DE10232566A1

DE10232566A1 - Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE10232566A1
Application number: DE10232566A
Authority: DE
Inventors: Shin Soyano; Eiji Mochizuki
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: US6995461B2; DE10232566B4; US20030015778A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Halbleiterbauteil mit einem Gehäuse, das aus einer Metallbasis (1), einem einstückig mit Anschlüssen ausgebildeten Umhüllungsgehäuse (2) und einem Deckel (11) gebildet ist, wobei das Gehäuse eine Leistungsschaltung (5) und eine Steuerschaltung (6) aufweist, die zweistöckig eingebaut sind und unter Verwendung eines gelartigen Füllstoffs vergossen sind. Bei diesem Halbleiterbauteil sind Steueranschlüsse (4) für den externen Anschluß der Steuerschaltung in einen eine unabhängige Komponente bildenden Steueranschlußblock (9) als Stift-Anschlüsse nach Maßgabe einer vom Benutzer gewünschten Spezifikation einsatzgegossen. Der Steueranschlußblock ist mit dem Umhüllungsgehäuse so verbunden, daß er sich über dessen Oberseite hinaus nahe bei der Mitte der Oberseite erstreckt. Eine gedruckte Leiterplatte (6a) der Steuerschaltung erstreckt sich und ist angeschlossen zwischen Anschlußleitern (4a), die von dem Steueranschlußblock in das Innere des Gehäuses ragen, und Anschlußleitern (10a), die sich von einem in dem Gehäuse angeordneten Zwischenverbindungsanschlußblock (10) aus vertikal erstrecken. Dadurch wird ein verbessertes Halbleiterbauteil geschaffen, mit dem ein Produkt in besserer Weise zusammengebaut werden kann und das das Produkt zuverlässiger macht, wobei die Vorteile eines zweistöckigen Aufbauschemas für die Leistungsschaltung und die Steuerschaltung ausgenützt werden. Bei diesem Halbleiterbauteil können die für den externen Anschluß ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für ein bei einem Wechselrichtergerät eingesetztes intelligentes Leistungsmodul und insbesondere dessen Montageaufbau.

Zuerst wird ein bei einem Wechselrichtergerät eingesetztes intelligentes Leistungsmodul (IPM) als Beispiel beschrieben. Die Montagestruktur eines Beispiels eines herkömmlichen intelligenten Leistungsmoduls ist in den Fig. 12 und 13 gezeigt.

In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Metallbasis (Kupferbasis) für die Abstrahlung von Wärme, Bezugszahl 2 bezeichnet ein Umhüllungsgehäuse, das aus Kunstharz bzw. Gußharz gebildet ist und in dem einstückig Anschlüsse vorgesehen sind, und Bezugszahl 3 bezeichnet Hauptanschlüsse (Anschlußleiter (Schraubanschlüsse) für den externen Anschluß für Eingänge und Ausgänge für eine Leistungsschaltung und für eine Bremsschaltung). Die Bezugszahl 4 bezeichnet Steueranschlüsse (Anschlußleiter (Stift-Anschlüsse) für den externen Anschluß, die zum Eingeben und Ausgeben von Steuersignalen zu bzw. aus einer Steuerschaltung verwendet werden), die Bezugszahlen 5 und 6 bezeichnen eine Leistungsschaltung (eine Schaltungsanordnung) bzw. eine Steuerschaltung (eine Schaltungsanordnung), und die Bezugszahl 7 bezeichnet Verbindungsdrähte (interne Verdrahtung). In diesem Fall setzt sich die Leistungsschaltung 5 aus einer Leiterplatte 5a zusammen, auf der Leistungshalbleiterelemente 5b wie beispielsweise IGBTs und Freilaufdioden 5c angebracht sind. Die Leistungsschaltungsplatine 5a setzt sich aus einem Substrat mit direkt anhaftenden Kupferschichten mit einer Keramikplatte wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid und einem Kupferschaltungsmuster und einer Kupferschicht zusammen, die direkt auf der Oberseite bzw. der Unterseite der Keramikplatte angeordnet sind. Andererseits setzt sich die Steuerschaltung 6 aus einer gedruckten Leiterplatte 6a zusammen, auf der verschiedene Schaltungskomponenten und ICs 6b, welche die Leistungselemente 5b treiben, angeordnet sind.

Bei der in den Fig. 12(a) und 12(b) gezeigten Montagestruktur sind die Leistungsschaltung 5 und die Steuerschaltung 6 an der Oberseite der Metallbasis 1 parallel zueinander montiert, wobei sie wie folgt zusammengebaut werden: Zuerst wird die Leistungsschaltung 5 mit den auf ihr montierten Elementen an der Metallbasisplatte 1 so angelötet, daß die Kupferschicht der Leiterplatte 5a nach unten gerichtet ist. Dann wird die gedruckte Leiterplatte 6a der Steuerschaltung 6 mit den auf ihr montierten Elementen mittels Klebstoff auf die Metallbasisplatte 1 geklebt. Danach werden die Verbindungsdrähte 7 zwischen der Leistungsschaltung 5 und der Steuerschaltung 6 so angeschlossen, daß eine interne Verdrahtung für diese Schaltungen geschaffen wird. Dann wird das Umhüllungsgehäuse 2 mit den integrierten Anschlüssen auf der Metallbasisplatte 1 angeordnet und mittels Klebstoff an ihr befestigt. Danach werden die Spitzen von inneren Leitern 3a von den Hauptstromkreisanschlüssen 3, die in das Innere des Umhüllungsgehäuses 2 ragen, so mit einem Leitermuster auf der Leistungsschaltungsplatine 5a verlötet, daß die Leiter und die Leiterplatine miteinander verdrahtet werden. In ähnlicher Weise werden die Steueranschlüsse 4 so mit einem Leitermuster auf der Steuerschaltungsplatine 6a verlötet, daß die Anschlüsse und die Leiterplatine intern verdrahtet werden. In diesem Montagezustand wird ein gelartiger Füllstoff (beispielsweise Silikongel) in das Gehäuse eingespritzt, um die Leistungsschaltung 5 und die Steuerschaltung 6 einzugießen bzw. dicht einzuschließen. Schließlich wird ein Deckel (nicht gezeigt) auf dem Umhüllungsgehäuse 2 angeordnet und an ihm festgeklebt.

Andererseits sind bei der in Fig. 13 gezeigten Montagestruktur die Leistungsschaltung 5 und die Steuerschaltung 6 zweistöckig, das heißt wie zwei Stockwerke eines Gebäudes, in das Gehäuse eingebaut. In diesem Fall ist die Leistungsschaltung 5 wie in Fig. 12 an die Metallbasisplatte 1 angelötet, während die Steuerschaltung 6 wie folgt montiert wird. Das Umhüllungsgehäuse 2 mit den integrierten Anschlüssen wird auf der Metallplatte 1 mit der darauf montierten Leistungsschaltung 5 angeordnet, und die Hauptstromkreisanschlüsse 3 werden mit dem Leitungsmuster auf der Leistungsschaltungsplatine 5a verlötet. Dann wird ein Zwischenverbindungsanschlußblock 8, der aus einem Harzrahmen 8a gebildet ist, der einstückig mit Anschlußleiterstücken 8b gegossen ist, auf der Leistungsschaltung 5 angeordnet, und die Anschlußleiterstücke 8b werden mit dem Leitungsmuster auf der Leistungsschaltung 5 verlötet. Dann wird die gedruckte Leiterplatte 6a der Steuerschaltung 6 auf dem Zwischenverbindungsanschlußblock 8 angeordnet und dann mit den Anschlußleiterstücken 8b und den Steueranschlüssen 4 verlötet. Danach wird, wie anhand von Fig. 12 beschrieben, ein gelartiger Füllstoff in das Gehäuse eingespritzt, und schließlich wird ein Deckel zur Montage auf dem Gehäuse angeordnet.

Herkömmliche Halbleiterbauteile mit der zuvor oben beschriebenen Montagestruktur weisen die folgenden Probleme auf:

1. Bei der Konfiguration gemäß Fig. 12 sind die Leistungsschaltung 5 und die Steuerschaltung 6 bündig miteinander. Demzufolge belegt das Gehäuse eine große Fläche, wodurch die Größe des Halbleiterbauteils erhöht wird. Es sein nun angenommen, daß die Ergebnisse eines Produktzwischentests, der während eines Montageprozesses bei bereits auf der Metallbasisplatte 1 angebrachter Leistungsschaltung 5 und Steuerschaltung 6 ausgeführt wird, zeigen, daß irgendeine der Schaltungskomponenten wie beispielsweise der ICs 6b, die auf der gedruckten Leiterplatte 6a der Steuerschaltung 6 montiert sind, defekt ist. Da die gedruckte Leiterplatte 6a mittels Klebstoff fest an der Metallbasisplatte 1 befestigt ist, ist es unmöglich, nur die gedruckte Leiterplatte 6a von der Metallbasisplatte 1 abzuziehen, die defekte Komponente durch eine intakte zu ersetzen und die gedruckte Leiterplatte 6a zurück in eine Fertigungslinie zu geben. Daher muß die Produktanordnung in dem Zwischenstadium als Ganzes weggeworfen werden, wodurch der Verlust an Komponenten zunimmt.
2. Das zweistöckige Aufbauschema der Konfiguration von Fig. 13 ist insofern vorteilhaft, als die Größe des Halbleiters reduziert werden kann und, falls die vorgenannten Produktzwischentests ergeben, daß irgendeine der Komponenten der Steuerschaltung defekt ist, die defekte Komponente in einfacher Weise durch eine intakte ersetzt werden kann. Diese herkömmliche Struktur weist jedoch folgende Probleme auf.

