(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記パワーモジュールは、前記パワーデバイスに接続されるとともに前記封止部から外方に突出し、前記封止部の側面に沿って設けられた複数の第二モジュール端子をさらに備え、
前記複数の第二モジュール端子は、前記封止部の前記第一側面とは反対側の第二側面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このような点に鑑み、本発明は、平面方向における大きさを小さくすることができ、かつ、配線経路を短くすることができる電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明による電子機器は、
複数の第一コネクタ端子を有するコネクタと、
封止部と、前記封止部内に設けられた複数のパワーデバイスと、前記パワーデバイスに接続されるとともに前記封止部から外方に突出し、前記封止部の第一側面に沿って設けられた複数の第一モジュール端子とを有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールのおもて面側に配置され、前記第一モジュール端子に接続されるとともに、前記パワーモジュールを制御する制御部を有する基板と、
を備え、
前記コネクタと前記第一側面とが対向して配置され、複数の前記第一コネクタ端子が複数の前記第一モジュール端子に対応して並んで設けられている。
【0006】
本発明による電子機器は、
前記パワーモジュールは、前記パワーデバイスに接続されるとともに前記封止部から外方に突出し、前記封止部の側面に沿って設けられた複数の第二モジュール端子をさらに備え、
前記複数の第二モジュール端子が、前記封止部の前記第一側面とは反対側の第二側面に設けられてもよい。
【0007】
本発明による電子機器において、
前記第一モジュール端子は第一パワー端子であり、
前記第二モジュール端子は第二パワー端子であり、
前記第一側面には複数の制御端子が設けられ、
前記第二側面には複数のグランド端子が設けられてもよい。
【0008】
本発明による電子機器は、
前記第二モジュール端子に接続されたコンデンサをさらに備え、
前記コネクタが、前記複数の第一コネクタ端子に対して並んで設けられ、前記コンデンサに接続された第二コネクタ端子を有し、
前記コンデンサが、前記パワーモジュールの側方に設けられてもよい。
【0009】
本発明による電子機器において、
前記封止部の前記第一側面及び前記第二側面とは異なる側面の側方に前記コンデンサが設けられてもよい。
【0010】
本発明による電子機器において、
前記第二コネクタ端子は、前記第一コネクタ端子よりも前記コンデンサ側に設けられてもよい。
【0011】
本発明による電子機器において、
前記基板は、おもて面に設けられた第一導体層又は裏面に設けられた第二導体層と、前記基板内に埋設された第三導体層とを有し、
前記第三導体層の厚みは、前記第一導体層又は前記第二導体層の厚みと対応した厚さとなっていてもよい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、パワーモジュールと制御部を有する基板が積層されているので、平面方向における大きさを小さくすることができる。また、コネクタと第一側面とが対向して配置されて、複数の第一モジュール端子と複数の第一コネクタ端子とが対応して並んで設けられているので、第一モジュール端子と第一コネクタ端子との間の配線経路を短くすることができ、インピーダンス及びインダクタンスを抑えることができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図1に示すように、本実施の形態の電子機器は、複数の第一コネクタ端子310(
図2も参照)を有する入出力コネクタ300と、パワーモジュール100と、パワーモジュール100のおもて面側に配置され、第一モジュール端子11に接続されるとともに、パワーモジュール100を制御する1つ又は複数の制御部250(
図9参照)を有する基板200(以下「制御基板200」ともいう。)と、を有している。
図3又は
