JP2801534B2 - パワー半導体モジュールおよびそれに使用する絶縁金属基板 - Google Patents
パワー半導体モジュールおよびそれに使用する絶縁金属基板Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の新規な
モジュール構造体に関するものであり、より詳しくは、
新規で信頼性のある態様で、全ての部品の完全な電気絶
縁を保証する新規な外装構造内に完全な絶縁金属基板
（ＩＭＳ：insulated metal substrate）を使用した新
規なモジュール構造体に関する。
モジュール構造体に関するものであり、より詳しくは、
新規で信頼性のある態様で、全ての部品の完全な電気絶
縁を保証する新規な外装構造内に完全な絶縁金属基板
（ＩＭＳ：insulated metal substrate）を使用した新
規なモジュール構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体モジュールは周知であり、複数の
相互接続された半導体チップを収容するために使用され
ている。上記チップは、同じ種類のものであっても又、
異なった種類のものであってもよく、共通の外装から伸
びる端子電極を有する外装内にてヒートシンクに取着さ
れる。たとえば、半導体モジュールは、半波整流ブリッ
ジ回路、全波整流ブリッジ回路、倍電圧整流回路等のよ
うな、種々の所定回路に接続され、電気的に相互に接続
されたダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴもしくはバ
イポーラトランジスタのための外装を構成することがで
きる。比較的、寸法的に大きい端子がユーザによる電気
接続のために絶縁外装から伸びている。本発明の目的
は、改善された伝熱制御および製造の容易化並びに改善
された信頼性を有するモジュール構造を提供することで
ある。
相互接続された半導体チップを収容するために使用され
ている。上記チップは、同じ種類のものであっても又、
異なった種類のものであってもよく、共通の外装から伸
びる端子電極を有する外装内にてヒートシンクに取着さ
れる。たとえば、半導体モジュールは、半波整流ブリッ
ジ回路、全波整流ブリッジ回路、倍電圧整流回路等のよ
うな、種々の所定回路に接続され、電気的に相互に接続
されたダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴもしくはバ
イポーラトランジスタのための外装を構成することがで
きる。比較的、寸法的に大きい端子がユーザによる電気
接続のために絶縁外装から伸びている。本発明の目的
は、改善された伝熱制御および製造の容易化並びに改善
された信頼性を有するモジュール構造を提供することで
ある。
【０００３】
【発明の要旨】本発明にかかるモジュールは、溶接、半
田付けなどの加熱により取着された半導体チップ（ｃｈ
ｉｐ）もしくはダイ（ｄｉｅ）を有するＩＭＳ基板の上
に組み立てられる。以下、チップ（ｃｈｉｐ）、ダイ
（ｄｉｅ）およびウェハ（ｗａｆｅｒ）なる用語を用い
るが、これらの用語は、裸の、薄い、平坦な半導体素子
を表すものとして互いに置換できるものとする。上記半
導体素子は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ制御サイ
リスタ等のような金属酸化物のゲートを有するパワー素
子や、ダイオードのような所望のタイプのものであって
もよい。
田付けなどの加熱により取着された半導体チップ（ｃｈ
ｉｐ）もしくはダイ（ｄｉｅ）を有するＩＭＳ基板の上
に組み立てられる。以下、チップ（ｃｈｉｐ）、ダイ
（ｄｉｅ）およびウェハ（ｗａｆｅｒ）なる用語を用い
るが、これらの用語は、裸の、薄い、平坦な半導体素子
を表すものとして互いに置換できるものとする。上記半
導体素子は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ制御サイ
リスタ等のような金属酸化物のゲートを有するパワー素
子や、ダイオードのような所望のタイプのものであって
もよい。
【０００４】上記ＩＭＳ基板は、非常に薄い絶縁層によ
り覆われた比較的厚いアルミニュームのボディ（底板）
を有しており、上記絶縁層は上記アルミニュームから電
気的に絶縁された銅のパターンを支持している。上記チ
ップは、装置の動作中にチップにより発生される熱の管
理を改善するために、その中央部にて１個以上の放熱板
を構成する伝導プレートに取着される。
り覆われた比較的厚いアルミニュームのボディ（底板）
を有しており、上記絶縁層は上記アルミニュームから電
気的に絶縁された銅のパターンを支持している。上記チ
ップは、装置の動作中にチップにより発生される熱の管
理を改善するために、その中央部にて１個以上の放熱板
を構成する伝導プレートに取着される。
【０００５】上記ＩＭＳ基板は、ボンディングワイヤお
よび主装置端子を好適に受けるためのパターンも有して
いる。したがって、上記チップは、平行なリードワイヤ
のスティッチボンディングによりＩＭＳ基板上で互いに
内部的に相互接続されている。これらのワイヤは、最終
的に上記外装の外部に伸びる垂直端子に接続されてい
る。
よび主装置端子を好適に受けるためのパターンも有して
いる。したがって、上記チップは、平行なリードワイヤ
のスティッチボンディングによりＩＭＳ基板上で互いに
内部的に相互接続されている。これらのワイヤは、最終
的に上記外装の外部に伸びる垂直端子に接続されてい
る。
【０００６】本発明の重要な特徴によれば、上記装置の
端子は、モールドされた絶縁性端子支持板に支持される