Zum einen erhöht die zweistöckige Struktur die Gesamthöhe des Moduls. Zum anderen ist, wenn die Steuerschaltung 6, die im wesentlichen die gleiche Form wie die Leistungsschaltung 5 aufweist, über der Leistungsschaltung 5 innerhalb des Gehäuses montiert wird, die Leistungsschaltung 5 hinter der Steuerschaltung 6 verborgen und von außen nicht sichtbar. Demzufolge kann die innere Struktur des Gehäuses nicht überprüft werden. Außerdem ist, wenn der gelartige Füllstoff in das Gehäuse eingespritzt wird, das Einspritzen zeitaufwendig, weil nur ein schmaler Spalt zwischen dem Umhüllungsgehäuse 2 und der Peripherie der gedruckten Leiterplatte 6a der Steuerschaltung 6 verbleibt.

Des weiteren werden, um das Leistungsmodul und eine Peripherieschaltung (ein Wechselrichtergerät) miteinander zu verbinden, die Hauptanschlüsse gewöhnlich an eine Sammelschienenanordnung oder eine gedruckte Leiterplatte der Peripherieschaltung angeschraubt, wobei die Steueranschlüsse an diese angelötet oder unter Verwendung eines Steckverbinders angeschlossen werden. Ein neuerdings verwendetes Verfahren umfaßt jedoch das Bilden der Hauptanschlüsse des Leistungsmoduls als Stiftanschlußstruktur, das Montieren des Leistungsmoduls direkt auf der gedruckten Leiterplatte der Peripherieschaltung und das Verbinden der Hauptanschlüsse (Stiftanschlüsse) mit der Leiterplatte durch einen Lötmittelfließprozeß, wobei die Steueranschlüsse (Stiftanschlüsse) zum Anschluß in einen auf der Peripherieschaltung vorgesehenen Steckverbinder eingeführt werden. Andererseits sind bei der Struktur in Fig. 13 die Zuleitungs-Pins der Steueranschlüsse 4 einstückig mit dem Umhüllungsgehäuse 2 gegossen. Demzufolge muß, um die Länge, Anzahl und Abfolge der Pin-Anschlüsse nach Maßgabe einer Benutzerspezifikation oder einer Steckverbinderspezifikation wählen zu können, der Benutzer nach Maßgabe der vom Benutzer gewünschten Spezifikation ein neues Umhüllungsgehäuse 2 entwerfen und herstellen, in dem die Anschlüsse integriert sind. Dies hat hohe Kosten zur Folge.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Probleme zu vermeiden und eine verbesserte Montagestruktur eines Halbleiterbauteils zu schaffen, das die obigen Probleme löst und eine verbesserte Montagefähigkeit und Zuverlässigkeit unter Beibehaltung der Vorteile des zweistöckigen Aufbauschemas aufweist, bei dem eine Leistungsschaltung und eine Steuerschaltung in der Vertikalrichtung innerhalb des Gehäuses parallel zueinander angeordnet sind, wobei das Halbleiterbauteil ermöglichen soll, daß Anschlußleiter für den externen Anschluß in einfacher Weise von der Steuerschaltung entfernt und durch gute bzw. andere ersetzt werden können, um die gewünschte Spezifikation des Benutzers zu erfüllen.

Diese Aufgaben werden mit einem Halbleiterbauteil gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die oben beschriebene Montagestruktur des Halbleiterbauteils ermöglicht es, daß die Leistungsschaltung, das Umhüllungsgehäuse, der Steueranschlußblock, die Steuerschaltung und der Gehäusedeckel zusammen übereinandergestapelt werden. Diese Struktur ermöglicht ein einfaches automatisches Montageverfahren unter Verwendung eines Montageroboters. Außerdem kann ein minimaler Abstand des Verdrahtungswegs dazu verwendet werden, um die Hauptstromkreisanschlüsse und die Leistungsschaltung miteinander zu verbinden, die Leistungsschaltung und die Steuerschaltung miteinander zu verbinden oder die Steuerschaltung und die Steueranschlüsse miteinander zu verbinden, wodurch die nachteiligen Effekte der Verdrahtungsinduktivität minimiert werden, um eine Fehlfunktion zu verhindern. Außerdem kann der gelartige Füllstoff schnell in das Gehäuse eingespritzt werden, wobei er sich über das gesamte Innere verteilt.

Darüber hinaus kann selbst dann, wenn die Resultate einer während eines Montageprozesses ausgeführten Zwischenüberprüfung ergeben, daß irgendeine der Komponenten wie beispielsweise ICs, die in der Steuerschaltung angebracht sind, fehlerhaft ist, die Steuerschaltung in einfacher Weise durch eine fehlerfreie ersetzt werden, indem die Lötverbindung zwischen der gedruckten Leiterplatte der Steuerschaltung und den Anschlußleitern entfernt wird. Darüber hinaus kann, da der Steueranschlußblock in dem Umhüllungsgehäuse als unabhängige Komponente montiert ist, die vom Benutzer gewünschte Spezifikation in einfacher Weise erfüllt werden, indem das Umhüllungsgehäuse als unabhängige Komponente verwendet und mit einem Steueranschlußblock kombiniert wird, der mit der Benutzerspezifikation kompatibel ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 wird eine Reduzierung der Dicke des Gehäuses des Halbleiterbauteils, das diese gedruckte Leiterplatte enthält, ermöglicht.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 3 sind die Halbleiterleistungselemente in der Vertikalrichtung parallel zu den ICs angeordnet. Somit wird der Verdrahtungsweg zwischen den Leistungshalbleiterelementen und den ICs minimiert, um die nachteiligen Effekte der Verdrahtungsinduktivität zu unterdrücken, während die Schaltungsmuster auf der Schaltungsplatine und der gedruckten Leiterplatte vereinfacht werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 4 wird ein breiter Durchlaß, der zu der Leistungsschaltung führt und durch den der gelartige Füllstoff eingespritzt wird, zwischen dem Steueranschlußblock und derjenigen Seite des Umhüllungsgehäuses geschaffen, die näher an der Hauptanschlußanordnung ist.

Bei der Anordnung gemäß Anspruch 5 wird verhindert, daß, wenn ein auf einer gedruckten Leiterplatte eines Geräts vorgesehener Steckverbinder in die entsprechenden Steueranschlüsse für den Anschluß eingeführt wird, ein Spitzenabschnitt des Steckverbinders des Geräts an dem Gehäusedeckel anliegt und damit den Anschluß behindert. Demzufolge kann der Steckverbinder zuverlässig mit den entsprechenden Steueranschlüssen verbunden werden.

Gemäß Anspruch 6 dienen, selbst wenn der Gehäusedeckel aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur verzogen wird, die Vorsprünge als Abstandshalter, um zu verhindern, daß die auf der gedruckten Leiterplatte angebrachten Verbindungsdrähte deformiert oder gegen den Gehäusedeckel gequetscht werden.

Die Anordnung gemäß Anspruch 7 verhindert, daß der Gehäusedeckel an dem Abschnitt mit der Vertiefung (der eine höhere Biegefestigkeit aufweist als ein flacher bzw. ebener Deckel) verzogen oder gebogen wird. Der Platz in dem Abschnitt mit der Vertiefung wird im übrigen dafür verwendet, eine Beeinträchtigung elektronischer Komponenten zu verhindern, die auf der Rückseite der gedruckten Leiterplatte des auf das Halbleiterbauteil aufgesetzten Geräts montiert sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 8 werden, wenn die gedruckte Leiterplatte der Steuerschaltung in das mit dem Steueranschlußblock versehene Gehäuse eingebaut wird, die Führungsstifte in die gedruckte Leiterplatte eingepaßt und eingeführt, um die Leiterplatte in Position zu halten. Danach können die Steueranschlüsse in einfacher Weise an der gedruckten Leiterplatte angelötet werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 10 kann der Klebstoff effizient unter Verwendung eines Spenders eingebracht und über die gesamte Grenzfläche zwischen dem Block und dem Ausnehmungsabschnitt verteilt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 11 sind die an der Oberseite des Gehäuses des Halbleiterbauteils (Moduls) herausgeführten Hauptanschlüsse in einer Linie angeordnet, und die Anschlußleiter sind aus leicht biegbarem Material hergestellt. Diese Anordnung weist den folgenden Effekt auf, wenn ein Wechselrichtergerät durch Verbinden des Moduls mit der gedruckten Leiterplatte des Geräts und den Kühlrippen aufgebaut wird: Selbst wenn das Modul und die gedruckte Leiterplatte des Geräts nach Maßgabe der Designanforderungen des Benutzers in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet werden müssen, können die Hauptanschlüsse des Moduls direkt in die in der gedruckten Leiterplatte vorgesehenen Anschlußeinführungslöcher eingeführt werden, indem die Hauptanschlüsse des Moduls nach Maßgabe des Layouts so gebildet werden, daß die Richtung der Spitze der einzelnen Anschlüsse geändert wird.