図4に示すように、パワーモジュール100は、封止部60と、封止部60内に設けられた複数のパワーデバイス15,25と、パワーデバイス15,25に接続されるとともに封止部60から外方に突出し、封止部60の第一側面(
図3及び
図4の上側側面)に沿って設けられた複数の第一モジュール端子11とを有している。
【0016】
図1に示すように、電子機器はパワーモジュール100が配置される金属製の筐体80を有してもよく、パワーモジュール100は筐体80に放熱絶縁膜70を介して配置されてもよい(
図7参照)。
図2に示す態様では、パワーモジュール100は筐体80に対して、長手方向の両端部において2つのネジ(締結部材)75によって固定されている。
【0017】
図2に示すように、入出力コネクタ300と第一側面(
図2の右側側面)とは対向して配置され、複数の第一コネクタ端子310は複数の第一モジュール端子11に対応して並んで設けられている。本実施の形態において「対向」とは少なくとも一部が向かい合っていることを意味し、
図2に示すように第一側面の側方に入出力コネクタ300が位置することを意味している。また、「複数の第一コネクタ端子310」が「複数の第一モジュール端子11に対応して並んで設けられている」とは、第一コネクタ端子310と第一モジュール端子11とが電気的に接続される物同士で一対一で対応して並んで設けられていることを意味する。
図2の最も上側に位置する第一コネクタ端子310は
図2の最も上側に位置する第一モジュール端子11に接続され、
図2の最も下側に位置する第一コネクタ端子310は
図2の最も下側に位置する第一モジュール端子11に接続され、
図2の上下方向の真ん中に位置する第一コネクタ端子310は
図2の上下方向の真ん中に位置する第一モジュール端子11に接続される。
【0018】
図3又は
図4に示すように、本実施の形態のパワーモジュール100は、パワーデバイス15,25に接続されるとともに封止部60から外方に突出し、封止部60の側面に沿って設けられた複数の第二モジュール端子21を有してもよい。複数の第二モジュール端子21は、封止部60の第一側面とは反対側の第二側面(
図3及び
図4の下側側面)に設けられていてもよい。
【0019】
第一モジュール端子11は比較的大きな電流が流れる第一パワー端子であってもよく、また第二モジュール端子21も比較的大きな電流が流れる第二パワー端子であってもよい。一例として、第一モジュール端子11は出力端子であり、第二モジュール端子21は電源端子であってもよい。
【0020】
図4に示すように、パワーモジュール100は、少なくともおもて面及び側面が封止部60で覆われた第一導体部10と、少なくともおもて面及び側面が封止部60で覆われた第二導体部20と、を有してもよい。第一導体部10は、第一モジュール端子11と、第一モジュール端子11と一体になった第一本体部12と、を有してもよい。第二導体部20は、第二モジュール端子21と、第二モジュール端子21と一体になった第二本体部22と、を有してもよい。また、第一本体部12に第一パワーデバイス15が設けられ、第二本体部22に第二パワーデバイス25が設けられてもよい。第二本体部22と複数(
図4に示す態様では3つ)の第二モジュール端子21とが一体になってもよい。第一本体部12及び第二本体部22は、例えば、銅合金等からなり、全面又は部分的にスズめっき処理やニッケルめっき処理等が施されていてもよい。封止部60としてはエポキシ樹脂等を用いてもよい。
【0021】
第一パワーデバイス15及び第二パワーデバイス25としては、例えばMOSFETを用いてもよい。本実施の形態によるパワーモジュール100の回路図は例えば
図5に示すようになってもよい。
図5に示す態様では第一パワーデバイス15及び第二パワーデバイス25がMOSFETであり、第一パワーデバイス15であるMOSFETのドレインが第一本体部12側(
図4の紙面裏側)に位置し、MOSFETのソースが第一本体部12と反対側(
図4の紙面おもて側)に位置し、また、第二パワーデバイス25であるMOSFETのドレインが第二本体部22側(
図4の紙面裏側)に位置し、MOSFETのソースが第二本体部22と反対側(
図4の紙面おもて側)に位置している。
【0022】
