JP2017183699A - 電力変換装置及び電力変換装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体素子にダメージを与えることなくパワーモジュール内の電気的接続が可能な電力変換装置の製造方法を提供する。
【解決手段】図3(d)に示すように、導電層26とバスバー23とに第2リードフレーム35を載せる。そして、第2リードフレーム35の両端に孔を設けておき、これらの孔に半田材36、37を挿入する。次に、図3(e)に示すように、半田材36、37を超音波振動ツールで振動させる。半田材36、37は高温になることなしに、溶融する。これで、第2リードフレーム35は接続が完了する。半導体素子22とバスバー23とを第1リードフレーム31と第2リードフレーム35で接続する。半導体素子22に直接接触しない第2リードフレーム35を超音波で接合するようにしたので、半導体素子22がダメージを受ける虞が無い。
【選択図】図3
【解決手段】図3(d)に示すように、導電層26とバスバー23とに第2リードフレーム35を載せる。そして、第2リードフレーム35の両端に孔を設けておき、これらの孔に半田材36、37を挿入する。次に、図3(e)に示すように、半田材36、37を超音波振動ツールで振動させる。半田材36、37は高温になることなしに、溶融する。これで、第2リードフレーム35は接続が完了する。半導体素子22とバスバー23とを第1リードフレーム31と第2リードフレーム35で接続する。半導体素子22に直接接触しない第2リードフレーム35を超音波で接合するようにしたので、半導体素子22がダメージを受ける虞が無い。
【選択図】図3
Description
本発明は、バッテリで貯えた直流電源を交流に変換してモータへ供給する電力変換装置及び電力変換装置の製造方法に関する。
ハイブリッド車両や電動車両に搭載されるインバータ装置は、内部に直流−交流間の電力変換を行う電力変換器としてのパワーモジュールを備えている。このパワーモジュールでは、スイッチング素子としてのIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やダイオード等の半導体素子が、配線としてのボンディングワイヤやボンディングテープ等によって、バスバーに電気的に接続されている。このときに用いられる電気的接続構造が、各種知られている(例えば、特許文献1(図1、図3)参照)。
特許文献1の図1に示されるように、IGBT(10)(括弧付き数字は、特許文献1に記載された符号を示す。以下同様)と、ダイオード(20)と、バスバ(40)とにボンディングテープ(70)が掛け渡され、一端部(70a)がバスバ(40)に超音波接合され、中間部(70b)がダイオード(20)に超音波接合され、他端部(70c)がIGBT(10)に超音波接合されている(特許文献1段落[0013]末尾)。
特許文献1の図3に示されるように、超音波振動するツール(80)をボンディングテープ(70)に押し当てることで、超音波接合がなされる。
特許文献1では、ボンディングテープ(70)を、IGBT(10)やダイオード(20)に直接ボンディングしているため、ツール(80)の振動や加圧で、IGBT(10)やダイオード(20)が損傷または破壊する虞がある。
特許文献1では、ボンディングテープ(70)を、IGBT(10)やダイオード(20)に直接ボンディングしているため、ツール(80)の振動や加圧で、IGBT(10)やダイオード(20)が損傷または破壊する虞がある。
生産歩留まりの向上が求められる中、半導体素子(IGBT(10)やダイオード(20))にダメージを与えることは避けなければならない。
そのためには、半導体素子にダメージを与えることなくパワーモジュール内の電気接続が可能な電力変換装置及び電力変換装置の製造方法が求められる。
そのためには、半導体素子にダメージを与えることなくパワーモジュール内の電気接続が可能な電力変換装置及び電力変換装置の製造方法が求められる。
本発明は、半導体素子にダメージを与えることなくパワーモジュール内の電気接続が可能な電力変換装置及び電力変換装置の製造方法を提供することを課題とする。
請求項1に係る発明は、絶縁板の少なくとも片面に導電層が付されている絶縁基板と、前記絶縁基板に実装される半導体素子と、前記半導体素子から所定長さ離れた部位に設けられるバスバーと、前記バスバーと前記半導体素子とを電気的に接続する導電部材と、を備えている電力変換装置において、
