JP2010135783A - 電力用半導体モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 電力用半導体モジュールを提供する。
【解決手段】
本発明の電力用半導体モジュールは、電力用半導体素子が載置され、パターンが形成される基板と、上記基板に電源を印加する電源端子及び上記基板に信号を入出力する信号端子が絶縁樹脂材質からなる胴体部と一体型に組み立てられた一体型端子ユニットと、を含み、上記一体型端子ユニットを上記基板に載置することにより上記電源端子及び上記信号端子を上記基板に同時に連結することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は電源を供給する電源端子及び信号を入出力する信号端子を一体化した部品として基板に載置できる電力用半導体モジュールに関する。
電力用半導体モジュールはインバータ、コンバータ、無停電電源装置などに使用され、モーターコントロール、スイッチング、パワーサプライなどに応用する電力用モジュールである。
一般に、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタなどからなる電力用半導体モジュールの製作において各材料の接合工程を調べると、トランジスタ素子とダイオード素子をＤＢＣ(direct bonded copper)基板に接合し、ワイヤーで連結し、外部に連結される電源端子及び信号端子を該基板に接合する。
ここで、従来の電源端子及び信号端子は一般に別部品で構成されるが、この電源端子及び信号端子はＤＢＣに別途のワイヤーで連結されるワイヤーコネクト構造を採用している。このようなワイヤーコネクト構造はＤＢＣの構造を複雑にし、組立工数を増やすため、生産効率が低下し、潜在的な不良の要因となる。
したがって、本発明の目的は、電源端子と信号端子を個別部品にして組み立てる構造でない、一体型端子ユニットを提供し、一体型端子ユニットをＤＢＣ基板に一挙に載置することにより、電源端子と信号端子を組み立てて組立工数及び生産性を大幅に向上させた電力用半導体モジュールを提供することである。
上記の目的を達成するために、一実施例として、本発明の電力用半導体モジュールは、電力用半導体素子が載置され、パターンが形成される基板と、上記基板に電源を印加する電源端子及び上記基板に信号を入出力する信号端子が絶縁樹脂材質からなる胴体部と一体型に組み立てられた一体型端子ユニットと、を含み、上記一体型端子ユニットを上記基板に載置することにより、上記電源端子及び上記信号端子を上記基板に同時に連結することを特徴とする。
また、一実施例として、本発明の電力用半導体モジュールは、電力用半導体素子が載置され、パターンが形成される基板と、上記基板に電源を印加する複数の電源端子及び上記基板に信号を入出力する複数の信号端子が絶縁樹脂材質からなる胴体部と一体型に形成された一体型端子ユニットと、を含み、上記一体型端子ユニットが上記基板に固定されることにより、上記複数の電源端子及び上記基板の電気的連結と上記複数の信号端子及び上記基板の電気的連結とが一挙に行われることを特徴とする。
また、一実施例として、本発明の電力用半導体モジュールは、電力用半導体素子が載置され、パターンが形成される基板と、上記基板に電源を印加する複数の電源端子及び上記基板に信号を入出力する複数の信号端子が絶縁樹脂材質からなる胴体部と一体型に形成された一体型端子ユニットと、を含み、上記電源端子、上記信号端子及び上記基板は前記胴体部により互いに隔離されることにより電気的に絶縁されることを特徴とする。
本発明の電力用半導体モジュールによれば、電源端子及び信号端子のうち少なくとも一つを絶縁樹脂材質からなる胴体部と同一射出金型により一体に成型することにより、電力用半導体モジュールの構造が単純になり、製造工程に必要な作業工数も低減して組み立て作業が改善され、組み立て不良率を大幅に減らすことができる。
本発明の電力用半導体モジュールの構造を示した斜視図である。 本発明の一体型端子ユニットの外観を示した斜視図である。 図２の組み立て斜視図である。
以下、添付図面を参照して本発明による実施例を詳しく説明する。ここで、図面に示した構成要素の大きさや形状などは説明の明瞭化及び便宜のために誇張して示すことができる。また、本発明の構成及び作用を考慮して特別に定義した用語は使用者、運用者の意図または慣例に応じて変わることができる。このような用語に対する定義は本明細書の全般内容に基づいて定められるべきである。
図１は本発明の電力用半導体モジュールの構造を示した斜視図である。図２は本発明の一体型端子ユニットの外観を示した斜視図である。図３は図２の組み立て斜視図である。図１乃至図３を参照して本発明の電力用半導体モジュールの構成及び作用を詳しく説明する。
