JP2001237369A - 基板を持たない低コストパワー半導体モジュール - Google Patents

基板を持たない低コストパワー半導体モジュール

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁および熱対策のために基板が必要である
が高価となる。 【解決手段】 低電圧用途のためのパワーモジュールで
あり、絶縁された金属基板を持たない。そのモジュール
は、パワーシェルおよび多数のリードフレームを含み、
それらの各リードフレームは、一つまたは複数のＭＯＳ
ＦＥＴが電気的に装着される導電性パッドを含む。その
ＭＯＳＦＥＴはワイヤー接続により電気的に接続され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
に関し、特にパワー半導体のダイス(die)のための基板
を持たないパワー半導体が低コストの３相インバータモ
ジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】パワー半導体モジュールは公知であり、
広く使用されている。典型的に、モスゲートデバイス、
サイリスタまたはダイオードのごとき半導体の多数が種
々に結合されてＩＭＳ(絶縁メタル基板)のごとき放熱基
板または他の基板に装着され、そしてその基板および／
またはワイヤー結合により、電気的に接続される。低パ
ワーの制御要素を含むプリント回路基板もまたモジュー
ルによりサポートされる。パワーおよび制御端子は、そ
の後、その基板を担う絶縁ハウジングから引き出されて
もよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】パワーのダイスを担う
ために用いられた基板は、パワーモジュールのコストで
重要な部分をなし、それ故、最小限の面積に制限され
る。このように構成することは、モジュールのコストを
低減するには好ましいが、一方、適した熱管理および電
気的絶縁が必用となる。
【０００４】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、基板を排した構造のモジュールを
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によると、パワー
ダイスは、リードフレームのリードフレーム拡張部に直
接に装着され、そのパワーダイスは、モジュールの絶縁
ハウジング内で挿入され、モールド化され、かつ、その
ハウジングにより支持される。熱導伝性の絶縁層は、モ
ジュールに対する放熱支持から絶縁するために、リード
フレーム素子の下に横たわる。ＩＭＳや他の基板は追加
されない。好ましい実施形態では、モジュールは、例え
ば電気的パワーステアリング用モータのために使用され
る車搭載用の３相インバータ回路である。
【０００６】
【発明の実施の形態】最初に図８を参照すると、特に電
力パワーを制御する自動車の使用へのアプリケーション
を持つ３相インバータ回路の例示的な電気回路図が示さ
れている。端子２０およひ２１は、車のバッテリーに接
続されるＤＣ端子であり、端子Ｕ、ＶおよびＷは３相出
力端子であり、パワーＡＣモータが適した整流器を介
し、ＤＣブラシレスモータのようなＤＣモータに接続さ
れる。これらは車システムではごく一般に使用される。
通常の３相インバータ回路が示されている。パワーＭＯ
ＳＦＥＴ Ｓ１からＳ６を通常のシーケンスで動作させ
るために、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１からＳ６のためのＡＳＩ
Ｃおよび他の制御回路要素が備えられる。この発明は、
低電圧のアプリケーションに特に適する。本発明のダイ
スは、インターナショナル・レクチファイヤー・コーホ
レーションより市販されている、３０から７５ボルトの
規格で、サイズ４．０から６のダイスである。例えば、
１０００ボルトまでの電圧規格または１０ボルトのよう
な低電圧が使用される。
【０００７】パワーＭＯＳＦＥＴ Ｓ１からＳ６はＮチ
ャンネルとして示されているが、コンプリメンタリのＮ
およびＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴを使用できる。
【０００８】通常のモジュールでは、図８の回路は、未
パッケージのＭＯＳＦＥＴ型を用い、ＩＭＳまたはＤＢ
Ｃ基板の上に装着され、そして基板およびワイヤー接続
を通じて相互接続されることにより形成された。その基
板は、その後、絶縁ハウジング内に装着され、そして、
接続のために利用できるように、端子２０、２１、Ｕ、
Ｖ、ＷおよびＧ１からＧ６のような端子がハウジング表
面から突出される。
【０００９】通常のモジュールによるハウジングの内部
にダイスを装着するために使用される基板は、高価であ
る。本発明によれば、ダイスが端子のリードフレームの
伸張部に直接に装着されることで、この基板は排除され
る。インバータ以外のどのような回路も形成することが
でき、更に、ＮおよびＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴまた
はＩＧＢＴ、ダイオード、サイリスタおよびこれと同様
なもののごときダイス、またはダイスの混合も使用する
ことができ、本発明の利点を享受できることに注目され
る。
【００１０】図１〜７は、図８の３相インバータ回路を
ハウジングするための本発明の好ましい実施例を示す。
同じ識別番号または文字は、すべての図面で同じ部分を
示している。
【００１１】図１は、本発明に使用できる細長い導電性
で打ち抜きによるリードフレームの一つのセグメントを
示す。このようなセグメントの多数がユーザー様式によ
って備えられる。部品がリードフレームに装着され、そ
してワイヤ結合され、そしてリードフレームのセグメン
トが個別化された後で、リードフレームの種々のセグメ
ントは、打ち抜きされた薄い金属板により、まとめて保
持される。リードフレームの半分は、大きいエリアのパ
ッド３０、３１および３２のそれぞれに接続される端子
Ｕ、ＶおよびＷを提供する。これらのパッド３０、３１
および３２は、ＭＯＳＦＥＴのダイスＳ４、Ｓ５および
Ｓ６をそれぞれ受け止める。リードフレームの他の半分
は、端子２０および２１と、ドレイン共通のパッド３３
を有する。端子２１は、ソースエリアのパッド３４にも
接続される。ダイスＳ１、Ｓ２およびＳ３はパッド３３
に接続される。ダイスＳ１〜Ｓ６は、垂直方向に導伝性
のＭＯＳＦＥＴのダイスであり、金属皮膜された底部の
ドレイン電極とトップのソースおよびゲート電極を有す
る。底部のドレイン電極は、銀皮膜の導伝性エポキシの
ようなものにより、拡張されたリードフレームのパッド
領域３０、３１、３２および３３に半田づけまたは他の
手段により接続される。
【００１２】ダイスＳ１〜Ｓ６が定位置に固定された
後、図８の回路を完成させるために、図３に示されるよ
うに、ワイヤー接続される。この結果、図３に示される
ように、ソース結合ワイヤー４０は、パッド３０、３１
および３２をダイスＳ１、Ｓ２およびＳ３のソース電極
のそれぞれに接続し、そして、ソース結合ワイヤ４１
は、ダイスＳ４、Ｓ５およびＳ６のソース電極をＤＣ端
子へ接続する。これらの結合は、そのハウジング内のリ
ードフレームの装着後になされてもよいことに注目でき
る。
【００１３】このように、ダイスＳ１からＳ６がそれら
の種々のフレームに結合された後、そのリードフレーム
は、絶縁ハウジング５０内に挿入してモールド化され、
そして、パッドを互い分離するためにリードフレームの
ブリッジ部(図１で点線の外側)が除去され、そしてリー
ドフレームが個別化される。
【００１４】これとは別に、リードフレームが絶縁ハウ
ジング５０内に最初に挿入してモールド化され、そして
リードフレームのブリッジ部が除去され、これにより、
パッドを互いに単一化してもよい。この後、ダイスＳ１
からＳ６は、そられの種々のリードフレームパッドに接
続されてもよく、互いにワイヤー接続されてもよい。
【００１５】他のケースでは、ハウジング５０の境界か
ら突き出ている導体Ｕ、Ｖ、Ｗ、２０および２１に対
し、リードフレームのトリミング後に、リードフレーム
がハウジング５０により支持される。ハウジング５０は
