JP2003218317A - Semiconductor power conversion device - Google Patents

Semiconductor power conversion device

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JP2003218317A
JP2003218317A JP2002010302A JP2002010302A JP2003218317A JP 2003218317 A JP2003218317 A JP 2003218317A JP 2002010302 A JP2002010302 A JP 2002010302A JP 2002010302 A JP2002010302 A JP 2002010302A JP 2003218317 A JP2003218317 A JP 2003218317A
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control board
control
conversion device
power conversion
board
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Japanese (ja)
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Daisuke Kawase
大助 川瀬
Kazuo Usami
和男 宇佐美
Akira Bando
阪東  明
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively provide a small and highly reliable semiconductor power conversion device having an excellent function. <P>SOLUTION: In the semiconductor power conversion device, two control substrates 109a and 109b are electrically connected by a flexible substrate 110, they are bent and are separately arranged above and below in a case 106. The two control substrates 109a and 109b are made into one continuous substrate at first. They are electrically connected by the flexible substrate 110. Necessary electronic parts are mounted on it and they are divided and separated. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、モジュール化され
た半導体装置に係り、特に制御回路も含めてモジュール
化した半導体電力変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a modularized semiconductor device, and more particularly to a modularized semiconductor power conversion device including a control circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体スイッチング素子を内蔵さ
せモジュール化した半導体電力変換装置は、MOSFE
Tなどパワースイッチング素子の高性能化と家電品のイ
ンバータ化に伴って用途が広がり、高機能化と低価格化
が強く要求されるようになっている。
2. Description of the Related Art In recent years, a semiconductor power conversion device having a built-in semiconductor switching element and modularized has been known as a MOSFE device.
With the high performance of power switching elements such as T and the conversion of home appliances into inverters, their applications have expanded, and there has been a strong demand for higher functionality and lower prices.

【0003】特に、高機能化についての要求は年々高ま
るばかりで、近時は半導体スイッチング素子を内蔵した
パワー半導体モジュールにとどまらず、これに制御回路
を内蔵したIPM(Inteligent Power Module)や、更に
はマイコンまで含む制御回路を内蔵した半導体電力変換
装置へと高機能化が進んでいる。
In particular, the demand for higher functionality is increasing year by year. Recently, not only power semiconductor modules having semiconductor switching elements built therein but also IPMs (Inteligent Power Modules) having control circuits built therein, and further, Higher functionality is being advanced to semiconductor power converters with built-in control circuits including even microcomputers.

【0004】ところで、このような半導体電力変換装置
の場合、半導体スイッチング素子が搭載されているパワ
ー回路部分は、半導体スイッチング素子の発熱量の多さ
を考慮し、通常、高熱伝導性の金属などからなる金属基
板と、高熱伝導性且つ高電気絶縁性の材料からなる絶縁
基板と、パターンが形成された電気回路とで構成される
のが一般的である。
In the case of such a semiconductor power conversion device, the power circuit portion on which the semiconductor switching element is mounted is usually made of a metal having a high thermal conductivity in consideration of a large amount of heat generated by the semiconductor switching element. In general, it is composed of a metal substrate, an insulating substrate made of a material having high thermal conductivity and high electric insulation, and an electric circuit having a pattern formed thereon.

【0005】このとき、発熱量の大きな中容量から大容
量の製品では、絶縁基板として、高価ではあるが、熱伝
導率の高いセラミックスが主として用いられ、他方、比
較的小容量の製品では、熱伝導率は小さいが安価な合成
樹脂が用いられている。
At this time, ceramics, which are expensive but have high thermal conductivity, are mainly used as an insulating substrate in products having a large amount of heat and medium to large capacity. An inexpensive synthetic resin having a low conductivity is used.

【0006】一方、制御回路部分は、主に信号処理や制
御処理に必要な小電力を扱うだけなので、安価で且つ多
層配線が容易に形成できる多層ガラスエポキシ基板が用
いられることが多い。
On the other hand, since the control circuit portion mainly handles a small amount of electric power required for signal processing and control processing, a multi-layer glass epoxy substrate which is inexpensive and can easily form multi-layer wiring is often used.

【0007】また、このような近年での高機能化要求に
伴い、パワー回路部分に対して、制御回路部分の面積が
相対的に大きくなっているが、一方、このような制御回
路部分の大面積化に相反して、設置面積の小型化が要求
され、このことは、特に車両用など設置場所が限られて
いる用途で顕著である。
With the recent demand for higher functionality, the area of the control circuit portion is relatively larger than that of the power circuit portion. On the other hand, the size of such control circuit portion is large. Contrary to the increase in the area, it is required to reduce the installation area, which is remarkable especially in applications where the installation place is limited such as for vehicles.

【0008】ここで、図8は、従来技術による半導体電
力変換装置モジュールの一例を示したもので、このモジ
ュールは、図示のように、金属基板となる放熱板101
をアルミニウム製にし、絶縁基板として樹脂絶縁層10
2を用いたもので、この樹脂絶縁層102の表面に導体
パターンによる電気回路103を設け、この電気回路1
03上に、熱拡散板802を介して、MOSFETなど
のパワー半導体素子104が半田接合されているもので
ある。
Here, FIG. 8 shows an example of a semiconductor power conversion device module according to the prior art. As shown in the figure, this module is a heat sink 101 which is a metal substrate.
Is made of aluminum, and the resin insulation layer 10
2 is used, and an electric circuit 103 having a conductor pattern is provided on the surface of the resin insulating layer 102.
03, a power semiconductor element 104 such as a MOSFET is solder-bonded to the upper surface of the power supply terminal 03 via a heat diffusion plate 802.

【0009】この図8のモジュールの場合、電気回路1
03を形成している導体パターンの厚さは70μm程度
が一般的であり、熱拡散板802の厚さは、熱拡散の効
果を考慮して0.7〜1.2mm程度である。そして、電
気回路103には金属細線105による接続が施され、
更にケース106に設けた外部接続端子108に対する
配線が施される。
In the case of the module of FIG. 8, an electric circuit 1
The thickness of the conductor pattern forming No. 03 is generally about 70 μm, and the thickness of the heat diffusion plate 802 is about 0.7 to 1.2 mm in consideration of the effect of heat diffusion. Then, the electric circuit 103 is connected by the thin metal wire 105,
Further, wiring is provided to the external connection terminal 108 provided on the case 106.

【0010】一方、制御基板109はガラスエポキシ製
の多層基板で形成されているが、ここで、制御基板が2
枚の制御基板109a、109bに分けられているの
は、設置面積を小さくするためであり、そして、まず制
御基板109bは、樹脂絶縁層102上に接着剤等によ
り接合され、半導体スイッチング素子104と制御基板
109bは金属細線105で電気的に接合される。
On the other hand, the control board 109 is formed of a glass epoxy multi-layer board.
The control boards 109a and 109b are divided into two pieces for the purpose of reducing the installation area. First, the control board 109b is bonded to the resin insulating layer 102 with an adhesive or the like, and is connected to the semiconductor switching element 104. The control board 109b is electrically joined by the thin metal wires 105.

【0011】また、制御基板109bには、インサート
形成によりケース106に埋込み係止された内部端子8
01の一方の端部が半田付けされ、その他方の端部に制
御基板109aが半田付けされることにより、相互に電
気的に接合される。
The control board 109b has an internal terminal 8 embedded and locked in the case 106 by insert formation.
One end of 01 is soldered and the other end is soldered to the control board 109a, so that they are electrically connected to each other.

【0012】そして、ケース106の内部に柔らかいゲ
ル状の樹脂107を注入して充満させた後、比較的硬い
樹脂112によりケース106を封止する。ここで、柔
らかい樹脂を用いられているのは、中にある半導体スイ
ッチング素子や金属細線、端子などにケース106の熱
変形などによる応力が加わるのを避けるためであり、柔
らかい樹脂107には、主にシリコンゲルが用いられ
る。
Then, a soft gel resin 107 is injected into the case 106 to fill it, and then the case 106 is sealed with a relatively hard resin 112. Here, the reason why the soft resin is used is to avoid applying a stress due to thermal deformation of the case 106 to the semiconductor switching element, the thin metal wire, the terminal, etc. inside, and the soft resin 107 is mainly used. Silicon gel is used for.

【0013】一方、硬い樹脂112には主にエポキシ樹
脂が用いられるが、ここで、硬い樹脂が用いられるの
は、この硬い樹脂112により、ケース106のフタが
形成されるようにするためである。
On the other hand, an epoxy resin is mainly used as the hard resin 112. Here, the hard resin is used because the lid of the case 106 is formed by the hard resin 112. .

【0014】ここで、半導体スイッチング素子104の
下部に熱拡散板802が設けてあるのは、この半導体ス
イッチング素子104の発熱を考慮したためで、半導体
スイッチング素子の放熱が不充分であると、許容温度の
保持が困難になり、場合によっては動作不良の原因とな
るからである。
Here, the reason why the heat diffusion plate 802 is provided below the semiconductor switching element 104 is because the heat generation of the semiconductor switching element 104 is taken into consideration. Is difficult to hold, which may cause malfunction.