とともに、装置の組立を簡単にするために基板のスロッ
トを通してスナップ嵌合により接続される。各端子は、
上記ＩＭＳ基板に適正に配置された半田付けパッドに都
合よく半田付けすることができる平坦な端子延長部とし
て作用する凹状に湾曲した端部を有する。上記端子は、
共通面のＩＭＳ基板および端部に対してあらかじめ位置
決めされ、それらは組立の間に直接半田付けすることが
できる。
端子は、モールドされた絶縁性端子支持板に支持される
とともに、装置の組立を簡単にするために基板のスロッ
トを通してスナップ嵌合により接続される。各端子は、
上記ＩＭＳ基板に適正に配置された半田付けパッドに都
合よく半田付けすることができる平坦な端子延長部とし
て作用する凹状に湾曲した端部を有する。上記端子は、
共通面のＩＭＳ基板および端部に対してあらかじめ位置
決めされ、それらは組立の間に直接半田付けすることが
できる。
【０００７】組立の間に、上記ＩＭＳ基板の取着開口に
配置される上記端子支持板の反対端に折り取りピンを設
けることにより、新規な位置決め取着体が端子支持板に
より与えられる。上記ピンは、上記ＩＭＳ基板に主端子
が半田付けされた後に折り取られる。 本発明の他の特
徴によれば、上記端子支持板の底部と上記ＩＭＳ基板の
上部との間には、ソフトシリコン充填材のための膨張空
間として機能する空間が残され、上記ソフトシリコン充
填材は、上記半田付け作業が完了した後、上記キャップ
が上記モジュール上に組み立てられる前に、端子支持板
の開口を通して上記空間内に充填される。充填後に、上
記空間は上記端子支持板の単一の中央充填開口をシール
することによりシールされる。
配置される上記端子支持板の反対端に折り取りピンを設
けることにより、新規な位置決め取着体が端子支持板に
より与えられる。上記ピンは、上記ＩＭＳ基板に主端子
が半田付けされた後に折り取られる。 本発明の他の特
徴によれば、上記端子支持板の底部と上記ＩＭＳ基板の
上部との間には、ソフトシリコン充填材のための膨張空
間として機能する空間が残され、上記ソフトシリコン充
填材は、上記半田付け作業が完了した後、上記キャップ
が上記モジュール上に組み立てられる前に、端子支持板
の開口を通して上記空間内に充填される。充填後に、上
記空間は上記端子支持板の単一の中央充填開口をシール
することによりシールされる。
【０００８】本発明のさらに他の特徴として、上記端子
支持板の上面が延在するボス部を有しており、これらボ
ス部を通して上記端子が伸びている。上記上部キャップ
の内部は、上記頂部が組み立てられると、上記端子支持
板の上で上記ボス部に入れ子となるとともに、囲繞する
全体的なリブを形成する。上記外装キャップの組立に先
だって、上記端子支持板の上面全体は適当な接着材で満
たされ、上記外装キャップが所定位置に組み立てられる
と、上記端子を囲繞している全空間は、上記外装キャッ
プの内部および主端子の短絡回路へ導くことができる種
々の端子リード内および端子リード間に空気および不純
物が侵入するのを防止するために、接着材でシールされ
る。
支持板の上面が延在するボス部を有しており、これらボ
ス部を通して上記端子が伸びている。上記上部キャップ
の内部は、上記頂部が組み立てられると、上記端子支持
板の上で上記ボス部に入れ子となるとともに、囲繞する
全体的なリブを形成する。上記外装キャップの組立に先
だって、上記端子支持板の上面全体は適当な接着材で満
たされ、上記外装キャップが所定位置に組み立てられる
と、上記端子を囲繞している全空間は、上記外装キャッ
プの内部および主端子の短絡回路へ導くことができる種
々の端子リード内および端子リード間に空気および不純
物が侵入するのを防止するために、接着材でシールされ
る。
【０００９】
【実施例】本発明の特徴および利点は、添付の図面を参
照して行う以下の本発明の実施例の説明から明らかとな
ろう。
照して行う以下の本発明の実施例の説明から明らかとな
ろう。
【００１０】図１から図４には、ＩＭＳ基板５１に取着
された絶縁モールド型キャップ５０からなる新規なモジ
ュール構造体が開示されており、以下に、その各々につ
いてより詳細に説明する。
された絶縁モールド型キャップ５０からなる新規なモジ
ュール構造体が開示されており、以下に、その各々につ
いてより詳細に説明する。
【００１１】キャップ５０は、その上面から突出する３
つの突起５２，５３，５４を有しており、これら突起５
２，５３，５４は装置の３つの主端子をなす下方に折れ
曲がったセグメント５５，５６，５７を有している。図
１にはまた、各制御端子６０，６１と２つの補助パワー
端子６２，６３が示されている。
つの突起５２，５３，５４を有しており、これら突起５
２，５３，５４は装置の３つの主端子をなす下方に折れ
曲がったセグメント５５，５６，５７を有している。図
１にはまた、各制御端子６０，６１と２つの補助パワー
端子６２，６３が示されている。
【００１２】図２，図３および図４に示すように、モジ
ュール構造体を製作する途中の工程において、キャップ
５０とＩＭＳ基板５１と端子支持板（後述）とを仮り組
みした状態である副組立体が組み立てられたときおよび
それが使用に供される前に、上記端子５５，５６，５７
は上方へ伸びているから六角形のナット受け開口７０，
７１，７２（図２参照）が現れている。これら開口７
０，７１，７２は、端子５５，５６，５７の端部が下方
へ押されたときに覆われる。これら開口は、電気端子を
外装に接続するために通常使用されている六角ナットを
受けることができる。
ュール構造体を製作する途中の工程において、キャップ
５０とＩＭＳ基板５１と端子支持板（後述）とを仮り組
みした状態である副組立体が組み立てられたときおよび