本発明の電力用半導体モジュールは、基板１００と、ここに連結される一体型端子ユニット３００と、を含む。基板１００は電力用半導体素子１５０が載置されパターンが形成されるものであって、ＤＢＣ(Direct Bonded Copper)基板が好ましい。
電力用半導体素子１５０の例には、交流用素子としてはサイリスタ(ＳＣＲ、ＴＲＩＡＣ)などがあり、直流用素子としてはパワー用に使用されるＣＭＯＳ ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどがある。ＤＢＣ基板は高圧用に使用される直接銅付け方式の基板であって、ベースプレート無しに銅からなる放熱板に電力半導体素子が直接取り付けられる基板が例えられる。電気エネルギーへの転換及び変換のために電気産業において電力用半導体モジュールは非常に大事な位置を占めている。新たな電力用半導体モジュールの新興市場は高い冷却性能及び高い電流密度、高い信頼性が求められる代替エネルギー産業及びハイブリッド自動車産業である。
一方、一体型端子ユニット３００は、電源端子２１０、２２０、２３０及び信号端子３１１、３１１'、３１２、３１２'、３１３、３１３'、３１４、３１４'が胴体部３９０と一体型に組み立てられたものである。電源端子２１０、２２０、２３０は基板１００及びここに載置された電力用半導体素子１５０に電源を印加する端子であり、信号端子３１１、３１１'、３１２、３１２'、３１３、３１３'、３１４、３１４'は基板１００に組み立てられた部品及びパターンに制御信号を入出力する端子であり、胴体部３９０は絶縁樹脂材質からなり一体型端子ユニット３００の骨格を形成する。
従来とは異なり、本発明においては、電源端子２１０、２２０、２３０及び信号端子３１１、３１１'、３１２、３１２'、３１３、３１３'、３１４、３１４'をそれぞれ別途の載置作業により基板１００に載せるのではなく、一体型端子ユニット３００を基板１００に載せる単一作業により電源端子２１０、２２０、２３０及び信号端子３１１、３１１'、３１２、３１２'、３１３、３１３'、３１４、３１４'を基板１００に連結することにより、作業工数及び生産性を向上させることができ、潜在的な不良要因を取り除くことができる。
一体型端子ユニット３００の一実施例として、電源端子２１０、２２０、２３０及び信号端子３１１、３１１'、３１２、３１２'、３１３、３１３'、３１４、３１４'を胴体部３９０の射出金型に同時に装着して一挙にインサート射出することにより成型できる。
このような実施例を図２に示した。胴体部３９０は多数の信号端子３１１、３１１'、３１２、３１２'、３１３、３１３'、３１４、３１４'の間に、電源端子２１０、２２０、２３０と信号端子３１１、３１１'、３１２、３１２'、３１３、３１３'、３１４、３１４'との間に絶縁層にして介在される部分であり、絶縁樹脂材質のものが好ましい。
電源端子２１０、２２０、２３０は、３相電源(Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相またはＵ相、Ｖ相、Ｗ相)が印加される場合、第１の電源端子２１０、第２の電源端子２２０及び第３の電源端子２３０からなる。一体型端子ユニット３００には、これらのうち少なくとも一つの電源端子が一体化することができる。示した例によれば、第３の電源端子２３０が一体型端子ユニット３００に一体化している。
一方、信号端子３１１、３１１'、３１２、３１２'、３１３、３１３'、３１４、３１４'のみを胴体部３９０とインサート射出し、電源端子２３０は胴体部３９０に形成された圧入部３９２に圧入することにより、一体型端子ユニット３００を成型することができる。このような実施例は図３の組み立て斜視図を参照すればよい。
複数の信号端子３１１、３１１'、３１２、３１２'、３１３、３１３'、３１４、３１４'と胴体部３９０をインサート射出により単一射出金型で同時に成型した後、胴体部３９０に形成された圧入部３９２に電源端子２３０の一部を圧入することにより、一体型端子ユニット３００を形成する。
一実施例として、電源端子２１０、２２０、２３０は、基板１００に載置される安着部２１２、２２２、２３２と、胴体部３９０に対する組立位置を制限する制御部２３４と、外部とボルト締結などの方法により電源が連結される端子連結部２３８と、端子連結部２３８を制御部２３４に対して所定の角度で折り曲げることにより電源連結のためのボルト締結を容易にする折り曲げ部２３６と、を備える。
したがって、電源端子２１０、２２０、２３０は一体型端子ユニット３００に組み立てられた後、胴体部３９０から離脱が防止され、基板１００に対して正確な載置高さ及び載置位置を保持することができ、外部と電源の連結の時、接触不良を抑制することができる。
