部(例如散热片等)(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2004-111619号公报

但是，通常，作为功率半导体安装基板，由于需要将由功率半导体产生的大量热散出到***外部，所以采用具有高导热性的铝制的基板或陶瓷制的基板等。另一方面，作为非功率半导体安装基板，由于没有安装像功率半导体那样发热量大的半导体，所以采用玻璃纤维强化环氧树脂这样的树脂制的基板等。通常，铝制或陶瓷制等的安装基板比树脂制的安装基板昂贵，这是导致功率模块的成本上升的主要原因。另外，在这两种安装基板上分开安装功率半导体和非功率半导体导致制造功率模块时的人事费用和设备费用的增加。

发明内容

本发明的课题在于提供一种能够将制造成本抑制得较低的功率模块。

本发明第1方面的功率模块具备功率半导体、非功率半导体、一块树脂基板和冷却单元。此外，这里所说的“功率半导体”例如是二极管和功率晶体管等。另外，这里所说的“非功率半导体”例如是微型计算机和ROM(Read Only Memory：只读存储器)等。另外，这里所说的“树脂基板”例如是仅用树脂制造的基板、用纤维强化塑料制造的基板以及其他由分散有粉末等的树脂制造的基板等，并且是至少在单面或在内部形成有电路图案的基板。顺便说一下，在这种树脂基板中，特别优选的是在两面形成有电路图案的两面树脂基板、和多个电路与绝缘层(树脂层)在板厚方向交替地层叠的层叠树脂基板等。功率半导体和非功率半导体构成用于进行电力转换的电源电路。在树脂基板上安装有功率半导体与非功率半导体这两者。冷却单元是为了冷却功率半导体而设置的。

在将功率半导体所产生的热通过散热片排出的类型的功率模块中，通常通过将气温或比该气温高出几十摄氏度的温度的风供给到散热片，来把功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。在采用这种散热方法的情况下，在功率模块中，为了确保充分的散热性，作为用于安装功率半导体的基板，需要铝基板或陶瓷基板等具有高导热性的基板。

但是，在本发明的功率模块的冷却单元中，如果利用例如温度低于通常温度的冷却介质(可以是气体，也可以是液体)等，则即使采用低导热性的树脂基板作为功率半导体的安装基板，也能够充分地将功率半导体所产生的热从功率模块排出。当然，这时的冷却介质的温度需要根据功率半导体所产生的热量或树脂基板的厚度适当地进行变更。在这样的前提下，在该功率模块中，可以把功率半导体和非功率半导体安装在一块树脂基板上。因此，在该功率模块中，作为用于安装功率半导体的基板，不需要采用高成本的铝基板或陶瓷基板等。其结果是，在制造该功率模块时，能够削减基材的原料成本、人事费用以及设备费用等。因此，该功率模块能够以低制造成本进行制造。

本发明第2方面的功率模块形成为，在本发明第1方面的功率模块中，冷却单元是冷却流体通路。该冷却流体通路使冷却流体通过。此外，这里所说的“冷却流体”是用于使功率半导体冷却的流体，例如是空气及其他气体类或水及其他液体类(例如封入冷冻装置的制冷剂回路中的制冷剂等)。此外，该冷却流体通路配置在树脂基板的功率半导体和非功率半导体的安装面的相反侧。另外，这里所说的“安装面”也可以有阶梯差。

在该功率模块中，功率半导体所产生的热通过流经冷却流体通路的冷却流体排出到功率模块的***外部。因此，在该功率模块中，如果冷却流体维持在适当的温度，则即使采用低导热性的树脂基板作为功率半导体的安装基板，也能将功率半导体所产生的热充分地从功率模块排出。另外，在将该功率模块搭载于空调机中的情况下，作为冷却流体，可以利用流经制冷剂回路的制冷剂，是很经济的。

本发明第3方面的功率模块形成为，在本发明第2方面的功率模块中，冷却流体通路设置在树脂基板的内部。

在该功率模块中，冷却流体通路设置在树脂基板的内部。因此，在该功率模块中，能够缩短冷却流体通路与功率半导体的距离。从而，在该功率模块中，能够更高效地将功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。

本发明第4方面的功率模块形成为，在本发明第2方面或第3方面的功率模块中，还具备温度检测单元和温度控制单元。温度检测单元检测功率半导体或其附近的温度。温度控制单元对冷却流体的温度进行控制，以使温度检测单元中检测的温度成为预定温度。