前記導電部材は、前記半導体素子と前記導電層とを結ぶ第1接続材と、前記導電層と前記バスバーとを結ぶ第2接続材との2部材で構成されていることを特徴とする。
前記導電部材は、前記半導体素子と前記導電層とを結ぶ第1接続材と、前記導電層と前記バスバーとを結ぶ第2接続材との2部材で構成されていることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、絶縁板の少なくとも片面に導電層が付されている絶縁基板と、前記絶縁基板に実装される半導体素子と、前記半導体素子から所定長さ離れた部位に設けられるバスバーと、前記バスバーと前記半導体素子とを電気的に接続する導電部材と、を備えている電力変換装置において、
前記導電部材は、前記半導体素子から延びる第1接続材と、前記バスバーから延びて前記第1接続材に直接接合される第2接続材とからなることを特徴とする。
前記導電部材は、前記半導体素子から延びる第1接続材と、前記バスバーから延びて前記第1接続材に直接接合される第2接続材とからなることを特徴とする。
請求項3に係る発明では、半導体素子は、ダイオードと絶縁ゲートバイポーラトランジスタを一体化した素子であることを特徴とする。
請求項4に係る発明では、前記第1接続材は、リードフレームであることを特徴とする。
請求項5に係る発明では、前記第2接続材は、リボンワイヤであることを特徴とする。
請求項6に係る発明では、前記第2接続材は、リードフレームであることを特徴とする。
請求項7に係る発明は、請求項1〜3のいずれか1項記載の電力変換装置を製造する電力変換装置の製造方法であって、
前記第1接続材は、リードフレームであり、該リードフレームは、リフロー半田接合法によって一端が前記半導体素子に接続され、他端が前記導電層又は前記第2接続材に接続されることを特徴とする。
前記第1接続材は、リードフレームであり、該リードフレームは、リフロー半田接合法によって一端が前記半導体素子に接続され、他端が前記導電層又は前記第2接続材に接続されることを特徴とする。
請求項8に係る発明は、請求項1〜4のいずれか1項記載の電力変換装置を製造する電力変換装置の製造方法であって、
前記第2接続材は、リボンワイヤであり、該リボンワイヤは、リボンボンディング法によって一端が前記導電層又は前記第1接続材に接続され、他端が前記バスバーに接続されることを特徴とする。
前記第2接続材は、リボンワイヤであり、該リボンワイヤは、リボンボンディング法によって一端が前記導電層又は前記第1接続材に接続され、他端が前記バスバーに接続されることを特徴とする。
請求項9に係る発明は、請求項1〜4のいずれか1項記載の電力変換装置を製造する電力変換装置の製造方法であって、
前記第2接続材は、リードフレームであり、該リードフレームは、超音波半田接合法によって一端が前記導電層又は前記第1接続材に接続され、他端が前記バスバーに接続されることを特徴とする。
前記第2接続材は、リードフレームであり、該リードフレームは、超音波半田接合法によって一端が前記導電層又は前記第1接続材に接続され、他端が前記バスバーに接続されることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、導電部材を、半導体素子と絶縁基板上の導電層とを結ぶ第1接続材と、導電層とバスバーとを結ぶ第2接続材との2部材で構成した。導電部材を2部材とすることにより、導電層上で別々に2部材が接続されるため、第2接続材を超音波で接合する場合であっても、別部材である第1接続材へ振動などの影響を与えることは無い。また、第1接続部材を半導体素子にダメージを与えない接合法で接合することが可能となる。
結果、本発明により、半導体素子にダメージを与えることなくパワーモジュール内の電気接続が可能な電力変換装置が提供される。
結果、本発明により、半導体素子にダメージを与えることなくパワーモジュール内の電気接続が可能な電力変換装置が提供される。
請求項2に係る発明では、導電部材を、半導体素子から延びる第1接続材と、バスバーから延びて第1接続材に直接接合される第2接続材とで構成した。導電部材を2部材とすることにより、第2接続材を超音波で接合する場合であっても、別部材である第1接続材に直接接続することで、第1接続部材が振動などを吸収し、半導体素子にダメージを与えない。また、第1接続部材を半導体素子にダメージを与えない接合法で接合することが可能となる。
