JP2013033874A

JP2013033874A - Power module

Info

Publication number: JP2013033874A
Application number: JP2011169727A
Authority: JP
Inventors: Junji Fujino; 純司藤野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2013-02-14

Abstract

【課題】電力用半導体素子用の入出力端子機能を有するとともに、配置の自由度が高く、さらにデバイス全体の小型化が可能なパワーモジュールを提供する。
【解決手段】パワー回路１１を収納したケース１内に第１樹脂が注入されて形成されるパワーモジュール１０１であって、導体フレームを上記第１樹脂とは異なる第２樹脂にて予めモールドして互いに電気的に絶縁しながら機械的に連結しかつ電気的回路を形成した成型部品２０６をケース内に備え、上記導体フレームは、当該パワーモジュールの外部端子、及びパワー回路との電気的接続端子を有する。
【選択図】図２ＡProvided is a power module that has an input / output terminal function for a power semiconductor element, has a high degree of freedom in arrangement, and can further reduce the size of the entire device.
A power module 101 is formed by injecting a first resin into a case 1 in which a power circuit 11 is housed, and a conductor frame is pre-molded with a second resin different from the first resin. A molded component 206 that is mechanically coupled to each other while being electrically insulated from each other to form an electrical circuit is provided in the case, and the conductor frame includes external terminals of the power module and electrical connection terminals to the power circuit. Have.
[Selection] Figure 2A

Description

本発明は、発電及び送電から効率的なエネルギーの利用及び再生まであらゆる場面で利用されるパワーモジュールに関する。 The present invention relates to a power module used in every situation from power generation and transmission to efficient use and regeneration of energy.

輸送機器から家電や情報端末まであらゆる製品にパワーモジュールが普及しつつあり、コンパクトで低コストかつ生産性の高いパワーモジュールのパッケージ構造及びその製造方法の開発が急務となっている。特に欧州市場では、プレスフィット端子やスプリング端子といった、ユーザがはんだを用いずにアセンブリ可能な、パワーモジュールのパッケージ形態が普及しつつあり、このような製品を早急にラインアップする必要がある。
また、動作温度が高く、効率に優れている点で、今後の主流となる可能性の高いＳｉＣ半導体に適用できるパッケージ形態であることも同時に求められている。 Power modules are spreading in every product from transportation equipment to home appliances and information terminals, and it is an urgent task to develop a compact, low-cost and highly productive power module package structure and manufacturing method thereof. In particular, in the European market, power module package forms such as press-fit terminals and spring terminals that can be assembled by a user without using solder are becoming widespread, and it is necessary to promptly line up such products.
In addition, it is also required to have a package form that can be applied to SiC semiconductors that are likely to become mainstream in the future because of high operating temperature and excellent efficiency.

上述のようなパッケージ形態の一例として、コネクタ部分や電線部分等を形成した金属板に樹脂製で枠状のハウジングを一体成形し、コンデンサ等の電子機器を上記金属板に差し込み搭載する形態がある（例えば、特許文献１参照）。 As an example of the package form as described above, there is a form in which a resin-made frame-shaped housing is integrally formed on a metal plate on which a connector portion, an electric wire portion, etc. are formed, and an electronic device such as a capacitor is inserted and mounted on the metal plate. (For example, refer to Patent Document 1).

また、電力用半導体素子等を搭載したリードフレームをヒートシンク上に載置し、これらを樹脂にて封止して、電力端子等をパッケージ上面から導出したパッケージ形態もある（例えば、特許文献２参照）。 There is also a package configuration in which a lead frame on which a power semiconductor element or the like is mounted is placed on a heat sink, these are sealed with resin, and power terminals and the like are derived from the upper surface of the package (for example, see Patent Document 2). ).

さらにまた、パワー半導体素子を実装した複数のリードフレームを積層して配置し、これらのリードフレームを一括してトランスファモールドして形成されたパッケージ形態もある（例えば、特許文献３参照）。 Furthermore, there is a package form in which a plurality of lead frames mounted with power semiconductor elements are stacked and arranged, and these lead frames are collectively transfer-molded (see, for example, Patent Document 3).

さらに、セラミック基板に実装したパワー半導体素子上に、パワー半導体素子制御用の制御素子を実装した制御基板がリードフレームを介して電気的に接続されたパッケージ形態もある（例えば、特許文献４参照）。 Further, there is a package form in which a control substrate on which a control element for controlling a power semiconductor element is mounted on a power semiconductor element mounted on a ceramic substrate is electrically connected via a lead frame (see, for example, Patent Document 4). .

特開２００４−１２０８３８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-120838 特開２００８−２７９９３号公報JP 2008-27993 A 特開２０１０−１９２８０７号公報JP 2010-192807 A 特開２００６−３０３００６号公報JP 2006-303006 A

金属板のバスバーをケース内にインサートモールドする場合には、金属板バスバーの配置自由度が低くその位置決めに問題があり、コスト高になる問題もある。また、インサートモールド用樹脂は、封止ゲルやポッティング樹脂などに比べると絶縁性能が低いため、大電流端子間の距離を大きく確保する必要があり、モジュールの小型化の障害となっていた。 When the metal plate bus bar is insert-molded in the case, the degree of freedom of arrangement of the metal plate bus bar is low, and there is a problem in positioning the metal bar bus bar. In addition, since the resin for insert molding has lower insulation performance than sealing gel, potting resin, etc., it is necessary to ensure a large distance between the large current terminals, which has been an obstacle to miniaturization of the module.