それが使用に供される前に、上記端子５５，５６，５７
は上方へ伸びているから六角形のナット受け開口７０，
７１，７２（図２参照）が現れている。これら開口７
０，７１，７２は、端子５５，５６，５７の端部が下方
へ押されたときに覆われる。これら開口は、電気端子を
外装に接続するために通常使用されている六角ナットを
受けることができる。
【００１３】上記ＩＭＳ基板５１はまた、図２に示され
ているように、取付孔７３，７４を備えている。これら
取付孔７３，７４は、上記ＩＭＳ基板と上記副組立体、
即ちモジュール構造体をヒートシンクへねじ止めする際
に、取付けねじを受けるようになっている。以下に説明
する上記装置により形成される回路は、図５に図式的に
示されている絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧ
ＢＴ）７５，７６から形成されるハーフブリッジ（ｏｎ
ｅ−ｈａｌｆ ｂｒｉｄｇｅ）回路である。ＩＧＢＴ７
５，７６は、各々の高速リカバリダイオード７７，７８
と並列に接続されている。図５に示されたハーフブリッ
ジ回路の電気端子は、図１に示したものに対応する。
ているように、取付孔７３，７４を備えている。これら
取付孔７３，７４は、上記ＩＭＳ基板と上記副組立体、
即ちモジュール構造体をヒートシンクへねじ止めする際
に、取付けねじを受けるようになっている。以下に説明
する上記装置により形成される回路は、図５に図式的に
示されている絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧ
ＢＴ）７５，７６から形成されるハーフブリッジ（ｏｎ
ｅ−ｈａｌｆ ｂｒｉｄｇｅ）回路である。ＩＧＢＴ７
５，７６は、各々の高速リカバリダイオード７７，７８
と並列に接続されている。図５に示されたハーフブリッ
ジ回路の電気端子は、図１に示したものに対応する。
【００１４】なお、本発明のモジュール構造体には、単
相および三相の全波整流ブリッジ、倍電圧整流器等、図
５に示されたもの以外に種々の回路装置が使用できる。
ダイオード、サイリスタ、バイポーラトランジスタおよ
びＭＯＳトランジスタ等の種々の半導体チップを単独で
もまた並列にも配置することもできる。後述するよう
に、上記ＩＧＢＴ７５，７６は４つの並列接続されたチ
ップからなる。
相および三相の全波整流ブリッジ、倍電圧整流器等、図
５に示されたもの以外に種々の回路装置が使用できる。
ダイオード、サイリスタ、バイポーラトランジスタおよ
びＭＯＳトランジスタ等の種々の半導体チップを単独で
もまた並列にも配置することもできる。後述するよう
に、上記ＩＧＢＴ７５，７６は４つの並列接続されたチ
ップからなる。
【００１５】上記外部外装ないしキャップ５０が図７，
図８および図９により詳細に示されている。上記キャッ
プ５０の内部には開口８０，８１，８２ａが形成されて
いて、前記端子５５，５６，５７はこれらの開口８０，
８１，８２ａを介してキャップ５０の内側に挿入される
ようになっている。開口８０，８１，８２ａは上記外装
の内側から下方へ伸びる突条により囲繞されている。突
条８２，８３，８４，８５，８６として図７，図８およ
び図９に種々に示されている他の突条が、上記キャップ
５０の全内周にわたって伸びる主内部延伸突条８７と協
働している。キャップ５０が内部の端子支持板の上に配
置されると、後述するように、確実かつ容易に上記端子
を互いに絶縁するために、当該端子はシリコンゲル等を
充填することができる環状絶縁空間に囲繞される。
図８および図９により詳細に示されている。上記キャッ
プ５０の内部には開口８０，８１，８２ａが形成されて
いて、前記端子５５，５６，５７はこれらの開口８０，
８１，８２ａを介してキャップ５０の内側に挿入される
ようになっている。開口８０，８１，８２ａは上記外装
の内側から下方へ伸びる突条により囲繞されている。突
条８２，８３，８４，８５，８６として図７，図８およ
び図９に種々に示されている他の突条が、上記キャップ
５０の全内周にわたって伸びる主内部延伸突条８７と協
働している。キャップ５０が内部の端子支持板の上に配
置されると、後述するように、確実かつ容易に上記端子
を互いに絶縁するために、当該端子はシリコンゲル等を
充填することができる環状絶縁空間に囲繞される。
【００１６】本発明にかかる新規な端子支持板構造体９
０について説明すると、この端子支持板構造体９０はス
ナップ式に主端子５５，５６，５７並びに制御端子６
０，６３を保持するようになっている。上記端子支持板
９０はその上面に複数の間隔を有するボス９１〜９４を
有するモールドされたプラスチックボディである。後述
するように、これらのボスは、入れ子となるとともに、
上記外装キャップ５０の内側に突出するリブにより囲繞
されている。上記ボスの間および上記ボスを囲繞してい
る部分は、図６に示すように、上記外装キャップ５０が
上記端子支持板９０に取着される前に、シリコン接着材
で満たされていてもよい。上記外装キャップ５０のリブ
は接着材の内部に突出するとともに、上記接着材を充填
すると、上記端子は、端子間で漏洩経路が形成されない
ように良好にシールされるようになる。
０について説明すると、この端子支持板構造体９０はス
ナップ式に主端子５５，５６，５７並びに制御端子６
０，６３を保持するようになっている。上記端子支持板
９０はその上面に複数の間隔を有するボス９１〜９４を
有するモールドされたプラスチックボディである。後述
するように、これらのボスは、入れ子となるとともに、
上記外装キャップ５０の内側に突出するリブにより囲繞
されている。上記ボスの間および上記ボスを囲繞してい
る部分は、図６に示すように、上記外装キャップ５０が
上記端子支持板９０に取着される前に、シリコン接着材
で満たされていてもよい。上記外装キャップ５０のリブ
は接着材の内部に突出するとともに、上記接着材を充填
すると、上記端子は、端子間で漏洩経路が形成されない
ように良好にシールされるようになる。
【００１７】端子支持板９０は、長いスロット９５，９
６，９７をも備えており、図２１および図２２を参照し
ながら後述するように、これらスロット９５，９６，９
７を介して、上記端子５５，５６，５７が伸長するとと
もに保持されるようになっている。上記端子支持板の下
側には、スロット９７の反対側に上記端子支持板の底部
の長さに沿って伸びる延伸された完全なプラスチック製
のスカート部がある。同様の延伸されたスカート部１０
２，１０３がスロット９５，９６の反対側に伸びてい
る。スカート部１００−１０１，１０２−１０３間の空
間は、上記端子５５，５６，５７の延伸部を受けて上記
端子支持板に上記端子をスナップ式に接続するとともに
強固に固定できるようにし、かつまた上記端子を膨張空
洞内に隔離する。
６，９７をも備えており、図２１および図２２を参照し
ながら後述するように、これらスロット９５，９６，９
７を介して、上記端子５５，５６，５７が伸長するとと
もに保持されるようになっている。上記端子支持板の下
側には、スロット９７の反対側に上記端子支持板の底部
の長さに沿って伸びる延伸された完全なプラスチック製
のスカート部がある。同様の延伸されたスカート部１０
２，１０３がスロット９５，９６の反対側に伸びてい
る。スカート部１００−１０１，１０２−１０３間の空
間は、上記端子５５，５６，５７の延伸部を受けて上記
端子支持板に上記端子をスナップ式に接続するとともに
強固に固定できるようにし、かつまた上記端子を膨張空
洞内に隔離する。
【００１８】上記端子支持板９０には、貫通孔１１０も
形成されている。後述するように、この貫通孔１１０
は、外装キャップの組立の前にＩＭＳ基板５１と上記端
子支持板の底部との間の空間に高い膨張係数を有するソ
フトシリコンを充填する際の注入口となる。プラスチッ
クプラグないしボール状ストッパ１１１（図２２）を充
填作業の後に開口１１０内に圧入し、所定位置に接着し
て上記空間をシールすることができる。
形成されている。後述するように、この貫通孔１１０
は、外装キャップの組立の前にＩＭＳ基板５１と上記端
子支持板の底部との間の空間に高い膨張係数を有するソ
フトシリコンを充填する際の注入口となる。プラスチッ
クプラグないしボール状ストッパ１１１（図２２）を充
填作業の後に開口１１０内に圧入し、所定位置に接着し
て上記空間をシールすることができる。
【００１９】上記端子支持板９０は、端子６０，６２，
６３，６１をそれぞれ受ける４つの平行に配置された開
口１２０〜１２３（図１０）を有している。これらの端
子は、上記端子支持板に圧入されるとともに端子５５，
５６，５７とともに副組立体として保持されている。
６３，６１をそれぞれ受ける４つの平行に配置された開
口１２０〜１２３（図１０）を有している。これらの端
子は、上記端子支持板に圧入されるとともに端子５５，
５６，５７とともに副組立体として保持されている。
【００２０】上記種々の端子は、所望の構成とすること
ができるが、図１３ないし図２０は本発明の好ましい実
施例において使用される端子の形状を示している。した
がって、全端子６０〜６３は、図３および図１４に示さ
れた端子６０の構成を有している。端子６０〜６３は、
単に開口１２０〜１２３内に押し込んで上記スロットの
反対側に圧入し，上記端子を所定位置に保持する湾曲面
もしくはテーパ面によって圧着によりその中に保持され
るようにしてもよい。上記端子６０の下部は、図１４に
示す下部１３０にて上方に湾曲していて、後述するよう
に、ＩＭＳ基板５１の適当な領域へ半田付けすることが
できる平坦部を有している。
ができるが、図１３ないし図２０は本発明の好ましい実
施例において使用される端子の形状を示している。した
がって、全端子６０〜６３は、図３および図１４に示さ
れた端子６０の構成を有している。端子６０〜６３は、
単に開口１２０〜１２３内に押し込んで上記スロットの
反対側に圧入し，上記端子を所定位置に保持する湾曲面
もしくはテーパ面によって圧着によりその中に保持され
るようにしてもよい。上記端子６０の下部は、図１４に
示す下部１３０にて上方に湾曲していて、後述するよう
に、ＩＭＳ基板５１の適当な領域へ半田付けすることが
できる平坦部を有している。
【００２１】上記端子５５は、図１５および図１６に示
された構造を有するとともに、テーパ面１３１，１３２
を有している。これらテーパ面１３１，１３２は、上記
スロット９５に端子５５が挿入された後、上記端子支持
板内の所定位置に摩擦により保持するために、上記スロ
ット９５の反対側の端部に喰い込む寸法を有している。
上記端子の突出端部分１３３は、図１６に点線で示すよ
うに、上方に湾曲していて平坦な端子底部１３４を形成
しており、この端子底部１３４は後述するように、ＩＭ
Ｓ基板上の適当なパッドに半田付けすることができる。
上記端子のボディ部分１３５は、上記端子５５が端子支
持板内に挿入されたときに図１２のスカート部１０２と
１０３との間に合致する。
された構造を有するとともに、テーパ面１３１，１３２
を有している。これらテーパ面１３１，１３２は、上記
スロット９５に端子５５が挿入された後、上記端子支持
板内の所定位置に摩擦により保持するために、上記スロ
ット９５の反対側の端部に喰い込む寸法を有している。
上記端子の突出端部分１３３は、図１６に点線で示すよ
うに、上方に湾曲していて平坦な端子底部１３４を形成
