CN111052586A - 半导体模块的接合结构和接合方法 - Google Patents

半导体模块的接合结构和接合方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111052586A
CN111052586A CN201880057303.3A CN201880057303A CN111052586A CN 111052586 A CN111052586 A CN 111052586A CN 201880057303 A CN201880057303 A CN 201880057303A CN 111052586 A CN111052586 A CN 111052586A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor module
bus bar
plate
power terminal
plate thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880057303.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111052586B (zh
Inventor
原田脩央
近藤浩
石川乔介
川出笃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of CN111052586A publication Critical patent/CN111052586A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111052586B publication Critical patent/CN111052586B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/50—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor for integrated circuit devices, e.g. power bus, number of leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
    • H01L25/11—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/117—Stacked arrangements of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/492—Bases or plates or solder therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83893—Anodic bonding, i.e. bonding by applying a voltage across the interface in order to induce ions migration leading to an irreversible chemical bond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49541—Geometry of the lead-frame
    • H01L23/49562—Geometry of the lead-frame for devices being provided for in H01L29/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

半导体模块的接合结构(4a)包括半导体模块(11)和作为母线的主P母线(6)，该半导体模块(11)具有半导体元件(12)和作为电连接到半导体元件(12)的板状的功率端子的正极端子(12p)，上述主P母线(6)具有与半导体模块(11)的正极端子(12p)接合的板状的接合部(7)，半导体模块(11)的正极端子(12p)和主P母线(6)的接合部(7)构成为，板厚相对较小的一方即正极端子(12p)的板宽大于板厚相对较大的一方即接合部(7)的板宽，并且在配置成各自的板厚方向互相正交的状态下通过熔融焊接而接合。

Description

半导体模块的接合结构和接合方法
相关申请的援引
本申请以2017年9月5日申请的日本专利申请号2017-170404号为基础，在此援引其记载内容。
技术领域
本发明涉及一种接合半导体模块的技术。
