JP2539773Y2 - 銅バーに接続された電力用半導体装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は銅バーに接続された電力用半導体装置に関
し、特にフレキシブル基板と銅バーと電力用半導体モジ
ュールとを良好に接続した電力用半導体装置に関する。
本発明はたとえば、電動機駆動回路装置などの大電流ス
イッチング回路装置に使用することができる。

［従来の技術］ 本考案に関連する従来技術を説明するために、まず、
バッテリーフォークリフトのチョッパ制御用電動機駆動
回路装置を第４図に示し、その部品配置図を第５図に示
す。

第４図において、バッテリーＥの高位電源Vccと低位
電源Vsとの間に電動機Ｍとそれを駆動するトランジスタ
モジュール１とが直列に接続され、トランジスタモジュ
ール１のベースは駆動用IC6の出力端に接続されてい
る。電動機Ｍの両端にはフライホイル用のダイオードモ
ジュール２とCR回路４とが並列に接続されている。トラ
ンジスタモジュール１のエミッタとコレクタとの間にサ
ージ吸収用のCR回路５が接続され、バッテリーＥの両端
にもサージ吸収用のコンデンサ３が接続されている。こ
れらのダイオードモジュール２、CR回路４、５、コンデ
ンサ３は、誘導負荷である電動機Ｍをスイッチング制御
する時に発生する大きなサージ電圧を吸収するためのも
のである。

従来のバッテリーフォークリフト用電動機駆動回路装
置では、第５図に示すようにトランジスタモジュール１
とダイオードモジュール２とはそれぞれ異なるパッケー
ジに実装されてモジュール化されており、駆動用IC6と
２個のCR回路４、５とはプリント基板90に実装されてい
る。但し第５図では駆動用IC6及びCR回路４、５は図示
を省略している。各モジュール１、２とプリント基板90
とコンデンサ３とは端子台110、120とともに放熱用のア
ルミベース板７上に取付けられ、プリント基板90を除く
他は銅バー81〜86により相互に接続されている。そして
プリント基板90と各モジュール１、２とはビニール被覆
線94〜96により配線されている。

［解決を必要とする課題］ ところが前記説明したバッテリーフォークリフト用電
動機駆動回路装置のような電力用半導体装置では、トラ
ンジスタモジュール１とダイオードモジュール２とコン
デンサ３のような大電流素子は銅バーにより接続され、
CR回路４、５や駆動用IC6のような小電流素子はプリン
ト基板に搭載されていた。従ってこのような電力用半導
体装置では各モジュールの銅バー接続用の電極とプリン
ト基板とを圧着端子付ビニール被覆線で接続せねばなら
ず、配線工程が複雑であった。

またトランジスタモジュール１のスイッチング時の電
流変化率dI/dtが大きいので、前記ビニール被覆線94〜9
6の配線インダクタンス（Ls）で発生するサージ電圧
（Ｖ＝LsdI/dt）が無視できない値となっていた。たと
えば発生するサージ電圧が大きいと駆動用IC6に混入す
る電磁ノイズが大きくなるという問題があった。

前記説明したように、大誘導負荷をスイッチングする
電力用半導体装置において、配線工程を簡単化すること
と配線インダクタンスを低減することは重要な問題であ
り、特に前記したCR回路４、５などのサージ吸収用回路
の配線インダクタンスを減らすことは、サージ吸収回路
のサージ吸収能力を確保するために重要であった。