しており、この端子底部１３４は後述するように、ＩＭ
Ｓ基板上の適当なパッドに半田付けすることができる。
上記端子のボディ部分１３５は、上記端子５５が端子支
持板内に挿入されたときに図１２のスカート部１０２と
１０３との間に合致する。
【００２２】図１７および図１８は、伸長下部ボディ１
４０および下方に突出する端子部分１４１を有する端子
５６を示しており、端子部分１４１は図１８に示すよう
に湾曲部１４２となっており、この湾曲部１４２は上記
ＩＭＳ基板へ半田付けされる平坦部を有する。
４０および下方に突出する端子部分１４１を有する端子
５６を示しており、端子部分１４１は図１８に示すよう
に湾曲部１４２となっており、この湾曲部１４２は上記
ＩＭＳ基板へ半田付けされる平坦部を有する。
【００２３】図１９および図２０はボディ部分１４２ａ
および図２０に点線で示された形状部１４４に湾曲する
ことができる端子延長部１４３を有する。端子５７が上
記端子支持板に取り付けられると、それは上記スロット
９７内に圧入されて、上記端子の端部１４４が外向きに
かつ下方に突出して、摩擦により、その中に保持され
る。
および図２０に点線で示された形状部１４４に湾曲する
ことができる端子延長部１４３を有する。端子５７が上
記端子支持板に取り付けられると、それは上記スロット
９７内に圧入されて、上記端子の端部１４４が外向きに
かつ下方に突出して、摩擦により、その中に保持され
る。
【００２４】図２１および図２２に示すように、全ての
端子は上記端子支持板９０内に摺動可能に挿入されると
ともに、挿入行程端で摩擦もしくはスナップ嵌合により
端子支持板９０に固定される。各制御端子の底部１３０
および端子５５，５６，５７の底部１３４，１４２，１
４４は、端子支持板９０に上記端子が組み付けられる
と、共通の平面に配置される。これらの底面は適当な半
田パッドに半田付けされ、これらパッドは、次に説明す
るように、ＩＭＳ基板の上に適当に配置されている。
端子は上記端子支持板９０内に摺動可能に挿入されると
ともに、挿入行程端で摩擦もしくはスナップ嵌合により
端子支持板９０に固定される。各制御端子の底部１３０
および端子５５，５６，５７の底部１３４，１４２，１
４４は、端子支持板９０に上記端子が組み付けられる
と、共通の平面に配置される。これらの底面は適当な半
田パッドに半田付けされ、これらパッドは、次に説明す
るように、ＩＭＳ基板の上に適当に配置されている。
【００２５】チップが取り付けられていないＩＭＳ基板
５１が図２３，図２４に示されている。上記基板５１は
基本的に、上部に薄い絶縁層を有する厚肉のアルミニュ
ーム板である。この絶縁層の上には、銅のパターンが形
成される。ＩＭＳ基板については周知である。上記絶縁
層は非常に薄いので、それは上記銅のパターンから上記
アルミニューム基板への良好な熱伝達を行う一方、両者
の間の良好な電気絶縁を与える。
５１が図２３，図２４に示されている。上記基板５１は
基本的に、上部に薄い絶縁層を有する厚肉のアルミニュ
ーム板である。この絶縁層の上には、銅のパターンが形
成される。ＩＭＳ基板については周知である。上記絶縁
層は非常に薄いので、それは上記銅のパターンから上記
アルミニューム基板への良好な熱伝達を行う一方、両者
の間の良好な電気絶縁を与える。
【００２６】図２３は、上記アルミニューム基板から絶
縁されるとともに、互いに絶縁されているＩＭＳ基板の
銅の領域１５０〜１５６を示している。これらの銅領域
の一部に施したハッチングは、リードワイヤに超音波接
続できるクラッドアルミニュームがメッキされているこ
とを示している。メッキされていない銅領域は他の部品
に半田接続するのに適している。
縁されるとともに、互いに絶縁されているＩＭＳ基板の
銅の領域１５０〜１５６を示している。これらの銅領域
の一部に施したハッチングは、リードワイヤに超音波接
続できるクラッドアルミニュームがメッキされているこ
とを示している。メッキされていない銅領域は他の部品
に半田接続するのに適している。
【００２７】拡大領域１５４，１５５は、各々延長部１
６０，１６１をそれぞれ有しており、図２５，図２６に
示した放熱器１７０の如くの放熱器を受けるのに適して
おり、放熱器は、上記モジュールの半導体回路を形成す
るために採用される種々のチップが半田付けされたアル
ミニューム板であってもよい。図２５，図２６の放熱器
１７０の場合、４つの並列接続ＩＧＢＴチップ１７２〜
１７４および高速リカバリダイオード１７５〜１７８が
それに半田付けされ、全てが並列に接続される。これら
の部品は一般に、図５のＩＧＢＴ７５および高速リカバ
リダイオード７７に対応している。
６０，１６１をそれぞれ有しており、図２５，図２６に
示した放熱器１７０の如くの放熱器を受けるのに適して
おり、放熱器は、上記モジュールの半導体回路を形成す
るために採用される種々のチップが半田付けされたアル
ミニューム板であってもよい。図２５，図２６の放熱器
１７０の場合、４つの並列接続ＩＧＢＴチップ１７２〜
１７４および高速リカバリダイオード１７５〜１７８が
それに半田付けされ、全てが並列に接続される。これら
の部品は一般に、図５のＩＧＢＴ７５および高速リカバ
リダイオード７７に対応している。
【００２８】それぞれの放熱器上の２つのかかる組立体
が図２７に示すように使用されており、この図２７にお
いて、上記放熱器１７０は図２５，図２６に示されたも
のであり、一方、図５のＩＧＢＴ７６およびダイオード
７８に対応する同じ組立体１８０が図２７の銅領域１５
５に半田付けされる。
が図２７に示すように使用されており、この図２７にお
いて、上記放熱器１７０は図２５，図２６に示されたも
のであり、一方、図５のＩＧＢＴ７６およびダイオード
７８に対応する同じ組立体１８０が図２７の銅領域１５
５に半田付けされる。
【００２９】各チップの裏面はそれぞれの放熱器１７
０，１８０に半田付けされる一方、上記チップの上面の
端子は、周知のように、適当なワイヤとスティッチボン
ディングを使用して超音波ボンディングされる。図２７
には、一本のスティッチワイヤだけが示されているが、
実際には、各々の接続には、４本の平行なスティッチボ
ンディングワイヤが使用される。
０，１８０に半田付けされる一方、上記チップの上面の
端子は、周知のように、適当なワイヤとスティッチボン
ディングを使用して超音波ボンディングされる。図２７
には、一本のスティッチワイヤだけが示されているが、
実際には、各々の接続には、４本の平行なスティッチボ
ンディングワイヤが使用される。
【００３０】図２７では、制御端子１５０は、ＩＭＳ基
板上の経路を経由して、放熱器１７０上の各ＩＧＢＴの
ゲート接点に接続されている。放熱器１７０の各チップ
のエミッタ接点は、最初にそれぞれのファーストリカバ
リダイオードの電極に接続され、その後、上記経路１５
５の延長部１９０に接続される。制御端子１５３は、最
初に上記放熱器１７０に対して図示しない手法で絶縁さ
れている導体パッド１９１，１９２に接続され、上記放
熱器１８０のＩＧＢＴチップの制御電極にスティッチボ
ンドされる。
板上の経路を経由して、放熱器１７０上の各ＩＧＢＴの
ゲート接点に接続されている。放熱器１７０の各チップ
のエミッタ接点は、最初にそれぞれのファーストリカバ
リダイオードの電極に接続され、その後、上記経路１５
５の延長部１９０に接続される。制御端子１５３は、最
初に上記放熱器１７０に対して図示しない手法で絶縁さ
れている導体パッド１９１，１９２に接続され、上記放
熱器１８０のＩＧＢＴチップの制御電極にスティッチボ
ンドされる。
【００３１】放熱器１８０上のＩＧＢＴの上面の主電極
はスティッチボンドされ、最初に各々のファーストリカ
バリダイオードに結合されて、それから上記ＩＭＳ基板
の導体パッド１５６に結合される。制御電極１５１，１
５２を電源端子５６，５７に接続するために、点線２０
０，２０１により図式的に示された絶縁ワイヤがそれぞ
れこれらの電極をパッド延長部１６１および上記パッド
１５６に接続する。
はスティッチボンドされ、最初に各々のファーストリカ
バリダイオードに結合されて、それから上記ＩＭＳ基板
の導体パッド１５６に結合される。制御電極１５１，１
５２を電源端子５６，５７に接続するために、点線２０
０，２０１により図式的に示された絶縁ワイヤがそれぞ
れこれらの電極をパッド延長部１６１および上記パッド
１５６に接続する。
【００３２】図２２，図２７および図２８においては、
接点１３４，１４２，１４４がそれぞれ端子の銅露出部
分１６０，１５６，１６１の上に配置されて接触するよ
うに、種々の端子が上記端子支持板内に物理的に支持さ
れてなる図２２の副組立体を図２７のＩＭＳ表面上に簡
単に当接させている。領域１５０〜１５３と一直線をな
す制御端子６０〜６３の底部を含む副組立体の全体は、
一操作で完全な副組立体として半田付けすることができ
る。
接点１３４，１４２，１４４がそれぞれ端子の銅露出部
分１６０，１５６，１６１の上に配置されて接触するよ
うに、種々の端子が上記端子支持板内に物理的に支持さ
れてなる図２２の副組立体を図２７のＩＭＳ表面上に簡
単に当接させている。領域１５０〜１５３と一直線をな
す制御端子６０〜６３の底部を含む副組立体の全体は、
一操作で完全な副組立体として半田付けすることができ
る。
【００３３】半田付け中に、上記ＩＭＳ基板に対して図
２２の上記副組立体を配置するのを容易にするために、
一対の取り外し可能なペグが上記端子板９０のモールド
部に設けられていてもよい。したがって、たとえば図２
１に示され、図２８には点線で示され、また、図３０，
図３１に示されているように、ペグ２１０，２１１は基
板９０の反対側の端部の切り欠きに一体的に固定される
とともに、それから容易に取り外すことができる。これ
らの位置決め用ペグ２１０，２１１は、上記ＩＭＳ基板
５１の装着開口７３に密着するペグ２１０について図２
９に示されている端部２１２のような、径が縮小する端
部を有する。同様にして、上記反対のペグ２１１はＩＭ
Ｓ基板５１の上記開口７４内に合致し、上記端子の底部
を含む図２２の全組立体は、ＩＭＳ基板のそれぞれの銅
のパッド領域に対して正確に配置されて上記半田付け作
業が行われる。
２２の上記副組立体を配置するのを容易にするために、
一対の取り外し可能なペグが上記端子板９０のモールド
部に設けられていてもよい。したがって、たとえば図２
１に示され、図２８には点線で示され、また、図３０，
図３１に示されているように、ペグ２１０，２１１は基
板９０の反対側の端部の切り欠きに一体的に固定される
とともに、それから容易に取り外すことができる。これ
らの位置決め用ペグ２１０，２１１は、上記ＩＭＳ基板
５１の装着開口７３に密着するペグ２１０について図２
９に示されている端部２１２のような、径が縮小する端
部を有する。同様にして、上記反対のペグ２１１はＩＭ
Ｓ基板５１の上記開口７４内に合致し、上記端子の底部
を含む図２２の全組立体は、ＩＭＳ基板のそれぞれの銅
のパッド領域に対して正確に配置されて上記半田付け作
業が行われる。
【００３４】一旦、組立半ばの端子支持板が所定位置に
半田付けされると、上記端子支持板の底部は、図６に最
もよく示されているように、上記ＩＭＳ基板の上面の上
にスペースが形成されて上記チップおよびワイヤボンド
の上に膨張スペースが形成される。上記チップやリード