在该功率模块中，温度检测单元检测功率半导体或其附近的温度。另外，温度控制单元对冷却流体的温度进行控制，以使温度检测单元中检测的温度成为预定温度。因此，在该功率模块中，能够适当地维持冷却流体的温度。

本发明第5方面的功率模块形成为，在本发明第2方面至第4方面的任一功率模块中，功率半导体与冷却流体通路之间的最短距离比非功率半导体与冷却流体通路之间的最短距离短。

在该功率模块中，功率半导体与冷却流体通路之间的最短距离比非功率半导体与冷却流体通路之间的最短距离短。因此，在该功率模块中，与由非功率半导体产生的热相比，能够将功率半导体所产生的热更高效地排出到功率模块的***外部。

本发明第6方面的功率模块形成为，在本发明第1方面至第5方面的任一功率模块中，树脂基板中安装功率半导体的部分的厚度比安装非功率半导体的部分的厚度薄。

在该功率模块中，树脂基板中安装功率半导体的部分的厚度比安装非功率半导体的部分的厚度薄。因此，在该功率模块中，与非功率半导体相比，功率半导体更接近冷却流体通路。因此，在该功率模块中，与由非功率半导体产生的热相比，能够将功率半导体所产生的热更有效地排出到功率模块的***外部。另外，非功率半导体与功率半导体配置在不同高度，所以不易受到功率半导体所产生的热的影响。

本发明第7方面的功率模块形成为，在本发明第5方面或第6方面的功率模块中，树脂基板由在板厚方向上层叠的多个层叠单位体构成。另外，安装功率半导体的部分的厚度和安装非功率半导体的部分的厚度通过层叠单位体各自的形状来调节。

在该功率模块中，树脂基板由在板厚方向上层叠的多个层叠单位体构成。另外，安装功率半导体的部分的厚度和安装非功率半导体的部分的厚度通过层叠单位体的形状来调节。因此，在该功率模块中，不需要进行复杂的机械加工，就能制造出复杂形状的树脂基板。

本发明第8方面的功率模块形成为，在本发明第1方面至第7方面的任一功率模块中，功率模块还具备热扩散部。热扩散部用于至少使功率半导体所产生的热进行扩散。此外，这里所说的“热扩散部”例如是热扩散器、热通路、导热性填料和导热性薄片等。

在该功率模块中还备有热扩散部。因此，在该功率模块中，能够将功率半导体所产生的热更高效地排出到功率模块的***外部。

本发明第9方面的功率模块形成为，在本发明第8方面的功率模块中，功率模块还具备电绝缘层。电绝缘层配置在热扩散部与冷却流体通路之间。另外，这里所说的“电绝缘层”既可以是电绝缘薄片，也可以是粘结剂等，还可以是多层树脂基板的树脂层的一部分。

在该功率模块中，电绝缘层配置在热扩散部与冷却流体通路之间。因此，在该功率模块中，能够有效地防止放电。

本发明第10方面的功率模块形成为，在本发明第8方面或第9方面的功率模块中，热扩散部包括热扩散器。热扩散器配置在功率半导体与树脂基板的安装面之间。

在该功率模块中，热扩散器配置在功率半导体与树脂基板的安装面之间。因此，在该功率模块中，能够高效地处理功率半导体所产生的热。

本发明第11方面的功率模块形成为，在本发明第8方面至第10方面的任一功率模块中，热扩散部包括热通路。热通路沿着与树脂基板的板面交叉的方向设置在树脂基板的内部。另外，该热通路优选设置在与树脂基板的板面正交的方向。

在该功率模块中，热通路沿着与树脂基板的板面交叉的方向设置在树脂基板的内部。因此，在该功率模块中，能够提高树脂基板内部的导热性。从而，在该功率模块中，能够更高效地将功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。

本发明第12方面的功率模块形成为，在本发明第8方面至第11方面的任一功率模块中，热扩散部包括导热性填料。导热性填料分散混合在树脂基板的树脂部中。另外，这里所说的“导热性填料”例如是具有绝缘性的陶瓷粉末等。

在该功率模块中，导热性填料分散混合在树脂基板的树脂部中。因此，在该功率模块中，能够提高树脂基板内部的导热性。从而，在该功率模块中，能够更高效地将功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。