これに対し、上記特許文献１に開示される制御ユニットでは、コネクタ部分や電線部分等を形成した金属板全体をモールドするのではなく、金属板の周縁部分に対して枠状のハウジングを成型するが、電気的に絶縁されていない状態の金属板を用いるため、回路機能を持たせるには自由度が不足している。また、組み立て後に、金属板のダイバー部分をドリルで切削除去することから、この際に発生する金属くずによる絶縁破壊の懸念もある。また、上記特許文献２に開示される半導体装置でも、リードフレームはケースとは別にモールドされるが、リードフレーム自体の位置決めの自由度は依然として低いままである。 On the other hand, in the control unit disclosed in Patent Document 1, the entire metal plate on which the connector portion, the electric wire portion, and the like are formed is not molded, but a frame-shaped housing is molded on the peripheral portion of the metal plate. However, since a metal plate that is not electrically insulated is used, the degree of freedom is insufficient to provide a circuit function. Moreover, since the diver portion of the metal plate is removed by drilling after assembly, there is also a concern of dielectric breakdown due to metal scrap generated at this time. In the semiconductor device disclosed in Patent Document 2, the lead frame is molded separately from the case, but the degree of freedom in positioning the lead frame itself remains low.

また、上記特許文献３に開示される半導体装置、及び上記特許文献４に開示されるパワーモジュールは、共に、制御回路とパワー回路とを重ねて配置することでデバイスの小型化を図っている。しかしながら、特許文献３の半導体装置では、複数のリードフレームをトランスファモールドするのが困難であり、特許文献４のパワーモジュールでは、基板間接続が困難であり、パワー回路が発生する大きな誘導起電力がドライブ回路に与えるノイズの影響について無視できない可能性があった。 In addition, the semiconductor device disclosed in Patent Document 3 and the power module disclosed in Patent Document 4 both have a control circuit and a power circuit arranged so as to reduce the size of the device. However, in the semiconductor device of Patent Document 3, it is difficult to transfer mold a plurality of lead frames, and in the power module of Patent Document 4, it is difficult to connect the substrates, and a large induced electromotive force generated by the power circuit is generated. There was a possibility that the influence of noise on the drive circuit could not be ignored.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、電力用半導体素子用の入出力端子機能を有するとともに、配置の自由度が高く、さらにデバイス全体の小型化が可能な、パワーモジュールを提供することを目的とする。 The present invention was made to solve such problems, and has an input / output terminal function for a power semiconductor element, has a high degree of freedom in arrangement, and further enables downsizing of the entire device. An object is to provide a power module.

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様におけるパワーモジュールは、電力用半導体素子を有するパワー回路を収納したケース内に封止樹脂である第１樹脂が注入されて形成されるパワーモジュールであって、複数の導体フレームを上記第１樹脂とは異なる第２樹脂にて予めモールドして互いに電気的に絶縁しながら機械的に連結しかつ電気的回路を形成した成型部品を上記ケース内に備え、上記導体フレームは、当該パワーモジュールの外部端子、及び上記パワー回路との電気的接続端子を有する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
In other words, the power module according to one aspect of the present invention is a power module formed by injecting a first resin, which is a sealing resin, into a case in which a power circuit having a power semiconductor element is housed. A molded part in which a frame is pre-molded with a second resin different from the first resin, mechanically connected to each other while being electrically insulated from each other, and an electrical circuit is formed is provided in the case. And an external terminal of the power module and an electrical connection terminal with the power circuit.

本発明の一態様におけるパワーモジュールによれば、導体フレームを第２樹脂でモールドした成型部品を用いることで、プリント基板に比較して導体の断面積が格段に増大し、大電流への対応が可能である。また、成型部品を一つの回路部品として扱うことができ、回路機能を有しながら、さらに成型部品の導体フレームを３次元的に加工でき、パワー回路との入出力や外部入出力端子として機能させることができる。よって、導体フレームを含めて成型部品における配置の自由度を従来に比べて向上させることができる。また、このような端子部分は、最終的にゲルやポッティング樹脂等の第１樹脂で封止され電気的に絶縁されることから、大電流の入出力端子間の距離を小さくすることができ、当該パワーモジュールの小型化を実現することもできる。また、このように成型部品は、プリント基板よりも電磁遮蔽効果が大きいためパワー回路からのノイズの遮断も可能である。 According to the power module of one aspect of the present invention, by using a molded part in which the conductor frame is molded with the second resin, the cross-sectional area of the conductor is remarkably increased as compared with the printed circuit board, and it is possible to cope with a large current. Is possible. In addition, the molded part can be handled as one circuit part, and while having a circuit function, the conductor frame of the molded part can be further processed three-dimensionally to function as an input / output to the power circuit and an external input / output terminal. be able to. Therefore, the freedom degree of arrangement in the molded part including the conductor frame can be improved as compared with the conventional case. In addition, since such a terminal portion is finally sealed and electrically insulated with a first resin such as gel or potting resin, the distance between the input / output terminals of a large current can be reduced, Miniaturization of the power module can also be realized. In addition, since the molded part has an electromagnetic shielding effect larger than that of the printed board, noise from the power circuit can be blocked.

本発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの斜視図である。It is a perspective view of the power module in Embodiment 1 of this invention. 図１Ａに示すパワーモジュールの上面図である。It is a top view of the power module shown to FIG. 1A. 本発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the power module in Embodiment 2 of this invention. 図２Ａに示すパワーモジュールの上面図である。It is a top view of the power module shown in FIG. 2A. 図２Ａに示すパワーモジュールの製造過程における初期段階の状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state of the initial stage in the manufacture process of the power module shown to FIG. 2A. 図２Ａに示すパワーモジュールの製造過程において成型部品の装填段階の状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state of the loading stage of a molded component in the manufacture process of the power module shown to FIG. 2A. 図２Ａに示すパワーモジュールの製造過程において最終段階の状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state of the last stage in the manufacture process of the power module shown to FIG. 2A. 本発明の実施の形態３におけるパワーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the power module in Embodiment 3 of this invention. 各実施の形態のパワーモジュールに備わる成形部品における電極間の絶縁を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the insulation between electrodes in the molded component with which the power module of each embodiment is equipped.