Die Anordnung gemäß Anspruch 12 ermöglicht ein exaktes Verlöten der Kupferzuleitungsanschlüsse, ein exaktes Verbinden der Drähte und einen guten Kontakt mit den Steckverbindern.

Außerdem kann gemäß Anspruch 13 die Spitze jedes Hauptanschlusses nach Art des Buchstabens L geformt sein, und die Hauptanschlüsse werden dann für die Verbindung lateral in die entsprechenden Anschlußeinführungslöcher eingeführt, die am Rand der gedruckten Leiterplatte des Geräts vorgesehen sind, so daß die gedruckte Leiterplatte senkrecht zu dem Halbleiterbauteil montiert ist. Diese Montagestruktur weist den folgenden Effekt auf, wenn das Gerät so ausgelegt ist, daß die Kühlrippen und das Halbleiterbauteil (Modul) auf der Rückseite einer Gehäuseeinheit angeordnet sind und die gedruckte Leiterplatte des Geräts in der Tiefenrichtung der Gehäuseeinheit ausgerichtet und vor dem Halbleiterbauteil (Modul) angeordnet ist: Die gedruckte Leiterplatte kann senkrecht zum Halbleiterbauteil (Modul) montiert werden, indem die Hauptanschlüsse (Anschlußleiter), die L-förmig gebogen sind, in die entsprechenden Anschlußeinführungslöcher der gedruckten Leiterplatte eingeführt und eingepaßt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 die Montagestruktur eines Halbleiterbauteils gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1(a) eine Draufsicht mit entferntem Gehäusedeckel ist und Fig. 1(b) eine Querschnittsansicht längs der Linie X-X in Fig. 1(a) ist;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die auf eine Metallbasis montierte Leistungsschaltung von Fig. 1;
Fig. 3 ein Umhüllungsgehäuse, das mit der Anordnung von Fig. 2 durch bei der Leistungsschaltung eingesetztes Draht-Bonding verbunden wurde, wobei Fig. 3(a) eine Draufsicht und Fig. 3(b) eine Querschnittsansicht längs der Linie X-X in Fig. 3(a) ist;
Fig. 4 ein Produkt, das durch Anordnen des Gehäusedeckels auf die Anordnung von Fig. 1 fertiggestellt wurde, wobei Fig. 4(a) eine Draufsicht ist, Fig. 4(b) eine Querschnittsansicht längs der Linie X-X in Fig. 4(a) ist und Fig. 4(c) eine perspektivische Ansicht ist;
Fig. 5 die Konfiguration des Gehäusedeckels gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 5(a) eine Draufsicht ist, Fig. 5(b) eine Seitenansicht ist und Fig. 5(c) eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A in Fig. 5(a) ist;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterbauteils mit dem darauf angebrachten Gehäusedeckel von Fig. 5;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht der Montagestruktur eines Halbleiterbauteils gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ein Anwendungsbeispiel eines Steueranschlußblocks, wobei Fig. 8(a) eine Draufsicht bei entferntem Gehäusedeckel zeigt und Fig. 8(b) eine Seitenschnittansicht von Fig. 8(a) ist;
Fig. 9 die Konfiguration eines wesentlichen Teils von Fig. 8, wobei Fig. 9(a) eine perspektivische Ansicht eines Umhüllungsgehäuses und eines Steueranschlußblocks in perspektivischer Darstellung ist und Fig. 9(b) eine vergrößerte Draufsicht von in dem Umhüllungsgehäuse gebildeten Ausnehmungsabschnitten ist;
Fig. 10 die Prozedur des Zusammenbaus eines Moduls und einer gedruckten Leiterplatte gemäß einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 10(a) eine perspektivische Ansicht von dem Modul und der gedruckten Leiterplatte ist, die noch nicht zusammengebaut wurden, und Fig. 10(b) eine perspektivische Ansicht ist, die das Modul und die gedruckte Leiterplatte in zusammengebautem Zustand zeigen;
Fig. 11 eine Darstellung des zusammengebauten Wechselrichtergeräts gemäß Fig. 10;
Fig. 12 die Montagestruktur eines Beispiels eines herkömmlichen Halbleiterbauteils, wobei Fig.12(a) eine perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung und Fig. 12(b) eine perspektivische Darstellung nach dem Zusammenbau ist; und
Fig. 13 die Montagestruktur eines Beispiels eines herkömmlichen zweistöckigen Halbleiterbauteils, wobei Fig. 13(a) eine perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung und Fig. 13(b) eine perspektivische Ansicht nach dem Zusammenbau ist.
Unter Verwendung eines bei einem Wechselrichter (drei Phasen) eingesetzten Leistungsmoduls als Beispiel wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf der Basis der in den Fig. 1 bis 10 gezeigten Beispiele beschrieben.
In jedem Beispiel sind Elemente, die jenen in den Fig. 12 und 13 entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, wobei deren Beschreibung weggelassen ist. Des weiteren bezeichnet in den Figuren der Beispiele die Bezugszahl 9 einen Steueranschlußblock, der an der Oberseite eines Umhüllungsgehäuses 2 als unabhängige Komponente angebracht ist, die Bezugszahl 10 bezeichnet einen Zwischenverbindungsanschlußblock, der an einem inneren Umfangsseitenrand des Umhüllungsgehäuses 2 angeordnet ist, und die Bezugszahl 11 bezeichnet einen Gehäusedeckel, der an der Oberseite des Umhüllungsgehäuses 2 angeordnet ist. Des weiteren sind in Fig. 4(a) am Gehäusedeckel Anschlußsymbole markiert; die Bezugszeichen P und N bezeichnen Gleichstromeingangsanschlüsse, die Bezugszeichen U, V und W bezeichnen Wechselstromausgangsanschlüsse für die entsprechenden Phasen, und das Bezugszeichen B bezeichnet einen Anschluß für einen Bremsabschnitt. Die Bezugszeichen 1 bis 19 bezeichnen die Anschlußnummern der Steueranschlüsse.
Die Fig. 1(a) und 1(b) zeigen die Gesamtstruktur eines Beispiels der vorliegenden Erfindung. Bei der zusammengebauten Struktur des dargestellten Beispiels sind wie bei dem gemäß Fig. 12 beschriebenen Modul auf der Basis des zweistöckigen Konstruktionsaufbaus eine Leistungsschaltung 5 und eine Steuerschaltung 6 in einem Gehäuse nach Art von zwei Stockwerken eines Gebäudes integriert, wobei sich das Gehäuse aus einer Kombination aus einer Metallbasis 1, einem Umhüllungsgehäuse (Harzgehäuse) 2 mit rechteckigem Querschnitt und einem Gehäusedeckel 11 zusammensetzt. In diesem Fall sind ICs 6b, die auf einer gedruckten Leiterplatte 6a der Steuerschaltung 6 montiert sind, freiliegende Chips, wodurch eine Reduzierung der Dicke des Moduls ermöglicht wird. Die ICs 6b sind entsprechend Leistungshalbleiterbauelementen (IGBTs) 5b, die auf einer Leiterplatte 5a der Leistungsschaltung 5 in einer Reihe montiert sind, angeordnet, wodurch die Länge des Verdrahtungsweges zwischen der Leistungsschaltung 5 und der Steuerschaltung 6 minimiert wird, um den nachteiligen Effekt der Verdrahtungsinduktivität zu unterdrücken.
In diesem Fall weist das Umhüllungsgehäuse 2 Hauptanschlüsse (P, N, U, V, W und B) auf, die an einer der längeren von dessen vier Außenseiten zusammen mit einem Gehäuse einsatzgegossen sind, wobei die Anschlüsse aus Kupferrahmen hergestellt sind. Diese stiftförmigen Anschlüsse ragen von dem Umhüllungsgehäuse 2 nach oben. Außerdem weist das Umhüllungsgehäuse 2 gemäß Darstellung in Fig. 3(a) stufenartige Ausnehmungen 2a (vergleiche Fig. 3 und 9) auf, die jeweils an der Oberseite von dessen entsprechender kürzeren Seite an einer Position gebildet sind, die von der Hauptanschlußanordnung entfernt und näher an der Mitte der Seite liegt. Ein später beschriebener Steueranschlußblock ist in die Ausnehmungen 2a eingepaßt und in ihnen gehaltert.
Des weiteren bildet ein Steueranschlußblock 9 eine unabhängige Komponente und erstreckt sich an der Oberseite des Umhüllungsgehäuses 2 zwischen den Ausnehmungen 2a. Das heißt, an den jeweiligen Enden eines horizontalen langen Harzblockelements gebildete Halteabschnitte 9a sind jeweils in die entsprechende der Ausnehmungen 2a eingesetzt, die an dem Innenrand des Umhüllungsgehäuses 2 gebildet sind, und werden dann an ihm mit Klebstoff befestigt. Außerdem sind Steueranschlüsse 4 als Stiftanschlüsse an einem oberen Teil 9b des Blockelements einsatzgegossen, um eine transversale Reihe zu bilden, wobei sie nach oben hervorstehen, und der obere Teil 9b ragt von einer Oberseite des Blockelements in Trapezform nach außen. Anschlußleiter (Innenleiter) 4a der Steueranschlüsse 4 sind jeweils L-förmig gebogen und von dem Block seitlich nach außen geführt (von der Anordnung der Hauptanschlüsse 3 weg), und Schenkelabschnitte der Anschlußleiter, die sich an deren Spitze befinden, sind nach oben gebogen. Die Bezugszahl 9c bezeichnet Steckverbinderführungsstifte, die an den jeweiligen Enden des Steueranschlußblocks 9 installiert sind.
Der Zwischenverbindungsanschlußblock 10, der in dem Umhüllungsgehäuse 2 vorgesehen ist, weist L-förmige Anschlußleiter 10a auf, die so in den Harzblock einsatzgegossen sind, daß sich ein Ende jedes Anschlußleiters 10a von der Oberseite des Blocks aus nach oben erstreckt. Der Zwischenverbindungsanschlußblock 10 ist an das Umhüllungsgehäuse 2 an dessen Innenseite (die längere Seite, die derjenigen gegenüberliegt, bei der die Hauptanschlüsse 3 angeordnet sind) und vom Steueranschlußblock 9 abgewandt angeklebt. Die Oberseite des Zwischenverbindungsanschlußblocks 10 befindet sich auf gleicher Höhe wie die Schenkelabschnitte 4a der aus dem Steueranschlußblock 9 in das Innere des Gehäuses herausgeführten Anschlußleiter.
Eine gedruckte Leiterplatte 6a der Steuerschaltung 6 erstreckt sich zwischen den aus dem Steueranschlußblock 9 in das Innere des Gehäuses herausgeführten Anschlußleitern 4a der Steueranschlüsse 4 und den sich von dem Zwischenverbindungsanschlußblock 10 aus vertikal erstreckenden Anschlußleitern 10a und ist dort gehaltert. Die Spitze jedes der Anschlußleiter 4a und 10a ist in ein entsprechendes Durchkontaktierungsloch in der gedruckten Leiterplatte 6 eingeführt und dort verlötet.
Des weiteren ist gemäß Darstellung in Fig. 4 bei dem auf das Umhüllungsgehäuse 2 aufgesetzten Gehäusedeckel 11 ein Anschlußleiterschlitz 11a entsprechend dem Steueranschlußblock 9 vorgesehen. Der Anschlußleiterschlitz 11a ist größer als die Kontur des trapezförmigen oberen Teils 9b des Steueranschlußblocks 9, bei dem die Steueranschlüsse 4 in transversaler Richtung angeordnet sind. Wenn der Deckel 11 gemäß Darstellung in der Figur aufgesetzt ist, verbleibt ein Ausnehmungsabschnitt zwischen dem Anschlußleiterschlitz 11a und dem oberen Teil 9b des Steueranschlußblocks. Wenn der Deckel 11 aufgesetzt ist, überlappt ein Umfangsabschnitt des Steueranschlußblocks 9 die Unterseite des Deckels 11, um den Schlitz von dessen Innenseite zu blockieren. Auf diese Weise ist der Anschlußleiterschlitz 11a in dem Gehäusedeckel 11 gebildet. Demzufolge verhindert, wenn das Leistungsmodul mit einer gedruckten Leiterplatte 12 eines Geräts verbunden wird und ein auf der gedruckten Leiterplatte vorgesehener Steckverbinder 13 in die Steueranschlüsse 4 zum Anschluß eingesetzt wird, die obige Anordnung, daß Beine von Anschlüssen 13a des Steckverbinders Kontakt mit dem Deckel 11 des Moduls bekommen und stören, wobei die Beine der Anschlüsse 13a von der Rückseite der gedruckten Leiterplatte 12 hervorragen.
Nun wird die Prozedur des Zusammenbaus eines wie oben beschriebenen Halbleiterbauteils beschrieben. Zuerst wird, wie in Fig. 2 gezeigt, die Leiterplatte 5a mit den auf ihr montierten Elementen der Leistungsschaltung 5 mit der Metallbasis 1 verlötet. Dann wird, wie in den Fig. 3(a) und 3(b) gezeigt, das Umhüllungsgehäuse 2 auf der Metallbasis angeordnet und mit Klebstoff an ihr befestigt. Danach werden Verbindungsdrähte 7 zwischen sowohl den Leistungshalbleiterelementen 5b als auch Dioden 5c und einem Leitermuster auf der Leiterplatte 5a sowie zwischen der Leiterplatte 5a und sowohl den am Umhüllungsgehäuse vorgesehenen Hauptanschlüssen 3 als auch den Anschlußleitern 10a des Zwischenverbindungsanschlußblocks 10 angebracht.
Als nächstes wird der Steueranschlußblock 9 auf dem Umhüllungsgehäuse 2 montiert, und die Halteabschnitte 9a der jeweiligen Enden des Blocks 9 werden in die in dem Gehäuse gebildete linke und rechte Ausnehmung 2a (vergleiche Fig. 3) eingesetzt und vorübergehend fixiert, und sie werden dann mit Klebstoff daran befestigt. Im nächsten Montageschritt wird die gedruckte Leiterplatte 6a der Steuerschaltung 6 von oben in das Umhüllungsgehäuse 2 so eingesetzt, daß sie sich zwischen den von dem Steueranschlußblock 9 in das Innere des Gehäuse ragenden Anschlußleitern 4a der Steueranschlüsse 4 und den sich von dem Zwischenverbindungsanschlußblock 10 nach oben erstreckenden Anschlußleitern 10a erstreckt. Danach wird die gedruckte Leiterplatte 6a mit den Anschlußleitern 4a und 10a verlötet. Somit wird der kürzestes Verdrahtungsweg verwendet, um die Hauptanschlüsse 3 und die Leistungsschaltung 5 miteinander zu verbinden, die Leistungsschaltung 5 und die Steuerschaltung 6 miteinander zu verbinden, und die Steuerschaltung 6 und die Steueranschlüsse 4 miteinander zu verbinden.
Danach geht der Prozeß zum Schritt des Einspritzens eines Füllstoffes weiter, indem ein gelartiger Füllstoff (Silikongel) in das Umhüllungsgehäuse 2 injiziert wird. In diesem Fall fließt der Füllstoff in den Spalt zwischen der Leistungsschaltung 5 und der Steuerschaltung 6 durch einen Einspritzdurchlaß, das heißt eine Öffnung, die zwischen dem Steueranschlußblock 9 und einem Umfangsrahmen des Umhüllungsgehäuses 2 verbleibt, auf dem die Hauptanschlüsse 3 angeordnet sind. Das Innere des Gehäuses wird mit dem Füllstoff vollständig gefüllt, um die Leistungsschaltung 5 und die Steuerschaltung 6 zu vergießen. Dann wird im abschließenden Montageschritt der Gehäusedeckel 11 auf das Umhüllungsgehäuse 2 aufgesetzt, indem der Steueranschlußblock 9 mit dem im Gehäusedeckel 11 verbleibenden Anschlußleiterschlitz 11a ausgerichtet wird. Der Gehäusedeckel 11 und das Umhüllungsgehäuse 2 werden dann mit Klebstoff verbunden. Damit ist das in Fig. 4(c) gezeigte Leistungsmodulprodukt fertig.