結果、本発明により、半導体素子にダメージを与えることなくパワーモジュール内の電気接続が可能な電力変換装置が提供される。
結果、本発明により、半導体素子にダメージを与えることなくパワーモジュール内の電気接続が可能な電力変換装置が提供される。
請求項3に係る発明では、半導体素子は、ダイオードと絶縁ゲートバイポーラトランジスタを一体化した素子とした。一体化したので、電力変換装置のコンパクト化が図れる。
請求項4に係る発明では、第1接続材は、リードフレームである。リードフレームの一端と半導体素子との間に半田材を置き、リードフレームの他端と導電層との間に半田材を置き、半田材の融点以上の雰囲気にリードフレームや半導体素子や導電層などを置ことで、リードフレームが接続できる。
請求項5に係る発明では、第2接続材は、リボンワイヤである。導電層とバスバーをリボンワイヤによってリボンボンディング法で接続することができる。
請求項6に係る発明では、第2接続材は、リードフレームである。リードフレームを導電層とバスバーとに超音波半田接続法で接続することができる。
請求項7に係る発明では、第1接続材は、リードフレームであり、該リードフレームは、リフロー半田接合法によって一端が半導体素子に接続され、他端が導電層又は第2接続材に接続される。
リフロー半田接合法は、絶縁基板と半導体素子の間に半田材を置き、半田材の溶融温度まで徐々に加熱し、次に冷却することで接続を完了する製造方法である。半導体素子が許容する温度で溶融するような半田材を採用する。振動や加圧が不要であるため、半導体素子にダメージを与える虞がない。
リフロー半田接合法は、絶縁基板と半導体素子の間に半田材を置き、半田材の溶融温度まで徐々に加熱し、次に冷却することで接続を完了する製造方法である。半導体素子が許容する温度で溶融するような半田材を採用する。振動や加圧が不要であるため、半導体素子にダメージを与える虞がない。
また、リボンワイヤの場合は複数本の接続が必要となるが、本発明のリードフレームの場合は1本で済むため、部品点数の削減及び工数の削減が図れる。さらには、リボンワイヤよりも接続強度を高めることができる。また、リードフレームを通じて半導体素子の発熱を絶縁基板に伝達することができ、放熱性を向上させることができる。
請求項8に係る発明は、第2接続材は、リボンワイヤであり、該リボンワイヤは、リボンボンディング法によって接続される。
第2接続材は、半導体素子から離れているため、ほぼ自由に接続法を選ぶことができる。リボンワイヤは可撓性に富むため、接続高さがある場合でも柔軟に対応可能である。
第2接続材は、半導体素子から離れているため、ほぼ自由に接続法を選ぶことができる。リボンワイヤは可撓性に富むため、接続高さがある場合でも柔軟に対応可能である。
請求項9に係る発明は、リードフレームであり、該リードフレームは、超音波半田接合法によって接続される。
第2接続材は、半導体素子から離れているため、ほぼ自由に接続法を選ぶことができる。
超音波半田接合法は、半田材を加熱することなく、超音波振動で溶融する。高温加熱が不要であるため、バスバーを支える部材(パワーモジュールケースなど)に安価な樹脂材料が使用できる。
また、超音波半田接合法は、フラックスが不要である。フラックスを使用しないため、フラックス残渣の洗浄が不要となり、工程や工数の低減が図れる。
第2接続材は、半導体素子から離れているため、ほぼ自由に接続法を選ぶことができる。
超音波半田接合法は、半田材を加熱することなく、超音波振動で溶融する。高温加熱が不要であるため、バスバーを支える部材(パワーモジュールケースなど)に安価な樹脂材料が使用できる。
また、超音波半田接合法は、フラックスが不要である。フラックスを使用しないため、フラックス残渣の洗浄が不要となり、工程や工数の低減が図れる。
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
本発明に係る電力変換装置10は、バッテリとモータとの間に配置される。バッテリ及びモータは周知であるため、図示は省略する。モータが発電機として使用される場合は、発電された電力をバッテリに貯える。よって、本発明の電力変換装置10は、バッテリとモータとの間又は発電機とバッテリの間に配置することができる。
図1(a)に示すように電力変換装置10は、例えば、ロアケース11と、ミドルケース12とアッパカバー13とで構成される筐体に内蔵されるコンデンサ14と、モータに接続されモータ側バスバー15と、パワーモジュールを内蔵するパワーモジュールケース17とを備える。