本発明の実施形態であるパワーモジュールについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。 A power module according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or similar components are denoted by the same reference numerals.

実施の形態１．
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施の形態１によるパワーモジュール１０１を示している。このパワーモジュール１０１は、電力用半導体素子に相当するパワーチップ４を有するパワー回路１１をケース１内に収納し、このケース１内に、ゲル又はポッティング樹脂のような封止樹脂である第１樹脂を注入して形成されるモジュールである。このようなパワーモジュール１０１は、ケース１、パワー回路１１、及び第１樹脂の他に、基本的構成部分として、成型部品１０６を備える。以下には、これらの構成部品について詳しく説明する。 Embodiment 1 FIG.
1A and 1B show a power module 101 according to Embodiment 1 of the present invention. The power module 101 houses a power circuit 11 having a power chip 4 corresponding to a power semiconductor element in a case 1, and a first resin which is a sealing resin such as gel or potting resin in the case 1. Is a module formed by injecting Such a power module 101 includes a molded part 106 as a basic component in addition to the case 1, the power circuit 11, and the first resin. Hereinafter, these components will be described in detail.

ケース１は、樹脂製で枠状に成形され、ケース１の一方の開口部には金属製の放熱基板２が底板としてケース１と一体的に取り付けられている。ケース１の内側において放熱基板２には導体層３が形成され、パワーチップ４がはんだダイボンドによって導体層３に搭載され、パワーチップ４と共にパワー回路１１が形成されている。さらに、ケース１の内側で放熱基板２上には、パワー回路１１を取り囲む成型部品１０６が配置される。 The case 1 is made of a resin and is formed in a frame shape. A metal heat dissipation board 2 is integrally attached to the case 1 as a bottom plate in one opening of the case 1. Inside the case 1, a conductor layer 3 is formed on the heat dissipation substrate 2, a power chip 4 is mounted on the conductor layer 3 by solder die bonding, and a power circuit 11 is formed together with the power chip 4. Further, a molded part 106 surrounding the power circuit 11 is disposed on the heat dissipation board 2 inside the case 1.

成型部品１０６は、複数の導体フレーム５を上記第１樹脂とは異なる第２樹脂つまりインサートモールド樹脂（ＰＰＳ）１６１にて予めモールドして互いに電気的に絶縁しながら機械的に連結しかつ電気的回路を形成した部品、いわゆるインサートモールド部品である。成型部品１０６に備わる上記導体フレーム５の一部は、当該パワーモジュール１０１の外部端子５０Ａ、及びパワー回路１１との電気的接続端子５０Ｂを有する。詳しく説明すると、本実施形態１では、各導体フレーム５は、０．３ｍｍの厚さを有するＣｕリードフレームを打ち抜いて作製され、さらに、導体フレーム５の一部には、外部端子５０Ａに相当する外部ネジ止め電極５１、外部バネ電極５３、及びプレスフィット電極５４、並びに、電気的接続端子５０Ｂに相当するワイヤボンド電極５５が形成されている。 The molded part 106 is mechanically connected and electrically connected to the plurality of conductor frames 5 by pre-molding with a second resin different from the first resin, that is, an insert mold resin (PPS) 161, and electrically insulating each other. It is a part forming a circuit, a so-called insert mold part. A part of the conductor frame 5 provided in the molded part 106 has an external terminal 50 </ b> A of the power module 101 and an electrical connection terminal 50 </ b> B with the power circuit 11. More specifically, in the first embodiment, each conductor frame 5 is manufactured by punching a Cu lead frame having a thickness of 0.3 mm, and a part of the conductor frame 5 corresponds to the external terminal 50A. An external screw electrode 51, an external spring electrode 53, a press-fit electrode 54, and a wire bond electrode 55 corresponding to the electrical connection terminal 50B are formed.

このような成型部品１０６は、図示するように、ケース１の内でパワー回路１１を取り囲む枠状の形状を有し、ケース１内に位置決め、固定される。また、外部ネジ止め電極５１、外部バネ電極５３、及びプレスフィット電極５４は、当該パワーモジュール１０１の外側に向けて配置され、外部ネジ止め電極５１の一端は、ケース１の所定の位置に対して固定され、パワーチップ４間は、外部ネジ止め電極５１の一部によって電気的に接合される。また、別の外部ネジ止め電極５１及び外部バネ電極５３は、放熱基板２の導体層３に接合される。 As illustrated, the molded part 106 has a frame shape surrounding the power circuit 11 in the case 1, and is positioned and fixed in the case 1. The external screwing electrode 51, the external spring electrode 53, and the press-fit electrode 54 are arranged toward the outside of the power module 101, and one end of the external screwing electrode 51 is located at a predetermined position of the case 1. The power chips 4 are fixed and electrically joined by a part of the external screwing electrode 51. Further, another external screwing electrode 51 and an external spring electrode 53 are joined to the conductor layer 3 of the heat dissipation board 2.