Nun wird ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für den zuvor beschriebenen Gehäusedeckel 11 unter Bezug auf die Fig. 5 bis 7 beschrieben. Das heißt, bei dem in Fig. 4 gezeigten Montagezustand des Moduls ist es erforderlich, einen vorbestimmten Spalt zwischen dem auf der Oberseite des Umhüllungsgehäuses 2 angeordneten Gehäusedeckel 11 und der gedruckten Leiterplatte 6a der in das Gehäuse integrierten Steuerschaltung 6 so zu gewährleisten, daß die Oberseite nicht in Konflikt mit den auf der Steuerschaltung 6 montierten ICs und verschiedenen Komponenten sowie den Verbindungsdrähten 7 hierfür gerät.
Andererseits ist es, wenn der Deckel 11 aus einem flachen Harz mit dem freigelassenen Anschlußleiterschlitz 11a gemäß Darstellung in Fig. 4 hergestellt ist und dessen Plattendicke reduziert ist, um die Dicke des Gehäuses zu vermindern, wahrscheinlich, daß er verzogen oder verbogen wird, wenn sich die Umgebungstemperatur aufgrund von zyklischen Wärmeschwankungen ändert. Außerdem wird, wenn der Deckel 11 verzogen wird und sich somit eindellt, der Spalt zwischen dem Deckel 11 und der gedruckten Leiterplatte 6a der Steuerschaltung reduziert. Demzufolge kann es sein, daß der Deckel 11 die Verbindungsdrähte 7 quetscht, was zu einem unerwarteten Kurzschluß führt.
Bei diesem Beispiel weist der Gehäusedeckel 11 einen Oberflächenabschnitt 11b an seiner Oberseite auf, die eine Vertiefung aufweist, die in einem Bereich auf einer Seite des Anschlußleiterschlitzes 11a gebildet ist, wobei der Oberflächenabschnitt 11b mit der Vertiefung der gedruckten Leiterplatte 6a der Steuerschaltung 6 zugewandt ist. Der Oberflächenabschnitt 11b mit der Vertiefung weist Abstandshaltervorsprünge 11c auf, die an seiner Unterseite transversal verteilt angeordnet sind und deren Spitze der gedruckten Leiterplatte 6a zugewandt ist. Die Vorsprünge 11c weisen eine solche Länge auf, daß, sobald das Modul zusammengebaut worden ist, die Vorsprünge 11c der oberen Fläche der gedruckten Leiterplatte 6a so zugewandt sind, daß ein kleiner Spalt dazwischen frei bleibt.
Bei einer solchen Konfiguration liegen, selbst wenn der Gehäusedeckel 11 aufgrund eines Wärmezyklus verzogen wird, die Vorsprünge 11c an der oberen Fläche der gedruckten Leiterplatte 6a an, um einen vorbestimmten Abstand zwischen dem Deckel 11 und der gedruckten Leiterplatte 6a beizubehalten. Somit können die Verbindungsdrähte nicht von dem Deckel 11 gequetscht werden. Außerdem erhöht der Oberflächenabschnitt 11b des Gehäusedeckels 11 mit der Vertiefung das Widerstandsmoment und somit die Biegefestigkeit des Deckels. Außerdem kann, wenn die gedruckte Leiterplatte 12 einer Peripherieschaltung auf dem Modul gemäß Darstellung in Fig. 7 angeordnet ist, selbst wenn an der Rück- bzw. Unterseite der gedruckten Leiterplatte 12 eine elektronische Komponente 12a montiert ist, die gedruckte Leiterplatte 12 in vorteilhafter Weise an dem Modul ohne ungewollte Interferenz zwischen der elektrischen Komponente 12a und dem Deckel 11 montiert werden.
Nun wird ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für den Steueranschlußblock 9 unter Bezug auf die Fig. 8 und 9 beschrieben. In dem in Fig. 1 gezeigten Montagezustand des Moduls erstreckt sich die gedruckte Leiterplatte 6a der Steuerschaltung 6 zwischen den in den Steueranschlußblock 9 einsatzgegossenen und in das Innere herausgeführten Anschlußleitern 4a der Steueranschlüsse (Pin-Anschlüsse) 4 und den sich vom Zwischenverbindungsanschlußblock 10 nach oben erstreckenden Anschlußleitern 10a und wird dort gehaltert. Die Spitze jedes Anschlußleiters ist in ein entsprechendes Durchkontaktierungsloch in der gedruckten Leiterplatte 6a eingesetzt und dort verlötet. Diese Anschlußleiter 4a und 10a sind jedoch so schwach, daß sie leicht deformiert werden können. Somit wird, wenn die gedruckte Leiterplatte 6a in das Gehäuse eingebaut wird und zufällig an irgendeinem Anschlußleiter anstößt, der letztere in einfacher Weise deformiert und kann nicht mehr exakt in das entsprechende Durchkontaktierungsloch in der gedruckten Leiterplatte 6a eingesetzt werden, wodurch der nachfolgende Lötschritt beeinträchtigt wird.
Bei diesem Beispiel ist der Steueranschlußblock 9 so gestaltet, daß der Harzblock von dem unteren Ende des Steueranschlußblocks 9 zur Seite in der Längsrichtung vorsteht, wie in den Fig. 8(a) und 8(b) gezeigt. Führungsstifte 9d (die länger als der Schenkelabschnitt des Anschlußleiters 4a sind) sind einstückig mit dem Harzblock gegossen und erstrecken sich parallel zu den Anschlußleitern 4a der Steueranschlüsse 4 sowie sind aus dem vorspringenden Abschnitt so herausgeführt, daß sie sich senkrecht hierzu erstrecken; die Führungsstifte 9d erstrecken sich jeweils am Ende der Reihe aller Anschlußleiter 4a. Führungsstiftlöcher sind an lateral entgegengesetzten Enden der gedruckten Leiterplatte 6a so vorgesehen, daß sie den Führungsstiften 9d entsprechen.
Während des Zusammenbaus der gedruckten Leiterplatte Ga der Steuerschaltung 6 wird, wenn die gedruckte Leiterplatte 6a so über die Führungsstifte 9d gelegt wird, daß die Stifte 9d in die Leiterplatte 6a eingepaßt und eingeführt werden können, sie durch die Führungsstifte 9d geführt und in Position gebracht. Somit werden die Anschlußleiter 4a und 10a der Steueranschlüsse 4 bzw. des Zwischenverbindungsanschlußblocks 10 exakt in die in der Leiterplatte vorgesehenen entsprechenden Anschlußdurchkontaktierungslöcher eingepaßt. Danach kann der Vorgang des Verlötens der Anschlüsse in einfacher Weise ausgeführt werden. Außerdem werden, da der Steueranschlußblock 9 von der Rückseite der gedruckten Leiterplatte 6a vorsteht, verhindert, daß während des Lötens geschmolzene Lötmittelkugeln auf die Leistungsschaltung 5 fallen (vergleiche Fig. 8(b)).
Bei diesem Beispiel sind die folgenden Maßnahmen ergriffen worden, um den Schritt des Einpassens des Steueranschlußblocks 9 in die Ausnehmungen 2a im Umhüllungsgehäuse 2 und das Ankleben des Blocks 9 an den Nuten 2a mit Klebstoff zu verbessern. Wenn der Klebstoff auf die Innenfläche der Ausnehmungen 2a aufgetragen wird, bevor die Halteabschnitte 9a des Steueranschlußblocks in die Nuten 2a für die Verbindung eingesetzt werden, macht es die kleine Größe der Ausnehmungen 2a sehr schwer, den Klebstoff auf die Innenwandfläche der Nuten unter Verwendung eines Spenders (Robotervorgang) gleichförmig aufzutragen.
Daher weisen bei diesem Beispiel gemäß Darstellung in den Fig. 9(a) und 9(b) die Halteabschnitte 9a des Steueranschlußblocks 9 jeweils ein sie in der Vertikalrichtung durchsetzendes Klebstoffeinspritzloch 9a-1 auf. Der Halteabschnitt 9a weist außerdem einen Klebstoff-Führungskanal 9a-2 auf, der in dessen Umfangsfläche eingeschnitten ist. Die stufenförmigen Ausnehmungen 2a, die in dem Umhüllungsgehäuse 2 gebildet sind, weisen ebenfalls einen Klebstoff-Führungskanal 2a-1 auf, der in deren Bodenfläche und Innenwand eingeschnitten ist.
Während des Montageschritts des Einbaus des Steueranschlußblocks 9 in das Umhüllungsgehäuse 2 werden die Halteabschnitte 9a des Steueranschlußblocks 9, die sich an dessen jeweiligen Enden befinden, von oben in die rechte und die linke Ausnehmung 2a eingepaßt, die in dem Umhüllungsgehäuse gebildet sind. Danach wird unter Verwendung eines Roboterarbeitsganges eine Klebstoffspenderdüse mit dem Klebstoffeinspritzloch 9a-1 ausgerichtet, wonach eine spezifizierte Menge an Klebstoff unter Druck in das Loch eingespritzt wird. Dann fließt der Klebstoff durch das Einspritzloch 9a-1 zur Bodenfläche der Ausnehmung 2a, von der aus sich der Klebstoff durch die Klebstoff- Führungskanäle 2a-1 und 9a-2 über die gesamte Fläche verteilt. Somit kann der Anschlußblock 9 zuverlässig mit dem Umhüllungsgehäuse verbunden werden.
Jedes der Klebstoffeinspritzlöcher 9a-1 wird außerdem dazu verwendet, in ihm den in Fig. 1 gezeigten Führungsstift 9c der Buchse zu montieren. Nachdem der Klebstoff eingespritzt worden ist, wird der Führungsstift 9c in das entsprechende Klebstoffeinspritzloch 9a-1 eingepreßt, damit er in ihm verklebt und fixiert wird.
Als nächstes wird unter Bezug auf die Fig. 10 und 11 ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für ein Wechselrichtergerät beschrieben, das durch Verbinden des Gehäuses mit Kühlrippen und einer gedruckten Leiterplatte einer Peripherieschaltung eines Geräts zusammengebaut wird. In Fig. 10 bezeichnet die Bezugszahl 21 ein eine Wechselrichterschaltung bildendes IPM, und die Bezugszahl 23 bezeichnet eine gedruckte Leiterplatte, die eine Schaltung des Geräts (eine Steuer- und Schutzschaltung des Wechselrichtergeräts) bildet, die mit dem IPM 21 zu verbinden ist. Die Bezugszahl 24 bezeichnet eine Gehäuseeinheit, welche die obigen Komponenten aufnimmt und mit einer Eingangs- sowie einer Ausgangsbuchse und einer Anzeigetafel an ihrer Vorderseite versehen ist, und die Bezugszahl 25 bezeichnet Kühlrippen zur Wärmeabstrahlung, die an der Rückseite der Gehäuseeinheit 24 angebracht sind und mit dem IPM 21 verbunden sind, so daß Wärme an sie geliefert wird. Des weiteren umfaßt das IPM 21, wie in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigt, ein Gehäuse, das sich aus der Metallbasis 1, dem aus Spritzgußharz gebildeten Umhüllungsgehäuse 2 und dem Deckel zusammensetzt und den Hauptstromkreis 5 als Leistungsschaltung und die Steuerschaltung 6 enthält, die nach Art von zwei Stockwerken eines Gebäudes aufgebaut sind. Das Gehäuse ist außerdem mit den Hauptanschlüssen 3, die als externe Anschlußleiter für die Eingabe in den Hauptstromkreis 5 und die Ausgabe aus ihm dienen, den Steueranschlüssen (Signalanschlüssen) 4, die als externe Anschlußleiter für die Steuerschaltung 6 dienen, und den Zwischenverbindungsanschlüssen 10a versehen, welche den Hauptstromkreis 5 und die Steuerschaltung 6 untereinander verbinden.
Hier ist der Hauptstromkreis 5 eine Schaltungsanordnung mit Leistungshalbleiterelementen (beispielsweise IGBTs), die in ihr montiert und mit Freilaufdioden kombiniert sind. Der Hauptstromkreis 5 ist durch Löten auf der Metallbasis 1 montiert. Des weiteren weist die Steuerschaltung 6 Schaltungskomponenten wie beispielsweise Treiber-ICs für die auf einer Leiterplatte montierten Leistungshalbleiterelemente auf. Die Steuerschaltung 6 erstreckt sich zwischen den Anschlußleiterschenkelabschnitten der Steueranschlüsse 4 und den sich nach oben erstreckenden Zwischenverbindungsanschlüssen 10a und ist oberhalb des Hauptstromkreises 5 angeordnet.
Andererseits sind die Hauptanschlüsse 3 einstückig mit dem Umfangswandabschnitt des Umhüllungsgehäuses 2 einsatzgegossen und von der Oberseite des Gehäuses durch Verlängern der Spitze der einzelnen Anschlüsse nach oben herausgeführt. Des weiteren sind die Steueranschlüsse 4 als Pin- bzw. Stiftanschlüsse an dem Steueranschlußblock 9 einsatzgegossen, der eine unabhängige Komponente ist, die sich aus Gußharz zusammensetzt. Der Steueranschlußblock 9 wird dann so in das Umhüllungsgehäuse 2 eingebaut, daß er sich über die Oberseite des Gehäuses 2 hinaus nahe dessen Mitte erstreckt. Die Steueranschlüsse 4 können dann den Gehäusedeckel durchsetzen und sind aus dessen Oberseite herausgeführt. Der Steueranschlußblock 9 weist des weiteren Führungsstifte auf, die an seinen jeweiligen Enden angebracht sind. Die Bezugszahl 7 bezeichnet Verbindungsdrähte, die zwischen dem Hauptstromkreis 5 und den Hauptanschlüssen 3 sowie zwischen dem Hauptstromkreis 5 und den Zwischenverbindungsanschlüssen 11 angebracht sind.
Bei dem herkömmlichen Montageaufbau ist, wenn das oben beschriebene Wechselrichtergerät zusammengebaut ist, die gedruckte Leiterplatte 23 des Geräts so auf dem IPM 21 angeordnet, daß ihre Fläche parallel zur Oberseite des Gehäuses des Moduls liegt. Dann werden die sich vertikal von der Oberseite des Gehäuses erstreckenden Hauptanschlüsse 3 direkt in die in der gedruckten Leiterplatte vorgesehenen Anschlußeinführungslöcher eingeführt. Somit ist die Anordnung des IPM 21, der gedruckten Leiterplatte 3 des Geräts und der Kühlrippen 25, die in die Gehäuseeinheit 24 eingebaut sind, notwendigerweise beschränkt.
Andererseits kann es sein, daß das IPM und die gedruckte Leiterplatte abhängig von der durch den Benutzer spezifizierten Konfiguration positionsmäßig nicht zusammenpassen. Es sei beispielsweise angenommen, daß das Design des Benutzers erfordert, daß die Kühlrippen 25, die sonst gewöhnlich an einer Seite der Gehäuseeinheit 24 in einer Steuertafel angeordnet sind, auf die Rückseite des Gehäuses 24 verschoben werden sollen. Dann befinden sich, wenn das IPM 21 zusammen mit den Kühlrippen 25 an die Rückseite der Gehäuseeinheit 24 verschoben wird, die sich von dem Gehäuse des IPM 21 nach vom erstreckenden Hauptanschlüsse 3 im rechten Winkel zur Richtung der Anschlußeinführungslöcher, die in der gedruckten Leiterplatte 23 vorgesehen sind, die in der Längsrichtung des Geräts ausgerichtet ist. En diesem Zustand können die Hauptanschlüsse 3 nicht in die gedruckte Leiterplatte 23 eingeführt und dort verlötet werden.
Die von der Oberseite des Gehäuses des Moduls herausgeführten Hauptanschlüsse sind in einer Linie angeordnet, und die Anschlußleiter werden aus einem leicht biegbaren Material hergestellt. Wenn dann das Modul mit der gedruckten Leiterplatte des Geräts und den Kühlrippen zum Aufbau eines Wechselrichtergeräts zusammengebaut werden soll, können selbst dann, wenn es das Design des Benutzers erfordert, daß das Modul und die gedruckte Leiterplatte des Geräts in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind, die Hauptstromkreisanschlüsse des Moduls direkt in die in der gedruckten Leiterplatte vorgesehenen Anschlußeinführungslöcher zur Verbindung eingeführt werden, indem die Hauptstromkreisanschlüsse des Moduls nach Maßgabe des Layouts so ausgebildet werden, daß die Richtung der Spitze der einzelnen Anschlüsse geändert wird.
Um dies zu erzielen, müssen die folgenden Vorgänge ausgeführt werden:

1. Die Hauptanschlüsse des Moduls sind aus Kupfer hergestellte Anschlußleiter. Diese Anschlußleiter sind mit Nickel, Lötmittel oder Gold überzogen, wodurch ein exaktes Verlöten der Kupferanschlußleiter, ein exaktes Verbinden der Drähte und ein guter Kontakt mit den Steckverbindern erzielt wird.
2. Die Spitze jedes Hauptanschlusses des Moduls ist L-förmig ausgebildet, und die Hauptanschlüsse werden für die Verbindung in die entsprechenden Anschlußeinführungslöcher eingeführt, die am Rand der gedruckten Leiterplatte vorgesehen sind, so daß die gedruckte Leiterplatte des Geräts senkrecht zum Leistungsmodul montiert wird. Diese Montagestruktur weist den folgenden Effekt auf, wenn das Gerät so ausgelegt ist, daß die Kühlrippen und das Modul an der Rückseite der Gehäuseeinheit angeordnet sind und die gedruckte Leiterplatte des Geräts in der Tiefenrichtung der Gehäuseeinheit und vor dem Modul angeordnet ist: Die gedruckte Leiterplatte kann senkrecht zu dem Modul montiert werden, indem die Hauptanschlüsse (Anschlußleiter) des Moduls, die L-förmig gebogen sind, in die entsprechenden Anschlußeinführungslöcher der gedruckten Leiterplatte eingepaßt und eingeführt werden.