一体型端子ユニット３００は、従来とは異なり、ワイヤーなどの連結方法に依存せず、電源端子２１０、２２０、２３０及び信号端子３１１、３１１'、３１２、３１２'、３１３、３１３'、３１４、３１４'を基板１００に直接同時に連結するので、基板１００及びここに載置された電力半導体素子から高熱が発生しても、熱的変形による接触不良が抑制でき、生産性及び信頼性を向上させ、潜在的な不良要因を予め取り除くことができる。
以上、本発明による実施例を説明してきたが、これらは例示に過ぎず、当該分野における通常的知識を持つ者なら、これから様々な変形及び均等な範囲の実施例が可能であることを理解するだろう。したがって、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲により定められるべきである。
１００ 基板
１５０ 電力用半導体素子
２１０，２２０，２３０ 電源端子
２１２、２２２、２３２ 安着部
２３４ 制御部
２３６ 折り曲げ部
２３８ 端子連結部
３００ 一体型端子ユニット
３１１，３１１'，３１２，３１２'，３１３，３１３'，３１４，３１４' 信号端子
３９０ 胴体部
３９２ 圧入部

Claims (9)

  1. 電力用半導体素子が載置され、パターンが形成される基板と、
    前記基板に電源を印加する電源端子及び前記基板に信号を入出力する信号端子が絶縁樹脂材質からなる胴体部と一体型に組み立てられた一体型端子ユニットと、を含み、
    前記一体型端子ユニットを前記基板に載置することにより、前記電源端子及び前記信号端子を前記基板に同時に連結することを特徴とする電力用半導体モジュール。
  2. 前記電源端子及び前記信号端子は前記胴体部と共に同一射出金型によりインサート射出されることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体モジュール。
  3. 前記電源端子及び前記信号端子を複数個具備し、
    前記胴体部は前記信号端子の間、前記電源端子と前記信号端子との間に絶縁樹脂材質にして介在されることを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体モジュール。
  4. 前記信号端子は前記胴体部と共に同一射出金型によりインサート射出され、前記電源端子は前記胴体部に形成された圧入部に圧入されることにより、前記一体型端子ユニットが形成されることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体モジュール。
  5. 前記基板はＤＢＣ(Direct Bonded Copper)基板であることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体モジュール。
  6. 前記電源端子は、
    前記基板に連結される安着部と、前記胴体部に対する位置を制限する制限部と、外部との電気的連結のための端子連結部と、前記端子連結部を折り曲げる折り曲げ部と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の電力用半導体モジュール。
  7. 前記電源端子は第１の電源端子、第２の電源端子及び第３の電源端子を備えて３相電源を前記基板に印加し、
    前記第１の電源端子、前記第２の電源端子及び前記第３の電源端子のうち少なくとも一つが前記一体型端子ユニットと一体に備えられることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体モジュール。
  8. 電力用半導体素子が載置され、パターンが形成される基板と、
    前記基板に電源を印加する複数の電源端子及び前記基板に信号を入出力する複数の信号端子が絶縁樹脂材質からなる胴体部と一体型に形成された一体型端子ユニットと、を含み、
    前記一体型端子ユニットが前記基板に固定されることにより、前記複数の電源端子及び前記基板の電気的連結と前記複数の信号端子及び前記基板の電気的連結とが同時に行われることを特徴とする電力用半導体モジュール。
  9. 電力用半導体素子が載置され、パターンが形成される基板と、
    前記基板に電源を印加する複数の電源端子及び前記基板に信号を入出力する複数の信号端子が絶縁樹脂材質からなる胴体部と一体型に形成された一体型端子ユニットと、を含み、
    前記電源端子、前記信号端子及び前記基板は前記胴体部により互いに隔離されることにより電気的に絶縁されることを特徴とする電力用半導体モジュール。
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