図1(b)に示すようにパワーモジュールケース17は、上面にパワーモジュールを制御する回路基板18を備え、下面にパワーモジュールを冷却する冷却器19を備え、内部に半導体素子22などを備えている。なお、半導体素子22などは絶縁基板(図2、符号21)に実装し、この絶縁基板を冷却器19の上面に接触又は接合してもよい。この場合は半導体素子22などはパワーモジュールケース17で囲われる。
図2(a)は図1(b)の要部拡大図(2a)であり、図2(b)は図2(a)のb−b線断面図である。
図2(b)に示すように、絶縁基板21に半導体素子22が実装されている。
絶縁基板21は、セラミック板24上に銅層26を直接接合したDCB(ダイレクト・カッパー・ボンド)基板が好適であるが、汎用の銅箔基板であってもよい。
図2(b)では半導体素子22の実装側の銅層26は分割されており、銅層26は導電層である。以下、銅層26を導電層26という。
図2(b)に示すように、絶縁基板21に半導体素子22が実装されている。
絶縁基板21は、セラミック板24上に銅層26を直接接合したDCB(ダイレクト・カッパー・ボンド)基板が好適であるが、汎用の銅箔基板であってもよい。
図2(b)では半導体素子22の実装側の銅層26は分割されており、銅層26は導電層である。以下、銅層26を導電層26という。
半導体素子22は、ダイオードやIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などの素子の他、ダイオードと絶縁ゲートバイポーラトランジスタを一体化した一体化素子が好適である。一体化素子であれば、電力変換装置10のコンパクト化が図れる。
また、パワーモジュールケース17にケース側のバスバー23が埋設されている。そして、半導体素子22とバスバー23とを電気的に接続する導電部材25は、半導体素子22と絶縁基板21上の導電層26とを結ぶ第1接続材27と、導電層26とバスバー23とを結ぶ第2接続材28とからなる。平面的なレイアウトは、図2(a)に示すとおりである。図2(b)の符号を流用し、詳しい説明は省略する。
次に、接続方法を主とする製造方法を説明する。
図3(a)にて、リフロー半田接合法を実施する。すなわち、第1接続材27としての第1リードフレーム31を、半導体素子22と導電層26とに載せる。この際に、第1リードフレーム31の一端と半導体素子22との間に半田材32を置き、第1リードフレーム31の他端と導電層26との間に半田材32を置く。次に、半田材32の融点以上の雰囲気に第1リードフレーム31や半導体素子22や導電層26などを置く。半田材32が溶融したら、冷却する。これで、第1リードフレーム31が接続される。
図3(a)にて、リフロー半田接合法を実施する。すなわち、第1接続材27としての第1リードフレーム31を、半導体素子22と導電層26とに載せる。この際に、第1リードフレーム31の一端と半導体素子22との間に半田材32を置き、第1リードフレーム31の他端と導電層26との間に半田材32を置く。次に、半田材32の融点以上の雰囲気に第1リードフレーム31や半導体素子22や導電層26などを置く。半田材32が溶融したら、冷却する。これで、第1リードフレーム31が接続される。
第1接続材27はリボンワイヤであってもよいが、リボンワイヤの場合は複数本の接続が必要となる。この点、第1リードフレーム31の場合は1本で済むため、部品点数の削減及び工数の削減が図れる。さらには、リボンワイヤよりも接続強度を高めることができる。また、第1リードフレーム31及び導電層26を通じて半導体素子22の発熱を冷却器19に伝達することができ、放熱性を向上させることができる。
次に、図3(b)に示すように、バスバー23を有するパワーモジュールケース17を取り付ける。第2接続材28には、リボンワイヤ34と第2リードフレーム35の何れも採用可能である。
第2接続材28にリボンワイヤ34を使用する場合は、図3(c)に示すように、導電層26とバスバー23をリボンワイヤ34で接続する。このときの接続法はリボンボンディング法である。すなわち、リボンワイヤ34の一端を超音波振動するツールで導電層26に接続する。次に、ツールでリボンワイヤ34をS字状に湾曲させる。次に、リボンワイヤ34の他端を超音波振動するツールでバスバー23に接続する。なお、バスバー23接続、湾曲、導電層26接続の順にしてもよい。
リボンボンディング法では、接続部位に振動及び押圧が作用する。しかし、リボンワイヤ34は半導体素子22に直接接続していないため、振動及び押圧が半導体素子22に影響する虞はない。結果、半導体素子22の損傷などを回避することができる。
また、リボンボンディング法では、導電層26とバスバー23に高低差があっても問題ない。
さらに、第1リードフレーム31の導電層26接続部上にリボンワイヤ34を直接接続しても良い。この構造の場合、第1リードフレーム31とリボンワイヤ34が重なった状態で接続されるため、導電層26上の接続面積を減らすことができ、電力変換装置のコンパクト化が図れる。
また、リボンボンディング法では、導電層26とバスバー23に高低差があっても問題ない。
さらに、第1リードフレーム31の導電層26接続部上にリボンワイヤ34を直接接続しても良い。この構造の場合、第1リードフレーム31とリボンワイヤ34が重なった状態で接続されるため、導電層26上の接続面積を減らすことができ、電力変換装置のコンパクト化が図れる。
第2接続材28に第2リードフレーム35を使用する場合は、図3(d)に示すように、導電層26とバスバー23とに第2リードフレーム35を載せる。そして、第2リードフレーム35の両端に孔を設けておき、これらの孔に半田材36、37を挿入する。
次に、図3(e)に示すように、第2リードフレーム35を、導電層26とバスバー23とに接続する。このときの接続法は超音波半田接続法が好適である。すなわち、半田材36を超音波振動ツールで振動させる。半田材36は高温になることなしに、溶融する。次に、半田材37を超音波振動ツールで振動させる。半田材37は高温になることなしに、溶融する。これで、第2リードフレーム35は接続が完了する。なお、バスバー23接続、導電層26接続の順にしてもよい。
さらに、第1リードフレーム31の導電層26接続部上に第2リードフレーム35を直接接続しても良い。この構造の場合、第1リードフレーム31と第2リードフレーム35が重なった状態で接続されるため、導電層26上の接続面積を減らすことができ、電力変換装置のコンパクト化が図れる。
さらに、第1リードフレーム31の導電層26接続部上に第2リードフレーム35を直接接続しても良い。この構造の場合、第1リードフレーム31と第2リードフレーム35が重なった状態で接続されるため、導電層26上の接続面積を減らすことができ、電力変換装置のコンパクト化が図れる。
次に変更例を説明する。
図4(a)にて、リフロー半田接合法を実施する。すなわち、第1接続材27としての第1リードフレーム31を半導体素子22に載せる。この際に、第1リードフレーム31の一端と半導体素子22との間に半田材32を置く。次に、半田材32の融点以上の雰囲気に第1リードフレーム31や半導体素子22などを置く。半田材32が溶融したら、冷却する。これで、第1リードフレーム31が接続される。
図4(a)にて、リフロー半田接合法を実施する。すなわち、第1接続材27としての第1リードフレーム31を半導体素子22に載せる。この際に、第1リードフレーム31の一端と半導体素子22との間に半田材32を置く。次に、半田材32の融点以上の雰囲気に第1リードフレーム31や半導体素子22などを置く。半田材32が溶融したら、冷却する。これで、第1リードフレーム31が接続される。
次に、図4(b)に示すように、バスバー23を有するパワーモジュールケース17を取り付ける。第2接続材28には、リボンワイヤ34と第2リードフレーム35の何れも採用可能である。
第2接続材28にリボンワイヤ34を使用する場合は、図4(c)に示すように、第1リードフレーム31とバスバー23をリボンワイヤ34で接続する。このときの接続法はリボンボンディング法である。すなわち、リボンワイヤ34の一端を超音波振動するツールで第1リードフレーム31に接続する。次に、ツールでリボンワイヤ34をS字状に湾曲させる。次に、リボンワイヤ34の他端を超音波振動するツールでバスバー23に接続する。なお、バスバー23接続、湾曲、導電層26接続の順にしてもよい。
第2接続材28に第2リードフレーム35を使用する場合は、図4(d)に示すように、第1リードフレーム31とバスバー23とに第2リードフレーム35を載せる。そして、第2リードフレーム35の両端に孔を設けておき、これらの孔に半田材36、37を挿入する。
次に、図4(e)に示すように、第2リードフレーム35を、第1リードフレーム31とバスバー23とに接続する。このときの接続法は超音波半田接続法が好適である。すなわち、半田材36を超音波振動ツールで振動させる。半田材36は高温になることなしに、溶融する。次に、半田材37を超音波振動ツールで振動させる。半田材37は高温になることなしに、溶融する。これで、第2リードフレーム35は接続が完了する。なおバスバー23接続、導電層26接続の順にしてもよい。
なお、図4(c)、図4(e)にて、超音波振動が第1リードフレーム31を介して半導体素子22に伝わる。しかし、第1リードフレーム31は薄い帯板であって減衰機能を発揮するため、半導体素子22への影響は軽微である。また、半田材32が第1リードフレーム31と半導体素子22の間に設けられるため、半田材32での減衰機能も発揮する。
このように、本発明では、半導体素子22とバスバー23と、第1リードフレーム31と第2リードフレーム35とで接続する。半導体素子22に直接接触しない第2リードフレーム35を超音波などで接合するようにしたので、半導体素子22がダメージを受ける虞が無くなった。
尚、第1・第2リードフレーム31、35の形状は任意である。
また、電力変換装置10は、電動車両や、いわゆるハイブリッド車両に搭載される他、船舶用や一般産業用に供することもできる。
また、電力変換装置10は、電動車両や、いわゆるハイブリッド車両に搭載される他、船舶用や一般産業用に供することもできる。
本発明は、車両に搭載される電力変換装置に好適である。
10...電力変換装置、17...パワーモジュールケース、18...回路基板、21...絶縁基板、22...半導体素子、23...バスバー、24...セラミック板、25...導電部材、26...銅層(導電層)、27...第1接続材(リードフレーム)、28...第2接続材(リボンワイヤ、リードフレーム)、31...第1リードフレーム、32、36、37...半田材、34...リボンワイヤ、35...第2リードフレーム。
請求項1に係る発明は、絶縁板の少なくとも片面に導電層が付されている絶縁基板と、前記絶縁基板に実装される半導体素子と、前記半導体素子から所定長さ離れた部位に設けられるバスバーと、前記バスバーと前記半導体素子とを電気的に接続する導電部材と、を備えている電力変換装置において、前記半導体素子は、ダイオードと絶縁ゲートバイポーラトランジスタを一体化した素子であり、前記導電部材は、前記半導体素子と前記導電層とを結ぶ第1接続材と、前記導電層と前記バスバーとを結ぶ第2接続材との2部材で構成され、前記導電層は、前記半導体素子と前記第2接続材とが電気的に接続される導電層と、前記第1接続材と前記第2接続材とが電気的に接続される導電層とに分割され、更に、前記第1接続材と前記第2接続材とが電気的に接続される前記導電層は、平面視で該第2接続材の延出方向に平行な分割線でもって前記半導体素子と前記第2接続材とが電気的に接続される前記導電層から分割されていることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、前記第1接続材は、リードフレームであることを特徴とする。
請求項3に係る発明は、前記第2接続材は、リボンワイヤであることを特徴とする。
請求項4に係る発明は、前記第2接続材は、リードフレームであることを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項1に記載の電力変換装置を製造する電力変換装置の製造方法であって、
前記第1接続材は、リードフレームであり、該リードフレームは、リフロー半田接合法によって一端が前記半導体素子に接続され、他端が前記導電層又は前記第2接続材に接続されることを特徴とする。
前記第1接続材は、リードフレームであり、該リードフレームは、リフロー半田接合法によって一端が前記半導体素子に接続され、他端が前記導電層又は前記第2接続材に接続されることを特徴とする。
請求項6に係る発明は、請求項1又は2に記載の電力変換装置を製造する電力変換装置の製造方法であって、
前記第2接続材は、リボンワイヤであり、該リボンワイヤは、リボンボンディング法によって一端が前記導電層又は前記第1接続材に接続され、他端が前記バスバーに接続されることを特徴とする。
前記第2接続材は、リボンワイヤであり、該リボンワイヤは、リボンボンディング法によって一端が前記導電層又は前記第1接続材に接続され、他端が前記バスバーに接続されることを特徴とする。
請求項7に係る発明は、請求項1又は2に記載の電力変換装置を製造する電力変換装置の製造方法であって、