本発明は前記問題点に鑑みなされたものであって、配
線及び接続が簡単良好でありかつ配線のインダクタンス
を低減し得る、銅バーに接続された電力用半導体装置を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本考案の銅バーに接続された電力用半導体装置は、半
導体素子と前記半導体素子を収納するパッケージと前記
半導体素子の入出力端子として前記パッケージの外部に
取付けられ螺子孔を形成された電極板とをもつ電力用半
導体モジュールと、所定位置に開孔部を有する複数の銅
バーと、可撓性を有する樹脂膜と前記樹脂膜の少なくと
も片面に形成された配線パターンと前記配線パターンに
接続された電気素子と前記樹脂膜及び前記配線パターン
を貫くように開孔された複数のスルーホールとをもつフ
レキシブル基板と、前記電力用半導体モジュールの前記
電極板と前記銅バーの第１主面とが密着しかつ前記各銅
バーの前記第１主面の反対主面である第２主面と前記フ
レキシブル基板の前記配線パターンとが密着するよう
に、前記銅バーの前記開孔部及び前記フレキシブル基板
の前記スルーホールを挿通して前記電力用半導体モジュ
ールの前記螺子孔に螺合している螺子とを具備するよう
に構成されている。

電力用半導体モジュールは、たとえばパワートランジ
スタ、ダイオード、サイリスタなどの電力用半導体素子
を内蔵するモジュールである。電力用半導体モジュール
はたとえば放熱用アルミベースに取付けてもよく、また
固定された銅バーに螺子により取付けてもよい。

電気素子には抵抗やコンデンサなどの受動部品やトラ
ンジスタなどの能動部品がある。

［作用］ 本考案の銅バーに接続された電力用半導体装置におい
て、螺子は、銅バーの開孔部及びフレキシブル基板のス
ルーホールを挿通して電力用半導体モジュールの銅バー
接続用の電極板の螺子孔に螺合している。従って螺子は
フレキシブル基板を銅バーとともに所定位置に固定する
作用をもち、電力用半導体モジュールの電極板と銅バー
とを良好に接触させ銅バーとフレキシブル基板の配線パ
ターンとを良好に接触させる作用をもつ。

更にフレキシブル基板は可撓性をもつので、各電力用
半導体モジュール及び各銅バーの寸法（電極ピンの長手
方向に見た）及び銅バーの空間位置のバラツキを吸収
し、かつ銅バーと配線パターンとの間にゴミが入ったり
または銅バー表面が荒れていても銅バーと配線パターン
との間の電気的接触を良好に確保する作用をもってい
る。またフレキシブル基板の配線パターンは偏平な断面
形状をもつので、配線インダクタンスをより小さくする
作用をもっている。

［実施例］ バッテリーフォークリフトの駆動に好適な本考案の装
置の一実施例を第１図乃至第４図に示す。第１図は本実
施例の電力用半導体装置の平面図、第２図はその正面
図、第３図はフレキシブル基板の平面図、第４図は第１
図の電力用半導体装置の等価回路図である。

この装置は、第４図に示すように、電力用半導体モジ
ュールであるトランジスタモジュール１と、電力用半導
体モジュールであるフライホイル用のダイオードモジュ
ール２と、サージ吸収用のコンデンサ３と、サージ吸収
用のCR回路４、５と、トランジスタモジュール１を制御
する駆動用IC6とからなる。

トランジスタモジュール１のエミッタは端子103に接
続され、そのコレクタは端子101に接続されている。

ダイオードモジュール２のＮ側は端子102に接続さ
れ、そのＰ側は端子101に接続されている。

サージ吸収用のコンデンサ３は端子102と端子103との
間に接続されている。

CR回路４は抵抗41とコンデンサ42とを直列に接続して
構成され、端子101と端子102との間に接続されている。

CR回路５は抵抗51とコンデンサ52とを直列に接続して
構成され、端子101と端子103との間に接続されている。

駆動用IC6はトランジスタモジュール１をチョッパ制
御するICであり、パワートランジスタモジュール１のベ
ースに接続される出力端子62と、入力端子61と、端子10
2及び端子103に接続される２個の電源端子とをもつ。

第４図に示すように、端子101と端子102との間にはバ
ッテリーフォークリフト駆動用の電動機Ｍが接続され、
端子102と端子103との間にはバッテリーＥが接続されて
いる。