【0015】また、制御基板が2枚に分けられているの
は、モジュールの設置面積を小さくするためで、これ
は、上記したように、半導体電力変換装置の高機能化に
伴い、パワー回路部分に対して制御回路部分の面積が相
対的に大きくなっていることに対応するためである。
Further, the reason why the control board is divided into two is to reduce the installation area of the module. This is because the power circuit portion is improved as the function of the semiconductor power converter becomes higher as described above. This is because it corresponds to the fact that the area of the control circuit portion is relatively large.

【0016】ここで、これらの制御基板109a、10
9bは、主に多層ガラスエポキシ基板で構成されるが、
このとき、設置面積を小さくするためには、搭載部品の
発熱量が小さい制御基板の一部又は全部を、金属基板と
なる放熱板101から空間的に離してパワー回路部分の
上部に設置することが有効である。
Here, these control boards 109a, 10
9b is mainly composed of a multilayer glass epoxy substrate,
At this time, in order to reduce the installation area, a part or the whole of the control board where the amount of heat generated by the mounted components is small should be installed spatially apart from the heat dissipation plate 101, which is a metal board, on the power circuit part. Is effective.

【0017】また、マイコン等の電子部品は、半導体ス
イッチング素子と比較して、一般に許容動作温度が低い
ので、半導体スイッチング素子の発熱により温度が高く
なる金属基板から空間的に離すことは、誤動作を防ぎ、
高信頼性を得るために都合がよい。
Further, since electronic components such as microcomputers generally have a lower allowable operating temperature than semiconductor switching elements, spatially separating from a metal substrate whose temperature rises due to heat generation of the semiconductor switching elements causes malfunction. Prevent
It is convenient for high reliability.

【0018】ここで、この図8に示すモジュールでは、
上記したように、内部端子801がケース106に機械
的に係止されているので、使用時の振動、熱揺さぶりに
よる樹脂の熱変形等より、制御基板の半田付け部に応力
が生じるので、これを緩和する必要がある。
Here, in the module shown in FIG.
As described above, since the internal terminal 801 is mechanically locked to the case 106, stress is generated in the soldered portion of the control board due to vibration during use, thermal deformation of the resin due to thermal agitation, etc. Need to be relaxed.

【0019】そこで、このモジュールでは、内部端子8
01にベンド(曲げ部)を形成させ、これにより、上下2
枚に分けた制御基板109a、109bの接続部(半田
付け部)に応力が掛からないようにしてある。
Therefore, in this module, the internal terminal 8
Bend (bending part) is formed on 01, and by this, upper and lower 2
No stress is applied to the connecting portions (soldering portions) of the control boards 109a and 109b divided into the sheets.

【0020】半田付け部に掛かる応力が大きいと半田付
け部が断線し、スイッチング素子が動作不良を起す虞れ
があり、場合によっては破壊の原因にもなり、従って、
内部端子により制御基板を接続する場合には、半田付け
部に発生する歪みを軽減するため、ベンドは必須であ
る。
If the stress applied to the soldering portion is large, the soldering portion may be broken, which may cause malfunction of the switching element, which may cause damage in some cases.
When the control board is connected by the internal terminals, the bend is essential in order to reduce the distortion generated in the soldered portion.

【0021】ところで、このようにベンドを設けた内部
端子によれば、半田接合部の高信頼性は得られるが、反
面、複雑なベンド形状が必要なため高価になることが問
題である。
By the way, according to the internal terminal provided with the bend as described above, a high reliability of the solder joint can be obtained, but on the other hand, there is a problem that the complicated bend shape is required and the cost becomes high.

【0022】また、このような内部端子でも、ロボット
を用いた制御基板の自動組立は可能であるが、しかし、
制御基板を2枚に分けない場合、つまり設置面積が大き
くなっている場合と比較して半田接合の回数が増えてし
まうので、この点でも高価になる問題がある。
Further, even with such an internal terminal, the control board can be automatically assembled using a robot, but
Since the number of times of solder joining is increased as compared with the case where the control board is not divided into two, that is, the case where the installation area is large, there is a problem in that it is also expensive in this respect.

【0023】そこで、2枚の制御基板の接続にコネクタ
を用いるようにしたモジュールが知られており、その一
例について、図9により説明すると、このモジュールで
は、まず、一方の制御基板109aに、電子部品と同時
に雄コネクタ901aを半田付けし、他方の制御基板1
09bには、同様に電子部品と同時に雌コネクタ901
bを半田付けする。
Therefore, a module is known in which a connector is used to connect two control boards, and an example thereof will be described with reference to FIG. 9. In this module, first, one control board 109a is provided with an electronic signal. The male connector 901a is soldered at the same time as the parts, and the other control board 1
Similarly, the female connector 901 and the electronic component
Solder b.

【0024】そして、制御基板109bを樹脂絶縁層1
02上に接着後、雄コネクタ901aが雌コネクタ90
1bに挿入されるようにして、制御基板109bの上に
制御基板109aを位置決めすることにより、制御基板
同士の電気的な接続が得られるようにするのである。
Then, the control board 109b is connected to the resin insulation layer 1
02, the male connector 901a is replaced by the female connector 90.
By positioning the control board 109a on the control board 109b so that the control boards 109a and 1b are inserted, electrical connection between the control boards can be obtained.

【0025】この図9に示したモジュールの場合、コネ
クタが電子部品と同時に半田付けできるので、図8のモ
ジュールと比較して半田付けの回数が少なくなり、安価
にできるという利点がある反面、コネクタによっては振
動、熱変形により生じる半田部の応力が緩和される働き
が得られないので、信頼性の点で問題がある。
In the case of the module shown in FIG. 9, the connector can be soldered at the same time as the electronic parts, so that the number of times of soldering can be reduced and the cost can be reduced as compared with the module of FIG. In some cases, the function of relieving the stress of the solder portion caused by vibration or thermal deformation cannot be obtained, so there is a problem in terms of reliability.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、半導
体電力変換装置は、発熱の大きい半導体スイッチング素
子を含むパワー回路部と、制御、信号等の小信号を扱う
制御回路部からなっている。そこで、設置面積を小さく
するため、上記従来技術では、制御回路部の一部又は全
部を金属基板から空間的に離している。
As described above, the semiconductor power converter comprises a power circuit section including a semiconductor switching element that generates a large amount of heat and a control circuit section that handles small signals such as control and signals. Therefore, in order to reduce the installation area, in the above conventional technique, a part or all of the control circuit unit is spatially separated from the metal substrate.

【0027】このため、高信頼性の半導体電力変換装置
を得るためには、半導体スイッチング素子の放熱と半田
付け部の応力の緩和が必要で、それを安価に提供するた
めには、加工プロセスの簡略化、特に半田付けの回数を
極力減らす必要があるが、上記従来技術では、これらの
要件が満たせなかった。
Therefore, in order to obtain a highly reliable semiconductor power conversion device, it is necessary to dissipate heat from the semiconductor switching element and to relieve stress in the soldering portion. It is necessary to simplify, especially reduce the number of times of soldering as much as possible, but these requirements cannot be satisfied by the above-mentioned conventional technology.

【0028】ところで、モジュールの設置面積を小さく
し、且つ制御基板の半田付け部の応力を緩和する方法と
して、図10に示すように、フラットケーブルを用いる
方法があり、これは特に信頼性が要求される自動車の電
装品に用いられているものであるが、図示のように、両
面実装された多層ガラスエポキシ基板からなる制御基板
109a、109b間をフラットケーブル1002で接
続したものである。
By the way, as a method of reducing the installation area of the module and relaxing the stress of the soldered portion of the control board, there is a method of using a flat cable as shown in FIG. 10, which requires particularly reliability. As shown in the figure, the control board 109a, 109b made of a double-sided multi-layer glass epoxy board is connected by a flat cable 1002.

【0029】ここで、この図10では、制御基板109
a、109b上に実装されている電子部品は省略してあ
り、全体は金属製のケース1001内に固定して収納さ
れ、モジュール化され、外部との電気的な接続は、ガラ
スエポキシ基板からなる制御基板109b上に半田付け
したコネクタ111を用い、これの結合部をケース10
01の外に出すことにより実現している。
Here, in FIG. 10, the control board 109 is used.
The electronic components mounted on a and 109b are omitted, and the whole is fixedly housed in a metal case 1001 and modularized, and an electrical connection with the outside is made of a glass epoxy substrate. The connector 111 soldered on the control board 109b is used, and the connecting portion of this is connected to the case 10
It is realized by putting it out of 01.

【0030】ここで使用されているフラットケーブル1
002は柔軟に折り曲げることができ、図8の内部端子
801と比較して剛性が低いので、自動車の走行、エン
ジンの回転等による振動に際しても、半田付け部に発生
する歪みが小さい。また、フラットケーブルは、ディッ
プ部品と同様に、ガラスエポキシ基板のスルーホール部
に実装できるので、安価に組立ができる。
Flat cable 1 used here
002 can be flexibly bent and has a lower rigidity than the internal terminal 801 of FIG. 8, so that the distortion generated in the soldering portion is small even when the vehicle is vibrated, the engine is rotated, or the like. Further, the flat cable can be assembled at low cost because it can be mounted in the through hole portion of the glass epoxy substrate similarly to the dip component.