背景技术
电动车、混合动力车等车辆装设有在直流电与交流电之间进行电力转换的电力转换装置。上述电力转换装置包括内置有半导体元件的半导体模块，构成为半导体模块的功率端子经由母线模块与电源电连接。
在下述专利文献1公开了这种母线模块。构成上述母线模块、作为导体的母线的平面部通过熔融焊接与半导体模块的功率端子的平面部接合。由此，形成有半导体模块与电源之间的通电路径。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-34566号公报
发明内容
在进行半导体模块的功率端子和母线的焊接时，会产生从外部施加于半导体模块的功率端子和母线的边界部分的焊接输入热量向双方移动的现象、即所谓的“热消退”。此时，当在功率端子与母线之间，焊接输入热量的移动平衡产生偏差时，例如当向母线侧移动的热量较大时，为了使功率端子和母线这两者熔融，需要对功率端子和母线的边界部分过度施加焊接输入热量。其结果是，用于熔融焊接的能量成本增大。
本发明是鉴于上述技术问题作出的，提供一种在将利用焊接使半导体模块的功率端子和母线接合时的焊接输入热量抑制得较低这方面有效的技术。
本发明的一方式涉及一种半导体模块的接合结构，包括：
半导体模块，该半导体模块具有半导体元件和电连接到上述半导体元件的板状的功率端子；以及
母线，该母线具有与上述半导体模块的上述功率端子接合的板状的接合部(7、9)，
所述半导体模块的所述功率端子和所述母线的所述接合部构成为，板厚相对较小的一方的板宽大于板厚相对较大的一方的板宽，并且在配置成各自的板厚方向互相正交的状态下通过熔融焊接接合。
此外，本发明的其他方式涉及一种半导体模块的接合方法，
在半导体模块中，将电连接到半导体元件的板状的功率端子和母线的板状的接合部接合，上述半导体模块的接合方法包括：
准备步骤，在所述准备步骤中准备如下的所述半导体模块和所述母线：将所述半导体模块和所述母线的尺寸设定成所述功率端子和所述接合部中的板厚相对较小的一方的板宽大于板厚相对较大的一方的板宽；以及
接合步骤，在所述接合步骤中，在由所述准备步骤准备好的所述半导体模块和所述母线中，在将所述功率端子和所述接合部配置成各自的板厚方向互相正交并使所述功率端子和所述接合部接触的状态下，通过熔融焊接将二者的边界部分接合。
根据上述半导体模块的接合结构和接合方法，即使在半导体模块的功率端子的板厚和母线的接合部的板厚不同的情况下，也能通过设计二者的形状并根据彼此的板厚的大小关系来适当设定板宽的大小关系，使熔融焊接时的每单位体积的焊接输入热量在功率端子与母线的接合部之间平衡。由此，能防止为了使功率端子和接合部这两者熔融而对边界部分过度施加焊接输入热量。
综上，根据上述各方式，能将利用焊接使半导体模块的功率端子和母线接合时的焊接输入热量抑制得较低。
另外，权利要求书中记载的括号内的符号表示与后述实施方式中记载的具体元件的对应关系，并不对本发明的技术范围进行限定。
附图说明
参照附图和以下详细的记述，可以更明确本发明的上述目的、其他目的、特征和优点。附图如下所述。
图1是表示实施方式一的电力转换装置的概要的剖视图。
图2是图1中的半导体模块的俯视图。
图3是电力转换装置的逆变器电路图。
图4是图1中的半导体模块的正极端子和主P母线的接合结构的立体图。
图5是图4中的主P母线的立体图。
图6是图4的P区域的俯视图。
图7是图6的VII-VII线向视剖视图。
图8是图1中的半导体模块的负极端子和主N母线的接合结构的立体图。
图9是图8中的主N母线的立体图。
图10是图8的Q区域的俯视图。
图11是图10的XI-XI线向视剖视图。
图12是实施方式一的半导体模块的正极端子和主P母线的接合方法的流程图。
图13是在实施方式二的电力转换装置中，相当于实施方式一的图6的俯视图。
图14是在实施方式三的电力转换装置中，相当于实施方式一的图6的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对包括半导体模块的电力转换装置的实施方式进行说明。
另外，在本说明书的附图中，只要没有特别限定，用箭头X表示半导体模块的层叠方向即第一方向，用箭头Y表示半导体模块的宽度方向即第二方向，用箭头Z表示与第一方向和第二方向这两个方向正交的第三方向。
(实施方式一)
如图1所示，实施方式一的电力转换装置1是用于在直流电与交流电之间进行电力转换的装置，包括了多个构件，其中包含半导体层叠单元10、电子元件20、21、22和控制电路基板30。上述多个构件收容于由上部壳体2、下部壳体2a和罩2b划分出的空间。
上述电力转换装置1例如被用作装设于电动汽车、混合动力汽车等的、将直流电转换为驱动用电动机的驱动所需的交流电的逆变器。