この装置の動作説明に関しては良く知られているので
ここでは省略する。

本実施例の装置を構成する各構成要素の配置を第１図
及び第２図により説明する。

この装置は、トランジスタモジュール１とダイオード
モジュール２とコンデンサ３とCR駆動回路（第４図参
照）４、５と駆動IC（第４図参照）６とをもつ他に、更
に支持部材及び放熱部材としての平板状のアルミベース
７と、銅バー81〜87と、端子台110、120と、フレキシブ
ル基板９と、螺子201〜207と、ナット301〜303とから構
成されている。

トランジスタモジュール１とダイオードモジュール２
とコンデンサ３と端子台110、120とは、それぞれ取付け
螺子孔（図示せず）をもち、前記取り付け螺子孔に合わ
せてアルミベース７にはネジ部（図示せず）が形成され
ている。パワートランジスタモジュール１とダイオード
モジュール２とコンデンサ３と端子台110、120とは、ア
ルミベース７のネジ部（図示せず）にネジ（図示せず）
により組付けられている。

トランジスタモジュール１は、アルミベース７に接す
るその表面部と反対側の表面部に形成され螺子孔をもつ
エミッタ用の電極板11とベース用の電極板12とコレクタ
用の電極板13とを有する。

ダイオードモジュール２は、アルミベース７に接する
その表面部と反対側の表面部に形成され螺子孔をもつ２
個の電極板（図示せず）を有する。

コンデンサ３は、アルミベース７に接するその表面部
と反対側の表面部に形成され螺子孔をもつ第１の電極板
31と第２の電極板（図示せず）とを有する。

端子台110は、アルミベース７に接するその表面部と
反対側の表面部に形成された螺子棒111付き電極板112、
螺子棒113付き電極板（図示せず）を有する。

端子台120は、アルミベース７に接するその表面部と
反対側の表面部に形成された螺子棒121付き電極板（図
示せず）を有する。

銅バー81〜87は、各電極板接続用として所定位置にそ
れぞれ配置され、更に銅バー83〜87の上にフレキシブル
基板９が配置されている。銅バー81〜86は両端部にそれ
ぞれ開孔部（図示せず）を形成されている。銅バー87は
１個の開孔部（図示せず）を形成されている。フレキシ
ブル基板９は第３図に示すように、５個のスルーホール
91〜95を形成されている。

銅バー81の一つの開孔部は螺子棒113に挿通され、ナ
ット301は銅バー81を端子台の電極板（図示せず）に固
定している。

銅バー81の他の開孔部は銅バー83の一つの開孔部とと
もに螺子201に挿通され、螺子201はコンデンサ３の電極
板（図示せず）の螺子孔に螺合している。

銅バー82の一つの開孔部は螺子棒111に挿通され、ナ
ット302は銅バー82を端子台110の電極板112に固定して
いる。

銅バー82の他の開孔部は銅バー84の一つの開孔部とと
もに螺子202に挿通され、螺子202はコンデンサ３の電極
板31の螺子孔に螺合している。

銅バー83の他の開孔部はフレキシブル基板９のスルー
ホール91（第３図に示す）とともに螺子203に挿通さ
れ、螺子203はダイオードモジュール２の一つの電極板
（図示せず）の螺子孔に螺合している。

銅バー84の他の開孔部はフレキシブル基板９のスルー
ホール93（第３図に示す）とともに螺子204に挿通さ
れ、螺子204はトランジスタモジュール１の一つの電極
板11の螺子孔に螺合している。

銅バー85の一つの開孔部は螺子棒121に挿通され、ナ
ット303は銅バー85を端子台120の電極板（図示せず）に
固定している。

銅バー87のただ一つの開孔部はフレキシブル基板９の
スルーホール94（第３図に示す）とともに螺子205に挿
通され、螺子205はトランジスタモジュール１の電極板1
2の螺子孔（図示せず）に螺合している。

銅バー86の一つの開孔部はフレキシブル基板９のスル
ーホール95（第３図に示す）とともに螺子207に挿通さ
れ、螺子207はトランジスタモジュール１の電極板13の
螺子孔（図示せず）に螺合している。