第一導体部10と第二導体部20とは接続されてもよい。第一導体部10と第二導体部20とは、ワイヤ61によって接続されてもよいし接続子によって接続されてもよい。一例として、
図4に示すように、第二パワーデバイス25と第一本体部12とがワイヤ61で接続され、第二パワーデバイス25と後述する第三本体部32とがワイヤ61で接続されてもよい。なお、接続子としては例えば銅クリップを用いることができ、ワイヤ61としては例えばアルミワイヤを用いることができる。ちなみに、接続子を用いることで流れる電流量を上げることができる。
【0023】
第一導体部10及び第二導体部20の裏面は封止部60から露出してもよい。このように露出された第一導体部10及び第二導体部20は、
図7に示すように、放熱シート90、放熱性の接着剤等を介して筐体80上に載置されてもよい。なお、本実施の形態において、「裏面」とは
図6に示す側のことを意味し、「おもて面」とは「裏面」と反対側のことを意味する。
【0024】
図4に示すように、本実施の形態のパワーモジュール100は、第三モジュール端子31と、第三モジュール端子31と一体になった第三本体部32と、を有する第三導体部30をさらに有してもよい。第三導体部30は、第一パワーデバイス15と直接接続されてもよい。なお、第三モジュール端子31はグランド端子であってもよい。
【0025】
第一側面には複数の制御端子41,42が設けられてもよいし、第二側面には複数の第三モジュール端子31が設けられてもよい。一例としては、一対の第一モジュール端子11の間に2つの制御端子41,42が設けられてもよいし、第二モジュール端子21の間に第三モジュール端子31が設けられてもよい。
【0026】
各制御端子41,42はパワーデバイス15,25に接続されてもよい。一例としては、
図4に示すように、第一制御端子41は第一パワーデバイス15にワイヤ61で接続され、第一パワーデバイス15を制御するために用いられてもよい。第二制御端子42は第二パワーデバイス25にワイヤ61で接続され、第二パワーデバイス25を制御するために用いられてもよい。なお、本実施の形態のパワーモジュール100では、
図1に示すように、各端子11,21,31,41,42がおもて面側に曲げられており、おもて面側に載置される制御基板200に接続されるようになっている。
【0027】
図1に示すように、本実施の形態の筐体80の内底面には、制御部、より具体的には制御基板200に接続される電子部品としては、1つのパワーモジュール100だけが放熱絶縁膜70を介して配置されてもよい。本実施の形態において、「筐体80の内底面」とは、筐体80の内側の面であって、側面に取り囲まれた領域を意味する。
【0028】
図1に示すように、電子機器に含まれる入出力コネクタ300とコンデンサ500は制御基板200に接続され、入出力コネクタ300は筐体80の側面に取り付けられてもよい。これら入出力コネクタ300及びコンデンサ500は筐体80の内底面には接触しておらず、筐体80の内底面に接触しているのはパワーモジュール100の裏面だけ(放熱絶縁膜70を介してパワーモジュール100の裏面だけ)であってもよい。
【0029】
図9に示すように、筐体80内のパワーモジュール100側の領域におけるパワーモジュール100の封止部60の側方には、制御部250に接続される電子部品としてコンデンサ500のみが存在してもよい。本実施の形態における「筐体80内のパワーモジュール100側の領域」とは、筐体80の内底面を、パワーモジュール100を含む第一領域と、第一領域と同じ面積からなるパワーモジュール100を含まない第二領域とに半分に分けた場合の第一領域のことを意味する。
図9に示す態様では、中心線より上側の領域が第一領域であり、中心線より下側の領域が第二領域となっている。
【0030】
より限定するならば、筐体80内のパワーモジュール100の封止部60の側方には、制御部250に接続される電子部品としてコンデンサ500のみが存在してもよい。なお、本実施の形態ではコネクタ300,400が「電子部品」に該当しないことから、
図9でも、この態様になっている。
【0031】
図1及び
図9に示す態様では、第一領域に制御基板200に接続された一つの入出力コネクタ300が設けられており、第二領域に制御基板200に接続された一つの制御コネクタ400が設けられている。なお、「入出力コネクタ300」が出願当初の請求の範囲に記載された「コネクタ」に対応している。
【0032】
図7に示すように、端子11,21,31,41,42の各々がおもて面側(封止部60側)に屈曲されてもよい。屈曲された際の端子11,21,31,41,42の高さHは例えば5〜15mm(典型的には10mm程)であり、封止部60の厚みD1は例えば2〜5mm(典型的には3.5mm程)であり、各端子11,21,31,41,42の厚みD2は例えば0.3〜0.9mm(典型的には0.6mm程)である。パワーモジュール100の長手方向の長さL1(
図7参照)は40mm〜50mm(典型的には44mm)であり、パワーモジュール100の短手方向の長さ(端子11,21,31,41,42の屈曲部間の長さ)L2は15mm〜25mm(典型的には20mm)である。
【0033】
図5に示すように、本実施の形態のパワーモジュール100は3相ブリッジ回路となっていてもよい。3つある出力端子のうちのいずれかがU相コイルに接続され、別の1つがV相コイルに接続され、残りの1つがW相コイルに接続されてもよい。より具体的には、
図5において、第二パワーデバイス25であるMOSFETのドレインが電源ライン側に接続され、ソースが第一パワーデバイス15であるMOSFETのドレインに接続され、このMOSFETのソースはグランドに接続されている。そして、第一パワーデバイス15と第二パワーデバイス25との接続点は、モータのU相コイル、V相コイル又はW相コイルに接続されている。
【0034】
図2に示すように、入出力コネクタ300は、複数の第一コネクタ端子310に対して並んで設けられ、コンデンサ500に接続された第二コネクタ端子320を有してもよい。コンデンサ500は、パワーモジュール100の側方に設けられてもよく、例えば第一側面及び第二側面とは異なる側面の側方に設けられてもよい。第二コネクタ端子320は、第一コネクタ端子310よりもコンデンサ500側に設けられてもよい。第二コネクタ端子320が第一コネクタ端子310よりもコンデンサ500側に設けられている場合には、第一コネクタ端子310と第一モジュール端子11とを電気的に接続するために配置される制御基板200内の導体層210,220,230,240の長さを短くしつつ、第二コネクタ端子320とコンデンサ500とを電気的に接続するために配置される制御基板200内の導体層210,220,230,240の長さを短くできる点で有益である。
【0035】
入出力コネクタ300は、複数の第一コネクタ端子310に対して並んで設けられ、グランド端子等からなる第三モジュール端子31に接続される第三コネクタ端子330を有してもよい。この第三コネクタ端子330は、コンデンサ500に接続されてもよいし、コンデンサ500に接続されていなくてもよい。なお、
図5では、第三モジュール端子31及び第三コネクタ端子330がコンデンサ500に接続されていない態様になっている。第三コネクタ端子330が第一コネクタ端子310よりもコンデンサ500側に設けられている場合であって第三モジュール端子31及び第三コネクタ端子330がコンデンサ500に接続されているときには、第一コネクタ端子310と第一モジュール端子11とを電気的に接続するために配置される制御基板200内の導体層210,220,230,240の長さを短くしつつ、第三コネクタ端子330とコンデンサ500とを電気的に接続するために配置される制御基板200内の導体層210,220,230,240の長さを短くできる点で有益である。
【0036】
図8に示すように、制御基板200は、おもて面に設けられた第一導体層210と、裏面に設けられた第二導体層220と、基板200内に埋設された第三導体層230と、を有してもよい。そして、第三導体層230の厚みは、第一導体層210又は第二導体層220の厚みと対応した厚さとなっていてもよい。ここで、対応した厚さとは、基準となる第一導体層210又は第二導体層220の厚みに対して±10%の範囲内にある厚さを意味する。
【0037】
また、制御基板200内には、第三導体層230の他に第四導体層240が設けられてもよいし、それ以上の導体層(第n導体層、「n」は四以上の整数である。)が制御基板200内に埋設されてもよい。第n導体層の厚みも第一導体層210又は第二導体層220の厚みと対応した厚さとなっていてもよい。なお、導体層の間には絶縁層250が設けられてもよく、