半导体层叠单元10包括多个(在本实施方式中为八个)半导体模块11和多个冷却管15。在上述半导体层叠单元10中，多个半导体模块11和多个冷却管15在第一方向X上交替地层叠配置，并且由加压构件16加压以使彼此紧密接触。即，各半导体模块11由相邻的两个冷却管15、15从第一方向X的两侧面夹持。
冷却管15构成为使穿过流入管15a流入的制冷剂在流通后穿过流出管15b流出。此时，在半导体模块11中产生的热量向在冷却管15中流动的制冷剂侧移动，从而冷却半导体模块11。
电子元件20是利用电感器将电能转换为磁能的电抗器(以下称为“电抗器20”)。该电抗器20构成用于使向半导体模块11的输入电压升压的升压电路的一部分。
电子元件21是用于除去噪声电压的滤波电容器(以下，简称为“电容器21”)。该电容器21与电抗器20同样地，构成用于使向半导体模块11的输入电压升压的升压电路的一部分。
电子元件22是使输入电压或升压电压平滑化的平滑电容器(以下，简称为“电容器22”)。该电容器22构成将直流电转换为交流电的转换电路的一部分。
电力转换装置1包括母线模块4，该母线模块4构成直流电源3(参照图3)与半导体模块11之间的电源供给路径。上述母线模块4包括输入P母线5p、输入N母线5n、主P母线6和主N母线8。这些母线5p、5n、6、8均由金属制作的板材构成，该金属制作的板材由无氧铜制成。
另外，作为上述母线5p、5n、6、8的材料，也可以根据需要使用除无氧铜以外的金属材料。
输入P母线5p与以下构件分别电连接：直流电源3的正极3p、电抗器20、电容器21的正极端子21p、电容器22的正极端子22p、主P母线6和控制电路基板30。
输入N母线5n与以下构件分别电连接：直流电源3的负极3n、电容器21的负极端子21n、电容器22的负极端子22n、主N母线8和控制电路基板30。
如图2所示，半导体模块11是二合一型半导体模块，内置将直流电转换为交流电的IGBT等两个半导体元件12。上述半导体模块11包括均作为功率端子的正极端子12p、负极端子12n、输出端子13以及多个控制端子14。上述端子12p、12n、13、14均构成为在由无氧铜制成的金属制作的板材的表面施加Ni-P的镀覆处理的板状构件。
另外，作为上述端子12p、12n、13、14的材料，也可以根据需要使用除无氧铜以外的金属材料。
半导体模块11的正极端子12p分别电连接到半导体元件12和主P母线6。半导体模块11的负极端子12p分别电连接到半导体元件12和主N母线8。输出端子13电连接到车辆行驶用的三相交流电动机M(参照图3)。控制端子14电连接到控制电路基板30。
如图3所示，在电力转换装置1的逆变器电路1A中，内置于各半导体模块11的半导体元件12的开关动作(接通断开动作)由控制电路基板30控制，将直流电源5的直流电转换为交流电。
在本实施方式中，通过电抗器20和半导体模块11a构成逆变器电路1A的升压部。该升压部具有使直流电源5的电压升压的功能。
另一方面，通过平滑电容器22和半导体模块11b构成逆变器电路1A的转换部。该转换部具有将由升压部升压后的直流电转换为交流电的功能。三相交流电动机M由在上述转换部获得的交流电驱动。
接着，对上述母线模块4的特征部分即半导体模块11的两个接合结构4a、4b进行说明。
如图4所示，接合结构4a是半导体模块11的正极端子12p和主P母线6的接合结构，并且包括半导体模块11和主P母线6，该主P母线6具有与作为半导体模块11的功率端子的正极端子12p接合的板状的接合部7。上述接合结构4a具有焊接部7b，该焊接部7b使正极端子12p和接合部7的边界部分熔融固化。
另外，为了和半导体模块11的正极端子12p接合，主P母线6只要至少具有板状的接合部7即可，可以对母线整体的形状进行适当变更。
如图5和图6所示，主P母线6具有多个(与半导体模块11的数量相同的数量)通孔6a，并在各通孔6a的内侧包括接合部7，上述通孔6a能供正极端子12p插入并且沿着上述正极端子12p的板宽方向即第二方向Y延伸。尤其是，上述接合部7由通孔6a的开口缘6b向内侧突出的突出部构成。在本结构中，正极端子12p在插入到主P母线6的通孔6a的状态下被熔融焊接到接合部7。
为了上述熔融焊接，主P母线6的通孔6a具有能供正极端子12p插入的开口宽度(第一方向X上的开口尺寸)和开口长度(第二方向Y上的开口尺寸)。此外，互相相邻的两个通孔6a、6a的间隔构成为与半导体模块11中的互相相邻的两个正极端子12p、12p的间隔一致。此外，通孔6a构成为在相当于接合部7的缩宽部6c处，正极端子12p的板厚方向即第一方向X上的开口尺寸E1为最小。