Das heißt, das IPM 21 ist wie folgt aufgebaut: Die Hauptanschlüsse 3 sind genauer gesagt aus stift- oder plattenartigen Anschlußleitern gebildet, die aus flexiblen bzw. biegbarem Material (JIS C1100, C1020, C2600 oder C2680) hergestellt sind. Außerdem sind die Anschlüsse mit Nickel mit einer Filmdicke von 10 µm oder weniger, mit Lötmittel mit einer Filmdicke von 10 µm oder mit Gold (für den Goldüberzug wird ein Ni-Überzug mit Gold überzogen) mit einer Filmdicke von 2 µm oder weniger überzogen, so daß die Anschlüsse in geeigneter Weise mit dem Lötmittel benetzt und sauber mit den Verbindungsdrähten verbunden werden können.
Wenn dann das IPM 21 mit den Kühlrippen 25 und der gedruckten Leiterplatte des Geräts zusammengebaut werden soll, um ein Wechselrichtergerät zu bilden, werden die sich von der Oberseite des Gehäuses des IPM 21 aus vertikal erstreckenden Hauptanschlüsse 3 entsprechend der Position der mit dem Modul zu verbindenden gedruckten Leiterplatte 23 geformt (gebogen). Die Hauptanschlüsse 3 werden dann direkt in die in der gedruckten Leiterplatte 23 vorgesehenen entsprechenden Anschlußeinführungslöcher eingeführt und verlötet, um das Gerät aufzubauen.
Nun wird ein in Fig. 11 gezeigter Wechselrichter als Beispiel verwendet, der wie folgt aufgebaut ist: Die Kühlrippen 25 sind an der Rückseite der Gehäuseeinheit 24 angebracht, die Metallbasis des Moduls ist an dessen Vorderseite angeordnet, um das IPM 21 in dem Gehäuse zu montieren, und die gedruckte Leiterplatte 23 des Geräts ist zweigeteilt, so daß die resultierenden Substrate 23A und 238 in der Längsrichtung innerhalb des Gehäuses ausgerichtet sind und an den Hauptanschlüssen 3 des IPM 21 angebracht sind. Die Prozedur des Zusammenbaus eines solchen Wechselrichtergeräts wird unter Bezug auf die Fig. 10(a) und 10(b) beschrieben. Zuerst werden, wie in der vergrößerten Darstellung in Fig. 10(a) gezeigt, die Hauptanschlüsse 3 des IPM 21 jeweils L-förmig geformt (gebogen), so daß sich die Spitzen der einzelnen Anschlußleiter in der gleichen Richtung erstrecken. Andererseits werden Anschlußeinführungslöcher 33a entsprechend der Anordnung der Hauptanschlüsse 3 am Rand der gedruckten Leiterplatte 23A gebohrt und mit den Hauptanschlüssen 3 verbunden, so daß eine Reihe gebildet wird. Am Rand der mit den Steueranschlüssen 4 verbundenen gedruckten Leiterplatte 23B ist ein Steckverbinder 13 angebracht und mit den Steueranschlüssen (Pin-Anschlüssen) verbunden.
In diesem Fall werden die gedruckten Leiterplatten 23A und 23B in der folgenden Weise an dem IPM 21 montiert: die gedruckte Leiterplatte 23A wird gemäß Darstellung in der Figur senkrecht auf das EPM 21 gesetzt, und dis Hauptanschlüsse 3 des IPM 21 werden lateral in die am unteren Rand der gedruckten Leiterplatte 23A vorgesehenen Anschlußeinführungslöcher 33a eingeführt und dann mit einem Leitermuster auf der gedruckten Leiterplatte 23A verlötet. Andererseits wird der Steckverbinder 13 der gedruckten Leiterplatte 23B mit den Steueranschlüssen 4 ausgerichtet, die in einer transversalen Linie angeordnet sind, und wird dann so eingeschoben, daß die Steueranschlüsse 4 zum Anschluß in den Steckverbinder 13 eingeführt werden. Daher sind, wie in Fig. 10(b) gezeigt, die gedruckten Leiterplatten 23A und 23B senkrecht mit dem IPM 21 verbunden. Dann werden die Kühlrippen 25 mit der oben beschriebenen Schaltungsanordnung verbunden, und diese Gesamtanordnung wird in die Gehäuseeinheit 24 eingebaut, um das Wechselrichtergerät in Fig. 11 zu bilden. Auf diese Weise sind die gedruckten Leiterplatten 23A und 23B senkrecht mit dem IPM 21 verbunden und an ihm gehalten, um zu verhindern, daß die Oberseite des IPM 21 durch die gedruckte Leiterplatte abgeschirmt bzw. abgeblockt wird. Demzufolge wird mehr Wärme an die Oberseite des IPM abgestrahlt, und Störungen werden reduziert, die in der gedruckten Leiterplatte 23 entstehen und in das IPM 21 eindringen können.
Wie oben beschrieben, weist die erfindungsgemäße Konfiguration folgende Vorteile auf:

1. Die Größe und Dicke des Halbleiterbauteils kann reduziert werden, und der Verdrahtungsweg von den Hauptanschlüssen über die Leistungsschaltung und die Steuerschaltung zu den Steueranschlüssen kann minimiert werden. Dies bewahrt das Gerät vor einer Fehlfunktion aufgrund der Verdrahtungsinduktivität, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird.
2. Die gedruckte Leiterplatte der Steuerschaltung kann in einfacher Weise montiert und entfernt werden. Selbst wenn die Ergebnisse einer Zwischenüberprüfung während des Montageprozesses ergeben, daß irgendein IC defekt ist, kann die Steuerschaltung alleine entfernt und durch eine fehlerfreie ersetzt werden.
3. Nachdem das Halbleiterbauteil zusammengebaut worden ist, kann ein gelartiger Füllstoff in das gesamte Innere des Gehäuses, ohne daß er durch die gedruckte Leiterplatte der Steuerschaltung behindert wird, durch den zwischen dem Umhüllungsgehäuse und dem Steueranschlußblock verbleibenden Spalt eingespritzt werden, so daß er sich über dessen gesamte Breite verteilt.
4. Der Steueranschlußblock wird als unabhängige Komponente mit dem Umhüllungsgehäuse verbunden. Demzufolge können durch Verwendung des Umhüllungsgehäuses als gemeinsame Komponente und Anpassen der Länge und der Anordnung der Pin-Anschlüsse des Steueranschlußblocks nach Maßgabe der Benutzerspezifikation die individuellen Anforderungen des Kunden kostengünstig berücksichtigt und umgesetzt werden.
5. Das im Gehäusedeckel verbleibende Anschlußleiterloch wird größer gewählt als die Kontur des oberen Abschnitts des Steueranschlußblocks, wobei ein im Umfangsbereich der Steueranschlüsse gemäß Anspruch 5 ein Abschnitt mit Ausnehmung verbleibt. Daher können, wenn die Pin-Anschlüsse des Steueranschlußblocks in den auf die gedruckte Leiterplatte der Peripherieschaltung montierten Steckverbinder eingeführt werden, die Steueranschlüsse für die Verbindung zuverlässig in den Steckverbinder eingeführt werden, während eine ungewollte Störung zwischen dem Steckverbinder und dem Deckel verhindert wird.
6. Der Gehäusedeckel ist mit den Abstandshaltervorsprüngen auf seiner Unterseite versehen, so daß die Spitzen der Vorsprünge der gedruckten Leiterplatte der Steuerschaltung zugewandt sind. Demzufolge wird der Deckel, selbst wenn er aufgrund eines Wärmezyklus verzogen oder verbogen wird, sicher davor bewahrt, in Kontakt mit den an der gedruckten Leiterplatte angebrachten Verbindungsdrähten zu geraten oder sie zu quetschen. Außerdem ist zusätzlich zu diesen Vorsprüngen der Abschnitt mit der Vertiefung an der Oberseite des Deckels gebildet. Dies vermeidet eine ungewollte Interferenz mit elektronischen Komponenten, die auf der Rückseite der gedruckten Leiterplatte der Peripherieschaltung montiert sind, die an der Oberseite des Halbleiterbauteils montiert ist.
7. Der Steueranschlußblock ist mit den Führungsstiften versehen, welche die gedruckte Leiterplatte der Steuerschaltung in Position bringen. Daher können der Zusammenbau der gedruckten Leiterplatte und das anschließende Verlöten der Steueranschlüsse in geeigneter Weise erfolgen.
8. Die entgegengesetzten Enden des Steueranschlußblocks werden in die in dem Umhüllungsgehäuse gebildeten Ausnehmungen eingepaßt und dann mit Klebstoff mit ihnen verbunden. Die Klebstoffeinspritzlöcher sind in den Halteabschnitten des Anschlußblocks vorgesehen, welche sich an dessen jeweiligen Enden befinden. Außerdem ist der Klebstoff-Führungskanal in der Umfangsfläche jedes Halteabschnitts und in der Innenfläche jeder Ausnehmung im Umhüllungsgehäuse geöildet. Daher kann in dem vorübergehenden Montagezustand, in dem der Anschlußblock in das Umhüllungsgehäuse eingepaßt worden ist, für eine gute Verbindung Klebstoff über die gesamte Grenzfläche unter Verwendung einer Spenderoperation auf der Basis eines X-Y-Achsenroboters verteilt werden.
9. Die vorliegende Erfindung liefert ein Halbleiterbauteil zur Verwendung in einem Wechselrichtergerät, das durch Verbinden eines Halbleiterleistungsmoduls wie beispielsweise eines IPM mit Kühlrippen und einer gedruckten Leiterplatte des Geräts aufgebaut ist. Das Halbleiterbauteil wird durch Einführen der von der Oberseite des Gehäuses des Moduls herausgeführten Hauptanschlüsse in die entsprechenden Anschlußeinführungslöcher in der gedruckten Leiterplatte und deren Verlötung sowie durch Einführen der Steueranschlüsse in den an der gedruckten Leiterplatte vorgesehenen Steckverbinder zusammengebaut. Bei diesem Halbleiterbauteil setzen sich die Hauptanschlüsse des Moduls aus stift- oder plattenartigen Anschlußleitern zusammen, die aus flexiblem bzw. biegbarem Material hergestellt sind und in einer Linie angeordnet sind. Außerdem werden die Anschlußleiter entsprechend der Montageposition der gedruckten Leiterplatte des Geräts geformt, das mit dem Modul verbunden werden soll, und sie werden dann in die entsprechenden Anschlußeinführungslöcher in der gedruckten Leiterplatte eingeführt und verlötet. Dies vermeidet eine Begrenzung des Layouts des Moduls, der gedruckten Leiterplatte und der Kühlrippen, die in die Gehäuseeinheit eingebaut werden sollen, was beim Gerät gemäß dem Stand der Technik sonst der Fafl wäre. Außerdem kann selbst bei einem Layout, bei dem die gedruckte Leiterplatte des Geräts in einer anderen Richtung als das Modul angeordnet ist, die gedruckte Leiterplatte direkt in das Modul eingeführt und damit verlötet werden, indem die Hauptanschlüsse des Moduls abhängig von der Richtung der gedruckten Leiterplatte gebogen werden. Daher können individuelle Benutzeranforderungen erfüllt werden, ohne die Gehäusestruktur des Moduls zu ändern. Diese Anordnung erhöht die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauteils und fördert dessen einfache Montage.

Claims

1. Halbleiterbauteil mit einem Gehäuse, das sich aus einer Metallbasis (1) zur Wärmeabstrahlung, einem Umhüllungsgehäuse (2), das einstückig mit Anschlüssen ausgebildet ist und in das externe Anschlußleiter eines Hauptstromkreises einsatzgegossen sind, und einem Deckel (11) zusammensetzt, wobei
in das Gehäuse eine Leistungsschaltung (5) und eine Steuerschaltung (6) zweistöckig eingebaut und unter Verwendung eines gelartigen, eingespritzten Füllstoffs vergossen sind,
auf der Metallbasis die Leistungsschaltung (5) montiert ist, in der sich Leistungshalbleiterelemente (5b) befinden,
die Steuerschaltung oberhalb der Leistungsschaltung angeordnet ist und auf einer gedruckten Leiterplatte (8a) montierte Schaltungskomponenten (6b) aufweist, die Treiber-ICs für die Leistungshalbleiterelemente umfassen,
dadurch gekennzeichnet, daß
Anschlüsse (4) für den externen Anschluß für die Steuerschaltung als Pin-Artschlüsse in einen eine unabhängige Komponente bildenden Steueranschlußblock (9) einsatzgegossen sind,
der Steueranschlußblock so an dem Umhüllungsgehäuse befestigt ist, daß er sich über dessen Oberseite nahe bei der Mitte der Oberseite hinaus erstreckt, und
die gedruckte Leiterplatte der Steuerschaltung zwischen Anschlußleitern (4a), die von dem Steueranschlußblock heraus in das Innere des Umhüllungsgehäuses ragen, und Anschlußleitern (10a), die sich von einem in dem Umhüllungsgehäuse angeordneten Zwischenverbindungsanschlußblock (10) vertikal erstrecken, gehalten und angeschlossen ist, wobei die Leistungsschaltung und die Steuerschaltung über den Zwischenverbindungsanschlußblock miteinander verbunden sind.

2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ICs, die auf der gedruckten Leiterplatte (6a) der Steuerschaltung (6) befestigt sind, aus freiliegenden Chips gebildet sind.

3. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Layout der ICs, die auf der gedruckten Leiterplatte (6a) der Steuerschaltung (6) befestigt sind, der Anordnung der Leistungshalbleiterelemente (5b) in der Leistungsschaltung (5) entspricht.

4. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (4) für den externen Anschluß des Hauptstromkreises aus stift- oder plattenförmigen Anschlüsse gebildet sind und dicht beieinander an einer Seite des Umhüllungsgehäuses (2) gebildet sind und parallel zu dieser Anschlußanordnung der Steueranschlußblock (9) nahe bei der Mitte der Oberseite des Umhüllungsgehäuses angebracht ist, und die Steuerschaltung (6) in einem Bereich zwischen dem Steueranschlußblock und einer Seite des Umhüllungsgehäuses, die von der Anschlußanordnung abgewandt ist, angeordnet ist.

5. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußleiterschlitz (11a) in dem Gehäusedeckels (11) vorgesehen und größer als die Kontur des oberen Abschnitts des Steueranschlußblocks (9) ist.

6. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandshaltervorsprünge (11c) an der Unterseite des Gehäusedeckel (11) vorgesehen sind, wobei die Spitze jedes Vorsprungs der Oberseite der gedruckten Leiterplatte (6a) der Steuerschaltung (6) zugewandt ist.

7. Halbleiterbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshaltervorsprünge (11c) verteilt auf der Unterseite eines eine Vertiefung (11b) bildenden Abschnitts des Gehäusedeckels (11) vorgesehen sind.

8. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranschlußblock (9) mit Führungsstiften (9d) versehen ist, welche die gedruckte Leiterplatte (6a) der Steuerschaltung (6) positionieren und halten.

9. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Halteabschnitte (9a), die an jeweiligen Enden des Steueranschlußblocks (9) gebildet sind, in Ausnehmungsabschnitte (2a), die an einer Innenfläche des Umhüllungsgehäuses (2) des Gehäuses gebildet sind, eingesetzt und mittels Klebstoff mit ihnen verbunden sind.

10. Halbleiterbauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteabschnitte (9a) jeweils ein Klebstoffeinspritzloch (9a-1) aufweisen, das mit einer Öffnung zu dessen Oberseite hin versehen ist, und Klebstoff-Führungskanäle (9a-2) in der Wandfläche jedes Ausnehmungsabschnitts (2a) in dem Umhüllungsgehäuse (2) sowie in der Außenfläche jedes Trägerabschnitts des Steueranschlußblocks (9) gebildet sind, um durch das Klebstoffeinspritzloch eingespritzten Klebstoff zur Grenzfläche zwischen Halteabschnitt und Ausnehmungsabschnitt zu führen.

11. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Gerät durch Verbinden von Kühlrippen (25) und einer gedruckten Leiterplatte (23) des Geräts zusammengebaut ist, daß die Kühlrippen auf der Metallbasis (1) des Halbleiterbauteils angeordnet und Hauptanschlüsse (3) des Halbleiterbauteils in entsprechende Anschlußeinführungslöcher (33a) in der gedruckten Leiterplatte des Geräts eingeführt und dort verlötet sind, wobei die Steueranschlüsse in einen auf der gedruckten Leiterplatte befestigten Steckverbinder (13) eingeführt sind, und
die Hauptanschlüsse des Halbleiterbauteils aus stift- oder plattenartigen Anschlußleitern (29) gebildet sind, die aus flexiblem Material hergestellt und an der Oberseite des Gehäuses in einer Linie angeordnet sind, wobei die Anschlußleiter jeweils entsprechend einer Montageposition der gedruckten Leiterplatte des Geräts, die mit dem Halbleiterbauteil verbunden werden soll, gebildet ist, und die Spitze jedes Anschlußleiters in das entsprechende Anschlußeinführungsloch in der gedruckten Leiterplatte eingeführt und verlötet ist.

12. Halbleiterbauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptanschlüsse Anschlußleiter sind, die aus Kupfer hergestellt und mit Nickel, Lötmittel oder Gold überzogen sind.

13. Halbleiterbauteil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze jedes Hauptanschlusses (29) L-förmig gebildet ist und die Hauptanschlüsse für eine Verbindung lateral in die entsprechenden Anschlußeinführungslöcher (33a) eingeführt sind, wobei die Anschlußeinführungslöcher längs eines Randes der gedruckten Leiterplatte des Geräts so vorgesehen sind, daß die gedruckte Leiterplatte senkrecht zum Halbleiterbauteil montiert ist.