JP5617244B2 - パワーモジュール、電力変換装置、及び冷凍装置 - Google Patents
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Description
半導体ベアチップ(10)と、
前記半導体ベアチップ(10)を搭載した基板(12)と、
前記基板(12)の厚さ方向に貫通し、前記半導体ベアチップ(10)と熱的に接続されたサーマルビア(13)と、
前記半導体ベアチップ(10)の搭載面(12a)とは反対側の配線パターン面(12b)に設けられて、前記サーマルビア(13)と熱的に接続された導体パターン(12d)と、
前記導体パターン(12d)と熱的に接続された放熱器(16)と、
前記基板(12)の前記配線パターン面(12b)側に固化され、前記導体パターン(12d)を覆って該導体パターン(12d)と前記放熱器(16)とを電気的に絶縁する電気絶縁層(15)と、を備え、
前記導体パターン(12d)には、前記電気絶縁層(15)よりも粘性が小さい材料を用いて形成された、少なくとも該導体パターン(12d)の周縁の段差部(12e)を直接覆うプリコート層(14)が設けられ、
前記電気絶縁層(15)は、前記プリコート層(14)を介して前記段差部(12e)を覆っており、
前記電気絶縁層(15)は、エポキシ樹脂であり、
前記プリコート層(14)は、半田レジスト、及びシルク印刷用のインクの少なくとも一方であることを特徴とする。
第1の発明のパワーモジュールにおいて、
前記プリコート層(14)は、前記導体パターン(12d)の全面を覆い、
前記電気絶縁層(15)は、前記プリコート層(14)を介して前記導体パターン(12d)を覆っていることを特徴とする。
第1又は第3の発明のパワーモジュールを備え、前記パワーモジュールを含む複数の電気部品(41,42,43)が接続されたことを特徴とする電力変換装置である。
第3の発明の電力変換装置を備え、前記電力変換装置が駆動対象(3)と接続されたことを特徴とする冷凍装置である。
本発明の実施形態に係るパワーモジュール(後述のパワーモジュール(1))は、空気調和装置等の冷凍装置に搭載される電力変換装置を構成する電気部品の一部であり、電力変換装置は複数の電気部品が接続されたものである。そこで、以下では、本実施形態に係るパワーモジュール(1)が用いられる電力変換装置、及び該電力変換装置を搭載した冷凍装置について概説した後、パワーモジュール(1)について説明する。
図3は、本発明の実施形態に係るパワーモジュール(1)の断面形状を模式的に示した図である。同図に示すように、パワーモジュール(1)は、半導体ベアチップ(10)、ヒートスプレッダ(11)、基板(12)、及びヒートシンク(16)を備えている。この例では、半導体ベアチップ(10)には、インバータ回路(43)のスイッチング素子(43a)が形成され、スイッチング素子(43a)のスイッチングに伴って発熱する。そのため、パワーモジュール(1)では、後に詳述するように、ヒートシンク(16)によって半導体ベアチップ(10)(すなわちスイッチング素子(43a))を冷却するようになっている。
図4は、プリコート層(14)を備えていないパワーモジュール(説明の便宜上、従来のパワーモジュールという)の断面形状を模式的に示した図である。この従来のパワーモジュールは図4に示すように基板(120)を備え、該基板(120)は、本実施形態の基板(12)と同様に、搭載面(120a)側の導体パターン(120c)、サーマルビア(130)、配線パターン面(120b)側の導体パターン(120d)、電気絶縁層(150)を備えている。この基板(120)でも、導体パターン(120c)上にヒートスプレッダ(110)を介して半導体ベアチップ(100)が搭載され、電気絶縁層(150)を介してヒートシンク(160)が取り付けられている。この従来の基板(120)の構造では、例えば電気絶縁層(150)としてエポキシ樹脂を、シルクスクリーンを通してスキージで塗布すると、導体パターン(120d)の端の段差部(120e)に気泡(ボイド)が発生しがちである。そして、この気泡部分では、耐電圧性が低下し、短絡(絶縁破壊)が起こりやすくなっている。しかも、気泡部分は導体パターン(120d)がエッジ状の形状をしている箇所なので、導体パターン(120d)の他の部位と比べ電界の密度が比較的大きい。そのため、このように気泡がある基板(120)(パワーモジュール)では、気泡の箇所で短絡がより起こりやすくなる。