此外，当将接合部7设为第一突出部7时，主P母线6具有与上述第一突出部7不同的、通孔6a的开口缘6b向内侧突出的第二突出部7a，第一突出部7和第二突出部7a在正极端子12p的板厚方向即第一方向X上相对配置。
如图6所示，第一突出部7和第二突出部7a配置于沿正极端子12p的板厚方向即第一方向X延伸的假想线L1上，并且正极端子12p的板宽方向即第二方向Y上的板宽D1基本一致。
此外，如图6和图7所示，构成为正极端子12p的板厚A1小于接合部7的板厚B1，并且正极端子12p的板宽C1大于接合部7的板宽D1。即，在接合结构4a中，正极端子12p和接合部7构成为板厚相对较小的一方的板宽大于板厚相对较大的一方的板宽。
此外，上述正极端子12p和接合部7在配置为各自的板厚方向互相正交的状态下通过熔融焊接而接合。在这种情况下，正极端子12p的板厚方向即第一方向X和接合部7的板厚方向即第三方向Z互相正交(参照图7)。
如图8所示，接合结构4b是半导体模块11的负极端子12n和主N母线8的接合结构，并且包括半导体模块11和主N母线8，该主N母线8具有与半导体模块11的作为功率端子的负极端子12n接合的板状的接合部9。上述接合结构4b具有焊接部9b，该焊接部9b使负极端子12n和接合部9的边界部分熔融固化。
另外，为了和半导体模块11的负极端子12n接合，主N母线8只要至少具有板状的接合部9即可，可以对母线整体的形状进行适当变更。
如图9和图10所示，主N母线8具有多个(与半导体模块11的数量相同的数量)通孔8a，并在各通孔8a的内侧包括接合部9，上述通孔8a能供负极端子12n插入并且沿着上述负极端子12n的板宽方向即第二方向Y延伸。尤其是，上述接合部9由通孔8a的开口缘8b向内侧突出的突出部构成。在本结构中，负极端子12n在插入到主N母线8的通孔8a的状态下被熔融焊接到接合部9。
为了上述熔融焊接，主N母线8的通孔8a具有能供负极端子12n插入的开口宽度(第一方向X上的开口尺寸)和开口长度(第二方向Y上的开口尺寸)。此外，互相相邻的两个通孔8a、8a的间隔构成为与半导体模块11中的互相相邻的两个负极端子12n、12n的间隔一致。此外，通孔8a构成为在相当于接合部9的缩宽部8c处，负极端子12n的板厚方向即第一方向X上的开口尺寸E2为最小。
此外，当将接合部9设为第一突出部9时，主N母线8具有与上述第一突出部9不同的、通孔8a的开口缘8b向内侧突出而成的第二突出部9a，第一突出部9和第二突出部9a在负极端子12n的板厚方向即第一方向X上相对配置。
如图10所示，第一突出部9和第二突出部9a配置于沿负极端子12n的板厚方向即第一方向X延伸的假想线L2上，并且负极端子12n的板宽方向即第二方向Y上的板宽D2基本一致。
此外，如图10和图11所示，构成为负极端子12n的板厚A2小于接合部9的板厚B2，并且负极端子12n的板宽C2大于接合部9的板宽D2。即，在接合结构4b中，负极端子12n和接合部9构成为板厚相对较小的一方的板宽大于板厚相对较大的一方的板宽。
此外，上述负极端子12n和接合部9在配置为各自的板厚方向互相正交的状态下通过熔融焊接而接合。在这种情况下，负极端子12n的板厚方向即第一方向X和接合部9的板厚方向即第三方向Z互相正交(参照图11)。
接着，参照图12的流程图对上述的半导体模块11的接合方法进行说明。
另外，在本实施方式中，首先在接合结构4a中半导体模块11的正极端子12p和主P母线6的接合部7接合，之后在接合结构4b中半导体模块11的负极端子12n和主N母线8的接合部9接合。
在此，接合结构4a和接合结构4b的各自的接合方法本身相同。因此，以下为了方便，仅对接合结构4a的接合方法进行说明，而省略接合结构4b的接合方法的说明。
如图12所示，上述接合方法包括从步骤S101到步骤S103的步骤。根据需要，既可以将各步骤分割为多个步骤，或者也可以追加其他步骤。
步骤101是用于准备半导体模块11和主P母线6的准备步骤。根据步骤S101，准备尺寸设定为正极端子12p和接合部7中的板厚相对较小的一方即正极端子12p的板宽大于板厚相对较大的一方即接合部7的板宽的半导体模块11和主P母线6。
步骤102和步骤S103均是用于将半导体模块11和主P母线6接合的接合步骤。
步骤102是在步骤101之后，使半导体模块11的正极端子12p沿第三方向Z移动并插入主P母线6的通孔6a的步骤。根据步骤102，在步骤101中准备好的半导体模块11和主P母线6中，将半导体模块11的正极端子12p插入到主P母线6的通孔6a。
在将正极端子12p插入到通孔6a的缩宽部6c的状态下，在上述正极端子12p与通孔6a的开口缘6b之间形成有微小的间隙。因此，正极端子12p容易在通孔6a中保持。