また、パワーチップ４の信号回路は、成型部品１０６におけるワイヤボンドステー部６１に形成したワイヤボンド電極５５に対してＡｌワイヤボンド８で電気的に接続され、それぞれの信号は、外部バネ電極５３やプレスフィット電極５４に供給される。
さらに、上述の各外部端子５０Ａが外側に露出するようにして、封止用ゲルやポッティング樹脂の第１樹脂をケース１内部に充填してパワーモジュール１０１が完成する。 Further, the signal circuit of the power chip 4 is electrically connected to the wire bond electrode 55 formed on the wire bond stay portion 61 in the molded part 106 by the Al wire bond 8, and each signal is transmitted to the external spring electrode 53 or It is supplied to the press-fit electrode 54.
Further, the power module 101 is completed by filling the case 1 with a sealing gel or a first resin such as a potting resin so that the external terminals 50A are exposed to the outside.

以上のように構成されたパワーモジュール１０１によれば、金属板にてなる導体フレーム５を第２樹脂でモールドした成型部品１０６を用いることで、プリント基板における構成に比較して導体の断面積を格段に増大させることができる。よって、一部の導体フレーム５には、大きな電流が流れるパワー回路との入出力や外部入出力端子としての機能をもたせることが可能である。また、このような端子部分を含む成型部品１０６も最終的に第１樹脂で封止され電気的に絶縁されることから、大電流の入出力端子間の距離を小さくすることができ、当該パワーモジュールの小型化を実現することができる。また、成型部品１０６において、プリント基板と同様の回路機能を初めから持たせることが可能となり、プリント基板よりも電磁遮蔽効果が大きいためパワー回路１１からのノイズの遮断が可能である。 According to the power module 101 configured as described above, by using the molded part 106 in which the conductor frame 5 made of a metal plate is molded with the second resin, the cross-sectional area of the conductor can be reduced compared to the configuration on the printed circuit board. It can be increased dramatically. Therefore, some of the conductor frames 5 can have a function as an input / output to / from a power circuit through which a large current flows and an external input / output terminal. Further, since the molded part 106 including such a terminal portion is finally sealed and electrically insulated by the first resin, the distance between the input / output terminals of a large current can be reduced, and the power Miniaturization of the module can be realized. In addition, the molded component 106 can have a circuit function similar to that of the printed circuit board from the beginning, and since the electromagnetic shielding effect is greater than that of the printed circuit board, noise from the power circuit 11 can be blocked.

上述のパワーモジュール１０１では、導体フレーム５として０．３ｍｍ厚のＣｕを用いたが、電気及び熱を導通する部材であれば金属に限らず、その材質及び厚さは限定されない。また、本実施形態では打ち抜きによって導体フレーム５を形成したが、エッチングやレーザ加工、ペースト焼成などの方法によっても同様の導体フレーム５を形成することができる。
また、成型部品１０６における各導体フレーム５は、インサートモールド手法によって連結しているが、トランスファモールドやカスタマヘッダ（樹脂への金属部材挿入）など他の手法によって形成しても同様の効果が得られる。
また、成型部品１０６のインサートモールド樹脂１６１としてＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）を用いたが、ＬＣＰ（液晶ポリマー）など他の樹脂を用いても同様の効果が得られる。 In the above-described power module 101, Cu having a thickness of 0.3 mm is used as the conductor frame 5. However, the material and thickness of the power module 101 are not limited to metal as long as the member conducts electricity and heat. In the present embodiment, the conductor frame 5 is formed by punching. However, the same conductor frame 5 can be formed by a method such as etching, laser processing, or paste baking.
In addition, the conductor frames 5 in the molded part 106 are connected by the insert molding technique, but the same effect can be obtained by forming by another technique such as transfer molding or customer header (insertion of a metal member into the resin). .
Further, although PPS (polyphenylene sulfide) is used as the insert mold resin 161 of the molded part 106, the same effect can be obtained by using other resins such as LCP (liquid crystal polymer).

また、各電極とパワーチップ４や放熱基板２の導体層３との接合については、ここでははんだ付けを用いたが、バネ力を用いた押圧、導電性接着剤による接着、あるいは超音波圧接などによっても同様の効果が得られる。
また、信号回路については、ワイヤボンドステー部６１に形成したワイヤボンド電極５５に対するＡｌワイヤボンド８を用いたが、ＡｕワイヤやＣｕワイヤなど他の金属ワイヤやリボンを用いても同様の効果が得られ、ワイヤボンドステー部６１を省略して空中に延長されたワイヤボンド電極に対してはんだ付けや導電性接着剤接着やバネ圧着などによって電気的接続を行うことも可能である。
また、ここでは外部端子５０Ａとして外部ネジ止め電極５１や外部バネ電極５３などを用いたが、ピン電極を用いたソケット実装やはんだ付けなども適用可能である。 For joining the electrodes to the power chip 4 and the conductor layer 3 of the heat dissipation board 2, soldering is used here, but pressing using a spring force, bonding with a conductive adhesive, ultrasonic pressure welding, or the like. The same effect can be obtained by.
For the signal circuit, the Al wire bond 8 for the wire bond electrode 55 formed on the wire bond stay portion 61 is used. However, the same effect can be obtained by using other metal wires or ribbons such as Au wires and Cu wires. It is also possible to omit the wire bond stay portion 61 and make an electrical connection to the wire bond electrode extended in the air by soldering, conductive adhesive bonding, spring crimping, or the like.
Here, the external screwing electrode 51 and the external spring electrode 53 are used as the external terminal 50A, but socket mounting or soldering using a pin electrode is also applicable.