【0031】しかし、この場合、ガラスエポキシ基板は
熱抵抗が大きく、半導体スイッチング素子の発熱を放熱
することは出来ないので、パワー回路部を設けることが
出来ない。また、このとき、符号Pで図示してあるよう
に、フラットケーブル1002の端子部分がガラスエポ
キシ基板のスルーホールから反対側にはみ出してしまう
ため、ケース1001に密着して設置することが出来な
い。
However, in this case, since the glass epoxy substrate has a large thermal resistance and cannot radiate the heat generated by the semiconductor switching element, the power circuit section cannot be provided. Further, at this time, as shown by the symbol P, the terminal portion of the flat cable 1002 protrudes from the through hole of the glass epoxy substrate to the opposite side, so that it cannot be installed in close contact with the case 1001.

【0032】このため、この図10のモジュールでは、
ガラスエポキシ基板がケースから熱的に隔離されてしま
うので、放熱が必要な半導体スイッチング素子の搭載に
は向かず、半導体電力変換装置には適用できない。
Therefore, in the module of FIG. 10,
Since the glass epoxy substrate is thermally isolated from the case, it is not suitable for mounting a semiconductor switching element that requires heat dissipation, and cannot be applied to a semiconductor power conversion device.

【0033】次に、同じくモジュールの設置面積を小さ
くし、且つ制御基板の半田付け部の応力を緩和する方法
として、図11に示すように、フレキシブル基板を用い
る方法がある。ここで、このフレキシブル基板は、民生
用として、ビデオカメラ、薄型ディスプレイなど特に小
型化が要求される場合に従来から用いられるているもの
である。
Next, as a method of similarly reducing the installation area of the module and relieving the stress of the soldered portion of the control board, there is a method of using a flexible board as shown in FIG. Here, this flexible substrate has been conventionally used for consumer use such as a video camera or a thin display, especially when miniaturization is required.

【0034】この図11には、薄型ディスプレイ110
1とガラスエポキシ製の回路基板109がフレキシブル
基板110を介して半田接合により電気的に接続されて
いる場合が示されており、この場合、フレキシブル基板
110上には、ドライバIC1102等の電子部品が搭
載されるようになっている。
FIG. 11 shows a thin display 110.
1 and the circuit board 109 made of glass epoxy are electrically connected to each other by soldering via the flexible board 110. In this case, electronic parts such as the driver IC 1102 are provided on the flexible board 110. It is supposed to be installed.

【0035】フレキシブル基板110は、形状が容易に
変形可能であることから、実装の自由度が高く、フラッ
トケーブルと同様、剛性が低いので半田接続部の振動、
熱揺さぶりによる断線の心配も少ない。しかもフラット
ケーブルとは異なり、部品が実装できるので小型化に有
効である。
Since the flexible substrate 110 can be easily deformed in shape, it has a high degree of freedom in mounting and, like a flat cable, has low rigidity.
There is little concern about disconnection due to thermal shock. Moreover, unlike flat cables, parts can be mounted, which is effective for downsizing.

【0036】しかし、フレキシブル基板はガラスエポキ
シ基板と同様、熱抵抗が高いので、半導体スイッチング
素子を含むパワー回路を設けることは出来ず、やはり半
導体電力変換装置には適用できない。
However, since the flexible substrate has a high thermal resistance like the glass epoxy substrate, it cannot be provided with a power circuit including a semiconductor switching element and cannot be applied to a semiconductor power converter.

【0037】本発明の目的は、小型で高い信頼性を備え
た高機能の半導体電力変換装置を低コストで提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a highly functional semiconductor power conversion device which is small in size and has high reliability at low cost.

【0038】[0038]

【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体スイ
ッチング素子と同一のケース内に複数枚の制御基板を備
えた半導体電力変換装置において、前記複数枚の制御基
板が、当初、1枚の基板から作られ、夫々の制御基板と
なる部分の間にフレキシブル基板による電気的接続が施
された後、当該制御基板となる部分毎に分離されている
ようにして達成される。
The above object is to provide a semiconductor power converter having a plurality of control boards in the same case as a semiconductor switching element, wherein the plurality of control boards are initially one board. The flexible substrate is electrically connected between the respective portions to be the control boards, and the portions to be the control boards are separated.

【0039】また、このとき、前記フレキシブル基板の
少なくとも一部は、縦弾性係数が1×10-3〜2Mpa
の樹脂で封止され、前記複数枚の制御基板のうちの少な
くとも1枚は、前記半導体スイッチング素子の放熱板か
ら空間的に離されているようにしたも、上記目的が達成
される。
At this time, at least a part of the flexible substrate has a longitudinal elastic modulus of 1 × 10 −3 to 2 MPa.
The above-mentioned object can be achieved even if it is sealed with resin and at least one of the plurality of control boards is spatially separated from the heat dissipation plate of the semiconductor switching element.

【0040】ここで、前記複数枚の制御基板は、前記1
枚の基板を割ることにより分離されていても良く、更に
このとき、前記1枚の基板が、所定の位置に溝又はスリ
ット若しくは縫い目状に配置した複数の小孔の何れかを
備え、前記分離が、これらの何れかの部分で割ることに
より与えられるようにしても良い。
Here, the plurality of control boards are
The substrate may be separated by breaking it, and at this time, the one substrate is provided with a groove, a slit, or a plurality of small holes arranged in a stitch shape at a predetermined position. May be given by dividing by any of these parts.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体電力変
換装置について、図示の実施の形態により詳細に説明す
る。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態に限
られるものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A semiconductor power converter according to the present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below.

【0042】まず、図1は、本発明を、MOSFETか
らなる3相パワー回路と、パワー回路を制御する制御回
路を含む半導体電力変換装置に適用した場合の一実施の
形態で、ここで、まず図1(a)は平面構造を表わし、次
に同図(b)は、図1(a)のA−A断面を表わす。
First, FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor power conversion device including a three-phase power circuit composed of MOSFETs and a control circuit for controlling the power circuit. 1A shows a planar structure, and then FIG. 1B shows a cross section taken along the line AA of FIG. 1A.

【0043】これらの図において、この実施形態による
半導体電力変換装置は、放熱板101の一方の面(図1
(b)では上側になっている方の面)に絶縁基板となる樹脂
絶縁層102を設け、その上に電気回路103を接合さ
せ、その所定の位置に半導体スイッチング素子104が
半田により接合されている。
In these figures, the semiconductor power converter according to this embodiment is provided with one surface of the heat sink 101 (see FIG. 1).
A resin insulating layer 102 serving as an insulating substrate is provided on the upper surface in (b), an electric circuit 103 is bonded onto the resin insulating layer 102, and the semiconductor switching element 104 is bonded to the predetermined position by soldering. There is.

【0044】ここで、この実施形態でも、制御基板が上
側の制御基板109aと下側の制御基板109bの2枚
に分けてあり、これらは何れも多層ガラスエポキシ基板
からなり、夫々、マイコン等の電子部品及び信号端子が
搭載している(図では制御基板109に実装された電子
部品は省略されている)。
Here, also in this embodiment, the control board is divided into the upper control board 109a and the lower control board 109b, both of which are made of a multi-layer glass epoxy board, respectively, such as a microcomputer. Electronic components and signal terminals are mounted (in the figure, electronic components mounted on the control board 109 are omitted).

【0045】次に、半導体スイッチング素子104と電
気回路103、制御基板109b、それに合成樹脂製の
ケース106にインサート形成してある外部接続端子1
08の間は金属細線105により接続されるが、この金
属細線105には、300〜500μmφ程度のアルミ
ニウム合金のワイヤが用いられている。
Next, the semiconductor switching element 104, the electric circuit 103, the control board 109b, and the external connection terminal 1 insert-formed in the case 106 made of synthetic resin.
The thin wires 105 are connected to each other through the wire 08. The thin wires 105 are made of aluminum alloy wire having a diameter of about 300 to 500 μmφ.

【0046】そして、この実施形態では、特に図1(b)
に明瞭に示されているように、ケース106は、樹脂絶
縁層102を介して放熱板101に接着されているが、
この放熱板101には、一方の制御基板109bが、樹
脂絶縁層102を介して機械的に接合され、他方の制御
基板109aは、ケース106の内壁面に幾つか形成し
てある台座114に載せられ、後述する封止樹脂112
により固定される。
In this embodiment, particularly, FIG. 1 (b)
As is clearly shown in FIG. 1, the case 106 is bonded to the heat sink 101 via the resin insulating layer 102.
One control board 109b is mechanically joined to the heat dissipation plate 101 via a resin insulating layer 102, and the other control board 109a is mounted on a pedestal 114 formed on some inner wall surfaces of the case 106. And the sealing resin 112 described later.
Fixed by.