此时，由于主P母线6在通孔6a的内侧包括接合部7，因此容易将插入到上述通孔6a的正极端子12p向主P母线6的接合部7按压，从而使正极端子12p和接合部7的接合作业变得轻松。
尤其是，由于通孔6a构成为在相当于接合部7的缩宽部6c处，第一方向X上的开口尺寸E1为最小，所以能在正极端子12p插入到通孔6a的缩宽部6c的状态下，将上述正极端子12p与通孔6a的开口缘6b之间的间隙抑制得较小。因此，在进行正极端子12p和接合部7的接合作业时，能够对正极端子12p相对于接合部7的过度移动进行限制。
此外，通过将设于通孔6a的内侧的接合部即第一突出部7和第二突出部7a在第一方向X上相对配置，尤其是通过将两个突出部7、7a配置于假想线L1上，能够防止正极端子12p与通孔6a的开口缘6b中的除接合部7之外的部位接触。此外，根据上述配置，操作者容易知道接合部7的位置。
尤其是，通过使第一突出部7和第二突出部7a的第二方向Y上的板宽D1基本一致，对于插入到通孔6a的状态下的正极端子12p以第三方向Z的假想轴为中心左右倾斜的动作，能够防止在左右的倾斜角度改变。因此，操作者能够确认通孔6a内的正极端子12p的动作，从而能顺利地进行正极端子12p和接合部7的接合作业。
此外，由于主P母线6的接合部7由使通孔6a的开口缘6b向内侧突出的突出部构成，即由于利用通孔6a的开口缘6b的一部分而形成，因此能够简化主P母线6的结构。
步骤103是在步骤102之后，将正极端子12p向主P母线6的接合部7按压，并对边界部分进行激光照射的步骤。根据上述步骤103，在步骤102中插入到主P母线6的通孔6a的正极端子12p和主P母线6的接合部7这两者通过激光照射而熔融固化，从而被熔融焊接。其结果是，在正极端子12p和接合部7的边界部分形成有焊接部7b。
在此，通过激光照射进行的熔融焊接是在以激光为热源进行聚焦的状态下对金属材料进行照射，并使该金属材料局部熔融固化从而接合的接合方法。
另外，除了通过激光照射进行的熔融焊接，还可以使用利用气体中的放电现象(电弧放电)来使金属材料彼此相连的焊接法即电弧焊接。
接着，对上述电力转换装置1的作用效果进行说明。
根据半导体模块11的接合结构4a和该接合结构4a的接合方法，当半导体模块11的正极端子12p的板厚A1小于主P母线6的接合部7的板厚B1时，通过设计这两者的形状并根据彼此的板厚的大小关系来设定板宽的大小关系，具体地，通过构成为正极端子12p的板宽C1大于接合部7的板宽D1，能够使每单位体积的焊接输入热量在正极端子12p与主P母线6的接合部7之间平衡。上述焊接输入热量定义为在熔融焊接时，从外部施加于正极端子12p和接合部7的边界部分的热量。
由此，能够防止为了使正极端子12p和接合部7这二者熔融向边界部分过度施加焊接输入热量，并且能够防止用于二者的熔融焊接的能量成本增大。
此外，根据半导体模块11的接合结构4b和该接合结构4b的接合方法，当半导体模块11的负极端子12n的板厚A2小于主N母线8的接合部9的板厚B2时，通过设计这两者的形状并根据彼此的板厚的大小关系来设定板宽的大小关系，具体地，通过构成为负极端子12n的板宽C2大于接合部9的板宽D2，能够使每单位体积的焊接输入热量在负极端子12n与主N母线8的接合部9之间平衡。上述焊接输入热量定义为在熔融焊接时，从外部施加于负极端子12n和接合部9的边界部分的热量。
由此，能够防止为了使负极端子12n和接合部9这二者熔融向边界部分过度施加焊接输入热量，并且能够防止用于二者的熔融焊接的能量成本增大。
因此，能够将通过熔融焊接使半导体模块11的功率端子即两个端子12p、12n分别和两个母线6、8接合时的焊接输入热量抑制得较低。
另外，作为上述实施方式一的变形例，也可以将其他接合结构用于两个接合结构4a、4b的任意一方。
以下，参照附图对与上述实施方式一相关的其他实施方式进行说明。在其他实施方式中，对与实施方式一的要素相同的要素标注相同的符号，省略该相同的要素的说明。
(实施方式二)
如图13所示，实施方式二的半导体模块11的接合结构104a在主P母线6不具有相当于第二突出部7a的部位这方面与实施方式一的半导体模块11的接合结构4a不同。
其它结构与实施方式一相同。
根据上述实施方式二，能简化主P母线6的通孔6a的结构。
除此以外，具有与实施方式一相同的作用效果。
另外，作为实施方式一的接合结构4b的变形例，也可以采用与实施方式二的接合结构104a相同的结构。即，也可以在主N母线8中省略相当于第二突出部9a的部位。
(实施方式三)
如图14所示，实施方式三的半导体模块11的接合结构204a在主P母线6具有缺口206a代替通孔6a这方面与实施方式一的半导体模块11的接合结构4a不同。
其它结构与实施方式一相同。