本发明第13方面的功率模块形成为，在本发明第4方面至第8方面的任一功率模块中，热扩散部包括导热性薄片。导热性薄片埋设在树脂基板的树脂部中。另外，这里所说的“导热性薄片”例如是具有绝缘性的陶瓷板(ceramic plate)等。

在该功率模块中，导热性薄片埋设在树脂基板的树脂部中。因此，在该功率模块中，能够提高树脂基板内部的导热性。从而，在该功率模块中，能够更高效地将功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。

本发明第14方面的功率模块具备功率半导体、非功率半导体、一块安装基板和冷却单元。此外，这里所说的“功率半导体”例如是二极管和功率晶体管等。另外，这里所说的“非功率半导体”例如是微型计算机和ROM(Read Only Memory)等。另外，这里所说的“树脂基板”例如是仅用树脂制造的基板、用纤维强化塑料制造的基板以及其他由分散有粉末等的树脂制造的基板等，并且是至少在单面或在内部形成有电路图案的基板。顺便说一下，在这种树脂基板中，特别优选的是在两面形成有电路图案的两面树脂基板、和多个电路与绝缘层(树脂层)在板厚方向上交替层叠的层叠树脂基板等。功率半导体和非功率半导体构成用于进行电力转换的电源电路。在安装基板上安装有功率半导体与非功率半导体这两者。此外，该安装基板的板厚方向的导热率是10W/(m·K)以下。冷却单元是为了冷却功率半导体而设置的。

在将功率半导体所产生的热通过散热片排出的类型的功率模块中，通常通过将气温或比该气温高出几十摄氏度的温度的风供给到散热片，来把功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。在采用这种散热方法的情况下，在功率模块中，为了确保充分的散热性，作为用于安装功率半导体的基板，需要采用铝基板或陶瓷基板等具有高导热性的基板。

但是，在本发明的功率模块的冷却单元中，如果利用例如温度低于通常温度的冷却介质(可以是气体，也可以是液体)等，则即使采用导热率是10W/(m·K)以下的低导热性的安装基板作为功率半导体的安装基板，也能够充分地将功率半导体所产生的热从功率模块排出。当然，这时的冷却介质的温度需要根据功率半导体所产生的热量或树脂基板的厚度进行变更。在该前提下，在该功率模块中，可以把功率半导体和非功率半导体安装在一块低导热率的安装基板上。通常，导热率是10W/(m·K)以下的低导热性的安装基板利用树脂或纤维强化塑料等制造，存在很多与铝基板和陶瓷基板等相比价格低廉的材料。从而，在制造该功率模块时，能够削减基材的原料成本、人事费用以及设备费用等。因此，该功率模块能够以低制造成本进行制造。

本发明第15方面的空调机具备制冷剂回路和功率模块。功率模块具有功率半导体、非功率半导体、一块树脂基板和制冷剂通路。功率半导体和非功率半导体构成用于进行功率转换的电源电路。在树脂基板上安装有功率半导体和非功率半导体两者。制冷剂通路是用于使流到制冷剂回路的制冷剂通过的通路，其配置在树脂基板的功率半导体和非功率半导体的安装面的相反侧。

通常在空调机中采用通过散热片将功率半导体所产生的热排出的类型的功率模块，在这样的功率模块中，一般来说，通过将气温或比该气温高出几十摄氏度的温度的风供给到散热片，从而将功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。在采用这种散热方法的情况下，在功率模块中，为了确保充分的散热性，作为用于安装功率半导体的基板，需要采用铝基板或陶瓷基板等具有高导热性的基板。

但是，在空调机的制冷剂回路中，存在制冷剂的温度足够低的部位，如果能够使这样的制冷剂流经功率模块的制冷剂通路，则即使采用低导热性的树脂基板作为功率半导体的安装基板，也能够将功率半导体所产生的热从功率模块充分地排出。当然，这时的冷却介质的温度依赖于功率半导体所产生的热量和树脂基板的厚度。在该前提下，在该空调机的功率模块中，可以把功率半导体和非功率半导体安装在一块树脂基板上。因此，在该空调机的功率模块中，作为用于安装功率半导体的基板，没有必要采用高成本的铝基板或陶瓷基板等。其结果是，在制造该功率模块时，能够削减基材的原料成本、人事费用以及设备费用等。因此，该功率模块能够以低制造成本进行制造。进而，也能降低空调机的制造成本。