実施の形態２．
実施の形態１におけるパワーモジュール１０１では、成型部品１０６に備わる導体フレームは、外部ネジ止め電極５１等の外部端子５０Ａや、ワイヤボンド電極５５に相当する電気的接続端子５０Ｂを有するのみである。一方、本実施の形態２におけるパワーモジュールでは、成型部品に備わる導体フレームは、外部端子５０Ａ等に加えて、パワー回路の制御を行う制御回路を有する。 Embodiment 2. FIG.
In the power module 101 according to the first embodiment, the conductor frame included in the molded part 106 has only the external terminals 50A such as the external screwing electrodes 51 and the electrical connection terminals 50B corresponding to the wire bond electrodes 55. On the other hand, in the power module according to the second embodiment, the conductor frame included in the molded part has a control circuit that controls the power circuit in addition to the external terminal 50A and the like.

例えば図２Ａに示すように、本実施の形態２におけるパワーモジュール２０１は、ケース１内に、パワー回路１１とパワー回路１１の制御を行う制御回路２１０とを備え、各回路１１、２１０は、ケース１内にて第１樹脂９にて封止される。図２Ａから図２Ｅを参照して、より詳しく以下に説明する。尚、パワーモジュール２０１は、図２Ｃから図２Ｅの順で組み立てられる。 For example, as shown in FIG. 2A, the power module 201 according to the second embodiment includes a power circuit 11 and a control circuit 210 that controls the power circuit 11 in the case 1. 1 is sealed with a first resin 9. This will be described in more detail below with reference to FIGS. 2A to 2E. The power module 201 is assembled in the order of FIGS. 2C to 2E.

図２Ｃに示すように、また、上述のパワーモジュール１０１と同様に、ケース１の底板を形成する放熱基板２に形成された導体層３には、はんだダイボンドつまりダイボンド部１２によってパワーチップ４が搭載され、パワーチップ４と共にパワー回路１１が形成されている。
パワーチップ４間は、バスバー１３によって電気的に接合され、パワーチップ４は、放熱基板２の導体層３に対してＡｌワイヤボンドによって接続される。 As shown in FIG. 2C, similarly to the power module 101 described above, the power chip 4 is mounted on the conductor layer 3 formed on the heat dissipation substrate 2 forming the bottom plate of the case 1 by solder die bonding, that is, the die bonding portion 12. The power circuit 11 is formed together with the power chip 4.
The power chips 4 are electrically joined by the bus bar 13, and the power chip 4 is connected to the conductor layer 3 of the heat dissipation board 2 by Al wire bonding.

次に図２Ｄに示すように、ケース１の対向する２つの内面にそれぞれ一対ずつ成型された位置決め用の嵌合部２１４に対して成型部品２０６が嵌合され、位置決め及び固定される。よって図２Ａに示すように、成型部品２０６は、放熱基板２上に形成されるパワー回路１１に対して層状に重ねて配置される。 Next, as shown in FIG. 2D, the molded component 206 is fitted into the positioning fitting portions 214 molded in pairs on the two opposing inner surfaces of the case 1, and positioned and fixed. Therefore, as shown in FIG. 2A, the molded component 206 is arranged in a layered manner on the power circuit 11 formed on the heat dissipation board 2.

成型部品２０６は、複数の板状の導体フレーム２０５を第１樹脂９とは異なる第２樹脂にてモールドして互いに電気的に絶縁しながら機械的に連結したインサートモールド部品である。ここで、導体フレーム２０５は、本実施の形態２では、０．３ｍｍの厚さを有するＣｕリードフレームを打ち抜いて作製され、図２Ａ等に示す例えばダイボンド電極５６、外部ネジ止め電極５１、内部バネ電極５２、外部バネ電極５３、プレスフィット電極５４、及びワイヤボンド電極５５が相当する。これらの導体フレーム２０５は、第２樹脂に相当するインサートモールド樹脂（ＰＰＳ）２１６によって機械的に連結されている。 The molded part 206 is an insert mold part in which a plurality of plate-like conductor frames 205 are molded with a second resin different from the first resin 9 and mechanically connected while being electrically insulated from each other. Here, in the second embodiment, the conductor frame 205 is manufactured by punching a Cu lead frame having a thickness of 0.3 mm. For example, the die bond electrode 56, the external screwing electrode 51, the internal spring shown in FIG. The electrode 52, the external spring electrode 53, the press-fit electrode 54, and the wire bond electrode 55 correspond. These conductor frames 205 are mechanically connected by an insert mold resin (PPS) 216 corresponding to the second resin.

また、このような成型部品２０６のダイボンド電極５６には、制御回路２１０を構成する制御回路チップ２０７がダイボンドされ、Ａｌワイヤボンド８によってワイヤボンド電極５５や制御回路チップ２０７間が接続されている。また、パワーチップ４の信号回路も、ワイヤボンド電極５５に対してＡｌワイヤボンドで電気的に接続される。
上述の成型部品１０６では、成型部品１０６を形成する導体フレーム５は外部端子５０Ａ等を有するのみであったが、このようにパワーモジュール２０１における成型部品２０６は、外部端子等に加えて制御回路２１０を有する。 Further, the control circuit chip 207 constituting the control circuit 210 is die-bonded to the die bond electrode 56 of such a molded component 206, and the wire bond electrode 55 and the control circuit chip 207 are connected by the Al wire bond 8. The signal circuit of the power chip 4 is also electrically connected to the wire bond electrode 55 with an Al wire bond.
In the molded part 106 described above, the conductor frame 5 forming the molded part 106 only has the external terminals 50A and the like. In this way, the molded part 206 in the power module 201 includes the control circuit 210 in addition to the external terminals and the like. Have

また、成型部品２０６における外部ネジ止め電極５１は、放熱基板２の導体層３に接続されるとともに、ケース１の所定位置に固定される。また、内部バネ電極５２は、放熱基板２の導体層３と接続され、パワー回路１１と制御回路２１０とを電気的及び機械的に接続する。また、図２Ｅに示すように、成型部品２０６に備わる制御回路チップ２０７に対してワイヤボンドなどによって電気的に接続することも可能である。 Further, the external screwing electrode 51 in the molded part 206 is connected to the conductor layer 3 of the heat dissipation board 2 and is fixed to a predetermined position of the case 1. Further, the internal spring electrode 52 is connected to the conductor layer 3 of the heat dissipation board 2 and connects the power circuit 11 and the control circuit 210 electrically and mechanically. Further, as shown in FIG. 2E, the control circuit chip 207 provided in the molded component 206 can be electrically connected by wire bonding or the like.