根据上述实施方式三，当使正极端子12p与主P母线6的接合部7接合时，能够利用使上述正极端子12p相对于主P母线6沿第三方向Z移动的动作和使上述正极端子12p相对于主P母线6沿第二方向Y滑动的动作这两者。
除此以外，具有与实施方式一相同的作用效果。
另外，作为实施方式一的接合结构4b的变形例，也可以采用与实施方式三的接合结构204a相同的结构。即，也能够在主N母线8设置与缺口206a相同形状的缺口来代替通孔8a。
虽然根据实施例对本发明进行了记述，但是应当理解为本发明并不限定于上述实施例、结构。本发明也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其它组合、方式也属于本发明的范畴、思想范围。
虽然在上述实施方式中，例示了正极端子12p的板厚A1小于主P母线6的接合部7的板厚B1的情况，但是除此之外，也可以采用正极端子12p的板厚A1大于接合部7的板厚B1的结构。在这种情况下，只要尺寸设定为正极端子12p的板宽C1大于接合部7的板宽D1即可。
同样地，虽然例示了负极端子12n的板厚A2小于主N母线8的接合部9的板厚B2的情况，但是除此之外，也可以采用负极端子12n的板厚A2大于接合部9的板厚B2的结构。在这种情况下，只要尺寸设定为负极端子12n的板宽C2大于接合部9的板宽D2即可。
虽然在上述实施方式中，例示了主P母线6的接合部7利用通孔6a的开口缘6b的一部分而形成的情况，但是除此之外，也可以将相当于接合部7的其他构件与主P母线6接合。同样地，虽然例示了主N母线8的接合部9利用通孔8a的开口缘8b的一部分而形成的情况，但是除此之外，也可以将相当于接合部9的其他构件与主N母线8接合。

Claims (8)

1.一种半导体模块的接合结构(4a、4b、104a、204a)，包括：
半导体模块(11)，该半导体模块具有半导体元件(12)和电连接到所述半导体元件的板状的功率端子(12p、12n)；以及
母线(6、8)，该母线具有与所述半导体模块的所述功率端子接合的板状的接合部(7、9)，
所述半导体模块的所述功率端子和所述母线的所述接合部构成为，板厚相对较小的一方的板宽大于板厚相对较大的一方的板宽，并且在配置成各自的板厚方向互相正交的状态下通过熔融焊接而接合。
2.如权利要求1所述的半导体模块的接合结构，其特征在于，
构成为所述功率端子的板厚(A1、A2)小于所述接合部的板厚(B1、B2),并且所述功率端子的板宽(C1、C2)大于所述接合部的板宽(D1、D2)。
3.如权利要求1或2所述的半导体模块的接合结构，其特征在于，
所述母线具有通孔(6a、8a)并且在所述通孔的内侧包括所述接合部，所述通孔能供所述功率端子插入并且沿着所述功率端子的板宽方向延伸。
4.如权利要求3所述的半导体模块的接合结构，其特征在于，
所述母线具有所述通孔的开口缘(6b、8b)向内侧突出的突出部(7、9)，并通过所述突出部构成所述接合部。
5.如权利要求4所述的半导体模块的接合结构，其特征在于，
所述母线的所述通孔构成为，在相当于所述接合部的缩宽部(6c、8c)处，所述功率端子的板厚方向的开口尺寸(E1、E2)为最小。
6.如权利要求4或5所述的半导体模块的接合结构，其特征在于，
当将所述突出部设为第一突出部(7、9)时，所述母线具有与所述第一突出部不同的、所述通孔的开口缘向内侧突出而成的第二突出部(7a、9a)，所述第一突出部和所述第二突出部在所述功率端子的板厚方向上相对配置。
7.如权利要求6所述的半导体模块的接合结构，其特征在于，
所述第一突出部和所述第二突出部在所述功率端子的板宽方向上的板宽(B2)基本一致。
8.一种半导体模块的接合方法，在半导体模块(11)中，将电连接到半导体元件(12)的板状的功率端子(12p、12n)和母线(6、8)的板状的接合部(7、9)接合，
包括：
准备步骤(S101)，在所述准备步骤中，准备所述半导体模块和所述母线，所述半导体模块和所述母线的尺寸设定成所述功率端子和所述接合部中的板厚相对较小的一方的板宽大于板厚相对较大的一方的板宽；以及
接合步骤(S102、S103)，在所述接合步骤中，在由所述准备步骤准备好的所述半导体模块和所述母线中，在将所述功率端子和所述接合部配置成各自的板厚方向互相正交并使所述功率端子和所述接合部接触的状态下，通过熔融焊接将二者的边界部分接合。
CN201880057303.3A 2017-09-05 2018-08-31 半导体模块的接合结构和接合方法 Active CN111052586B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017170404A JP6708190B2 (ja) 2017-09-05 2017-09-05 半導体モジュールの接合構造及び接合方法