ワイヤを含む領域を、温度により膨張自在な、たとえば
ソフトシリコンのような活性化環境体（ｐａｓｓｉｖａ
ｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）で満たして、上記
チップおよびボンドワイヤの熱による移動を吸収すると
ともにまた、湿気もしくは不純物の侵入に対してモジュ
ールを完全にシールし、また種々の端子間の完全な絶縁
を確保するようにすることが好ましい。
半田付けされると、上記端子支持板の底部は、図６に最
もよく示されているように、上記ＩＭＳ基板の上面の上
にスペースが形成されて上記チップおよびワイヤボンド
の上に膨張スペースが形成される。上記チップやリード
ワイヤを含む領域を、温度により膨張自在な、たとえば
ソフトシリコンのような活性化環境体（ｐａｓｓｉｖａ
ｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）で満たして、上記
チップおよびボンドワイヤの熱による移動を吸収すると
ともにまた、湿気もしくは不純物の侵入に対してモジュ
ールを完全にシールし、また種々の端子間の完全な絶縁
を確保するようにすることが好ましい。
【００３５】本発明では、上記端子支持板９０の底部と
上記ＩＭＳ構造体５１の上部との間の空間は、端子支持
板９０の充填開口１１０を通して、種々のチップと接続
ボンドの高さを越える高さにソフトシリコンで充たされ
る。小さい膨張スペースが、図６に最もよく示されてい
るように、端子支持板９０の底部に残るようにすること
ができる。図６は、上記ソフトシリコンが上記ＩＭＳ基
板５１と外装９０との間の内部空間を満たすことができ
るレベルを点線で示している。ソフトシリコンで上記空
間を充填した後、上記空間は、所定場所に接着されるプ
ラスチックボールのようなもので、開口１１０を塞ぐこ
とによりシールされる。
上記ＩＭＳ構造体５１の上部との間の空間は、端子支持
板９０の充填開口１１０を通して、種々のチップと接続
ボンドの高さを越える高さにソフトシリコンで充たされ
る。小さい膨張スペースが、図６に最もよく示されてい
るように、端子支持板９０の底部に残るようにすること
ができる。図６は、上記ソフトシリコンが上記ＩＭＳ基
板５１と外装９０との間の内部空間を満たすことができ
るレベルを点線で示している。ソフトシリコンで上記空
間を充填した後、上記空間は、所定場所に接着されるプ
ラスチックボールのようなもので、開口１１０を塞ぐこ
とによりシールされる。
【００３６】次に、端子５５，５６，５７の折曲線が図
１のボス５５，５６，５７の頂部と面一となるまで、上
記外装キャップ５０が開口８０，８１，８２等に嵌合し
て上記端子５５，５６，５７を上下方向にスライドさせ
ることにより装着され、上記端子は組立完了後に容易に
折り曲げることができる。
１のボス５５，５６，５７の頂部と面一となるまで、上
記外装キャップ５０が開口８０，８１，８２等に嵌合し
て上記端子５５，５６，５７を上下方向にスライドさせ
ることにより装着され、上記端子は組立完了後に容易に
折り曲げることができる。
【００３７】上記外装の底部と端子支持板９０の上部と
の間の領域での端子間の良好な絶縁性を確保するため、
上記端子支持板が上方に突出するボス９１，９２，９
３，９４を備え、これらボスは、リブ８２，８３，８
４，８５，８６のような延在するリブおよび上記外装キ
ャップの底部の囲繞された領域と入れ子となっているか
または囲繞されてなる新規な構成を有する。これらの領
域が入れ子となっていると、端子間の絶縁が容易に達成
される。好ましくは、端子支持板９０の突条２２０で区
画された領域（図１０および図２１参照）は、適当な接
着材等でその高さのほぼ半分まで満たされる。この接着
材は、図２の端子５５，５６，５７を囲繞する。その
後、上記外装キャップ５０が組み立てられ、種々のリブ
がボス９１〜９４とこれらのボスの周りとの間の空間内
および上記接着材の中に突出し、上記端子を効果的にシ
ールするとともに外装全体を湿気の侵入に対してシール
している。同時に、接着剤等がまた上記ＩＭＳ基板５１
のエッジの周りや、そのエッジと図６に示された外装の
底部の溝部との間をシールするために使用される。した
がって、互いに非常によく絶縁された端子を有するとと
もに、自由に膨張および収縮するシリコンにより確実に
活性化された外装内に半導体部品を収容する、完全にシ
ールされた外装が提供される。
の間の領域での端子間の良好な絶縁性を確保するため、
上記端子支持板が上方に突出するボス９１，９２，９
３，９４を備え、これらボスは、リブ８２，８３，８
４，８５，８６のような延在するリブおよび上記外装キ
ャップの底部の囲繞された領域と入れ子となっているか
または囲繞されてなる新規な構成を有する。これらの領
域が入れ子となっていると、端子間の絶縁が容易に達成
される。好ましくは、端子支持板９０の突条２２０で区
画された領域（図１０および図２１参照）は、適当な接
着材等でその高さのほぼ半分まで満たされる。この接着
材は、図２の端子５５，５６，５７を囲繞する。その
後、上記外装キャップ５０が組み立てられ、種々のリブ
がボス９１〜９４とこれらのボスの周りとの間の空間内
および上記接着材の中に突出し、上記端子を効果的にシ
ールするとともに外装全体を湿気の侵入に対してシール
している。同時に、接着剤等がまた上記ＩＭＳ基板５１
のエッジの周りや、そのエッジと図６に示された外装の
底部の溝部との間をシールするために使用される。した
がって、互いに非常によく絶縁された端子を有するとと
もに、自由に膨張および収縮するシリコンにより確実に
活性化された外装内に半導体部品を収容する、完全にシ
ールされた外装が提供される。