最後に、外部ネジ止め電極５１、外部バネ電極５３、及びプレスフィット電極５４の外部端子５０Ａが当該パワーモジュール２０１から外側に露出するようにして、封止用ゲルやポッティング樹脂の第１樹脂９がケース１の内側に充填され、パワーモジュール２０１が完成する。 Finally, the external resin screw electrode 51, the external spring electrode 53, and the external terminal 50A of the press-fit electrode 54 are exposed to the outside from the power module 201, and the sealing resin or the first resin 9 of potting resin is formed. The inside of the case 1 is filled, and the power module 201 is completed.

以上のように構成される実施形態２のパワーモジュール２０１においても、実施形態１のパワーモジュール１０１と同様に、大電流の入出力が可能、パワーモジュールの小型化が可能、及びパワー回路からのノイズの遮断が可能、という効果を得ることができる。また、実施形態２のパワーモジュール２０１では、成型部品２０６は、制御回路２１０を有することから、回路として独立しており、制御回路２１０単体で電気的な試験、性能試験等を行うことが可能である。このとき、例えば制御回路チップ２０７がベアチップのまま露出状態であれば、パワー回路１１との電気配線も容易である。 In the power module 201 of the second embodiment configured as described above, as in the power module 101 of the first embodiment, a large current can be input / output, the power module can be downsized, and noise from the power circuit It is possible to obtain an effect that it is possible to shut off. Further, in the power module 201 of the second embodiment, the molded component 206 includes the control circuit 210, so that it is independent as a circuit, and an electrical test, a performance test, and the like can be performed by the control circuit 210 alone. is there. At this time, for example, if the control circuit chip 207 is exposed as a bare chip, electrical wiring with the power circuit 11 is easy.

また、実施の形態１で説明した構成上の変形例は、当該実施形態２のパワーモジュール２０１に対しても有効である。
また、パワーチップ４間の接続や、パワーチップ４と放熱基板２との接続に、バスバー１３やＡｌワイヤボンド８を用いたが、成型部品２０６における導体フレーム２０５の一部を延長してそれらの接続に利用してもよい。 Further, the structural modification described in the first embodiment is also effective for the power module 201 of the second embodiment.
Further, the bus bar 13 and the Al wire bond 8 are used for the connection between the power chips 4 and the connection between the power chip 4 and the heat radiating substrate 2. It may be used for connection.

また、本実施の形態２では、成型部品２０６は、嵌合部２１４によって、ケース１に対する位置決め及び固定を行ったが、成型部品２０６側に突起などを形成したり、あるいは成型部品２０６を構成する導体フレームの一部に位置決めや固定用の手段を形成しても、同様の効果が得られる。 In the second embodiment, the molded component 206 is positioned and fixed with respect to the case 1 by the fitting portion 214. However, a projection or the like is formed on the molded component 206 side, or the molded component 206 is configured. The same effect can be obtained by forming positioning and fixing means on a part of the conductor frame.

また、本実施の形態２では、制御回路チップ２０７は、成型部品２０６における上面、つまりパワー回路１１とは反対向面側に配置しているが、成型部品２０６における裏面つまりパワー回路１１との対向面側に配置しても良く、同様の効果を得ることができる。
また、成型部品２０６を、パワー回路１１部分よりも先に、封止ゲルやポッティング樹脂つまり第１樹脂９で埋め込んでも良く、同様の効果が得られる。 In the second embodiment, the control circuit chip 207 is arranged on the upper surface of the molded component 206, that is, on the side opposite to the power circuit 11, but is opposed to the rear surface of the molded component 206, that is, the power circuit 11. It may be arranged on the surface side, and the same effect can be obtained.
Further, the molded component 206 may be embedded with a sealing gel or a potting resin, that is, the first resin 9 before the power circuit 11 portion, and the same effect can be obtained.

実施の形態３．
上述した実施の形態１、２のパワーモジュール１０１、２０１では、ケース１内に成型部品１０６、２０６を封止する形態である。これに対し本実施の形態３では、成型部品２０６を金型成型によるトランスファモールドする形態を採る。以下に詳しく説明する。 Embodiment 3 FIG.
In the power modules 101 and 201 according to the first and second embodiments described above, the molded parts 106 and 206 are sealed in the case 1. On the other hand, the third embodiment takes a form in which the molded part 206 is transfer molded by mold molding. This will be described in detail below.