JP2017-170404 2017-09-05
PCT/JP2018/032339 WO2019049780A1 (ja) 2017-09-05 2018-08-31 半導体モジュールの接合構造及び接合方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111052586A true CN111052586A (zh) 2020-04-21
CN111052586B CN111052586B (zh) 2023-06-30

Family

ID=65634148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880057303.3A Active CN111052586B (zh) 2017-09-05 2018-08-31 半导体模块的接合结构和接合方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11145589B2 (zh)
JP (1) JP6708190B2 (zh)
CN (1) CN111052586B (zh)
WO (1) WO2019049780A1 (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05259334A (ja) * 1992-03-12 1993-10-08 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
US6241144B1 (en) * 1999-09-30 2001-06-05 Caterpillar Inc. Friction fit tab and slot shape
US20010029118A1 (en) * 2000-03-30 2001-10-11 Tsutomu Ota Structure for connecting terminals on wiring board
US20090255704A1 (en) * 2007-02-01 2009-10-15 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Busbar Connection Structure and Inverter-Integrated Electric Compressor
JP2010238966A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体チップ、半導体パッケージ、パワーモジュール、及び半導体パッケージの製造方法
JP2011114966A (ja) * 2009-11-27 2011-06-09 Denso Corp 電力変換装置
JP2011151992A (ja) * 2010-01-22 2011-08-04 Denso Corp 電力変換装置
JP2014086501A (ja) * 2012-10-22 2014-05-12 Toyota Industries Corp 半導体装置
CN104518681A (zh) * 2013-10-03 2015-04-15 三菱电机株式会社 电力变换装置
CN105027412A (zh) * 2013-03-13 2015-11-04 日立汽车系统株式会社 电力变换装置
JP2016208841A (ja) * 2016-09-14 2016-12-08 株式会社デンソー 電力変換装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4979909B2 (ja) * 2005-08-19 2012-07-18 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP5338803B2 (ja) * 2010-01-22 2013-11-13 株式会社デンソー 電力変換装置
JP5263334B2 (ja) 2010-07-06 2013-08-14 株式会社デンソー バスバーモジュール
JP6544021B2 (ja) * 2015-04-24 2019-07-17 株式会社デンソー 電力変換装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05259334A (ja) * 1992-03-12 1993-10-08 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