図8に示す態様では、第一導体層210と第三導体層230との間、第三導体層230と第四導体層240との間及び第四導体層240と第二導体層220との間の各々に絶縁層250が設けられている。
【0038】
一例としては、
図8に示すように、第一導体層210、第二導体層220、第三導体層230及び第四導体層240が設けられ、第三導体層230及び第四導体層240の厚みが、第一導体層210又は第二導体層220の厚みに対して±10%の範囲内にあってもよい。また、別の例としては、第一導体層210、第二導体層220、第三導体層230及び第四導体層240の各々の厚みが同一又は最も厚みの薄い層若しくは最も厚みの厚い層の±10%の範囲内になっていてもよい。
【0039】
なお、入出力コネクタ300、パワーモジュール100及びコンデンサ500の電気的な接続は、制御基板200に設けられた第一導体層210、第二導体層220、第三導体層230、第四導体層240、・・・、第n導体層によって行われている。
【0040】
《作用・効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による作用・効果であって、まだ説明していない作用・効果について説明する。
【0041】
本実施の形態によれば、パワーモジュール100と制御部250を有する基板(制御基板)200が積層されて2段構成となっているので、平面方向(
図2の紙面内方向)における大きさを小さくすることができる。また、入出力コネクタ300と封止部60の第一側面(
図2の右側側面)とが対向して配置されて、複数の第一モジュール端子11と複数の第一コネクタ端子310とが対応して並んで設けられていので、第一モジュール端子11と第一コネクタ端子310との間の配線経路を短くすることができ、インピーダンス及びインダクタンスを抑えることができる。
【0042】
図2に示すように、複数の第二モジュール端子21が封止部60の第一側面とは反対側の第二側面(
図2の左側側面)に設けられている態様を採用した場合には、第二モジュール端子21を例えばコンデンサ500等を介して接続しやすい位置に位置づけることができる点で有益である。電源端子に入力される電流はコンデンサ500を通過させる必要があるが、前述したような構成を採用することで、コンデンサ500を通過した電流が流れ込む電源端子を第二側面にまとめて配置することができる点で有益である。
【0043】
封止部60の第二側面(
図2の左側側面)に複数のグランド端子である第三モジュール端子31が設けられている態様を採用した場合であって第三モジュール端子31をコンデンサ500に接続するときには、第三モジュール端子31を例えばコンデンサ500等を介して接続しやすい位置に位置づけることができる点で有益である。他方、封止部60の第一側面(
図2の右側側面)に複数の制御端子41,42が設けられている態様を採用した場合には、第一モジュール端子11の間に複数の制御端子41,42を位置づけることができ、無駄のない端子の配置を実現できる点で有益である。
【0044】
コンデンサ500が、パワーモジュール100の側方に設けられ、第一側面及び第二側面とは異なる側面(
図2では上側側面)の側方に設けられる態様を採用した場合には、パワーモジュール100に近接した位置にコンデンサ500を位置づけることができ、コンデンサ500を通過した電流に対するインピーダンス及びインダクタンスを抑えたうえで、当該電流を例えば第二モジュール端子21に提供できる点で有益である。なお、コンデンサ500を通過した電流に対するインピーダンス及び/又はインダクタンスを抑えたうえで電流を提供できるという観点からすると、(電源端子である第二モジュール端子21とグランド端子である第三モジュール端子31とが第二側面に沿って配置されている場合には)第二モジュール端子21の方が第三モジュール端子31よりも全体を通じてコンデンサ500側に位置づけられている方が有益である。
図2に示す態様では、第二モジュール端子21と第三モジュール端子31とが交互に配置されているが、コンデンサ500側の端には第二モジュール端子21が設けられており、第二モジュール端子21の方が第三モジュール端子31よりも全体を通じて(平均を見ると)コンデンサ500側に位置づけられている。
【0045】
図9に示すように、筐体80内におけるパワーモジュール100の封止部60の側方に、制御基板200の制御部250に電気的に接続される電子部品としてコンデンサ500のみが存在する態様を採用した場合には、パワーモジュール100の側方に発熱の可能性がある電子部品としてコンデンサ500だけが配置されるので、パワーモジュール100から発生する熱を筐体80へより効率よく逃がすことができる点で有益である。
【0046】
また、第二領域に電子部品を配置することでパワーモジュール100から発生する熱を逃がす効果に与える影響を小さくできることから、筐体80内のパワーモジュール100側の領域(第一領域)におけるパワーモジュール100の封止部60の側方に、制御基板200の制御部250に電気的に接続される電子部品としてコンデンサ500のみが存在する態様を採用してもよい。
【0047】
図8に示すように、おもて面に設けられた第一導体層210と、裏面に設けられた第二導体層220と、基板200内に埋設された第三導体層230、第四導体層240、・・・、第n導体層とが設けられ、第三導体層230、第四導体層240、・・・、第n導体層の厚みが、第一導体層210又は第二導体層220の厚みと対応した厚さとなっている態様を採用した場合には、第三導体層230、第四導体層240、・・・、第n導体層の厚みを第一導体層210及び/又は第二導体層220と比較して特段厚くする必要がなくなる点で有益である。この点、このように第三導体層230、第四導体層240、・・・、第n導体層の厚みを厚くしないことで、基板200の製造コストを下げることができる点で有益である。
【0048】
従前であれば、インピーダンス及びインダクタンスを抑えるために、入出力コネクタ300と出力端子とを繋ぐ導体層の厚みを厚くしていた。この導体層は制御基板内に埋設されることが一般的であることから、制御基板内の導体層の厚みを厚くしていた。しかしながら、このように制御基板内の導体層の厚みを厚くする場合には、一般的に採用されている製造工程を採用した場合には、入出力コネクタ300と出力端子とを繋ぐ役割を果たす以外の制御基板内の導体層全体の厚みを厚くする必要があった。このため、無駄に制御基板内の導体層全体の厚みが厚くなっており、その結果、製造コストが高くなってしまっていた。これに対して、本実施の形態のように、例えば出力端子である第一モジュール端子11が設けられている第一側面(
図2の右側側面)と入出力コネクタ300とを対向して配置させ、第一モジュール端子11の各々を第一コネクタ端子310に対応した位置に位置づけることで、特段、第三導体層230、第四導体層240、・・・、第n導体層の厚みを厚くすることなくインピーダンス及びインダクタンスを抑えることができる。このため、製造コストを低く抑えることができる点で有益である。
【0049】
1つのパワーモジュール100だけが用いられる態様を採用した場合には、設計を容易にし、その結果として製造コストを下げることを期待できるとともに、パワーモジュール100から発生する熱を筐体80に効率よく逃がすことができる点で有益である。また、裏面が露出した本体部12,22,32を有する1つだけのパワーモジュール100が金属製の筐体80に対して放熱絶縁膜70を介して設けられる態様を採用した場合には、より高い放熱性を実現できる。
【0050】
パワーモジュール100が3相モータに接続される態様では、パワーモジュール100からの発熱が大きくなる可能性がある。このため、前述したように1つのパワーモジュール100だけを用いて放熱性を高めることは非常に有益である。
【0051】
封止部60の裏面から露出した本体部12,22,32の裏面の全体が放熱絶縁膜70と接触した態様を採用した場合には、本体部から筐体80へと熱をより効率よく伝えることができ、より高い放熱効果を実現できる。
【0052】
最後になったが、上述した実施の形態の記載及び図面の開示は、請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。