図３は、本実施の形態３におけるパワーモジュール３０１を示している。このパワーモジュール３０１がパワーモジュール１０１、２０１と相違する点は、上述のように、ケース１を有しない点、及び放熱基板２に代えてパワー回路用フレーム３１５を用いる点である。
即ち、本実施形態ではＣｕ製で、厚さ０．６ｍｍのパワー回路用フレーム３１５に、パワーチップ４がはんだダイボンド（はんだダイボンド部１２）によって搭載されている。このパワー回路用フレーム３１５を含めてパワーチップ４とともにパワー回路３１１を形成している。また、パワーチップ４間はバスバー１３によって電気的に接合され、パワーチップ４の信号回路とパワー回路用フレーム３１５とはＡｌワイヤボンドによって接合される。 FIG. 3 shows a power module 301 according to the third embodiment. The power module 301 is different from the power modules 101 and 201 in that it does not have the case 1 and uses a power circuit frame 315 instead of the heat dissipation board 2 as described above.
That is, in this embodiment, the power chip 4 is mounted by solder die bonding (solder die bonding portion 12) on a power circuit frame 315 made of Cu and having a thickness of 0.6 mm. A power circuit 311 is formed together with the power chip 4 including the power circuit frame 315. The power chips 4 are electrically joined by the bus bar 13, and the signal circuit of the power chip 4 and the power circuit frame 315 are joined by an Al wire bond.

制御回路２１０を有する成型部品２０６は、実施の形態２で説明したものである。つまり、成型部品２０６は、０．３ｍｍの厚さを有するＣｕ製のリードフレームを打ち抜くことによって、外部ネジ止め電極５１、内部バネ電極５２、プレスフィット電極５４、ワイヤボンド電極５５、ダイボンド電極５６が形成され、これらは第２樹脂であるインサートモールド樹脂（ＰＰＳ）２１６によって機械的に連結されている。 The molded part 206 having the control circuit 210 has been described in the second embodiment. That is, the molded component 206 is formed by punching out a lead frame made of Cu having a thickness of 0.3 mm so that the external screwing electrode 51, the internal spring electrode 52, the press-fit electrode 54, the wire bond electrode 55, and the die bond electrode 56 are formed. These are formed and mechanically connected by an insert mold resin (PPS) 216 which is a second resin.

成型部品２０６は、パワー回路用フレーム３１５上に位置決め、固定される。このとき、成型部品２０６における一部の導体フレーム２０５で形成された内部バネ電極５２は、接続導体となって、パワー回路３１１を形成しているパワー回路用フレーム３１５と電気的に接続する。 The molded part 206 is positioned and fixed on the power circuit frame 315. At this time, the internal spring electrode 52 formed by a part of the conductor frame 205 in the molded component 206 serves as a connection conductor and is electrically connected to the power circuit frame 315 forming the power circuit 311.

最後に、パワー回路３１１及び成型部品２０６は、トランスファモールド金型に収容され、第１樹脂に相当するトランスファモールド樹脂３１６を充填することでパワーモジュール３０１が完成する。 Finally, the power circuit 311 and the molded component 206 are accommodated in a transfer mold, and the power module 301 is completed by filling a transfer mold resin 316 corresponding to the first resin.

以上のように構成される実施形態３のパワーモジュール３０１においても、実施形態１、２のパワーモジュール１０１、２０１と同様に、大電流の入出力が可能、パワーモジュールの小型化が可能、及びパワー回路からのノイズの遮断が可能であるとともに、成型部品２０６において制御回路２１０単体での試験が可能である。 In the power module 301 of the third embodiment configured as described above, similarly to the power modules 101 and 201 of the first and second embodiments, a large current can be input and output, the power module can be reduced in size, and the power can be reduced. In addition to being able to block noise from the circuit, the molded part 206 can be tested with the control circuit 210 alone.

また、一般的にトランスファモールドは、金型成型によるものであることから、被モールド体からの電極の取り出し方向に制約が多い。しかしながら、本実施の形態３によるパワーモジュール３０１では、封止する成型部品２０６を別個に準備することから、電極の取り出し方向における自由度が増すという利点がある。 In general, transfer molding is performed by mold molding, and therefore, there are many restrictions on the direction in which electrodes are taken out from the object to be molded. However, in the power module 301 according to the third embodiment, since the molded component 206 to be sealed is separately prepared, there is an advantage that the degree of freedom in the electrode extraction direction is increased.

実施の形態３では、上述したように、パワー回路用フレーム３１５として０．６ｍｍ厚のＣｕを用いたが、電気及び熱を導通する部材であれば材質は金属に限定するものではなく、その厚さも限定しない。また、成型部品２０６における導体フレーム２０５として、０．３ｍｍ厚のＣｕを用いたが、同様に、電気及び熱を導通する部材であれば材質は金属に限定するものではなく、その厚さも限定しない。
また、パワー回路用フレーム３１５、及び成型部品２０６における導体フレーム２０５は、打ち抜きによって形成したが、エッチングやレーザ加工、ペースト焼成などの方法によって形成してもよい。
また、成型部品２０６における導体フレーム２０５について、インサートモールド手法によって連結する手法を用いたが、トランスファモールドやカスタマヘッダ（樹脂への金属部材挿入）など他の手法によっても同様の効果が得られる。 In the third embodiment, as described above, 0.6 mm-thick Cu is used as the power circuit frame 315, but the material is not limited to metal as long as it is a member that conducts electricity and heat. There is no limitation. Further, although 0.3 mm thick Cu is used as the conductor frame 205 in the molded component 206, similarly, the material is not limited to metal as long as it is a member that conducts electricity and heat, and the thickness is not limited. .
Further, although the power circuit frame 315 and the conductor frame 205 in the molded component 206 are formed by punching, they may be formed by a method such as etching, laser processing, or paste baking.
In addition, the conductor frame 205 in the molded component 206 is connected by the insert mold method, but the same effect can be obtained by other methods such as transfer mold and customer header (insertion of a metal member into the resin).

さらにまた、各電極とパワーチップ４やパワー回路用フレーム３１５との接合について、ここでははんだ付けを用いたが、バネ力を用いた押し付けや導電性接着剤による接着や超音波圧接などによっても同様の効果が得られる。
また、信号回路については、ワイヤボンドステー部に形成したワイヤボンド電極に対するＡｌワイヤボンドを用いたが、ＡｕワイヤやＣｕワイヤなど他の金属ワイヤやリボンを用いても同様の効果が得られ、ワイヤボンドステーを省略して空中に延長されたワイヤボンド電極に対してはんだ付けや導電性接着剤接着やバネ圧着などによって電気的接続を行うことも可能である。
また、ここではパワーチップ４間の接続や、パワーチップ４とパワー回路用フレーム３１５との接続にバスバー１３やＡｌワイヤボンドを用いたが、成型部品２０６の導体フレーム２０５の一部を延長して、これらの接続に利用することも可能である。 Furthermore, the soldering is used here for joining each electrode to the power chip 4 or the power circuit frame 315. However, the same applies by pressing using a spring force, adhesion using a conductive adhesive, ultrasonic pressure welding, or the like. The effect is obtained.
For the signal circuit, Al wire bond to the wire bond electrode formed on the wire bond stay part was used, but the same effect can be obtained by using other metal wires or ribbons such as Au wire and Cu wire. It is also possible to perform electrical connection by soldering, conductive adhesive bonding, spring crimping, or the like to the wire bond electrode that is extended in the air without the bond stay.
Here, the bus bar 13 and the Al wire bond are used for the connection between the power chips 4 and the connection between the power chip 4 and the power circuit frame 315. However, a part of the conductor frame 205 of the molded component 206 is extended. It can also be used for these connections.

また、ここでは外部端子として外部ネジ止め電極や外部バネ電極などを用いたが、ピン電極を用いたソケット実装やはんだ付けなども適用可能である。 In this example, an external screw electrode or an external spring electrode is used as the external terminal, but socket mounting using a pin electrode, soldering, or the like is also applicable.

また、成型部品２０６について、インサートモールド樹脂２１６自体は電気的絶縁性が低いことから、大電流回路においてインサートモールド樹脂２１６では各電極（導体フレーム）間の絶縁性の確保が難しい場合もある。この場合には、図４に示すように、電極５７，５８をくし歯状にインサートモールド樹脂２１６で連結し、封止ゲルやポッティング樹脂９、あるいはトランスファモールド樹脂３１６など絶縁性に優れた樹脂によって、各電極間を充填することによって、絶縁性を確保することが可能となる。 In addition, for the molded component 206, the insert mold resin 216 itself has low electrical insulation, and therefore it may be difficult to ensure insulation between the electrodes (conductor frames) with the insert mold resin 216 in a large current circuit. In this case, as shown in FIG. 4, the electrodes 57 and 58 are connected in a comb-like shape with an insert mold resin 216, and a sealing gel, a potting resin 9, or a transfer mold resin 316 is used as a resin having excellent insulating properties. By filling between the electrodes, it is possible to ensure insulation.

１ケース、４パワーチップ、５導体フレーム、９ポッティング樹脂、
１１パワー回路、５１外部ネジ止め電極、５２内部バネ電極、
５３外部バネ電極、５４プレスフィット電極、
５５ワイヤボンド電極、５６ダイボンド電極、
１０１パワーモジュール、１０６成型部品、１６１第２樹脂、
２０１パワーモジュール、２０５導体フレーム、２０６成型部品、
２０７制御回路チップ、２１０制御回路、２１４嵌合部、
２１６インサートモールド樹脂、
３０１パワーモジュール、３１１パワー回路、３１５パワー回路用フレーム、
３１６トランスファモールド樹脂。 1 case, 4 power chip, 5 conductor frame, 9 potting resin,
11 power circuit, 51 external screwing electrode, 52 internal spring electrode,
53 External spring electrode, 54 Press-fit electrode,
55 wire bond electrodes, 56 die bond electrodes,
101 power module, 106 molded part, 161 second resin,
201 power module, 205 conductor frame, 206 molded part,
207 control circuit chip, 210 control circuit, 214 fitting portion,
216 insert mold resin,
301 power module, 311 power circuit, 315 power circuit frame,
316 Transfer mold resin.

Claims

A power module formed by injecting a first resin as a sealing resin into a case containing a power circuit having a power semiconductor element,
A molded part in which a plurality of conductor frames are pre-molded with a second resin different from the first resin, mechanically connected to each other while being electrically insulated from each other, and an electrical circuit is formed is provided in the case. The conductor frame has an external terminal of the power module and an electrical connection terminal with the power circuit.
A power module characterized by that.

A power module having a power circuit having a power semiconductor element and a control circuit for controlling the power circuit molded by molding with a first resin by molding,
The control circuit is formed in a molded part in which a plurality of plate-like conductor frames are molded with a second resin different from the first resin and mechanically connected while being electrically insulated from each other,
The conductor frame has a connection terminal with a power circuit frame forming the power circuit,
A power module characterized by that.

The conductor frame is plate-shaped, and the molded component has a semiconductor chip and a passive element that are mounted on the plate-shaped conductor frame and controls the power semiconductor element, and the semiconductor chip and the passive element The power module according to claim 1, further comprising a connection conductor that electrically connects the power circuit.

The power module according to claim 3, wherein a part of the connection conductor is exposed to the outside of the power module.

The power module according to claim 1, wherein the electrical connection terminal with the power circuit and the external terminal are mechanically processed into a shape that does not require solder connection.

The power module according to claim 3, wherein the case has a fitting portion that fits with the molding member and positions the molding member in the case.