好ましくは、モジュールが装着される導電性のリードフ
レームおよび放熱材を電気的に絶縁できる、熱的に導伝
性の絶縁材料である。しかしながらハウジング５０はモ
ジュールのコスト低減のために熱的に導電性材料で形成
される必要はない、例えば、ハウジング５０は、ＤＯＷ
ケミカル社製造のＱＵＥＳＴＲＡプラスチックまたはＡ
ｍｏｃｏ社製造のＡＭＯＤＥＬマークで販売されている
ような適したＰＰＡであってもよい。
【００１６】ダイスＳ１からＳ６にアクセスしてダイス
に接続できるように、ハウジング５０は、パッド３２、
３１、３０および３３のトップ面のそれぞれを露出させ
るための窓５１、５２、５３および５４を持つ。リム６
０は、ハウジング５０と一体構造であり、かつそのハウ
ジング５０を囲み、ボルト差し込みの開口６１、６２、
６３、６４がハウジングのコーナーに設けられる。薄い
絶縁材料による底部の層７０は、ハウジング５０の底全
体に対して位置し、パッド３０、３１、３２、３３およ
び３４を、互いに、かつ、このハウジングが設けられる
ユーザーの放熱板から電気的に絶縁する。リードフレー
ムのパッドは、ダイスＳ１からＳ６により生じた熱的エ
ネルギーを、リード端子を通じ、放熱部材と接触して設
けた、材熱的に導電性の絶縁層へ導くよう作用すること
に注目できる。熱エネルギーが高いパーセントで熱的導
電性絶縁層を通じて拡散し、残りはリード端子を通じて
拡散する。
【００１７】次に示した図３にあるように、接続端子Ｇ
１〜Ｇ６(図４および５)および関係するケルビン(ソー
ス)端子およびそのためのワイヤー結合端子を担う、プ
リント回路基板８０および８１は、ハウジング５０の端
部表面における対向する台のトップに固定される。
【００１８】すべてのワイヤー結合がなされた後、ハウ
ジング５０のリム６０内部は、適したシール材(図４お
よび５)、またはエポキシまたは同様なもので充填され
てもよい。
【００１９】その後、分離手段９０がリム上に配されて
もよい。その分離手段は硬質であってもよく、端子がそ
こを通過できるようにしてもよい。その分離手段は、電
気部品を受け取ることのできるブランクの回路基板であ
ってもよい。インバータ回路の制御のための部品を含む
回路基板は、その後、分離手段９０上に配置されてもよ
い。その堅さのために、分離手段は、制御部品を含む回
路基板との係合のために整列された端子を保持する。
【００２０】図１〜７のモジュールは、ダイスＳ１から
Ｓ６を受け取るための分離基板を持たず、それ故、価格
を減じたことに注目すべきである。
【００２１】本発明は、特定の実施例に関連して述べて
きたが、他の多くの変形および変更および他の使用が当
業者には明白である。それ故、本発明は、ここでの特定
の開示に限定されるのではなく、付記した請求の範囲の
みに限定される。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、パワー
用のダイスを、モジュールの絶縁ハウジング内に挿入さ
れたリードフレームのリードフレーム拡張部に直接に装
着したものであり、ＩＭＳや他の基板の追加は必用ない
ため、モジュールを安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に用いることのできるリードフレーム
の平面図
【図２】 図１のリードフレームのライン２−２におけ
る縦断面図
【図３】 絶縁プラスチックで内部がシールされる前の
本発明のモジュールの斜視図
【図４】 内部が満たされた後の本発明のモジュールの
別の斜視図
【図５】 図４の平面図
【図６】 図５の側面図
【図７】 図５の端部から見た図
【図８】 モジュールにより形成できる例示的な回路図
【符号の説明】
２０、２１ ＤＣ端子 ３０、３１、３２ パッド ３３、３４ ドレインパッド ５０ 絶縁ハウジング ６０ リム ７０ 底部の層 ８０、８１ プリント回路基板 ９０ 分離手段 Ｓ１〜Ｓ６ ダイス Ｕ、Ｖ、Ｗ ３相出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョシュア・ポラック アメリカ合衆国91206カリフォルニア州グ レンデイル、イースト・チェビー・チェイ ス・ドライブ2411番 (72)発明者 ウィリアム・グラント アメリカ合衆国92708カリフォルニア州フ ァウテン・バレー、ラ・フォンダ・サーク ル10851番