【0047】ここで、符号110はフレキシブル基板
で、このフレキシブル基板110は、ポリイミド等の合
成樹脂の薄板により金属薄板(箔)からなる回路パターン
を挟んだ構造であり、複数枚の金属薄板と樹脂薄板を積
層させることにより多層回路基板も形成可能なものであ
る。
Here, reference numeral 110 is a flexible substrate, and this flexible substrate 110 has a structure in which a circuit pattern made of a metal thin plate (foil) is sandwiched between thin plates of synthetic resin such as polyimide, and a plurality of metal thin plates and resin are used. A multilayer circuit board can also be formed by stacking thin plates.

【0048】そして、このフレキシブル基板110に
は、接続用の回路パターンが形成してあり、この回路パ
ターンの一方の端部を制御基板109bの回路パターン
に半田付けし、他方の端部は制御基板109aの回路パ
ターンに半田付けすることにより、2枚の制御基板10
9a、109bの間に必要な電気的接続が与えられるよ
うになっている。
A circuit pattern for connection is formed on the flexible substrate 110. One end of this circuit pattern is soldered to the circuit pattern of the control board 109b, and the other end is soldered to the control board. By soldering to the circuit pattern 109a, two control boards 10
The necessary electrical connection is provided between 9a and 109b.

【0049】このとき、制御基板109aには、外部と
接続するためのコネクタ111が搭載してあり、制御基
板109a上で、コネクタ111とフレキシブル基板1
09を一方の面と他方の面に分けて搭載することによ
り、外部とパワー回路部の双方に対する電気的な接続が
得られるようにしてある。
At this time, a connector 111 for connecting to the outside is mounted on the control board 109a, and the connector 111 and the flexible board 1 are mounted on the control board 109a.
By mounting 09 separately on one surface and the other surface, electrical connection to both the outside and the power circuit unit can be obtained.

【0050】ここで、これら制御基板109a、109
bの詳細について、図2により説明すると、まず、これ
ら制御基板109a、109bは、図示のように、当初
は1枚の基板109の図では左右に分けた部分として作
っておき、それらの境界線には両面からV字型断面の溝
Gを形成しておく。
Here, these control boards 109a, 109
The details of b will be described with reference to FIG. 2. First, as shown in the drawing, these control boards 109a and 109b are initially formed as left and right parts in the figure of one board 109, and their boundary lines are formed. A groove G having a V-shaped cross section is formed on both sides.

【0051】次に、この状態で、溝Gを跨ぐようにし
て、フレキシブル基板109を夫々の制御基板109
a、109bとなる部分に半田付けした後、一方の制御
基板、例えば制御基板109bとなる部分を、図示の矢
印Xで示すように折り曲げ、溝Gで他方の制御基板10
9aとなる部分から割れてしまうまで力を加え、夫々の
部分をフレキシブル基板109で繋がったままで分離さ
せる。
Next, in this state, the flexible boards 109 are arranged on the respective control boards 109 so as to straddle the groove G.
After soldering to the portions to be a and 109b, one control board, for example, the portion to be the control board 109b is bent as shown by an arrow X in the figure, and the other control board 10 is formed in the groove G.
A force is applied from the portion to be 9a until it is broken, and the respective portions are separated while being connected by the flexible substrate 109.

【0052】そして、このように、フレキシブル基板1
10で繋がった状態で2枚に分離された制御基板109
a、109bのうち、一方の制御基板109bの接合面
Jを樹脂絶縁層102上に接着剤等により接合した後、
他方の制御基板109aを、制御基板109bの上に重
なるように、フレキシブル基板110の部分で折り曲
げ、図1に示すように、パワー回路部の上部で裏返しに
なって台座114に載せられ、固定されるのである。
Then, in this way, the flexible substrate 1
Control board 109 separated into two in a state of being connected by 10
After joining the joint surface J of the control substrate 109b, which is one of a and 109b, onto the resin insulating layer 102 with an adhesive or the like,
The other control board 109a is bent at the portion of the flexible board 110 so as to overlap with the control board 109b, and as shown in FIG. 1, it is turned upside down on the power circuit section and placed on the pedestal 114 and fixed. It is.

【0053】ここで、このようにして制御基板109a
をケース106に装着する前に、上記したように、この
ケース106内にゲル状の樹脂107を注入し、半導体
スイッチング素子104と金属細線105、それに電気
回路103を封止する。
Here, in this way, the control board 109a
As described above, the gel-like resin 107 is injected into the case 106 to mount the semiconductor switching element 104, the thin metal wire 105, and the electric circuit 103 before the case is mounted on the case 106.

【0054】既に課題を解決するための手段で説明した
ように、剛性の低いフレキシブル基板で振動、熱変形に
よる半田部にかかる応力を緩和するためには、フレキシ
ブル基板の封止には剛性の低い樹脂を用い、フレキシブ
ル基板がある程度自由に動けるようにする必要がある。
As already described in the means for solving the problem, in order to relieve the stress applied to the solder portion due to vibration and thermal deformation in the flexible board having low rigidity, the rigidity of the flexible board is low. It is necessary to use a resin so that the flexible substrate can move freely to some extent.

【0055】そこで、封止の際や使用時に、金属細線1
05や半導体スイッチング素子104、フレキシブル基
板110に悪影響が与えられるのを防止するため、この
封止用の樹脂107にはシリコンゲルなどの比較的柔ら
かい材料を用いるが、このシリコンゲルの縦弾性係数
は、一般に1×10-3〜2Mpaの範囲である。
Therefore, at the time of sealing and use, the thin metal wire 1 is used.
05, the semiconductor switching element 104, and the flexible substrate 110 are prevented from being adversely affected, a relatively soft material such as silicon gel is used for the sealing resin 107. , Generally in the range of 1 × 10 −3 to 2 Mpa.

【0056】但し、縦弾性係数が小さく、フレキシブル
基板110の熱応力緩衝効果が充分に発揮できるもので
あれば、封止用の樹脂107をシリコンゲルに限る必要
はない。
However, as long as the elastic modulus is small and the thermal stress buffering effect of the flexible substrate 110 can be sufficiently exerted, the sealing resin 107 is not limited to silicon gel.

【0057】この後、更に封止樹脂112をケース10
6内に充填し硬化させ、制御基板109aの固定と、ケ
ース106のフタが形成されるようにしてやれば、半導
体電力変換装置が完成する。なお、ここで、特に説明し
なかった点については、図8で説明した従来技術の場合
と同じである。
Then, the sealing resin 112 is further applied to the case 10.
The semiconductor power conversion device is completed by filling the inside of the substrate 6 and hardening it, fixing the control substrate 109a, and forming the lid of the case 106. Here, the points that are not particularly described are the same as in the case of the conventional technique described in FIG.

【0058】次に、この図1の実施形態の細部につい
て、更に具体的に説明する。まず、放熱板101につい
ては、軽量化が重視された場合は、アルミニウム若しく
はアルミニウム合金で作られる。これは、放熱板が半導
体電力変換装置内で比較的大きな体積を有するので、銅
と比較して比重が小さく軽くできるアルミニウムが適し
ているからである。しかし、放熱を考慮した場合には、
より熱伝導率の高い銅又は銅合金が用いられる。
Next, details of the embodiment of FIG. 1 will be described more specifically. First, the heat sink 101 is made of aluminum or an aluminum alloy when weight reduction is important. This is because the heat sink has a relatively large volume in the semiconductor power conversion device, and thus aluminum, which has a smaller specific gravity and is lighter than copper, is suitable. However, when considering heat dissipation,
Copper or a copper alloy having a higher thermal conductivity is used.

【0059】そして、この放熱板101は、内部での熱
の広がりによる熱抵抗の低減が充分に得られるように、
1.5〜5.0mmの厚さにするのが望ましい。更に、こ
の放熱板101には取付孔113が設けてあり、これに
より、この半導体電力変換装置が、図示してない冷却フ
ィンに容易に取付けることができるようになっている。
The heat dissipation plate 101 is designed to sufficiently reduce the thermal resistance due to the spread of heat inside.
It is desirable that the thickness is 1.5 to 5.0 mm. Further, the heat dissipation plate 101 is provided with a mounting hole 113, which allows the semiconductor power conversion device to be easily mounted on a cooling fin (not shown).

【0060】次に、樹脂絶縁層102には低熱抵抗性と
高絶縁性が要求され、このため、フィラーが分散された
エポキシ樹脂を用いる。ここで、フィラーには、例えば
酸化珪素、酸化アルミニウムなどの高熱伝導性の無機化
合物で作られたものが用いられている。
Next, the resin insulation layer 102 is required to have low thermal resistance and high insulation, and therefore, an epoxy resin in which a filler is dispersed is used. Here, as the filler, one made of an inorganic compound having a high thermal conductivity such as silicon oxide or aluminum oxide is used.

