JP2002076255A - 電力用半導体装置 - Google Patents
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Abstract
速度による振動に耐える電力用半導体装置を得る。 【解決手段】 樹脂ケース1にインサートした主回路端
子2における外部接続側端2aを、樹脂ケース1の樹脂
面1aに対して平行となるように折り曲げた形状とし、
外部接続側端2aの内側表面2dにフランジ付きナット
7を当接させると共に、外部接続側端2aの外側表面2
cとその周囲の樹脂面1aとが同一平面となるように外
部接続側端2aを樹脂ケース1内に埋没させてその外側
表面2cだけを樹脂面1aより露出させ、フランジ付き
ナット7と共に樹脂ケース1と一体成形し、外部接続側
端2aとフランジ付きナット7の固定を強化する構成と
した。
Description
の電力用半導体装置に関し、特に外部導出される主回路
端子の構造に関するものである。
るIPM(インテリジェントパワーモジュール)として
の電力用半導体装置は、小型、コンパクト化が要求され
ると共に、温度、振動等、厳しい環境での長寿命、高信
頼性が要求される。従来技術による電力用半導体装置を
図11乃至図14により説明する。
2は樹脂ケース1にインサートされた主回路端子であ
り、2aは樹脂ケース1の外側面に露出した主回路端子
2の外部接続側端、2bは樹脂ケース1の内側面に露出
した主回路端子2の内部接続側端である。主回路端子2
は外部接続側端2aの部分が樹脂ケース1の外側露出面
である樹脂面1aとほぼ平行となるように略直角に折り
曲げられている。また、3は樹脂ケース1の底部を形成
する金属ベース板、4は樹脂製の蓋、5は後述する制御
基板11に装着された信号回路用コネクタであり、信号
回路端子6が配設されている。なお、主回路端子2の外
部接続側端2aにカッコで付した(P)、(N)は夫
々、正、負の入力を、(U)、(V)、(W)は3相
(U、V、W相)の出力を示す。
は、その成形時に予め形成されたナット挿入用の六角形
状の樹脂穴1bに挿入され、外部接続側端2aで覆われ
ている。なお、樹脂ケース1の底部を形成する金属ベー
ス板3には絶縁基板8が搭載され、絶縁基板8には電力
用半導体素子9が載置され、主回路端子2の内部接続側
端2bと電力用半導体素子9とはアルミワイヤ10で接
続されている。また、11は信号回路用コネクタ5が装
着された制御基板であり、制御部品12が搭載されると
共に、信号用中継端子13を介して電力用半導体素子9
と接続されている。そして、絶縁基板8、電力用半導体
素子9等はゲル状の封止樹脂14で封止されている。
る外部接続側端2aの構造の詳細とその組立方法を説明
する。図13において、樹脂ケース1に形成された樹脂
穴1bにナット7を落とし込んだ後、外部接続側端2a
がナット7に覆い被さるように、外部接続側端2aを、
その外側表面2cおよび内側表面2dが樹脂ケース1の
樹脂面1aと略平行となるように折り曲げ部2eで略直
角に折り曲げられる。この結果、内側表面2dは樹脂面
1aと略同一平面となるがこれらの間には若干の隙間が
生じる。なお、樹脂穴1bはその組み立て性を考慮して
ナット7の寸法よりも大きく形成され、樹脂穴1bに閉
じ込められたナット7と樹脂穴1bの内壁面間には隙間
Gが存在する。
示せず)を外部接続側端2aの外側表面2cに当接し、
ボルトを外部接続側端2aのボルト孔2fを介してナッ
ト7に螺合させ、バスバー(図示せず)を外部接続側端
2aに固定する。なお、前記ボルトは、ボルトサイズM
6に対し、例えば12N‐m等、比較的大きなトルクで
締付られる。そして、自動車への搭載時において、樹脂
ケース1には例えば20G等、比較的大きな加速度の振
動が加わる。
置は以上のように構成されており、大きなトルクにより
締め付けを行なった場合、ナット7の周囲に、即ち、樹
脂ケース1に形成された樹脂穴1bとの間に、隙間Gが
あるため、ナット7の角が樹脂穴1bの壁面に当たって
高い応力が発生し、樹脂ケース1が破壊することがある
という問題点があった。また、外部接続側端2aについ
ても、それを支持するのがその根元部である折り曲げ部
2eだけであるため、大きなトルクにより座屈して変形
するという問題点があった。さらに、長期間にわたって
受ける大きな加速度による振動に起因する疲労破壊によ
り、折り曲げ部2eから折れるという問題点があった。
とく、ナット7を、その外部接続側端2aの内側表面2
dとの当接面だけが露出するように樹脂ケース1と一体
成形し、ナット7と成形樹脂との間にクリアランスが生
じないタイプのものがあり、上記、樹脂ケース1が破壊
する問題点は解決できるが、外部接続側端2aはその折
り曲げ部2eより先端部が露出されており、上記座屈変
形の問題点および疲労破壊による折り曲げ部2eが折れ
る問題点は解決できない。
ためになされたものであり、大きなトルクによる締め付
け、および大きな加速度による振動に耐える主回路端子
を備えた電力用半導体装置を提供することを目的とす
る。
半導体装置は、樹脂封止した主回路端子における外部接
続側端を、封止樹脂の樹脂面に対して平行となるように
折り曲げた形状とし、前記外部接続側端の内側表面にナ
ットを当接させ、前記外部接続側端の外側表面に当接す
る外部接続導体を前記ナットに螺合するボルトで固定す
る電力用半導体装置において、前記外部接続側端の外側
表面とその周囲の前記樹脂面とが同一平面、若しくは前
記外側表面が前記樹脂面よりも若干突出するように前記
外部接続側端を前記封止樹脂の内部に埋没させて前記外
側表面を前記樹脂面より露出させ、前記ナットと共に一
体に成形したものである。
は、樹脂ケースにインサートした主回路端子における外
部接続側端を、前記樹脂ケースの前記主回路端子が突出
した樹脂面に対して平行となるように折り曲げた形状と
し、前記外部接続側端の内側表面にナットを当接させ、
前記外部接続側端の外側表面に当接する外部接続導体を
前記ナットに螺合するボルトで固定する電力用半導体装
置において、前記外部接続側端の外側表面とその周囲の
前記樹脂面とが同一平面、若しくは前記外側表面が前記
樹脂面よりも若干突出するように前記外部接続側端を前
記樹脂ケース内に埋没させて前記外側表面を前記樹脂面
より露出させ、前記ナットと共に前記樹脂ケースと一体
成形したものである。
は、第1の発明または第2の発明に係る電力用半導体装
置において、ナットがフランジを備えたフランジ付きナ
ットであり、そのフランジ面が主回路端子における外部
接続側端の内側表面に当接したものである。
は、第1の発明乃至第3の発明に係る電力用半導体装置
において、主回路端子の外部接続側端における折り曲げ
部半径を、その外側面で2mm以上とし、この折り曲げ
加工後にメッキしたものである。
は、第1の発明乃至第4の発明に係る電力用半導体装置
において、主回路端子の外部接続側端の外周の少なくと
も一部に、該外周より突出して樹脂内部へ折り曲げられ
たアンカー部を備えたものである。
は、第1の発明乃至第5の発明に係る電力用半導体装置
において、主回路端子の外部接続側端における外周端縁
の外側表面側にC面、傾斜面および段付部のうちの少な
くとも何れかが形成され、前記外周端縁の外側表面側が
樹脂で覆われているものである。
は、第1の発明乃至第6の発明に係る電力用半導体装置
において、主回路端子の外部接続側端が、その外側表面
における折り曲げ部を除く外周端縁近傍の少なくとも一
部を、前記外側表面よりも高く突起した樹脂で覆われて
いるものである。
形態1としての電力用半導体装置を図1乃至図4により
説明する。図中、従来例と同じ符号で示されたものは従
来例のそれと同一若しくは同等なものを示す。図1、2
において、1は樹脂ケース、2は樹脂ケース1にインサ
ートされた主回路端子であり、2aは樹脂ケース1の外
側面に露出した主回路端子2の外部接続側端、2bは樹
脂ケース1の内側面に露出した主回路端子2の内部接続
側端である。なお、外部接続側端2aは、その外側表面
2cが樹脂ケース1の外側露出面である樹脂面1aと同
一平面となり、その内側表面2dが樹脂面1aから埋没
するように略直角に折り曲げられている。また、3は樹
脂ケース1の底部を形成する金属ベース板、4は樹脂製
の蓋、5は後述する制御基板11に装着された信号回路
用コネクタであり、信号回路端子6が配設されている。
なお、主回路端子2の外部接続側端2aにカッコで付し
た(P)、(N)は夫々、正、負の入力を、(U)、
(V)、(W)は3相(U、V、W相)の出力を示す。
共に一体にインサートされたフランジ付きナットであ
り、フランジ部7aを備え、外部接続側端2aの内側表
面2dにフランジ部7aを当接させ、外部接続側端2a
で覆った状態で樹脂封止されている。
ベース板3には絶縁基板8が搭載され、絶縁基板8には
電力用半導体素子9が載置され、主回路端子2の内部接
続側端2bと電力用半導体素子9とはアルミワイヤ10
で接続されている。また、11は信号回路用コネクタ5
が装着された制御基板であり、制御部品12が搭載され
ると共に、信号用中継端子13を介して電力用半導体素
子9と接続されている。そして、絶縁基板8、電力用半
導体素子9等はゲル状の封止樹脂14で封止されてい
る。
外部接続側端2aの構造の詳細とその組立方法を説明す
る。図3において、外部接続側端2aは、その外側表面
2cが樹脂ケース1の外側露出面である樹脂面1aと同
一平面となり、その内側表面2dが樹脂面1aから埋没
するようにその折り曲げ部2eで略直角に折り曲げられ
ている。即ち、主回路端子2は、外部接続側端2aが折
り曲げ部2eで略直角に折り曲げられ、メッキ処理され
た後に樹脂ケース1にインサートされたものであり、外
部接続側端2aは、その外側表面2cを除き樹脂中に埋
没している。なお、2fは外部接続側端2aに形成され
た、後述のボルト16が挿入されるボルト孔である。
側端2aの内側表面2dにフランジ部7aを当接させ、
主回路端子2と共に樹脂ケース1に一体にインサートさ
れ、外部接続側端2aが覆い被さるように樹脂封止され
ている。
すごとく、外部接続導体であるバスバー15を外部接続
側端2aの外側表面2cに当接し、ボルト16を外部接
続側端2aのボルト孔2fを介してフランジ付きナット
7に螺合させ、バスバー15を外部接続側端2aに固定
する。なお、ボルト16は、ボルトサイズM6に対し、
例えば12N‐m等、比較的大きなトルクで締付られ
る。そして、自動車への搭載時において、樹脂ケース1
には例えば20G等、比較的大きな加速度の振動が加わ
る。
ス1と一体成形され、成形樹脂との間にクリアランスが
存在しないので、大きなトルクにより締め付けを行なっ
た場合でも、フランジ付きナット7の角部が前記樹脂面
に当たって高い応力が発生する恐れがなく、従って、樹
脂ケース1が破壊することがない。また、外部接続側端
2aの外側表面2cは樹脂ケース1における外側の樹脂
面1aと同一で、外部接続側端2aがバスバー15と接
触するための外側表面2c以外の表面を樹脂ケース1内
に埋没させて固定しているので、その支持部である外部
接続側端2aの折り曲げ部2eが前記大きなトルクによ
り座屈変形し難く、かつ、前記大きな加速度における振
動に起因する疲労破壊により、折り曲げ部2eが折れる
恐れがない。
一体成形されているために加工精度が高く、成形後の曲
げ加工が不要となるため安価であり、外部接続側端2a
の外側表面2dと周囲の樹脂面1aと同一面であるた
め、成形金型(図示せず)は形状が単純になり金型の加
工費用を削減できる。
にフランジ付きナット7を用い、そのフランジ部7aを
外部接続側端2aの内側表面2dに当接させたので、樹
脂ケース1との一体成形時に、外部接続側端2aの内側
表面2dに当接させたフランジ付きナット7で外側表面
2cを成形金型の内面に押圧するが、内側表面2dとは
比較的広い当接面を有するフランジ部7aが直接当接し
て押圧するので、前記一体成形時の樹脂圧による外部接
続側端2aの変形が少なく、外側表面2cに樹脂バリが
付着する恐れのないものが得られる。
しての電力用半導体装置は、図5に示すごとく、主回路
端子2における外部接続側端2aの折り曲げ部2eに対
して、その外側表面においてR2(半径2mm)以上の
折り曲げ加工を行った点が図1乃至図4に示した実施の
形態1と異なり、その他の構成は同一である。
端2aの折り曲げ部2eを比較的大きな半径による折り
曲げ加工してメッキ層(図示せず)を形成し、その後に
樹脂ケース1に一体成形したものであり、通常折れやす
い折り曲げ部2eにおける微細亀裂の発生を防止できる
と共に、前記メッキ層部分における微細亀裂の発生を防
止でき、耐食性に優れると共に、長期間の大きな加速度
での振動にも耐え得る高信頼性のものが得られる。
しての電力用半導体装置は、図6、図7に示すごとく、
外部接続側端2aの両側に突き出た突起を樹脂ケース1
の内部側に折り曲げたアンカー部2gを備え、これを樹
脂ケース1の樹脂内に埋設させた点が図1乃至図4に示
した実施の形態1と異なり、その他の構成は同一であ
る。
の樹脂内に埋設されたアンカー部2gを備え、そのアン
カー効果により樹脂ケース1に強固に固定されているの
で、その支持部である外部接続側端2aの折り曲げ部2
eが前記大きなトルクにより座屈変形し難く、この大き
なトルクでの締め付けに対する強度に優れると共に、前
記大きな加速度における振動に起因する疲労破壊により
折れる恐れがなく、高信頼性のものが得られる。
しての電力用半導体装置は、図8に示すごとく、外部接
続側端2aの外周端縁に段付部2hが形成された点が図
1乃至図4に示した実施の形態1と異なり、その他の構
成は同一である。
成形樹脂が回り込み、この樹脂で前記凹み部分が覆われ
ているので、外部接続側端2aの浮き上りを防止でき、
大きなトルクでの締め付けに対する強度に優れると共
に、前記大きな加速度における振動に起因する疲労破壊
により折れる恐れがなく、高信頼性のものが得られる。
電力用半導体装置においては、主回路端子2の外部接続
側端2aにおける外周端縁の外側表面2c側に段付部2
hが形成されたが、段付部2hの代りに、C面若しくは
傾斜面を形成しても、これらの形成面に成形樹脂が回り
込み、この樹脂で前記C面若しくは前記傾斜面覆われ、
同様な効果が得られる。
しての電力用半導体装置は、図9、図10に示すごと
く、外部接続側端2aの外側表面2cにおける折り曲げ
部2eと直交する両側が、外側表面2cよりも高く突起
した樹脂突起部1cで覆われている点が図1乃至図4に
示した実施の形態1と異なり、その他の構成は同一であ
る。
りも高く突起した樹脂突起部1cで押さえられているの
で、その浮き上りを防止でき、大きなトルクでの締め付
けに対する強度に優れ、大きな加速度での振動にも耐え
ることができる。さらに、樹脂突起部1cは隣合う主回
路端子2の間、例えば、P端子2a(P)とN端子2a
(N)との間の絶縁バリアとして機能する。従って、隣
合う主回路端子2の間を、必要な絶縁沿面距離を確保し
つつ近接させることが可能となり、インダクタンスを低
減できると共に、樹脂ケース1の小型、コンパクト化を
図れる。
施の形態1乃至実施の形態5としての電力用半導体装置
においては、外部接続側端2aを、樹脂ケース1と一体
成形されているために高い加工精度で、また、成形後の
曲げ加工が不要となるため安価に製造できる。
の樹脂面1aと外部接続側端2aの外側表面2cとが同
一平面であるため、金型の内面が比較的シンプルであ
り、金型の加工費用を削減でき、実施の形態5において
も、外部接続側端2aの外側表面2cより高く突起した
樹脂突起部1cが存在するが、樹脂突起部1cにおける
盛り上げた樹脂部分は精度を必要としないため、同様に
金型の加工費用を削減できる。
1乃至実施の形態5としての電力用半導体装置において
は、樹脂ケース1に主回路端子2と共に一体にインサー
トするナットとしてフランジ付きナット7を用い、外部
接続側端2aの内側表面2dにフランジ部7aを当接さ
せたが、フランジ付きナット7を用いたものに限定され
るものではなく、外部接続側端2aの肉厚が相応に厚
く、樹脂ケース1の成形時に、樹脂圧により外部接続側
端2aが変形して外側表面2cに樹脂バリが形成される
恐れがなければ、通常のナット(図示せず)を用いても
同様な効果が得られる。
1乃至実施の形態5としての電力用半導体装置は、樹脂
ケース1を備えたタイプのものであったが、樹脂ケース
1を備えたタイプのものに限定されるものではなく、金
属ベース板上の絶縁基板、および該絶縁基板に搭載され
た電力用半導体素子、主回路端子、制御部品、信号用中
継端子等を一体にトランスファー成形し、樹脂ケース1
を省略したタイプの電力用半導体装置にも適用して同様
な効果が得られる。
るので、以下に示すような効果を奏する。
に対して平行となるように折り曲げた形状を為す外部接
続側端およびその内側表面に当接させたナットを、前記
外部接続側端の外側表面とその周囲の前記樹脂面とが同
一平面、若しくは前記外側表面が前記樹脂面よりも若干
突出するように前記外部接続側端を樹脂内に埋没させて
その外側表面を前記樹脂面より露出させて一体に成形し
たので、前記外部接続側端と前記ナットとは周囲を前記
樹脂で固定され、大きなトルクでの締め付けに耐える高
信頼性の電力用半導体装置が得られると共に、前記外部
接続側端の外側表面とその周囲の樹脂面とが略同一平面
を為すために成形金型の形状が単純でその加工費用を削
減できる効果がある。
端子における、前記樹脂ケースの前記主回路端子が突出
した樹脂面に対して平行となるように折り曲げた形状を
為す外部接続側端およびその内側表面に当接させたナッ
トを、前記外部接続側端の外側表面とその周囲の前記樹
脂面とが同一平面、若しくは前記外側表面が前記樹脂面
よりも若干突出するように前記外部接続側端を前記樹脂
ケース内に埋没させてその外側表面を前記樹脂面より露
出させて一体に成形したので、前記外部接続側端と前記
ナットとは周囲を前記樹脂ケースで固定され、大きなト
ルクでの締め付けに耐える高信頼性の電力用半導体装置
が得られると共に、前記主回路端子が前記樹脂ケースと
一体成形され、成形後の曲げ加工も不要であるために、
高い加工精度のものが安価に得られる効果がある。
ランジ付きナットを用い、そのフランジ面を主回路端子
における外部接続側端の内側表面に当接させたので、電
力用半導体装置の樹脂成形時において、外部接続側端の
表側面を金型内壁により、裏側面を前記フランジ面によ
り挟圧されるが、標準のナットの端面よりも広い前記フ
ランジ面にて前記外部接続側端の内側表面を押圧するの
で、成形圧により前記外部接続側端が変形せず、その表
側面に樹脂バリが生じるのを防止できる効果がある。
折り曲げ部半径を、その外側面で2mm以上と大きく
し、この折り曲げ加工後にメッキ処理を行ったので、通
常折れやすい前記曲げ加工部分における微細亀裂の発生
をメッキ部分も含めて防止でき、長期間の大きな加速度
での振動にも耐え得る高信頼性のものが得られる効果が
ある。
の外周の少なくとも一部に、該外周より突出して樹脂内
部へ折り曲げられたアンカー部を備えたので、この樹脂
ケース内に樹脂封止された前記アンカー部により、前記
外部接続側端の固定が強固なものとなり、大きなトルク
での締め付けに対する強度に優れると共に、大きな加速
度での振動に耐えることができる効果がある。
外周端縁の外側表面側にC面、傾斜面および段付部のう
ちの少なくとも何れかが形成され、前記外周端縁の外側
表面側が樹脂で覆われているので、前記外部接続側端の
固定が強固なものとなり、大きなトルクでの締め付けに
対する強度に優れると共に、大きな加速度での振動に耐
えることができる効果がある。
が、その外側表面における折り曲げ部を除く外周端縁近
傍の少なくとも一部を、前記外側表面よりも高く突起し
た樹脂で覆われているので、該樹脂の突起部で押えるこ
とにより前記外部接続側端の浮き上りを防止でき、大き
なトルクでの締め付けに対する強度に優れると共に、大
きな加速度での振動に耐えることができ、かつ主端子間
の絶縁のための沿面距離を確保でき、その分、小型コン
パクト化を図れる効果がある。
装置の外観を示す斜視図である。
A断面を示す模式図である。
路端子部分を拡大した部分断面図である。
ルトにより締め付けた状態を示す断面図である。
装置における主回路端子部分を拡大した部分断面図であ
る。
装置における主回路端子部分を拡大した部分平面図であ
る。
断面を示す部分断面図である。
装置における主回路端子部分を拡大した部分断面図であ
る。
装置の外観を示す斜視図である。
−C断面図である。
示す斜視図である。
D−D断面を示す模式図である。
主回路端子部分を拡大した部分断面図である。
ける主回路端子部分を拡大した部分断面図である。
樹脂突起部、2 主回路端子、2a 外部接続側端、2
b 内部接続側端、2c 外側表面、2d 内側表面、
2e 折り曲げ部、2f ボルト孔、2g アンカー
部、2h 段付部、3 金属ベース板、4 蓋、5 信
号回路用コネクタ、6 信号回路端子、7フランジ付き
ナット、7a フランジ部、8 絶縁基板、9 電力用
半導体素子、10 アルミワイヤ、11 制御基板、1
2 制御部品、13 信号用中継端子、14 封止樹
脂、15 バスバー、16 ボルト
Claims (7)
- 【請求項1】 樹脂封止した主回路端子における外部接
続側端を、封止樹脂の樹脂面に対して平行となるように
折り曲げた形状とし、前記外部接続側端の内側表面にナ
ットを当接させ、前記外部接続側端の外側表面に当接す
る外部接続導体を前記ナットに螺合するボルトで固定す
る電力用半導体装置において、前記外部接続側端の外側
表面とその周囲の前記樹脂面とが同一平面、若しくは前
記外側表面が前記樹脂面よりも若干突出するように前記
外部接続側端を前記封止樹脂の内部に埋没させて前記外
側表面を前記樹脂面より露出させ、前記ナットと共に一
体に成形したことを特徴とする電力用半導体装置。 - 【請求項2】 樹脂ケースにインサートした主回路端子
における外部接続側端を、前記樹脂ケースの前記主回路
端子が突出した樹脂面に対して平行となるように折り曲
げた形状とし、前記外部接続側端の内側表面にナットを
当接させ、前記外部接続側端の外側表面に当接する外部
接続導体を前記ナットに螺合するボルトで固定する電力
用半導体装置において、前記外部接続側端の外側表面と
その周囲の前記樹脂面とが同一平面、若しくは前記外側
表面が前記樹脂面よりも若干突出するように前記外部接
続側端を前記樹脂ケース内に埋没させて前記外側表面を
前記樹脂面より露出させ、前記ナットと共に前記樹脂ケ
ースと一体成形したことを特徴とする電力用半導体装
置。 - 【請求項3】 ナットはフランジを備えたフランジ付き
ナットであり、そのフランジ面が主回路端子における外
部接続側端の内側表面に当接したことを特徴とする請求
項1または請求項2に記載の電力用半導体装置。 - 【請求項4】 主回路端子は、外部接続側端における折
り曲げ部半径を、その外側面で2mm以上とし、その折
り曲げ加工後にメッキしたことを特徴とする請求項1乃
至請求項3に記載の電力用半導体装置。 - 【請求項5】 主回路端子の外部接続側端は、その外周
の少なくとも一部に、該外周より突出して樹脂内部へ折
り曲げられたアンカー部を備えたことを特徴とする請求
項1乃至請求項4に記載の電力用半導体装置。 - 【請求項6】 主回路端子の外部接続側端は、その外周
端縁の外側表面側にC面、傾斜面および段付部のうちの
少なくとも何れかが形成され、前記外周端縁の外側表面
側が樹脂で覆われていることを特徴とする請求項1乃至
請求項5に記載の電力用半導体装置。 - 【請求項7】 主回路端子の外部接続側端は、その外側
表面における折り曲げ部を除く外周端縁近傍の少なくと
も一部が、前記外側表面よりも高く突起した樹脂で覆わ
れていることを特徴とする請求項1乃至請求項6に記載
の電力用半導体装置。
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