図5は、本実施形態の変形例に係るパワーモジュールの断面形状を模式的に示した図である。この例では、プリコート層(14)は、導体パターン(12d)の段差部(12e)だけではなく、導体パターン(12d)の全面に塗布されている。前記実施形態では、プリコート層(14)の端部(14a)(図3を参照)において、該プリコート層(14)と導体パターン(12d)と間で段差ができる。そのため、電気絶縁層(15)を塗布する際に、プリコート層(14)の端部(14a)で気泡が発生する可能性がある。この端部(14a)では、段差部(12e)部分と比べて電界の密度が小さいことから、この部分の気泡は耐電圧性への影響は小さい。また、端部(14a)の段差は従来の基板(120)の段差部(120e)における段差よりも一般的には小さいので、端部(14a)において発生する気泡は、従来の基板(120)の段差部(120e)で発生する気泡よりも少なく、この点からも、端部(14a)の気泡は耐電圧性への影響は小さいと考えられる。しかしながら、パワーモジュール(1)で取り扱う電圧等の諸条件によっては、端部(14a)における気泡も低減できた方が好ましい場合がある。
なお、電気絶縁層(15)として用いたエポキシ樹脂は例示である。基板(12)と一体的に形成できる材料(例えば基板上で固化させることができる材料)を用いて電気絶縁層(15)を形成すればよいのである。
4 電力変換装置
5 冷凍装置
10 半導体ベアチップ
12 基板
12a 搭載面
12b 配線パターン面
12d 導体パターン
12e 段差部
13 サーマルビア
14 プリコート層
15 電気絶縁層
16 ヒートシンク(放熱器)
Claims (4)
- 半導体ベアチップ(10)と、
前記半導体ベアチップ(10)を搭載した基板(12)と、
前記基板(12)の厚さ方向に貫通し、前記半導体ベアチップ(10)と熱的に接続されたサーマルビア(13)と、
前記半導体ベアチップ(10)の搭載面(12a)とは反対側の配線パターン面(12b)に設けられて、前記サーマルビア(13)と熱的に接続された導体パターン(12d)と、
前記導体パターン(12d)と熱的に接続された放熱器(16)と、
前記基板(12)の前記配線パターン面(12b)側に固化され、前記導体パターン(12d)を覆って該導体パターン(12d)と前記放熱器(16)とを電気的に絶縁する電気絶縁層(15)と、を備え、
前記導体パターン(12d)には、前記電気絶縁層(15)よりも粘性が小さい材料を用いて形成された、少なくとも該導体パターン(12d)の周縁の段差部(12e)を直接覆うプリコート層(14)が設けられ、
前記電気絶縁層(15)は、前記プリコート層(14)を介して前記段差部(12e)を覆っており、
前記電気絶縁層(15)は、エポキシ樹脂であり、
前記プリコート層(14)は、半田レジスト、及びシルク印刷用のインクの少なくとも一方であることを特徴とするパワーモジュール。 - 請求項1のパワーモジュールにおいて、
前記プリコート層(14)は、前記導体パターン(12d)の全面を覆い、
前記電気絶縁層(15)は、前記プリコート層(14)を介して前記導体パターン(12d)を覆っていることを特徴とするパワーモジュール。 - 請求項1又は請求項2のパワーモジュールを備え、前記パワーモジュールを含む複数の電気部品(41,42,43)が接続されたことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項3の電力変換装置を備え、前記電力変換装置が駆動対象(3)と接続されたことを特徴とする冷凍装置。
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