【0061】このとき、フィラーの含有率を増すほど、
樹脂絶縁層102の熱抵抗が低減できるが、エポキシ樹
脂中に分散可能なフィラー量には限界があるので、通常
はフィラーの含有率を75〜95%の範囲にする。この
場合、樹脂絶縁層102の熱伝導率は2〜5W/mKの
範囲となる。
At this time, as the content of the filler increases,
Although the thermal resistance of the resin insulating layer 102 can be reduced, the amount of filler that can be dispersed in the epoxy resin is limited, so the filler content is usually in the range of 75 to 95%. In this case, the thermal conductivity of the resin insulating layer 102 is in the range of 2-5 W / mK.

【0062】一方、樹脂絶縁層102の熱抵抗を低減す
るのに有効な別の方法は、それを薄くすることである。
しかし、樹脂絶縁層102を薄くすると、その分、絶縁
耐圧が低下してしまう上、樹脂絶縁層102にピンホー
ルなどが発生し易くなって、信頼性の低下につながる虞
れがあり、従って、この樹脂絶縁層102の厚さの下限
には限界があり、要求される絶縁耐圧にもよるが、50
〜250μm程度が下限になる。
On the other hand, another effective method for reducing the thermal resistance of the resin insulating layer 102 is to make it thinner.
However, if the resin insulation layer 102 is made thin, the dielectric strength is reduced accordingly, and pinholes and the like are likely to occur in the resin insulation layer 102, which may lead to a decrease in reliability. There is a limit to the lower limit of the thickness of the resin insulating layer 102, and depending on the required withstand voltage, it is 50
The lower limit is about 250 μm.

【0063】また、この樹脂絶縁層102は、電気回路
103を放熱板101から絶縁するものであるから、電
気回路103の周囲にも絶縁耐圧に相当する沿面距離が
必要であり、このため、足りない分は放熱板101の表
面を絶縁層で覆うことで補う必要がある。そこで、この
実施形態では、放熱板101の電気回路103側の面も
含めて、その全面に樹脂絶縁層102が設けてある。
Further, since the resin insulating layer 102 insulates the electric circuit 103 from the heat sink 101, a creeping distance corresponding to the withstand voltage is required around the electric circuit 103, which is sufficient. It is necessary to make up for the lack by covering the surface of the heat sink 101 with an insulating layer. Therefore, in this embodiment, the resin insulating layer 102 is provided on the entire surface including the surface of the heat sink 101 on the electric circuit 103 side.

【0064】次に、電気回路103は、銅若しくはアル
ミニウムで作られ、樹脂絶縁層102の表面に張り合わ
されているが、ここでは、その板厚が0.7mm以上
と、かなり厚くしてある。そして、このように電気回路
103を厚く(0.7mm以上)した結果、この実施形態
では、ここで充分な熱広がりが得られることになり、こ
のため、図8で説明した従来技術のように、熱拡散板8
02を設ける必要がなくなる。
Next, the electric circuit 103 is made of copper or aluminum and adhered to the surface of the resin insulating layer 102. Here, the plate thickness is considerably thicker than 0.7 mm. Then, as a result of making the electric circuit 103 thick (0.7 mm or more) in this way, in this embodiment, sufficient heat spread can be obtained here. Therefore, as in the prior art described in FIG. , Heat diffusion plate 8
It is not necessary to provide 02.

【0065】ここで、この電気回路103は、図1(a)
に示されているように、回路パターンに応じた平面形状
を有しているが、このとき、銅若しくはアルミニウムは
加工性に優れているので、板厚が0.7mm以上あって
も、プレス加工によって、回路パターンに応じて任意の
形状に作り出すことができる。
Here, this electric circuit 103 is shown in FIG.
, It has a planar shape corresponding to the circuit pattern, but at this time, since copper or aluminum is excellent in workability, even if the plate thickness is 0.7 mm or more, press working Can be produced in any shape according to the circuit pattern.

【0066】ところで、上記実施形態においては、電気
回路103の表面に、例えばニッケル、銀、白金、錫、
アンチモン、鉛、銅、亜鉛、パラジウム、金の群から選
択された少なくとも1種の半田濡れ性が良好な金属、若
しくはニッケル、銀、白金、錫、アンチモン、鉛、銅、
亜鉛、パラジウム、金の群から選択された少なくとも2
種の金属を含む半田濡れ性が良好な合金を被覆するよう
にしてもよい。
By the way, in the above embodiment, for example, nickel, silver, platinum, tin,
At least one metal having good solder wettability selected from the group consisting of antimony, lead, copper, zinc, palladium, and gold, or nickel, silver, platinum, tin, antimony, lead, copper,
At least 2 selected from the group of zinc, palladium and gold
You may make it coat | cover the alloy with good solder wettability containing a kind of metal.

【0067】次に、半導体スイッチング素子104には
MOSFETが用いられ、これが電気回路103に半田
接合されている。そして、このMOSFETは金属細線
105により電気回路103と制御基板109bに結線
されている。
Next, a MOSFET is used as the semiconductor switching element 104, and this is soldered to the electric circuit 103. The MOSFET is connected to the electric circuit 103 and the control board 109b by a thin metal wire 105.

【0068】次に、フレキシブル基板110は、予め制
御基板109a、109bに半田接合され、電気的に接
続されている。そして、これら制御基板109a、10
9bはガラスエポキシ製である。
Next, the flexible substrate 110 is soldered and electrically connected to the control substrates 109a and 109b in advance. Then, these control boards 109a, 10
9b is made of glass epoxy.

【0069】ここで使用されているフレキシブル基板1
10は、例えば図8の従来技術において使用されている
内部端子801に比較して剛性が小さいので、熱変形に
より生じる応力が充分に緩和でき、半田付け部に生じる
歪みを小さくすることができる。
Flexible substrate 1 used here
Since 10 has a lower rigidity than the internal terminal 801 used in the conventional technique of FIG. 8, for example, the stress caused by thermal deformation can be sufficiently relaxed, and the strain generated in the soldered portion can be reduced.

【0070】このとき、フレキシブル基板では、従来技
術における内部端子のように制御基板を支える機能が得
られないが、この実施形態では、制御基板109aを台
座114でケース106に位置決めして支え、その上で
封止樹脂112によりケース106に固定するようにし
てあるので、振動により制御基板が動く虞れがなく、半
田付け部に生じる歪みを確実に抑えることができる。
At this time, the flexible board does not have the function of supporting the control board like the internal terminals in the prior art, but in this embodiment, the control board 109a is positioned and supported by the pedestal 114 on the case 106, and Since it is fixed to the case 106 by the sealing resin 112 above, there is no risk of the control board moving due to vibration, and distortion occurring in the soldered portion can be reliably suppressed.

【0071】一方、フレキシブル基板は、例えば図10
に示した従来技術におけるフラットケーブルに比較して
は剛性が高い。従って、フラットケーブルと異なり、自
動面実装が可能になり、後述するように、半田付け回数
の少ない安価な製造プロセスが適用できる。
On the other hand, the flexible substrate is, for example, as shown in FIG.
The rigidity is higher than that of the conventional flat cable shown in FIG. Therefore, unlike the flat cable, automatic surface mounting is possible, and as described later, an inexpensive manufacturing process with a small number of soldering times can be applied.

【0072】次に、制御基板109aはガラスエポキシ
製の多層基板で、これに電子部品を両面実装している。
他方、制御基板109bには、上面にだけ電子部品を実
装している。なお、上記したように、図1では、制御基
板109上の電子部品が省略して描かれている。
Next, the control board 109a is a multi-layer board made of glass epoxy, on which electronic parts are mounted on both sides.
On the other hand, electronic parts are mounted only on the upper surface of the control board 109b. As described above, in FIG. 1, electronic components on the control board 109 are omitted.

【0073】そこで、この実施形態では、制御基板10
9a、109bに電子部品を実装する際、図2で説明し
たように、フレキシブル基板110も同時に実装するこ
とにより、図8に示した従来技術で必要としていた内部
端子801と制御基板109a、109bの半田付け工
程が不要にできる。
Therefore, in this embodiment, the control board 10
When electronic components are mounted on 9a and 109b, the flexible board 110 is also mounted at the same time as described with reference to FIG. 2 so that the internal terminals 801 and the control boards 109a and 109b required in the conventional technique shown in FIG. The soldering process can be eliminated.

【0074】また、この実施形態では、図1(b)に示さ
れているように、フレキシブル基板110の大部分が柔
らかいシリコンゲルにより封止されているので、ケース
106の熱変形や振動により半田接合部に加わる応力を
緩和させることができる。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1B, since most of the flexible substrate 110 is sealed with soft silicon gel, the case 106 is soldered due to thermal deformation or vibration. The stress applied to the joint can be relaxed.

【0075】そして、この半導体電力変換装置は、封止
樹脂112で封止することにより完成されるが、この封
止樹脂112は、ケース106のフタを形成させると共
に、制御基板109aをケース106に固定する機能を
担うので、比較的硬いエポキシ樹脂を用いる。
This semiconductor power conversion device is completed by sealing with a sealing resin 112. This sealing resin 112 forms the lid of the case 106, and the control board 109a is placed on the case 106. A relatively hard epoxy resin is used because it has a fixing function.