本发明第16方面的功率模块的制造方法包括功率半导体固定工序、电线连接工序、非功率半导体连接工序以及冷却单元固定工序，所述功率模块具有：构成用于进行电力转换的电源电路的功率半导体和非功率半导体；用于安装功率半导体和非功率半导体两者的一块树脂基板；以及用于冷却功率半导体的冷却单元。在功率半导体固定工序中，将功率半导体固定在树脂基板的规定位置。在电线连接工序中，将功率半导体和设置在树脂基板上的电路通过电线连接。在非功率半导体连接工序中，将非功率半导体与电路连接。此外，在该非功率半导体连接工序中优选采用回流方式。在冷却单元固定工序中，将树脂基板固定在冷却单元上。另外，功率半导体固定工序、电线连接工序、非功率半导体连接工序以及冷却单元固定工序也可以适当地进行调换。

在该功率模块的制造方法中，在功率半导体固定工序中，将功率半导体固定在树脂基板的规定位置。另外，在电线连接工序中，将功率半导体和设置在树脂基板上的电路通过电线连接。此外，在非功率半导体连接工序中，将非功率半导体与电路连接。另外，在冷却单元固定工序中，将树脂基板固定在冷却单元上。因此，在该功率模块的制造方法中，将功率半导体和非功率半导体安装在一块树脂基板上。从而，如果利用该功率模块的制造方法，则能够削减基材的原料成本、人事费用以及设备费用等。

本发明第1方面的功率模块能够以低制造成本进行制造。

在本发明第2方面的功率模块中，如果能将冷却流体维持在适当的温度，则即使采用低导热性的树脂基板作为功率半导体的安装基板，也能将功率半导体所产生的热充分地从功率模块排出。

在本发明第3方面的功率模块中，能够缩短冷却流体通路与功率半导体之间的距离。因此，在该功率模块中，能够更高效地将功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。

在本发明第4方面的功率模块中，能够适当地维持冷却流体的温度。

在本发明第5方面的功率模块中，与由非功率半导体产生的热相比，能够将功率半导体所产生的热更高效地排出到功率模块的***外部。

在本发明第6方面的功率模块中，与由非功率半导体产生的热相比，能够将功率半导体所产生的热更高效地排出到功率模块的***外部。另外，非功率半导体与功率半导体配置在不同高度，所以不易受到功率半导体所产生的热的影响。

在本发明第7方面的功率模块中，不需要进行复杂的机械加工，就能制造出复杂形状的树脂基板。

在本发明第8方面的功率模块中，能够更高效地将功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。

在本发明第9方面的功率模块中，能够有效地防止放电。

在本发明第10方面的功率模块中，能够高效地处理功率半导体所产生的热。

在本发明第11方面的功率模块中，能够提高树脂基板内部的导热性。因此，在该功率模块中，能够更高效地将功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。

在本发明第12方面的功率模块中，能够提高树脂基板内部的导热性。因此，在该功率模块中，能够更高效地将功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。

在本发明第13方面的功率模块中，能够提高树脂基板内部的导热性。因此，在该功率模块中，能够更高效地将功率半导体所产生的热排出到功率模块的***外部。

本发明第14方面的功率模块能够以低制造成本进行制造。

本发明第15方面的空调机能够以低制造成本进行制造。

在本发明第16方面的功率模块的制造方法中，功率半导体和非功率半导体安装在一块树脂基板上。因此，如果利用该功率模块的制造方法，则能够削减基材的原料成本、人事费用以及设备费用等。

附图说明

图1是本实施方式的空调机的外观立体图。

图2是本实施方式的空调机的制冷剂回路图。

图3(a)是搭载在本实施方式的空调机中的功率模块的纵剖面图，图3(b)是本实施方式的功率模块的冷却套部的俯视透视图。

图4是表示本实施方式的安装基板的厚度与散热特性的关系的表。

图5是表示本实施方式的功率模块的制造工序的流程图。

图6是搭载在变形例(A)的空调机中的功率模块的局部纵剖面图。

图7是搭载在变形例(B)的空调机中的功率模块的局部纵剖面图。

图8是搭载在变形例(F)的空调机中的功率模块的局部纵剖面图。

图9是搭载在变形例(F)的空调机中的功率模块的局部纵剖面图。

图10是搭载在变形例(F)的空调机中的功率模块的局部纵剖面图。

图11是搭载在变形例(G)的空调机中的功率模块的局部纵剖面图。

符号说明

1空调机；5、5A、5B、5C、5D、5E、5F功率模块；51、51A、51B、51C、51D、51E、51F安装基板(树脂基板)；53a第一电子部件(功率半导体)；53b第二电子部件(非功率半导体)；54、54C热扩散器(热扩散部)；54B热通路(热扩散部)；54D导热性填料(热扩散部)；54E导热性薄片(热扩散部)；57C、57D、57E、57F电绝缘层；59、59A、59F制冷剂通路(冷却单元)。

具体实施方式

<空调机的整体结构>

图1是表示本实施方式的空调机1的外观立体图。

该空调机1具有：安装在室内的墙面等上的壁挂式的室内机2；以及设置在室外的室外机3。

在室内机2内收纳有室内热交换器，在室外机3内收纳有室外热交换器，各热交换器通过制冷剂配管4连接在一起，由此构成制冷剂回路。

<空调机的制冷剂回路的概略结构>

图2表示空调机1的制冷剂回路的结构。该制冷剂回路主要由室内热交换器20、蓄能器(accumulator)31、压缩机32、四路切换阀33、室外热交换器30以及电动膨胀阀34构成。

设在室内机2中的室内热交换器20在与所接触的空气之间进行热交换。另外，在室内机2中设置有横流风扇21，该横流风扇21用于吸入室内空气并将通过室内热交换器20进行热交换后的空气排出到室内。横流风扇21构成为圆筒状，并在周面上沿着旋转轴方向设置有叶片，在与旋转轴相交的方向上产生空气流。该横流风扇21通过设置在室内机2内的室内风扇电动机22驱动旋转。

在室外机3中设置有：压缩机32；与压缩机32的排出侧连接的四路切换阀33；与压缩机32的吸入侧连接的蓄能器31；与四路切换阀33连接的室外热交换器30；以及与室外热交换器30连接的电动膨胀阀34。电动膨胀阀34通过过滤器35和液体截流阀36与配管41连接，并通过该配管41与室内热交换器20的一端连接。另外，四路切换阀33通过气体截流阀37与配管42连接，并通过该配管42与室内热交换器20的另一端连接。该配管41、42相当于图1中的制冷剂配管4。另外，在室外机3中设置有螺旋桨风扇38，该螺旋桨风扇38用于将在室外热交换器30中进行热交换后的空气排出到外部。该螺旋桨风扇38通过风扇电动机39驱动旋转。此外，在该制冷剂回路上还连接有设置在功率模块5(后述)中的冷却套58(参照图3)，该功率模块5进行压缩机32、风扇电动机39以及电动膨胀阀34等的电力转换。

<功率模块的结构>

图3(a)是表示本实施方式的功率模块5的纵剖面图。

本实施方式的功率模块5主要由壳体50、第一电子部件53a、第二电子部件53b、安装基板51和冷却套58构成。

壳体50由下列部分构成：从安装基板51的侧缘向电子部件53a、53b的安装面侧立设的侧壁50a；和设置成从侧壁50a的上端覆盖电子部件53a、53b的上部的盖50b。

第一电子部件53a是在通电时产生大量热的所谓功率半导体(包括裸芯片等)。在本实施方式中，所谓功率半导体是指例如二极管和功率晶体管等。

第二电子部件53b是所谓的非功率半导体或其他电子部件(电容器或电阻等的表面安装部件)。在本实施方式中，所谓非功率半导体是指例如微型计算机和ROM等(包括裸芯片等)。

安装基板51主要由安装第一电子部件53a的区域(下面称作第一安装区域)和安装第二电子部件53b的区域(下面称作第二安装区域)构成。第一安装区域由一层薄片状的玻璃纤维强化环氧树脂(以下称作玻璃环氧薄片)51a形成，其厚度约为100μm左右。顺便说一下，该厚度是考虑了来自第一电子部件53a的发热量为40W、发热面积为4cm²、第一电子部件53a保持在100℃以下的情况算出的值(参照图4)。在该第一安装区域内，第一电子部件53a通过热扩散器(heat spreader)54和导电体安装在一层玻璃环氧薄片51a上，并进一步通过硅胶56等封装剂封装。另一方面，第二安装区域由导电体图案52和玻璃环氧薄片51a交替地层叠起来的层叠型树脂基板形成。在该第二安装区域中，第二电子部件53b安装在层叠型树脂基板上，第二电子部件53b与配置在玻璃环氧薄片51a之间的导电体图案52连接，从而形成三维形状的复杂的控制电路。此外，第一电子部件53a也通过电线55连接在该导电体图案52上，从而形成电源电路的一部分。导线57用于与外部电路的连接。顺便说一下，为了形成本实施方式的安装基板51，考虑使用下述方法等：(i)在制造了均匀的板状的层叠型安装基板之后，通过机械加工使安装基板51的第一安装区域的厚度变薄(电路图案需要考虑机械加工来形成)；或者(ii)为了使安装基板成为预先设计的形状，预先一块一块地形成玻璃纤维织物，将环氧树脂原液浸渍在第n层玻璃纤维织物中之后，对它们进行加热、压缩等，然后在其双面或单面上形成电路图案(下面将该玻璃纤维强化环氧树脂称作电路图案保持玻璃环氧薄片)，之后，将浸渍有环氧树脂原液的第(n+1)层玻璃纤维织物夹在电路图案保持玻璃环氧薄片中，再次进行加热、压缩。此外，在后者的情况下，需要与设计形状一致的模具。

冷却套58是长方体的金属箱体，其设置在安装基板51的电子部件53a、53b的安装面的相反侧，且设置成与安装基板51的安装面的相反面接触。此外，在该冷却套58的内部，在对应于第一安装区域的部分形成有多根发夹形状的通路(下面称作制冷剂通路)59(参照图3(b))。如图2所示，该制冷剂通路59以夹着电动膨胀阀34的方式与制冷剂回路连接。因此，液体制冷剂从制冷剂回路流入该制冷剂通路59中，主要由第一电子部件53a产生的热通过该液体制冷剂从功率模块5排出。此外，通常，流入制冷剂通路中的液体制冷剂的温度为30～60℃左右。

<功率模块的制造方法>

在这里，利用图5说明本发明实施方式的功率模块5的制造方法。

在图5中，在步骤S1中，将第一电子部件53a和热扩散器54结合在一起(bonding)。在步骤S2中，将在步骤S1中得到的第一电子部件53a和热扩散器54的结合部件结合到安装基板51的第一安装区域。此外，这时，上述结合部件以热扩散器54与安装基板51密接的方式结合。在步骤S3中，第一电子部件53a和安装基板51的导电体图案52通过电线结合在一起。在步骤S4中，第二电子部件53b在放置于导电体图案52的规定位置的状态下被加热到预定温度，并通过回流(reflow)方式将第二电子部件53b软钎焊到导电体图案52上。此外，预先在该导电体图案52上印刷或涂敷可回流的材料(膏状钎焊料等)。在步骤S5中，通过回流方式将导线部件53c(包含在第二电子部件53b中)软钎焊到导电体图案52上。

<功率模块的特征>

(1)

在本实施方式的功率模块5中，第一电子部件53a和第二电子部件53b两者安装在由玻璃纤维强化环氧树脂制成的同一安装基板51上。因此，与分开制造第一电子部件53a用的安装基板和第二电子部件53b用的安装基板的以往的功率模块相比，该功率模块5能够以低成本制造。

(2)

在本实施方式的功率模块5中，安装基板51的第一安装区域的厚度足够薄，第一电子部件53a被大致50℃的制冷剂有效地冷却。因此，与采用铝基板或陶瓷基板等作为第一电子部件53a安装用基板的以往的功率模块相比，该功率模块5能够以低成本制造。另外，在该功率模块5中，由于安装基板51由玻璃纤维强化环氧树脂制成，所以，与上述以往的功率模块相比，加工性能优异。另外，在该功率模块5中，由于安装基板51由玻璃纤维强化环氧树脂制成，所以，与如上所述的以往的功率模块相比，第一电子部件53a的安装可靠性优异。

(3)

在本实施方式的功率模块5中，第一电子部件53a与制冷剂通路59的最短距离比第二电子部件53b与制冷剂通路59的最短距离短。因此，在该功率模块5中，与第二电子部件53b所产生的热相比，能够将功率半导体所产生的热有效率地排出到功率模块5的***外部。

<变形例>

(A)

在先前实施方式的功率模块5中，冷却套58设置在安装基板51的电子部件53a、53b的安装面的相反侧，且设置成与安装基板51的安装面的相反面接触，并且在该冷却套58的内部形成有冷却通路59。但是，如图6所示，也可以在安装基板51A的内部形成冷却通路59A。这样能够进一步缩短第一电子部件53a与制冷剂通路59A的距离。

(B)

在先前实施方式的功率模块5中，安装基板51的第一安装区域的厚度比第二安装区域的厚度薄，但是第一安装区域的厚度也可以与第二安装区域的厚度相同。在这种情况下，如图4的表所示，由于第一电子部件53a所产生的热有可能不能充分地从功率模块5排出，所以如图7所示，优选在第一电子部件53a的周围的安装基板51B内部设置热通路(thermal via)54B。进而，也可以在冷却套58与安装基板51B之间设置接触传热层57B。另外，还可以在第一电子部件53a与安装基板51A之间***热扩散器。

(C)

在先前实施方式的功率模块5中，通过冷冻循环的流动基本上确定了流入制冷剂通路59中的制冷剂的温度。但是，也可以在第一电子部件53a的周围设置温度传感器，并在制冷剂通路59的出入口附近设置膨胀阀，控制制冷剂的蒸发温度，以使第一电子部件53a的周围温度保持恒定。这样能够更可靠地保护第一电子部件。此外，在这种情况下，也可以将制冷剂通路59的出口与压缩机32的吸入配管连接。

(D)

在先前实施方式的功率模块5中，安装基板51的第一安装区域的厚度为100μm左右，但是，也可以根据流入制冷剂通路59的温度而形成为该尺寸以上的厚度(参照图4)。另外，与此相反，安装基板51的第一安装区域的厚度也可以形成为100μm以下，但是在这种情况下，需要注意绝缘破坏强度。

(E)

在先前实施方式的功率模块5中，安装基板51的原料采用了环氧树脂，但是也可以采用混合了具有绝缘性的陶瓷颗粒等的环氧树脂。这样能够提高安装基板的导热率，从而能够更高效地将第一电子部件53a所产生的热排出到功率模块5的***外部。

(F)

在先前实施方式的功率模块5中，安装基板51采用了层叠型树脂基板，但是，也可以取而代之地采用图8、图9和图10所示那样的、仅在两面设置有导电体图案的两面树脂基板51C、51D、51E。在这样的功率模块5C、5D、5E中，为了使第一电子部件53a所产生的热向制冷剂通路59的方向扩散，优选的是，在两面树脂基板51C、51D、51E的树脂部中设置热通路54C，或者使导热性填料54D分散到树脂部中，或者将导热性薄片54E***树脂部中。另外，如果设置使第一电子部件53a所产生的热沿着安装面扩散的热扩散器54，则会更有效。此外，在这种情况下，为了确保两面树脂基板51C、51D、51E的绝缘性，优选在两面树脂基板51C、51D、51E与冷却套58之间设置电绝缘层57C、57D、57E。但是，在导热性填料54D或导热性薄片54E是陶瓷等具有电绝缘性的情况下，可以省略该电绝缘层57C、57D、57E。

(G)

在先前实施方式的功率模块5中，采用了与安装基板51的接触面是平坦形状的冷却套58，但是也可以取而代之，采用图11所示那样的带阶梯差的冷却套58F。这样，冷却套58F仅与第一电子部件53a等的安装面的相反侧的面接触，在其他部分可以进行两面安装。因此，在这样的功率模块5F中，能够防止不必要的冷却(或加热)，同时能够进一步实现紧凑化。另外，这样也能应对导线伸出到安装面相反侧的面的情况。另外，也可以在冷却套58F与安装基板51F之间设置电绝缘层57F。

(H)

在先前实施方式的功率模块5的制造方法中，是按照步骤S1→步骤S2→步骤S3→步骤S4→步骤S5的顺序进行各处理的，但是也可以调换该顺序。例如可以按照步骤S1→步骤S4→步骤S2→步骤S3→步骤S5的顺序进行各处理，也可以按照步骤S1→步骤S2→步骤S4→步骤S3→步骤S5的顺序进行各处理，还可以按照步骤S5→步骤S1→步骤S2→步骤S3→步骤S4的顺序进行各处理。

(I)

在先前实施方式的功率模块5中，安装基板51的原料采用了环氧树脂，但是也可以采用除此以外的树脂(例如酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂等)。

本发明的功率模块具有能够以低于以往的功率模块的制造成本进行制造的特征，有助于功率模块的低成本化。

Claims (16)

1、一种功率模块(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)，该功率模块具备：

构成用于进行功率转换的电源电路的功率半导体(53a)和非功率半导体(53b)；

用于安装所述功率半导体和所述非功率半导体两者的一块树脂基板(51、51A、51B、51C、51D、51E、51F)；以及

用于冷却所述功率半导体的冷却单元(59、59A)。

2、根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，

所述冷却单元是配置在所述树脂基板的所述功率半导体和所述非功率半导体的安装面的相反侧的、用于使冷却所述功率半导体用的流体即冷却流体通过的冷却流体通路。

3、根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，

所述冷却流体通路设置在所述树脂基板的内部。

4、根据权利要求2或3所述的功率模块，其特征在于，

所述功率模块还具备：

温度检测单元，所述温度检测单元检测所述功率半导体或其附近的温度；以及

温度控制单元，所述温度控制单元对所述冷却流体的温度进行控制，以使所述温度检测单元中检测的温度成为所述预定温度。

5、根据权利要求2～4中的任一项所述的功率模块，其特征在于，

所述功率半导体与所述冷却流体通路之间的最短距离比所述非功率半导体与所述冷却流体通路之间的最短距离短。

6、根据权利要求1～5中的任一项所述的功率模块，其特征在于，

所述树脂基板中安装所述功率半导体部分的厚度比安装所述非功率半导体部分的厚度薄。

7、根据权利要求5或6所述的功率模块，其特征在于，

所述树脂基板由沿板厚方向层叠的多个层叠单位体构成，安装所述功率半导体部分的厚度和安装所述非功率半导体部分的厚度通过所述层叠单位体各自的形状来调节。

8、根据权利要求1～7中的任一项所述的功率模块，其特征在于，

所述功率模块还具备用于至少使所述功率半导体所产生的热进行扩散的热扩散部(54、54B、54C、54D、54E)。

9、根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，

所述功率模块还具备配置在所述热扩散部与所述冷却流体通路之间的电绝缘层(57C、57D、57E、57F)。

10、根据权利要求8或9所述的功率模块，其特征在于，

所述热扩散部包括配置在所述功率半导体与所述树脂基板的安装面之间的热扩散器。

11、根据权利要求8～10中的任一项所述的功率模块，其特征在于，

所述热扩散部包括沿着与所述树脂基板的板面交叉的方向设置在所述树脂基板的内部的热通路。

12、根据权利要求8～11中的任一项所述的功率模块，其特征在于，

所述热扩散部包括分散混合到所述树脂基板的树脂部中的导热性填料。

13、根据权利要求4～8中的任一项所述的功率模块，其特征在于，

所述热扩散部包括埋设在所述树脂基板的树脂部中的导热性薄片。

14、一种功率模块(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)，其特征在于，所述功率模块具备：

构成用于进行电力转换的电源电路的功率半导体(53a)和非功率半导体(53b)；

用于安装所述功率半导体和非功率半导体两者的、板厚方向的导热率为10W/(m·K)以下的一块安装基板(51、51A、51B、51C、51D、51E、51F)；以及

用于冷却所述功率半导体的冷却单元(59、59A)。

15、一种空调机，其特征在于，所述空调机具备：

制冷剂回路和功率模块(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)，

所述功率模块(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)具有：

构成用于进行电力转换的电源电路的功率半导体(53a)和非功率半导体(53b)；用于安装所述功率半导体和所述非功率半导体两者的一块树脂基板(51、51A、51B、51C、51D、51E、51F)；以及制冷剂通路(59、59A)，该制冷剂通路(59、59A)配置在所述树脂基板的所述功率半导体和所述非功率半导体的安装面的相反侧，用于使流到所述制冷剂回路的制冷剂通过。

16、一种功率模块(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)的制造方法，所述功率模块(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)具备：构成用于进行电力转换的电源电路的功率半导体(53a)和非功率半导体(53b)；用于安装所述功率半导体和所述非功率半导体两者的一块树脂基板(51、51A、51B、51C、51D、51E、51F)；以及用于冷却所述功率半导体的冷却单元(59、59A)，其特征在于，

所述功率模块的制造方法包括以下工序：

将所述功率半导体固定在所述树脂基板的规定位置上的功率半导体固定工序；

将所述功率半导体和设置于所述树脂基板上的电路通过电线连接的电线连接工序；

将所述非功率半导体与所述电路连接的非功率半导体连接工序；以及

将所述树脂基板固定在所述冷却单元上的冷却单元固定工序。

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