JP2001053220A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワーデバイスと、パワーデバイス用の駆動
回路および保護回路とを一つのケース内に備えた半導体
装置において、その制御用信号の端子がパワーボードと
の接続において嵌合ずれがなく、直接手で接触すること
がないようにすることを目的とする。 【解決手段】 パワーデバイスおよびパワーデバイス用
の駆動回路などを一つのケース内に備えた半導体装置で
あるＩＧＢＴインテリジェントパワーモジュール１にお
いて、内部の駆動回路などと接続される制御信号用の制
御端子部３をレセプタクルタイプのコネクタ構造とす
る。制御端子部３の端子はコネクタハウジング３ｂ内に
収容された形になるため、輸送中に荷重が加わって端子
が変形したりすることがないので、パワーボード４のコ
ネクタ５との接続において嵌合ずれを生じることがな
く、取扱中に内部の素子を静電気で破壊することがなく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特にパワーデバイス、駆動回路、保護回路などを一つの
パッケージに集積し、大電流を扱う主端子と制御信号を
扱う制御端子とを備えた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】汎用インバータ、無停電電源装置、工作
機械、産業用ロボットなどのパワーエレクトロニクス応
用装置では、パワーデバイスが使用されているが、この
パワーデバイスとしては、絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transis
tor）が主流になってきている。さらに、ＩＧＢＴに加
えてその駆動回路および保護回路を一つのモジュール内
に集積して高性能、高機能化したインテリジェントパワ
ーモジュールが実用化されている。
【０００３】このようなパワーモジュールは、複数のＩ
ＧＢＴチップを組み合わせたパワースイッチング回路
と、ＩＧＢＴを駆動する回路と、過電流保護、短絡保
護、加熱保護などの機能を備えた保護回路とをケース内
に実装し、これらの回路はケースの外に形成された各種
端子に接続されている。たとえば三相モータ駆動用に使
われるインテリジェントパワーモジュールでは、外部
に、直流電力入力用のＰおよびＮの端子台と、出力用の
Ｕ、Ｖ、Ｗの端子台と、ブレーキ用のＢの端子台と、制
御信号用の制御端子とを備えている。制御端子は、一端
がＩＧＢＴの駆動回路、保護回路などに接続された複数
のピンまたは板状のタブとこれらのピンまたはタブを保
持した絶縁性の端子ブロックとから構成され、端子ブロ
ックをケースに二次成形、接着、ねじ止めなどの方法に
より一体に形成されている。
【０００４】このようなインテリジェントパワーモジュ
ールをユーザが使用する場合、主回路については各端子
台にねじ止めすることによって装置への取り付けを行う
が、制御回路については、制御用集積回路などを実装し
たパワーボードを端子ブロックから出ているピンまたは
タブに直接はんだ付けしたり、あるいはパワーボードに
接続または装着されたコネクタに端子ブロックから出て
いるピンまたはタブを挿入することによって装置への取
り付けを行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置で
は、制御信号用の端子は半導体装置から突出した凸形状
をしているため、製造過程や製造後の輸送中に何らかの
荷重が加わって曲がったりすることがあるが、たとえば
ロボットによる自動実装では、端子のピッチなど寸法精
度が悪くなると、パワーボードのコネクタとの嵌合ずれ
が生じてコネクタなどを破壊することがある。また、制
御信号用の端子にコネクタを装着するときには、コネク
タを半導体装置から端子が突出している方向に移動させ
ることによって端子をコネクタに差し込まなければなら
ない。
【０００６】さらに、制御信号用の端子は半導体装置か
ら露出しているため、誤って手を触れてしまうことがあ
るが、場合によっては、静電気の作用により半導体装置
の内部の素子を破壊してしまうという問題点があった。
【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、パワーボードとの接続において嵌合ずれがな
く、直接手で触れることのない制御用信号の端子を備え
た半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では上記問題を解
決するために、パワーデバイスと、該パワーデバイス用
の駆動回路および保護回路とを一つのケース内に備えた
半導体装置において、前記駆動回路および保護回路から
前記ケースの外側へ導出される制御信号用の端子部を、
ピンまたはタブ形状の端子を受け入れるレセプタクルタ
イプのコネクタとしたことを特徴とする半導体装置が提
供される。
【０００９】このような半導体装置によれば、半導体装
置側の制御信号用の端子部がレセプタクルタイプのコネ
クタとしたことにより、内部の回路素子と直接接続され
る端子部がケースより突出したり露出していない。これ
により、端子部に輸送中に荷重が加わることがないた
め、端子部が変形することがなく、また、端子部に直接
手を触れることができないので、取扱中に半導体装置内
の素子を静電気で破壊されることもない。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、Ｉ
ＧＢＴインテリジェントパワーモジュールに適用した場
合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】図１はパワーモジュールとパワーボードと
の接続関係を示す斜視図である。ＩＧＢＴインテリジェ
ントパワーモジュール１は、そのケースの外周上面に、
主回路の外部端子として、直流電力入力用のＰおよびＮ
の端子台２ａ，２ｂと、出力用のＵ、Ｖ、Ｗの端子台２
ｃ，２ｄ，２ｅと、ブレーキ用のＢの端子台２ｆと、制
御信号用の制御端子部３とを備えている。
【００１２】この制御端子部３は、レセプタクルタイプ
のコネクタであり、外部からオス型の端子であるピンま
たはタブを受け入れるスリット状の開口部３ａを長手方
向に所定間隔を置いて複数個設けられたコネクタハウジ
ング３ｂと、このコネクタハウジング３ｂ内に開口部３
ａに対応してそれぞれ配置された端子群とによって端子
ブロックを構成している。コネクタハウジング３ｂは、
ＩＧＢＴインテリジェントパワーモジュール１のケース
と一体に形成されるか、ケースに二次成形するか、別体
に形成した端子ブロックを接着、ねじ止めなどの方法に
よりケースに固着される。
【００１３】制御端子部３の開口部３ａは、図示の例で
は、ＩＧＢＴインテリジェントパワーモジュール１の上
面および外側側面の２方向に開口しており、このコネク
タハウジング３ｂに対するオス型端子の挿抜方向を縦ま
たは横方向のいずれにも可能なようにしている。
【００１４】このＩＧＢＴインテリジェントパワーモジ
ュール１に対してパワーボード４を取り付ける場合、パ
ワーボード４に搭載されるコネクタ５はピンまたはタブ
タイプの端子を備えたものとなる。図示の例では、コネ
クタ５は複数のタブタイプの端子５ａを備えている。こ
のようなコネクタ５を制御端子部３に嵌合接続すること
によってパワーボード４をＩＧＢＴインテリジェントパ
ワーモジュール１に取り付けることになる。このとき、
パワーボード４は立てた状態でＩＧＢＴインテリジェン
トパワーモジュール１に接近させていき（矢印６）、ま
ず、パワーボード４のコネクタ５の端子５ａを制御端子
部３の側面の開口部３ａに挿入する。次いで、コネクタ
５の端子５ａを制御端子部３に挿入した状態で、その挿
入位置を支点にしてパワーボード４をＩＧＢＴインテリ
ジェントパワーモジュール１の方へ倒していく。パワー
ボード４が水平になるまで倒されると、次に、そのパワ
ーボード４を、コネクタ５の端子５ａが制御端子部３の
開口部３ａの縁部に当接するまで矢印６の方向に移動さ
せることにより、パワーボード４はＩＧＢＴインテリジ
ェントパワーモジュール１の上面に位置決めされること
になる。その後、そのパワーボード４を図示しないねじ
によって各端子台２ａ〜２ｆにねじ止めされることによ
り、パワーボード４のＩＧＢＴインテリジェントパワー
モジュール１への取り付けが完了する。このように、コ
ネクタ５がパワーボード４の取り付け面の側にある場合
には、コネクタ５を制御端子部３に取り付ける際に、コ
ネクタ５の端子５ａがパワーボード４によって隠れて見
えないが、コネクタ５の端子５ａの制御端子部３への嵌
合をパワーボード４を立てた状態で行うことができるた
め、嵌合ずれを起こすことなく確実かつ迅速に行うこと
が可能になる。
【００１５】また、パワーボード４を立てた状態で、コ
ネクタ５の端子５ａを上方から接近させて（矢印７）、
制御端子部３の開口部３ａへ挿入し、同様にして、その
挿入位置を支点にしてパワーボード４を傾動させるよう
にしてもよい。
【００１６】もちろん、ロボット組み立てのように、パ
ワーボード４とＩＧＢＴインテリジェントパワーモジュ
ール１との相対位置が正確である場合には、最初から、
パワーボード４を水平状態に保持した状態でコネクタ５
の端子５ａを制御端子部３に直接挿入するようにしても
よい。
【００１７】図２は制御端子部の一部を拡大して示した
側面図である。制御端子部３は、そのコネクタハウジン
グ３ｂの側面および上面にスリット状の開口部３ｃ，３
ｄが開口している。各開口部３ｃ，３ｄは、コネクタ５
の端子５ａの厚さ寸法よりも大きな寸法の開口幅を有
し、開口端近傍は奥に行くほど狭小となるようにテーパ
が付けられていている。コネクタ５の端子５ａが挿入さ
れる各開口部３ｃ，３ｄの空間には、互いに対向して配
置された２枚の接触板３ｅ，３ｆが配置されている。各
接触板３ｅ，３ｆは、好ましくは１枚の金属板をコ字状
に折り曲げることによって形成され、向き合う面にはそ
れぞれ内側に突出した隆起部３ｇ，３ｈが形成されてい
る。
【００１８】ここで、コネクタ５の端子５ａが制御端子
部３に縦または横方向から押し込まれると、端子５ａは
接触板３ｅ，３ｆの隆起部３ｇ，３ｈと摺動しながら挿
入される。これにより、挿入された端子５ａは接触板３
ｅ，３ｆの隆起部３ｇ，３ｈによって挾持状態に保持さ
れ、コネクタ５と制御端子部３との機械的および電気的
な接続が行われる。
【００１９】図３はパワーモジュールの内部構成例を示
す断面図である。ここに例示したＩＧＢＴインテリジェ
ントパワーモジュール１は、金属ベース１１の上にセラ
ミック基板１２が固着されており、そのセラミック基板
１２の上面に複数のＩＧＢＴチップ、フリーホイーリン
グダイオードチップなどが銅の回路パターンを介して搭
載されている。たとえばＩＧＢＴチップにおけるコレク
タおよびエミッタなどの主回路電極は、導電性の端子部
１３によってたとえば端子台２ｅに接続され、端子部１
４によってたとえば端子台２ａに接続されている。これ
らの端子部１３，１４は、好ましくは、端子台２ｅ，２
ａと一体に形成されている。
【００２０】金属ベース１１の辺縁上に設けられたケー
ス１５は、端子台２ｅ，２ａ側の端子部１３，１４を保
持するとともに、中に接触板が並置された端子ブロック
１６を保持している。この例では、端子ブロック１６を
ケース１５に二次成形するかまたは別体に形成した端子
ブロック１６をたとえば接着剤によりケース１５に固着
している。
【００２１】端子ブロック１６は、接触板１７とこの接
触板１７と一体に形成された端子部１７ａとを保持して
いる。端子部１７ａは、その先端部がケース１５の内部
にて上方に突出している。また、ケース１５の内部にお
いて、端子部１８を保持している端子保持部１９がケー
ス１５に固定されている。端子部１８の一端は、セラミ
ック基板１２に搭載されたたとえばＩＧＢＴチップにお
けるゲートなどの制御電極や過電流検出または温度検出
用の電極などに接続されている。さらに、端子部１８の
他端と端子ブロック１６に保持された端子部１７ａと
は、プリント基板２０にはんだ付けされている。このプ
リント基板２０は、たとえば、端子ブロック１６からの
端子部１７ａとのインタフェース回路、ＩＧＢＴチップ
のドライブ回路、保護回路などの集積回路を搭載してい
る。
【００２２】なお、プリント基板２０の機能に相当する
回路が、セラミック基板１２上に搭載されている場合に
は、端子ブロック１６からの端子部１７ａは、直接、セ
ラミック基板１２上のチップに接続するように構成され
る。
【００２３】図４は端子ブロックの別の構成例を示す断
面図である。端子ブロック１６は、その下端部に開口部
２１を有し、その開口部２１を介して接触板１７および
端子部１７ａを挿入し、スリット状の開口部３ｃ，３ｄ
と通じている中空部に圧入することによって組み立てら
れる。接触板１７および端子部１７ａの装着後は、開口
部２１は蓋２２によって閉止され、端子ブロック１６に
おける接触板１７および端子部１７ａの装着空間部とケ
ース１５の内部とが遮断される。これにより、ケース１
５の内部にシリコーンゲルあるいはエポキシ樹脂を充填
する場合、シリコーンゲルあるいは硬化前のエポキシ樹
脂が端子ブロック１６の内部に浸入することがなくな
り、接触板１７がシリコーンゲルあるいはエポキシ樹脂
によって接触不良になることを防止することができる。
【００２４】図５は別の制御端子部を備えたパワーモジ
ュールの概観斜視図である。ここに例示したＩＧＢＴイ
ンテリジェントパワーモジュール１ａによれば、その制
御端子部３は、オス型コネクタの端子を挿入するための
スリット状の開口部２３がコネクタハウジングの両側面
および上面の３方に設けられている。
【００２５】これにより、たとえばパワーボードに搭載
されたコネクタの端子をＩＧＢＴインテリジェントパワ
ーモジュール１ａに取り付ける場合、制御端子部３に対
してコネクタの端子を、矢印２４で示す上方向から、矢
印２５で示す横方向外側から、または矢印２６で示す横
方向内側から挿入することができる。もちろん、コネク
タの端子の挿入方向は、これら直角の３方向だけではな
く、斜めに挿入するようにしてもよい。これにより、コ
ネクタ嵌合時の挿入方向の自由度を高めることができ
る。
【００２６】図６はさらに別の制御端子部を備えたパワ
ーモジュールの部分平面図である。ここに例示したＩＧ
ＢＴインテリジェントパワーモジュール１ｂによれば、
その制御端子部３は、外部からオス型の端子であるピン
を受け入れるための矩形の開口部２７を長手方向に所定
間隔を置いて複数個備えているレセプタクルタイプのコ
ネクタである。各開口部２７の奥には、挿入された角ピ
ン形状の端子との電気的な接触を行う接触部材が収容さ
れている。
【００２７】したがって、この制御端子部３において
も、ＩＧＢＴインテリジェントパワーモジュール１ｂの
内部回路と接続された信号端子部は、外部に露出するこ
とがないので、輸送中に変形したり、取り扱い時に誤っ
て触れることにより内部の回路素子が静電破壊される危
険性もない。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、主回
路端子とともに制御端子部を備えるモジュールにおい
て、制御端子部をレセプタクルタイプのコネクタとする
構成にした。これにより、ピンなどの端子が突出してい
ないので、外形がコンパクトになり、製品を梱包する場
合に安全かつ小スペースに収納することができる。ま
た、制御端子部の端子がケーシング内に収納されていて
変形されることがないので、ロボットによる自動実装な
ど組み立てが容易になる。さらに、オス型の端子である
ピンまたはタブタイプの端子を受け入れる開口部を２方
向または３方向にスリット状に設けることにより、挿入
角度のずれを吸収できたり、嵌合の方向性を自由に設定
できるなど、組み立ての自由度を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パワーモジュールとパワーボードとの接続関係
を示す斜視図である。
【図２】制御端子部の一部を拡大して示した側面図であ
る。
【図３】パワーモジュールの内部構成例を示す断面図で
ある。
【図４】端子ブロックの別の構成例を示す断面図であ
る。
【図５】別の制御端子部を備えたパワーモジュールの概
観斜視図である。
【図６】さらに別の制御端子部を備えたパワーモジュー
ルの部分平面図である。
【符号の説明】
１ ＩＧＢＴインテリジェントパワーモジュール ２ａ〜２ｆ 端子台 ３ 制御端子部 ３ａ 開口部 ３ｂ コネクタハウジング ３ｃ，３ｄ 開口部 ３ｅ，３ｆ 接触板 ３ｇ，３ｈ 隆起部 ４ パワーボード ５ コネクタ ５ａ 端子 １１ 金属ベース １２ セラミック基板 １３，１４ 端子部 １５ ケース １６ 端子ブロック １７ 接触板 １７ａ 端子部 １８ 端子部 １９ 端子保持部 ２０ プリント基板 ２１ 開口部 ２２ 蓋 ２３ 開口部 ２７ 開口部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パワーデバイスと、該パワーデバイス用
    の駆動回路および保護回路とを一つのケース内に備えた
    半導体装置において、 前記駆動回路および保護回路から前記ケースの外側へ導
    出される制御信号用の端子部を、ピンまたはタブ形状の
    端子を受け入れるレセプタクルタイプのコネクタとした
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記レセプタクルタイプのコネクタは、
    前記端子部を収容するハウジングが前記ケースに一体に
    形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体
    装置。
  3. 【請求項３】 前記レセプタクルタイプのコネクタは、
    前記駆動回路および保護回路からの接続端子部および前
    記ピンまたはタブ形状の端子との接触部からなる前記端
    子部を保持した端子ブロックを有し、該端子ブロックを
    前記ケースに二次成形、接着またはねじ止めにより固着
    してなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記端子ブロックは、前記駆動回路およ
    び保護回路との接続を行う前記接続端子部と前記ピンま
    たはタブ形状の端子が接触される前記接触部との間を閉
    止して前記ケース内の流体が前記接触部に浸出しないよ
    うにしたことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記レセプタクルタイプのコネクタは、
    前記ピンまたはタブ形状の端子を１方向からのみ挿入す
    るよう設けられた開口部を備えていることを特徴とする
    請求項１記載の半導体装置。
  6. 【請求項６】 前記レセプタクルタイプのコネクタは、
    前記ピンまたはタブ形状の端子を上面および片側面側か
    ら挿入できるスリット状の開口部を備えていることを特
    徴とする請求項１記載の半導体装置。
  7. 【請求項７】 前記レセプタクルタイプのコネクタは、
    前記ピンまたはタブ形状の端子を上面および両側面側か
    ら挿入できるスリット状の開口部を備えていることを特
    徴とする請求項１記載の半導体装置。
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