【0076】この実施形態によれば、2枚の制御基板の
間の電気的な接続にフレキシブル基板を用いたので、高
機能に構成したにもかかわらず設置面積が小さく、しか
も高い信頼性を持った半導体電力変換装置を安価に提供
することができる。
According to this embodiment, since the flexible board is used for the electrical connection between the two control boards, the installation area is small and the reliability is high in spite of having a high function. It is possible to provide the semiconductor power conversion device at low cost.

【0077】また、この実施形態によれば、複数枚、つ
まり2枚の制御基板が、当初は1枚の制御基板として作
られ、これに必要な電子部品が実装された後、分割され
て必要な枚数、つまり2枚の制御基板として得られる。
Further, according to this embodiment, a plurality of control boards, that is, two control boards are initially made as one control board, and after the necessary electronic components are mounted, they are required to be divided. It is possible to obtain as many as two control boards.

【0078】従って、この実施形態によれば、当初は1
枚の基板として形成することができるので、複数枚の制
御基板を有するにもかかわらず、自動実装により容易に
面実装することができ、この結果、半田付けの回数が少
ない安価なプロセスで製造することができる。
Therefore, according to this embodiment, initially 1
Since it can be formed as a single board, it can be easily surface-mounted by automatic mounting in spite of having a plurality of control boards, and as a result, it can be manufactured by an inexpensive process with a small number of times of soldering. be able to.

【0079】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。まず、本発明の第2の実施形態による半導体電力
変換装置について、図3により、組立方法に重点をおい
て説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. First, a semiconductor power conversion device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0080】まず、図3(a)に示すように、制御基板1
09を用意する。ここで、この制御基板109は、図2
で説明した通りで、多層ガラスエポキシ基板からなる制
御基板109に制御回路を構成する電子部品が実装され
ているもので、このとき、フレキシブル基板110とコ
ネクタ11はそれぞれ別の面に搭載されている。
First, as shown in FIG. 3A, the control board 1
09 is prepared. Here, this control board 109 is shown in FIG.
As described above, the electronic component forming the control circuit is mounted on the control substrate 109 made of the multi-layer glass epoxy substrate. At this time, the flexible substrate 110 and the connector 11 are mounted on different surfaces. .

【0081】ガラスエポキシ基板には、予め切れ込みと
なるV字形の溝Gが入れてあり、電子部品搭載後に折り
曲げるだけで、容易に複数の部分に割ることができ、従
って夫々にフレキシブル基板110とコネクタ111を
含む電子部品を半田付けした後、割ることにより半田付
けの回数が少なくて済むようになっている。
The glass epoxy board is provided with a V-shaped groove G, which is a notch in advance, and can be easily divided into a plurality of parts only by bending after mounting electronic parts. Therefore, the flexible board 110 and the connector are individually provided. After soldering the electronic component including 111, the number of times of soldering can be reduced by breaking the solder.

【0082】しかして、このことから、これら制御基板
109aと制御基板109bには、まず、厚さが等し
く、導電層の層数が等しいくなければならないという制
約があり、次に、制御基板109aの下側(図3)と制御
基板109bの上側で電子部品の実装に使用する半田の
融点が等しく、且つ組成も等しくなければならず、更に
は、コネクタ111が搭載される側の面で、溝Gから先
の部分、つまり接合面Jには電子部品を搭載してはなら
ないという制約がある。
Therefore, the control substrate 109a and the control substrate 109b have a constraint that they must first have the same thickness and the same number of conductive layers. The melting points of the solders used for mounting the electronic components must be the same on the lower side of 109a (FIG. 3) and the upper side of the control board 109b, and the compositions must be the same. Furthermore, on the side on which the connector 111 is mounted, However, there is a constraint that electronic parts should not be mounted on the portion beyond the groove G, that is, on the joint surface J.

【0083】一方、フレキシブル基板110には、自動
面実装を可能にするため、つまり自動マウンタで真空吸
着する際、変形することがないようにするため、ある程
度の剛性が必要であるのは、当然のこととして、その長
さにも制約がある。
On the other hand, the flexible substrate 110 needs to have a certain degree of rigidity in order to enable automatic surface mounting, that is, to prevent deformation during vacuum suction by an automatic mounter. As a result, there are restrictions on the length.

【0084】ここで、このフレキシブル基板110の長
さとは、一方の接続点から他方の接続点までの距離のこ
とで、これが長くなると、各制御基板の面でフレキシブ
ル基板が接触してしまう部分も長くなってしまうので、
電子部品が実装できない面積が広くなってしまうからで
ある。
Here, the length of the flexible board 110 means the distance from one connection point to the other connection point, and if this length becomes long, there is also a portion where the flexible boards come into contact with each control board surface. Because it will be long
This is because the area where electronic parts cannot be mounted becomes large.

【0085】このことから、この実施形態における組立
プロセスでは、フラットケーブルに比較して小さな寸法
で折り曲げの自由度が小さいフレキシブル基板を使いこ
なすために、フレキシブル基板の曲げを最小限にする工
夫が必要である。
Therefore, in the assembling process of this embodiment, since a flexible substrate having a smaller size and a smaller degree of bending flexibility is used as compared with the flat cable, it is necessary to devise a method for minimizing the bending of the flexible substrate. is there.

【0086】まず、フレキシブル基板110の長さに制
約があることから、制御基板109aと制御基板109
bの間隔は、この長さ60〜90%程度が限度である。
すなわち、制御基板の間隔を大きくとろうとすると、図
1(b)に示すように、フレキシブル基板110が曲げら
れたとき、各制御基板109a、109bの面に接触し
て電子部品が搭載できなくなってしまう面積が大きくな
ってしまう。よって、フレキシブル基板110の長さ、
ひいては制御基板109aと制御基板109bの間隔を
狭くすることが肝要である。
First, since the length of the flexible substrate 110 is limited, the control substrate 109a and the control substrate 109 are
The length of b is limited to about 60 to 90%.
That is, if an attempt is made to increase the distance between the control boards, as shown in FIG. 1B, when the flexible board 110 is bent, the surfaces of the control boards 109a and 109b come into contact with each other so that electronic components cannot be mounted. The storage area becomes large. Therefore, the length of the flexible substrate 110,
As a result, it is important to reduce the distance between the control board 109a and the control board 109b.

【0087】一方、このフレキシブル基板110につい
ての剛性と寸法の制約による結果として、半導体電力変
換装置が完成後でもフレキシブル基板110に捻れが発
生する虞れがなくなる。すなわち、夫々の制御基板10
9aと制御基板109bに割った後、それら割った後の
端部同士が平行状態から外れる虞れはない。
On the other hand, as a result of the rigidity and size restrictions of the flexible substrate 110, there is no fear that the flexible substrate 110 will be twisted even after the semiconductor power conversion device is completed. That is, each control board 10
After being split into 9a and the control board 109b, there is no fear that the split ends will be out of parallel.

【0088】図3に戻ると、この実施形態では、ケース
106の外壁の一部を別体構成にすることにより、フレ
キシブル基板110の曲げが小さくできるように工夫が
してある。
Returning to FIG. 3, in this embodiment, a part of the outer wall of the case 106 is formed separately so that the bending of the flexible substrate 110 can be reduced.

【0089】図3(a)に示した通りの制御基板109が
用意できたら、次に図3(b)に示すように、この制御基
板109を、外部端子108がインサート形成してある
ケース106と共に、放熱板101に接着する。ここで
放熱板101には、半導体スイッチング素子104など
が半田付けされていることは勿論である。
When the control board 109 as shown in FIG. 3 (a) is prepared, then as shown in FIG. 3 (b), the control board 109 is formed with a case 106 in which external terminals 108 are insert-formed. At the same time, it is adhered to the heat dissipation plate 101. Here, it is a matter of course that the semiconductor switching element 104 and the like are soldered to the heat dissipation plate 101.

【0090】そして、このときは、制御基板109の制
御基板109bとなる部分の接合面Jが樹脂絶縁層10
2を介して放熱板101に接着されるが、このときのケ
ース106は、上記したように、一部が壁部302(後
述)として別体に作られ、そこが開いているので、図3
(c)に示すように、制御基板109を割らずに、そのま
ま接着でき、更に金属細線105による外部端子108
と半導体スイッチング素子104、電気回路103、そ
れに制御基板109bの間の結線を行なうことができ
る。
Then, at this time, the joint surface J of the portion of the control substrate 109 to be the control substrate 109b is not covered with the resin insulating layer 10.
The case 106 at this time is partially formed as a wall portion 302 (described later) and is open, as described above.
As shown in (c), the control board 109 can be adhered as it is without being broken, and the external terminal 108 formed by the fine metal wire 105 can be used.
The semiconductor switching element 104, the electric circuit 103, and the control board 109b can be connected to each other.

【0091】この後、制御基板109を溝Gで割り、矢
印Xで示すようにフレキシブル基板110を折り返し、
制御基板109aを台座114に載置させる。そして、
壁部302を接着した後、シリコンゲルの樹脂107に
より封止し、更に封止樹脂112で封止して制御基板1
09aがケース106に固定されると共に、ケース10
6にフタがされるようにしてやれば、図3(d)に示す半
導体電力変換装置が得られることになる。
Thereafter, the control board 109 is divided by the groove G, and the flexible board 110 is folded back as shown by an arrow X,
The control board 109a is placed on the pedestal 114. And
After the wall portion 302 is adhered, it is sealed with a silicon gel resin 107, and further sealed with a sealing resin 112, and the control board 1
09a is fixed to the case 106, and the case 10
If the lid 6 is covered, the semiconductor power conversion device shown in FIG. 3D can be obtained.

【0092】次に、図4は、ケース106の分け方を変
更した場合の本発明の他の一実施形態で、この場合は、
まず、図4(a)に示すように、制御基板109を溝Gで
割って制御基板109aと制御基板109bに分割した
後、ケース106の底部段差部106bの上に、一方の
制御基板109bだけを接着するのである。
Next, FIG. 4 shows another embodiment of the present invention in which the division of the case 106 is changed. In this case,
First, as shown in FIG. 4A, the control board 109 is divided by the groove G so as to be divided into a control board 109a and a control board 109b, and then only one control board 109b is placed on the bottom step portion 106b of the case 106. To bond.

【0093】この実施形態の場合、ケース106の制御
基板側の壁の高さは、シリコンゲル樹脂107の充填に
充分であり、このとき、段差部106bは、フレキシブ
ル基板110の長さ寸法で対応可能な高さ、つまり制御
基板109aと制御基板109bの間隔が所定値になる
ような高さにしてある。
In this embodiment, the height of the wall of the case 106 on the side of the control board is sufficient to fill the silicon gel resin 107, and at this time, the step portion 106b corresponds to the length of the flexible board 110. The possible height, that is, the height between the control boards 109a and 109b is a predetermined value.

【0094】次に、図4(b)に示すように、金属細線1
05による結線を行なう。そして、この後、図4(c)に
示すように、フレキシブル基板110を折り返し、制御
基板109aをケース106の台座114の上で、つめ
115に係合させて位置決めする。
Next, as shown in FIG. 4B, the thin metal wire 1
Connect with 05. Then, after this, as shown in FIG. 4C, the flexible substrate 110 is folded back, and the control substrate 109a is positioned on the pedestal 114 of the case 106 by engaging with the pawl 115.

【0095】そして、この後、図4(d)に示すように、
シリコンゲルの樹脂107で封止した後、制御基板側の
壁の一部を含むフタ401をケース106の上から接着
することにより、半導体電力変換装置が完成する。な
お、このとき、はっきりとは図示されていないが、フタ
401には、コネクタ111を通すための孔が開けてあ
るところで、以上の実施形態は、制御基板を2枚に分割
した場合であるが、本発明は、更に多くの枚数に分割し
て実施してもよく、ここで、図5は、制御基板を3枚に
分割した場合の本発明の一実施形態である。
Then, as shown in FIG. 4 (d),
After sealing with the silicon gel resin 107, the lid 401 including a part of the wall on the control substrate side is bonded from above the case 106 to complete the semiconductor power conversion device. At this time, although not clearly shown, the lid 401 has a hole through which the connector 111 is inserted. In the above embodiment, the control board is divided into two. The present invention may be carried out by dividing it into a larger number, and FIG. 5 shows an embodiment of the present invention when the control board is divided into three.

【0096】この実施形態では、まず図5(a)に示すよ
うに、制御基板109の2箇所に折り曲げ切離し用の
溝、すなわち溝Gと溝Gaを設け、これにより、制御基
板109aと制御基板109bとなる部分の間に、更に
制御基板109cとあ部分が形成されるようにする。こ
のとき、図1〜図4で説明した実施形態とは異なり、図
示のように、フレキシブル基板110とコネクタ111
は制御基板109同一の面に搭載する。
In this embodiment, first, as shown in FIG. 5 (a), two grooves for bending and separating, that is, a groove G and a groove Ga, are provided on the control board 109, whereby the control board 109a and the control board 109 are provided. The control board 109c and that portion are further formed between the portions to be 109b. At this time, unlike the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 4, as illustrated, the flexible substrate 110 and the connector 111 are connected.
Are mounted on the same surface of the control board 109.

【0097】また、この実施形態では、図5(b)に示す
ように、底部だけで側壁部が無い形のケース106cを
用い、まず、このケース106cの一部の上に制御基板
109の制御基板109bとなる部分を接着し、この
後、金属細線105による結線を施す。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 5B, a case 106c having only a bottom portion and no side wall portion is used. First, the control board 109 is controlled on a part of the case 106c. The portion to be the substrate 109b is adhered, and then the metal thin wire 105 is connected.

【0098】次いで、同じく図5(b)に示すように、溝
Gと溝Gaの2箇所で制御基板109を割り、制御基板
109cとなる部分が制御基板109bの上に重なるよ
うにして溝Gの部分で折り曲げた後、更に溝Gaの部分
では、制御基板109aが制御基板109cの上に重な
るようにして、反対側に折り返すのである。
Next, as also shown in FIG. 5 (b), the control board 109 is divided at two places, the groove G and the groove Ga, and the portion to be the control board 109c is overlapped on the control board 109b. After being bent at the portion of (4), the control board 109a is folded back to the opposite side so that the control board 109a overlaps the control board 109c at the groove Ga.

【0099】この際、図示していないが、ケース106
cの周辺部に台座とボスピンを立てておき、これに対応
して、制御基板109には、その所定の位置に孔を設
け、これらを組み合わせることにより、図5(b)に示す
ような制御基板109a、109b、109cの位置決
めが得られるようにする。
At this time, although not shown, the case 106
A pedestal and a boss pin are set up in the peripheral portion of c, and correspondingly, a hole is formed at a predetermined position on the control board 109, and by combining these, a control as shown in FIG. The positioning of the substrates 109a, 109b, 109c is obtained.

【0100】そして、この後、フタ401aをかぶせ、
ケース106c接着し、フタ401aに設けてあるシリ
コンゲル注入孔502からシリコンゲルの樹脂107を
内部注入後、所定の粘度に硬化させ、キャップ501を
接着することにより、半導体電力変換装置が完成する。
Then, after that, cover the lid 401a,
After the case 106c is adhered, the silicon gel resin 107 is internally injected from the silicon gel injection hole 502 provided in the lid 401a, the resin is cured to a predetermined viscosity, and the cap 501 is adhered to complete the semiconductor power conversion device.

【0101】この図5の実施形態によれば、小さな設置
面積のモジュールにおいて、制御基板の面積を更に広く
確保することができ、半導体電力変換装置の更なる高機
能にも充分に対応することができる。
According to the embodiment of FIG. 5, in a module having a small installation area, the area of the control board can be further ensured, and it is possible to sufficiently cope with the further high function of the semiconductor power conversion device. it can.

【0102】次に、図6も本発明の実施形態で、これは
図5の変形例に相当し、図6(a)に示すように、コネク
タ111が搭載される制御基板109aとなる部分を中
央に配置し、その両側に制御基板109b、109cを
設けたもので、このとき、コネクタ111については、
フレキシブル基板110、110aとは反対側の面に搭
載し、且つ、制御基板109aと制御基板109bの間
を接続するフレキシブル基板111の長さを或る程度、
長くしたものである。
Next, FIG. 6 is also an embodiment of the present invention, which corresponds to the modification of FIG. 5, and as shown in FIG. 6 (a), a portion serving as a control board 109a on which the connector 111 is mounted is It is arranged in the center and control boards 109b and 109c are provided on both sides thereof. At this time, regarding the connector 111,
The flexible substrate 111 mounted on the surface opposite to the flexible substrates 110 and 110a and connecting the control substrate 109a and the control substrate 109b has a certain length.
It is a long one.

【0103】そして、これにより、各制御基板について
の折り曲げ方向が全て同じになり、制御基板109aと
制御基板109bの間に、あたかも制御基板109cが
包み込まれているようにして配置されるようにしたもま
であり、その他は図5の実施形態と同じであり、同じく
少ない設置面積で高機能の半導体電力変換装置を得るこ
とができる。
As a result, all the control boards have the same bending direction, and the control boards 109a and 109b are arranged as if the control board 109c is wrapped between them. The rest is the same as that of the embodiment of FIG. 5, and a high-performance semiconductor power conversion device can be obtained with a small installation area.

【0104】次に、本発明の特徴の一つである制御基板
の分割について、更に詳細に説明すると、まず、以上の
実施形態では何れも、溝Gにより基板を割り、複数の基
板に分割している。
Next, the division of the control board, which is one of the features of the present invention, will be described in more detail. First, in each of the above embodiments, the board is divided by the groove G and divided into a plurality of boards. ing.

【0105】従って、この場合は、図7(a)に示すよう
に、ガラスエポキシ製の基板109の両面からV字形断
面の溝G(Ga)を形成しておき、これを折り曲げること
により、図示のように、例えば2枚の制御基板109
a、109bに分割しているものであり、従って、この
場合、割った後は、各基板の端部にV溝の痕跡としての
角落としが残る。
Therefore, in this case, as shown in FIG. 7A, a groove G (Ga) having a V-shaped cross section is formed on both sides of the glass epoxy substrate 109, and the groove G (Ga) is bent to show the structure. , For example, two control boards 109
Therefore, in this case, after cutting, in this case, a corner drop as a trace of the V groove remains at the end of each substrate.

【0106】次に、図7(b)は、V溝の代りに、連結部
Rを残して複数のスリット(角孔)Sを設け、分割線とし
たもので、図7(c)は複数の小孔Hを縫い目状に設け、
これを分割線としたものであり、いずれの場合も、基板
を折り曲げることにより、残られている連結部分に応力
が集中し、この部分で割れることにより、図示のよう
に、2枚に分離されることになる。そして、割った後
は、突起部Pが痕跡として残る。
Next, FIG. 7 (b) shows a plurality of slits (rectangular holes) S with the connecting portion R left instead of the V-grooves to form a dividing line, and FIG. 7 (c) shows a plurality of slits. The small holes H of are formed in a seam shape,
This is used as a dividing line, and in any case, when the board is bent, stress is concentrated on the remaining connecting portion, and at this portion, the stress is broken, so that it is separated into two sheets as shown in the figure. Will be. Then, after breaking, the protrusion P remains as a trace.

【0107】従って、何れの場合も、夫々割った後に痕
跡が残るが、制御基板全体からみると僅かな面積である
から、特に問題にはならない。また、切れ込み部分には
部品を搭載出来ないが、これも制御基板全体からみれば
僅かな面積であるので、これも特に問題にならない。
Therefore, in any case, traces remain after the chips are divided, but since the area is small when viewed from the entire control board, there is no particular problem. Further, no component can be mounted on the cut portion, but this is also a small area when viewed from the entire control board, so this is not a particular problem.

【0108】以上の実施形態によれば、複数枚の制御基
板を有するにもかかわらず、当初は1枚の基板として形
成することができ、この結果、自動実装により容易に面
実装することができ、半田付けの回数が少ない安価なプ
ロセスで容易に製造することができる。
According to the above embodiment, although it has a plurality of control boards, it can be initially formed as one board, and as a result, it can be easily surface-mounted by automatic mounting. It can be easily manufactured by an inexpensive process with a small number of times of soldering.

【0109】以上の実施形態によれば、高機能であるに
もかかわらず、モジュールの設置面積が小さく抑えら
れ、応力による接続部の信頼性低下の虞れがなく、半導
体スイッチング素子の放熱が充分で、組立プロセスの低
減によるコスト低減が充分に得られる半導体電力変換装
置を提供することができる。
According to the above embodiments, the module installation area is suppressed to be small, the reliability of the connection portion is not deteriorated due to the stress, and the heat dissipation of the semiconductor switching element is sufficient, although the function is high. Thus, it is possible to provide a semiconductor power conversion device that can sufficiently reduce the cost by reducing the assembly process.

【0110】[0110]

【発明の効果】本発明によれば、1枚の基板から複数枚
の制御基板を得るようにしたので、応力による接続部の
信頼性低下の虞れがなく、半導体スイッチング素子の放
熱が充分に得られることによる高信頼性を備えながら、
組立プロセスの低減によるコスト低減が充分に得られる
ことになり、この結果、設置面積が小さく、高機能の半
導体電力変換装置を低コストで容易に提供することがで
きる。
According to the present invention, since a plurality of control boards are obtained from one board, there is no fear that the reliability of the connection portion will be deteriorated by stress, and the heat dissipation of the semiconductor switching element will be sufficient. While having high reliability by being obtained,
A sufficient cost reduction can be obtained by reducing the assembly process, and as a result, a highly functional semiconductor power conversion device having a small installation area can be easily provided at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による半導体電力変換装置の第1の実施
形態を示す平面図と断面図である。
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view showing a first embodiment of a semiconductor power conversion device according to the present invention.

【図2】本発明の実施形態における制御基板の一例を示
す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a control board according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明による半導体電力変換装置の第1実施形
態の組立プロセスを示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an assembly process of the first embodiment of the semiconductor power conversion device according to the present invention.

【図4】本発明による半導体電力変換装置の第2実施形
態の組立プロセスを示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an assembly process of the second embodiment of the semiconductor power conversion device according to the present invention.

【図5】本発明による半導体電力変換装置の第3実施形
態の組立プロセスを示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the assembly process of the third embodiment of the semiconductor power conversion device according to the present invention.

【図6】本発明による半導体電力変換装置の第4実施形
態の組立プロセスを示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the assembly process of the fourth embodiment of the semiconductor power conversion device according to the present invention.

【図7】本発明の実施形態における制御基板の分割手法
の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method of dividing the control board according to the embodiment of the present invention.

【図8】従来技術の第1の例を説明するための断面図で
ある。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a first example of the related art.

【図9】従来技術の第2の例を説明するための断面図で
ある。
FIG. 9 is a sectional view for explaining a second example of the conventional technique.

【図10】従来技術の第3の例を説明するための断面図
である。
FIG. 10 is a sectional view for explaining a third example of the conventional technique.

【図11】従来技術の第4の例を説明する溜めの断面図
である。
FIG. 11 is a sectional view of a reservoir for explaining a fourth example of the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 放熱板 102 樹脂絶縁層 103 電気回路 104 半導体スイッチング素子(MOSFET) 105 金属細線 106 ケース 107 封止用の樹脂 108 外部接続端子 109 制御基板 110 フレキシブル基板 111 外部接続用のコネクタ 112 封止用の樹脂 113 取り付け穴 114 台座 115 つめ 301 切れ込み 302 壁部 401 フタ 501 キャップ 502 ゲル注入孔 801 内部端子 802 熱拡散板 901 コネクタ 1001 金属ケース 1002 フラットケーブル 1101 薄型ディスプレイ 1102 ドライバIC 101 heat sink 102 resin insulation layer 103 electric circuit 104 Semiconductor switching element (MOSFET) 105 thin metal wire 106 cases 107 Resin for sealing 108 External connection terminal 109 control board 110 Flexible substrate 111 Connector for external connection 112 Resin for sealing 113 mounting holes 114 pedestal 115th 301 Notch 302 wall 401 lid 501 cap 502 Gel injection hole 801 internal terminal 802 Heat diffusion plate 901 connector 1001 metal case 1002 flat cable 1101 thin display 1102 Driver IC

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阪東 明 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所インバータ推進本部内 Fターム(参考) 5H740 BA12 MM08 PP01 PP02 PP03 PP06    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Akira Bando             3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Stock Association             Hitachi, Ltd. Inverter Promotion Division F term (reference) 5H740 BA12 MM08 PP01 PP02 PP03                       PP06

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体スイッチング素子と同一のケース
内に複数枚の制御基板を備えた半導体電力変換装置にお
いて、 前記複数枚の制御基板が、当初、1枚の基板から作ら
れ、夫々の制御基板となる部分の間にフレキシブル基板
による電気的接続が施された後、当該制御基板となる部
分毎に分離して構成されていることを特徴とする半導体
電力変換装置。
1. A semiconductor power conversion device comprising a plurality of control boards in the same case as a semiconductor switching element, wherein the plurality of control boards are initially made from one board, and each control board is provided. A semiconductor power conversion device, characterized in that, after electrical connection is made by a flexible substrate between the portions to be the control board, the portions to be the control board are separated.
【請求項2】 請求項1に記載の発明において、 前記フレキシブル基板の少なくとも一部は、縦弾性係数
が1×10-3〜2Mpaの樹脂で封止され、 前記複数枚の制御基板のうちの少なくとも1枚は、前記
半導体スイッチング素子の放熱板から空間的に離されて
いることを特徴とする半導体電力変換装置。
2. The invention according to claim 1, wherein at least a part of the flexible substrate is sealed with a resin having a longitudinal elastic coefficient of 1 × 10 −3 to 2 MPa, and the flexible substrate is one of the plurality of control substrates. At least one sheet is spatially separated from the heat radiating plate of the semiconductor switching element.
【請求項3】 請求項1に記載の発明において、 前記複数枚の制御基板は、前記1枚の基板を割ることに
より分離されていることを特徴とする半導体電力変換装
置。
3. The semiconductor power conversion device according to claim 1, wherein the plurality of control boards are separated by breaking the one board.
【請求項4】 請求項3に記載の発明において、 前記1枚の基板が、所定の位置に溝又はスリット若しく
は縫い目状に配置した複数の小孔の何れかを備え、前記
分離が、これらの何れかの部分で割ることにより与えら
れていることを特徴とする半導体電力変換装置。
4. The invention according to claim 3, wherein the one substrate is provided with a groove, a slit, or a plurality of small holes arranged in a stitch shape at a predetermined position, and the separation includes A semiconductor power conversion device characterized by being given by being divided by any part.
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