US6241144B1 (en) * 1999-09-30 2001-06-05 Caterpillar Inc. Friction fit tab and slot shape
US20010029118A1 (en) * 2000-03-30 2001-10-11 Tsutomu Ota Structure for connecting terminals on wiring board
US20090255704A1 (en) * 2007-02-01 2009-10-15 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Busbar Connection Structure and Inverter-Integrated Electric Compressor
JP2010238966A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体チップ、半導体パッケージ、パワーモジュール、及び半導体パッケージの製造方法
JP2011114966A (ja) * 2009-11-27 2011-06-09 Denso Corp 電力変換装置
JP2011151992A (ja) * 2010-01-22 2011-08-04 Denso Corp 電力変換装置
JP2014086501A (ja) * 2012-10-22 2014-05-12 Toyota Industries Corp 半導体装置
CN105027412A (zh) * 2013-03-13 2015-11-04 日立汽车系统株式会社 电力变换装置
CN104518681A (zh) * 2013-10-03 2015-04-15 三菱电机株式会社 电力变换装置
JP2016208841A (ja) * 2016-09-14 2016-12-08 株式会社デンソー 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111052586B (zh) 2023-06-30
JP6708190B2 (ja) 2020-06-10
JP2019047676A (ja) 2019-03-22
US20200203269A1 (en) 2020-06-25
US11145589B2 (en) 2021-10-12
WO2019049780A1 (ja) 2019-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9756755B2 (en) Electric power converter
JP6222713B2 (ja) バスバー構造及びバスバー構造を用いた電力変換装置
JP5263334B2 (ja) バスバーモジュール
JP2002095268A (ja) 電力変換装置
JP7226481B2 (ja) 電力変換装置
JP6950326B2 (ja) 電力変換装置
US20160268921A1 (en) Capacitor arrangement and method for operating a capacitor arrangement
JP2013090529A (ja) 電力変換装置
CN111478606A (zh) 电力变换器及其制造方法
CN111052586B (zh) 半导体模块的接合结构和接合方法
JP7120083B2 (ja) 半導体装置
CN110739864B (zh) 电力转换器
JP7167907B2 (ja) 半導体装置
US20240055781A1 (en) Power electronic devices with busbars and method for their fabrication
JP2020145320A (ja) 半導体装置
JP5546503B2 (ja) 電力変換装置
WO2022123860A1 (ja) 端子溶接継手および電力変換装置
JP7124769B2 (ja) 半導体モジュール
JP7218328B2 (ja) 二次電池の製造方法及び二次電池
JP6898588B2 (ja) 半導体装置
JP2024013085A (ja) 金属板の接合方法、バスバモジュールの製造方法、及び電池モジュールの製造方法
JP5716660B2 (ja) 電力変換装置
JP2020145858A (ja) 半導体モジュール
CN117497502A (zh) 功率电子模块
JP2021045014A (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant