特許ウォッチ

公開番号2025175786
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2024082049
出願日2024-05-20
発明の名称電力変換装置、電力変換装置の製造方法
出願人株式会社日立製作所,Astemo株式会社
代理人弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20251126BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】はんだ厚の確保と放熱の信頼性向上を両立する。
【解決手段】電力変換装置は、リードフレーム上に接合された半導体素子を内蔵する半導体パッケージと、平板状であり、表面に半導体パッケージが搭載され、かつリードフレームと電気的に接続される基板と、を備え、基板は表面と裏面とを結ぶ厚み方向に貫通する孔の内周に施した金属皮膜である第1スルーホールおよび第2スルーホールを備え、第1スルーホールは、半導体素子と厚み方向に重なる領域に設けられ、第2スルーホールは、半導体素子と厚み方向に重ならない領域に設けられ、第1スルーホールおよび第2スルーホールにおける半導体素子に近い側の厚み方向の端部とリードフレームとを接続し、かつ第1スルーホールに充填される接合材をさらに備え、第2スルーホールを構成する孔内には充填剤が充填され、充填剤と金属皮膜との線膨張係数の差は、接合材と金属皮膜との線膨張係数の差よりも大きい。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
リードフレーム上に接合された半導体素子を内蔵する半導体パッケージと、
表面および裏面を有する平板状であり、前記表面に前記半導体パッケージが搭載され、かつ前記リードフレームと電気的に接続される基板と、を備え、
前記基板は前記表面と前記裏面とを結ぶ厚み方向に貫通する孔の内周に施した金属皮膜である第１スルーホールおよび第２スルーホールを備え、
前記第１スルーホールは、前記半導体素子と前記厚み方向に重なる領域に設けられ、
前記第２スルーホールは、前記半導体素子と前記厚み方向に重ならない領域に設けられ、
前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールにおける前記半導体素子に近い側の前記厚み方向の端部と前記リードフレームとを接続し、かつ前記第１スルーホールに充填される接合材をさらに備え、
前記第２スルーホールを構成する孔内には充填剤が充填され、
前記充填剤と前記金属皮膜との線膨張係数の差は、前記接合材と前記金属皮膜との線膨張係数の差よりも大きい、電力変換装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記接合材は、前記充填剤よりも熱伝導率が大きい、電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１スルーホールを構成する孔は、前記第２スルーホールを構成する孔よりも径が大きい、電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１スルーホールを構成する孔は、前記半導体素子に近い側の径よりも、前記半導体素子に遠い側の径が小さい、電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１スルーホールは、前記第２スルーホールよりも厚みが厚い、電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記配線基板は、前記表面、および前記裏面の両方に配線を有し、
前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールのそれぞれは、前記表面の配線および前記裏面の配線の両方に接する、電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記表面の配線および前記裏面の配線は前記厚み方向に略同一の範囲で広がる電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記半導体パッケージは、前記配線基板の上に前記厚み方向と直交する奥行き方向に複数設けられ、
前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールは、前記厚み方向および前記奥行き方向に直交する並び方向に並ぶ電力変換装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電力変換装置において、
１つの前記半導体素子につき、２以上の前記第１スルーホールを有する電力変換装置。
【請求項１０】
平板状の基板に厚み方向に貫通する孔を複数形成する孔形成工程と、
前記複数の孔のそれぞれの内周に金属皮膜を形成することで、第１スルーホールおよび第２スルーホールを形成する膜形成工程と、
前記第２スルーホールを構成する孔の内部に充填剤を充填する充填剤充填工程と、
前記基板の表面の上部に、前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールを覆うように接合材を配し、かつ前記接合材の上に、リードフレーム上に接合された半導体素子を内蔵する半導体パッケージを配する配置工程と、を含み、
前記配置工程では、前記第１スルーホールと前記半導体素子とが前記厚み方向に重なるように配され、
前記配置工程の後に、加熱されて溶融した前記接合材を前記第１スルーホールを構成する孔の内部に充填する接合工程、を含み、
前記充填剤と前記金属皮膜との線膨張係数の差は、前記接合材と前記金属皮膜との線膨張係数の差よりも大きい、電力変換装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置、および電力変換装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は様々な産業分野で利用され、高効率化や小型化が求められる。特許文献１には、絶縁基板の両面に、銅箔からなる導体パターンおよびランド部を形成し、かつ、一面側には電子部品の搭載面となる部分に放熱用半田付けランド部を設けると共に、対向する他面側に半田吸収用ランド部を形成し、かつ、これら放熱用半田付けランド部と半田吸収用ランド部に両端が開口するバイアホールを備えたプリント基板を設け、前記プリント基板の両面の半田不要部にソルダ・レジストを形成し、該ソルダ・レジストで前記放熱用半田付けランド部および前記半田吸収用ランド部を囲み、ついで、一面側にメタルマスクを載置して、前記ランド部および放熱用半田付けランド部にクリーム半田を塗布し、ついで、前記一面に電子部品を載置し、ファーストリフローで前記クリーム半田を溶融して、前記電子部品のリード端子をランド部と半田接続し、かつ、前記放熱用半田付けランド部と前記電子部品の裏面と密着させる半田層を形成すると共に、前記バイアホールを通して他面側に漏出する溶融半田を前記半田吸収用ランド部に流出させて開口部に偏平に付着させ、ついで、前記プリント基板の他面にメタルマスクを載置し、前記半田吸収用ランド部では前記バイアホールの開口部分で固化している半田を被覆した状態でクリーム半田を塗布し、該クリーム半田をセカンドリフローして前記半田吸収用ランド部に半田層を形成していることを特徴とする放熱構造を備えたプリント基板の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００８－０７８２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されている発明では、はんだ厚の確保と放熱の信頼性向上を両立できない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様による電力変換装置は、リードフレーム上に接合された半導体素子を内蔵する半導体パッケージと、表面および裏面を有する平板状であり、前記表面に前記半導体パッケージが搭載され、かつ前記リードフレームと電気的に接続される基板と、を備え、前記基板は前記表面と前記裏面とを結ぶ厚み方向に貫通する孔の内周に施した金属皮膜である第１スルーホールおよび第２スルーホールを備え、前記第１スルーホールは、前記半導体素子と前記厚み方向に重なる領域に設けられ、前記第２スルーホールは、前記半導体素子と前記厚み方向に重ならない領域に設けられ、前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールにおける前記半導体素子に近い側の前記厚み方向の端部と前記リードフレームとを接続し、かつ前記第１スルーホールに充填される接合材をさらに備え、前記第２スルーホールを構成する孔内には充填剤が充填され、前記充填剤と前記金属皮膜との線膨張係数の差は、前記接合材と前記金属皮膜との線膨張係数の差よりも大きい。
本発明の第２の態様による電力変換装置の製造方法は、平板状の基板に厚み方向に貫通する孔を複数形成する孔形成工程と、前記複数の孔のそれぞれの内周に金属皮膜を形成することで、第１スルーホールおよび第２スルーホールを形成する孔形成工程と、前記第２スルーホールを構成する孔の内部に充填剤を充填する充填剤充填工程と、前記基板の表面の上部に、前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールを覆うように接合材を配し、かつ前記接合材の上に、リードフレーム上に接合された半導体素子を内蔵する半導体パッケージを配する配置工程と、を含み、前記配置工程では、前記第１スルーホールと前記半導体素子とが前記厚み方向に重なるように配され、前記配置工程の後に、加熱されて溶融した前記接合材を前記第１スルーホールを構成する孔の内部に充填する接合工程、を含み、前記充填剤と前記金属皮膜との線膨張係数の差は、前記接合材と前記金属皮膜との線膨張係数の差よりも大きい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、はんだ厚の確保と放熱の信頼性向上を両立できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
電力変換装置の電気回路図
実施の形態における電力変換装置の断面図
図２の視点を変更した図
配置工程および接合工程を示す図
変形例１における電力変換装置の断面図
変形例２における電力変換装置の断面図
変形例３における電力変換装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
―実施の形態―
以下、図１～図４を参照して、電力変換装置の実施の形態を説明する。
【０００９】
（回路図）
図１は、電力変換装置１００の電気回路図である。電力変換装置１００は、Ｕ相を処理するＵ相回路１００Ｕ、Ｖ相を処理するＶ相回路１００Ｖ、Ｗ相を処理するＷ相回路１００Ｗを備える。各相の回路の構成は同一なので、ここではＵ相回路１００Ｕのみを説明する。Ｕ相回路１００Ｕは４組の上下アームを備え、各アームは半導体素子１を有する。Ｕ相回路１００Ｕは、図示上部の正極配線７１、図示中央の交流配線７２、図示下部の負極配線７３、および図示左のセラミックコンデンサ７５を備える。Ｖ相回路１００Ｖの内部に示す２つの囲みは、上アーム素子回路１Ｕおよび下アーム素子回路１Ｄである。
【００１０】
半導体素子１はたとえば、IGBTやMOSFETなどである。半導体素子１は主端子と信号端子１７とを備える。主端子は主回路用高圧電位(IGBTであればコレクタ電位、MOSFETであればドレイン電位)と、主回路用低圧電極(IGBTであればエミッタ電位、MOSFETであればソース電位)を有する。半導体素子１を多並列接続することにより、電力変換装置１００の出力電流を増大させることができる。１相分の電力変換回路は、直列接続された上アーム半導体素子と下アーム半導体素子とコンデンサが対になって構成される。各相出力配線はモータなどの負荷に接続される。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許