前記第2接続材は、リードフレームであり、該リードフレームは、超音波半田接合法によって一端が前記導電層又は前記第1接続材に接続され、他端が前記バスバーに接続されることを特徴とする。
前記第2接続材は、リードフレームであり、該リードフレームは、超音波半田接合法によって一端が前記導電層又は前記第1接続材に接続され、他端が前記バスバーに接続されることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、導電部材を、半導体素子と絶縁基板上の導電層とを結ぶ第1接続材と、導電層とバスバーとを結ぶ第2接続材との2部材で構成した。導電部材を2部材とすることにより、導電層上で別々に2部材が接続されるため、第2接続材を超音波で接合する場合であっても、別部材である第1接続材へ振動などの影響を与えることは無い。また、第1接続部材を半導体素子にダメージを与えない接合法で接合することが可能となる。
結果、本発明により、半導体素子にダメージを与えることなくパワーモジュール内の電気接続が可能な電力変換装置が提供される。
また、本発明では、半導体素子は、ダイオードと絶縁ゲートバイポーラトランジスタを一体化した素子とした。一体化したので、電力変換装置のコンパクト化が図れる。
また、本発明では、導電層は、半導体素子と第2接続材とが電気的に接続される導電層と、第1接続材と第2接続材とが電気的に接続される導電層とに分割され、更に、第1接続材と第2接続材とが電気的に接続される導電層は、平面視で該第2接続材の延出方向に平行な分割線でもって半導体素子と第2接続材とが電気的に接続される前記導電層から分割されている。
結果、本発明により、半導体素子にダメージを与えることなくパワーモジュール内の電気接続が可能な電力変換装置が提供される。
また、本発明では、半導体素子は、ダイオードと絶縁ゲートバイポーラトランジスタを一体化した素子とした。一体化したので、電力変換装置のコンパクト化が図れる。
また、本発明では、導電層は、半導体素子と第2接続材とが電気的に接続される導電層と、第1接続材と第2接続材とが電気的に接続される導電層とに分割され、更に、第1接続材と第2接続材とが電気的に接続される導電層は、平面視で該第2接続材の延出方向に平行な分割線でもって半導体素子と第2接続材とが電気的に接続される前記導電層から分割されている。
請求項2に係る発明では、第1接続材は、リードフレームである。リードフレームの一端と半導体素子との間に半田材を置き、リードフレームの他端と導電層との間に半田材を置き、半田材の融点以上の雰囲気にリードフレームや半導体素子や導電層などを置ことで、リードフレームが接続できる。
請求項3に係る発明では、第2接続材は、リボンワイヤである。導電層とバスバーをリボンワイヤによってリボンボンディング法で接続することができる。
請求項4に係る発明では、第2接続材は、リードフレームである。リードフレームを導電層とバスバーとに超音波半田接続法で接続することができる。
請求項5に係る発明では、第1接続材は、リードフレームであり、該リードフレームは、リフロー半田接合法によって一端が半導体素子に接続され、他端が導電層又は第2接続材に接続される。
リフロー半田接合法は、絶縁基板と半導体素子の間に半田材を置き、半田材の溶融温度まで徐々に加熱し、次に冷却することで接続を完了する製造方法である。半導体素子が許容する温度で溶融するような半田材を採用する。振動や加圧が不要であるため、半導体素子にダメージを与える虞がない。
リフロー半田接合法は、絶縁基板と半導体素子の間に半田材を置き、半田材の溶融温度まで徐々に加熱し、次に冷却することで接続を完了する製造方法である。半導体素子が許容する温度で溶融するような半田材を採用する。振動や加圧が不要であるため、半導体素子にダメージを与える虞がない。
請求項6に係る発明は、第2接続材は、リボンワイヤであり、該リボンワイヤは、リボンボンディング法によって接続される。
第2接続材は、半導体素子から離れているため、ほぼ自由に接続法を選ぶことができる。リボンワイヤは可撓性に富むため、接続高さがある場合でも柔軟に対応可能である。
第2接続材は、半導体素子から離れているため、ほぼ自由に接続法を選ぶことができる。リボンワイヤは可撓性に富むため、接続高さがある場合でも柔軟に対応可能である。
請求項7に係る発明は、リードフレームであり、該リードフレームは、超音波半田接合法によって接続される。
第2接続材は、半導体素子から離れているため、ほぼ自由に接続法を選ぶことができる。