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 低電圧アプリケーションのためのパワー
    モジュールであって、 開口したトップと底部および閉じられたリムを有するモ
    ールド形成の絶縁ハウジングと、 多数の共通平面の導電性パッドおよびそれに接続された
    導電性リードを含むリードフレームとを備え、 リードフレームの導電性リードは導伝性パッドと共に、
    閉じられたリム内に挿入してモールド化され、そして前
    記リムの表面外部から突き出させ、そして、リム内部で
    リードフレームパッドを支持させており、そして、 回路を形成するために、導電性パッドを通じ、パワー半
    導体デバイスを電気的に相互接続させるための多数のワ
    イヤー接続と、 実質的に共通の面を持ち、前記モジュールから分離して
    いる放熱支持体上に装着できる、リードフレームの導電
    性パッドの底面と、を有することを特徴とするパワーモ
    ジュール。
  2. 【請求項２】 回路は３相インバータ回路である請求項
    １記載のモジュール。
  3. 【請求項３】 パワー半導体デバイスは、３相ブリッジ
    接続したＭＯＳＦＥＴからなる請求項１記載のモジュー
    ル。
  4. 【請求項４】 ＭＯＳＦＥＴは３０から７５Ｖの定格で
    ある請求項３記載のモジュール。
  5. 【請求項５】 信号をパワー半導体デバイスに与えるた
    めに、制御回路基板は、リムにおける拡張されたエリア
    の上に装着される請求項１記載のモジュール。
  6. 【請求項６】 リードフレームの平面上のリム内部が充
    填材料で満たされる請求項１記載のモジュール。
  7. 【請求項７】 ハウジングはモールドによるプラスチッ
    クである請求項６記載のモジュール。
  8. 【請求項８】 上記ＭＯＳＦＥＴは、 底面の上にドレイン電極を、上側表面にソースおよびゲ
    ート電極を有し、 互いに絶縁され、当モジュールを貫通してリム内で挿入
    してモールド化された、第１、第２および第３のパラレ
    ルの導電性リードにそれぞれ接続された第１、第２およ
    び第３のパッドを含む多数の導電性パッドを有し、 第４の導電性リードおよび、第４の導電性リードと平行
    に延在する第５の導電性リードに接続された第４のリー
    ドフレームのパッドを有し、これらの第４および第５の
    導電性リードは当モジュールを貫通して前記リム内で挿
    入されモールド化されており、そして、 ドレイン電極が第１、第２および第３のパッドに良導電
    的に接続された、前記３つのＭＯＳＦＥＴの第１のグル
    ープを有し、 ドレイン電極が第４のパッドに良導電的に接続された、
    ３つのＭＯＳＦＥＴの第２のグループを有し、 前記第５の導電性リードに接続された、第２のグループ
    のＭＯＳＦＥＴのソース電極を有する請求項３記載のパ
    ワーモジュール。
  9. 【請求項９】 ＭＯＳＦＥＴは３相インバータ回路を形
    成するためにワイヤー接続される請求項８記載のモジュ
    ール。
  10. 【請求項１０】 ＭＯＳＦＥＴは３０から７５Ｖの定格
    である請求項８記載のモジュール。
  11. 【請求項１１】 回路基板への電気的な接続を提供する
    少なくとも一つの電極と、パワー半導体デバイスの少な
    くとも一つに電気的に接続された少なくとも一つの端子
    を更に備えた請求項８記載のパワーモジュール。
  12. 【請求項１２】 熱的に導伝性で電気的に絶縁する層
    が、リードフレームの導電性パッドと放熱部材との間に
    挿入される請求項８記載のパワーモジュール。
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