銅バー86の他の開孔部は銅バー85の他の開孔部及びフ
レキシブル基板９のスルーホール92（第３図に示す）と
ともに螺子206に挿通され、螺子206はダイオードモジュ
ール２の他の電極板（図示せず）の螺子孔に固定されて
いる。

フレキシブル基板９は第３図に示すように、可撓性を
有する樹脂膜を有し、この樹脂膜の銅バー83〜87側の面
（第１主面）に導電性の配線パターン96A〜96Gが形成さ
れており、第１主面と反対側の面である第２主面側に抵
抗41、51、コンデンサ42、52、駆動用IC6が搭載されて
いる。

抵抗41、51、コンデンサ42、52、駆動用IC6の各電極
端子は、それぞれフレキシブル基板９に開孔されたスル
ーホール（図示せず）に挿通され、それぞれ所定の配線
パターン96A〜96Gにハンダ付けされている。

なお配線パターン96Gは駆動用IC6の入力端子61用の配
線パターンであり、入力信号線500をハンダ付けされて
いる。

配線パターン96A〜96Dはそれぞれスルーホール91〜95
に接し、スルーホール91〜95の周縁部において銅バー83
〜87に接触している。

なお第４図に示す端子102は端子台110の螺子棒113で
あり、端子103は端子台110の螺子棒111であり、端子101
は端子台120の螺子棒121である。

以上説明したように本実施例の装置では、トランジス
タモジュール１、ダイオードモジュール２、コンデンサ
３、端子台110、120を銅バー81〜86で接続し、銅バー81
〜87の上にフレキシブル基板９を載せ、銅バー83〜87の
開孔部とフレキシブル基板のスルーホール91〜95を挿通
して螺子203〜207をトランジスタモジュール１及びダイ
オードモジュール２の電極板の螺子孔に螺合している。

従ってこの本実施例の装置の組付け及び配線は簡単で
あり、自動化するのに有利である。

またフレキシブル基板９は変形自在であり、各銅バー
83〜87間の段差（たとえばスルーホール92と他のスルー
ホール91、93、94、95とは一本の銅バーの厚さだけ段差
がある。）を吸収することができる。

またフレキシブル基板９を固定しまたは電気的に接続
するための特別の固定用部材や配線用部材を必要とせ
ず、銅バー83〜87と各モジュール１、２とを接続する螺
子により、フレキシブル基板の固定及び電気的接続を実
行することができる。

また銅バー81〜86はアルミベース７と同様に高い放熱
効果をもつ。

またフレキシブル基板９の配線パターン96A〜96Fは偏
平であるので、形状効果によりワイヤ配線に比較して配
線インダクタンスを減らせ、サージ吸収用のCR回路４、
５のサージ吸収能力を改善することができる。もちろん
CR回路４、５の代りにサージ吸収用の定電圧ダイオード
やバリスタなどをフレキシブル基板９に搭載した場合で
も、同様にサージ吸収能力を改善することができる。

本実施例の変形態様として、各モジュールやコンデン
サなどの大電流素子を銅バーに螺子により固定してもよ
い。もちろんこの場合銅バーは端子台などによりケース
等に固定される。フレキシブル基板９は配線パターン96
Gの近傍でアルミベース１よりもはみ出しているが屈曲
しておさめることができる。入力信号線500はフレキシ
ブル基板９及び配線パターン96Gを延長して構成しても
良い。

［考案の効果］ 前記説明したように本考案の装置は、電力用半導体モ
ジュールと銅バーとフレキシブル基板とをもち、さらに
電力用半導体モジュールの電極板と銅バーの第１主面と
が密着しかつ銅バーの第１主面の反対主面である第２主
面とフレキシブル基板の配線パターンとが密着するよう
に、銅バーの開孔部及びフレキシブル基板のスルーホー
ルを挿通して電力用半導体モジュールの螺子孔に螺合し
ている螺子をもつので、フレキシブル基板の固定及びそ
の電気的接続を簡単良好に実施でき、かつ配線インダク
タンスを低減することができる。

更に具体的に説明すれば、本考案の装置では、配線パ
ターンが銅バーの主面に良好に面接触することができる
ので、フレキシブル基板の配線パターンを銅バーに極め
て小さい接触抵抗で接続することができる。また同様
に、銅バーは電力用半導体モジュールの電極板に面接触
により極めて小さい接触抵抗で接続されるので、結局、
フレキシブル基板の配線パターンを銅バー及び電力用半
導体モジュールの電極板の双方に極めて小さい接触抵抗
で接続することができる。更に、配線パターンは樹脂膜
とともに撓むことができるので、両者の間にごみなどの
異物が混入したり、銅バーの表面が荒れていても、両者
は全体として良好な面接触を維持でき、接触抵抗の増大
を防止することができる。

また、本考案の装置では、配線パターンを可撓性を有
する樹脂膜上に配設するので、電力用半導体モジュール
及び銅バーの寸法ばらつき（形状誤差）があったり、そ
れらの間に相対的な位置ずれがあっても、樹脂膜の撓み
によりそれを吸収することができ、銅バーと配線パター
ンとの良好な電気的接続を確保できる。特に、上記寸法
ばらつきや、異物の介在などにより、各銅バーの第２主
面間に段差が生じる場合でも、樹脂膜の撓みによりこの
段差を容易に吸収して、銅バーと配線パターンとの良好
な電気的接続を確保できる。

特に本考案の装置において、フレキシブル基板に負荷
電流スイッチング時のサージ吸収用の回路または素子を
搭載する場合には、サージ吸収能力を一層改善すること
ができる。

なお本考案の装置の類似例において、電力用半導体モ
ジュールの電極板とフレキシブル基板の配線パターンと
を接触させフレキシブル基板の上に銅バーを取付けるよ
うにして螺合することもできる。しかしこの場合、フレ
キシブル基板に搭載される電気素子は銅バーを避けて配
置せねばならないので、その配置を制約される欠点をも
つ。

また本考案の装置の類似例において、電力用半導体モ
ジュールの電極板の上にフレキシブル基板を取付けその
上に銅バーを取付け、そしてフレキシブル基板の配線パ
ターンと銅バーとを接触させるように螺合することもで
きる。しかしこの場合、フレキシブル基板に搭載される
電気素子は電力用半導体モジュール側に配置されるの
で、その配置を制約される欠点をもつ。

本考案の銅バーに接続された電力用半導体装置では、
フレキシブル基板に搭載される電気素子は前記の場合よ
りも自由に配列可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本考案の一実施例装置の部品配置を示す平面図
である。第２図は第１図の装置の正面図である。第３図
は第１図のフレキシブル基板９の平面図である。第４図
はバッテリーフォークリフトに使用する電力用半導体装
置の等価回路図である。第５図は従来の装置の部品配置
を示す平面図である。 １……トランジスタモジュール （電力用半導体モジュール） ２……ダイオードモジュール２ （電力用半導体モジュール） 81〜87……銅バー ９……フレキシブル基板 201〜207……螺子

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体素子と、前記半導体素子を収納する
   パッケージと、前記半導体素子の入出力端子として前記
   パッケージの外部に取付けられ螺子孔を形成された電極
   板とをもつ電力用半導体モジュールと、 所定位置に開孔部を有する複数の銅バーと、 可撓性を有する樹脂膜と、前記樹脂膜の少なくとも片面
   に形成された配線パターンと、前記配線パターンに接続
   された電気素子と、前記樹脂膜及び前記配線パターンを
   貫くように開孔された複数のスルーホールとをもつフレ
   キシブル基板と、 前記電力用半導体モジュールの前記電極板と前記銅バー
   の第１主面とが密着しかつ前記各銅バーの前記第１主面
   の反対主面である第２主面と前記フレキシブル基板の前
   記配線パターンとが密着するように、前記銅バーの前記
   開孔部及び前記フレキシブル基板の前記スルーホールを
   挿通して前記電力用半導体モジュールの前記螺子孔に螺
   合している螺子と、からなることを特徴とする銅バーに
   接続された電力用半導体装置。