超音波半田接合法は、半田材を加熱することなく、超音波振動で溶融する。高温加熱が不要であるため、バスバーを支える部材(パワーモジュールケースなど)に安価な樹脂材料が使用できる。
また、超音波半田接合法は、フラックスが不要である。フラックスを使用しないため、フラックス残渣の洗浄が不要となり、工程や工数の低減が図れる。
第2接続材は、半導体素子から離れているため、ほぼ自由に接続法を選ぶことができる。
超音波半田接合法は、半田材を加熱することなく、超音波振動で溶融する。高温加熱が不要であるため、バスバーを支える部材(パワーモジュールケースなど)に安価な樹脂材料が使用できる。
また、超音波半田接合法は、フラックスが不要である。フラックスを使用しないため、フラックス残渣の洗浄が不要となり、工程や工数の低減が図れる。
Claims (9)
- 絶縁板の少なくとも片面に導電層が付されている絶縁基板と、
前記絶縁基板に実装される半導体素子と、
前記半導体素子から所定長さ離れた部位に設けられるバスバーと、
前記バスバーと前記半導体素子とを電気的に接続する導電部材と、を備えている電力変換装置において、
前記導電部材は、前記半導体素子と前記導電層とを結ぶ第1接続材と、前記導電層と前記バスバーとを結ぶ第2接続材との2部材で構成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 絶縁板の少なくとも片面に導電層が付されている絶縁基板と、
前記絶縁基板に実装される半導体素子と、
前記半導体素子から所定長さ離れた部位に設けられるバスバーと、
前記バスバーと前記半導体素子とを電気的に接続する導電部材と、を備えている電力変換装置において、
前記導電部材は、前記半導体素子から延びる第1接続材と、前記バスバーから延びて前記第1接続材に直接接合される第2接続材とからなることを特徴とする電力変換装置。 - 前記半導体素子は、ダイオードと絶縁ゲートバイポーラトランジスタを一体化した素子であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電力変換装置。
- 前記第1接続材は、リードフレームであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の電力変換装置。
- 前記第2接続材は、リボンワイヤであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の電力変換装置。
- 前記第2接続材は、リードフレームであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の電力変換装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載の電力変換装置を製造する電力変換装置の製造方法であって、
前記第1接続材は、リードフレームであり、
該リードフレームは、リフロー半田接合法によって一端が前記半導体素子に接続され、他端が前記導電層又は前記第2接続材に接続されることを特徴とする電力変換装置の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項記載の電力変換装置を製造する電力変換装置の製造方法であって、
前記第2接続材は、リボンワイヤであり、
該リボンワイヤは、リボンボンディング法によって一端が前記導電層又は前記第1接続材に接続され、他端が前記バスバーに接続されることを特徴とする電力変換装置の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項記載の電力変換装置を製造する電力変換装置の製造方法であって、
前記第2接続材は、リードフレームであり、
該リードフレームは、超音波半田接合法によって一端が前記導電層又は前記第1接続材に接続され、他端が前記バスバーに接続されることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
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2016
- 2016-12-12 JP JP2016240317A patent/JP2017183699A/ja active Pending
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