【００３８】本発明の上記説明においては、特定の形状
を有する好ましい実施例を説明したが、図示の形状は、
本発明の範囲内で実施例に応じて変えることができる。
たとえば、装置の幅を２倍にして、放熱器１７０，１８
０の半導体部品と並列に接続される半導体部品を有する
第３および第４放熱器のための空間を形成することがで
きる。したがって、ＩＭＳ基板５１は幅が２倍になる
と、全ての部品がこの寸法に合致するように大きくされ
る。
を有する好ましい実施例を説明したが、図示の形状は、
本発明の範囲内で実施例に応じて変えることができる。
たとえば、装置の幅を２倍にして、放熱器１７０，１８
０の半導体部品と並列に接続される半導体部品を有する
第３および第４放熱器のための空間を形成することがで
きる。したがって、ＩＭＳ基板５１は幅が２倍になる
と、全ての部品がこの寸法に合致するように大きくされ
る。
【００３９】
【発明の効果】一般に、本発明では、最大寸法の放熱器
を使用して外装から最大の熱的性能を得ることができ
る。本発明における端子のシール方法は、シリコンゲル
の膨張により信頼性のあるシールを提供するとともに、
モールドされ／あらかじめ組み立てられた端子支持板
は、外装をより組み立て易くする。これらの３つの改善
は、よりよい性能、信頼性および製造の容易さを有する
完全なＩＭＳ外装を提供する。
を使用して外装から最大の熱的性能を得ることができ
る。本発明における端子のシール方法は、シリコンゲル
の膨張により信頼性のあるシールを提供するとともに、
モールドされ／あらかじめ組み立てられた端子支持板
は、外装をより組み立て易くする。これらの３つの改善
は、よりよい性能、信頼性および製造の容易さを有する
完全なＩＭＳ外装を提供する。
【００４０】大電流のスイッチを得るためには、並列Ｉ
ＧＢＴチップを使用することにより、性能が大幅に改善
される。ゲート抵抗は上記チップに集積されていて、上
記ゲートを共にスティッチボンドすることができ、上記
ＩＭＳ基板導体および抵抗の領域をなくすことができ
る。これにより、上記放熱器を大きくして上記ＩＭＳ基
板のエポキシ絶縁体を介してパワー消費が最大となる。
上記ＩＭＳ基板は、典型的な金属／セラミック型モジュ
ール以上の領域を要求するとともにその要求に応じるこ
とができる。放熱器が大きくなればなるほどますます、
装置の熱抵抗（シータ−ｊｃ）が小さくなり、個々のＩ
ＧＢＴチップが熱的に結合され、並列チップのスイッチ
ングが改善される。
ＧＢＴチップを使用することにより、性能が大幅に改善
される。ゲート抵抗は上記チップに集積されていて、上
記ゲートを共にスティッチボンドすることができ、上記
ＩＭＳ基板導体および抵抗の領域をなくすことができ
る。これにより、上記放熱器を大きくして上記ＩＭＳ基
板のエポキシ絶縁体を介してパワー消費が最大となる。
上記ＩＭＳ基板は、典型的な金属／セラミック型モジュ
ール以上の領域を要求するとともにその要求に応じるこ
とができる。放熱器が大きくなればなるほどますます、
装置の熱抵抗（シータ−ｊｃ）が小さくなり、個々のＩ
ＧＢＴチップが熱的に結合され、並列チップのスイッチ
ングが改善される。
【００４１】湿気や他の外部環境要因から半導体チップ
を保護するシリコンゲルにより信頼性が改善される。大
型の銅製端子を外装の上部に必要とするハイパワーのモ
ジュールでは、当業者は、シリコンゲルの上部に、比較
的固いエポキシを充填することを余儀なくされていた。
このことは、シリコンゲルを密封してしまい、そのため
しばしば外装の破裂を引き起こし、それにより上記シリ
コンゲルを漏洩させたり、上記シリコンシールに損傷を
与えたりすることになる。外装ケースへの改善された基
板上にて、機械的な支持および端子のシールを与える端
子支持板は、シリコンゲルの上に膨張空間を有する。こ
の膨張空間は、高い温度では上記シリコンゲルが膨張し
て上記外装が破裂するのを防止する。
を保護するシリコンゲルにより信頼性が改善される。大
型の銅製端子を外装の上部に必要とするハイパワーのモ
ジュールでは、当業者は、シリコンゲルの上部に、比較
的固いエポキシを充填することを余儀なくされていた。
このことは、シリコンゲルを密封してしまい、そのため
しばしば外装の破裂を引き起こし、それにより上記シリ
コンゲルを漏洩させたり、上記シリコンシールに損傷を
与えたりすることになる。外装ケースへの改善された基
板上にて、機械的な支持および端子のシールを与える端
子支持板は、シリコンゲルの上に膨張空間を有する。こ
の膨張空間は、高い温度では上記シリコンゲルが膨張し
て上記外装が破裂するのを防止する。
【００４２】上記モールド端子支持板は、製造が容易
で、端子のために高精度の支持部を提供し、それらが上
記基板のパターンに整列することができるようにすると
ともに、単一のあらかじめ組み立てられたユニットとし
てのケースに整列できるようにする。これにより、リフ
ロー半田、部品配置および外装閉鎖のための製造に必要
なものや複雑な配置システムが不要となる。
で、端子のために高精度の支持部を提供し、それらが上
記基板のパターンに整列することができるようにすると
ともに、単一のあらかじめ組み立てられたユニットとし
てのケースに整列できるようにする。これにより、リフ
ロー半田、部品配置および外装閉鎖のための製造に必要
なものや複雑な配置システムが不要となる。
【００４３】本発明は好ましい実施例について説明して
きたが、多くの他の変形および改変並びに他の用法は、
当業者にとっては明かである。したがって、本発明は、
以上の特定の開示によって限定されるべきものではな
く、添付の特許請求の範囲によってのみ規定されるべき
ものである。
きたが、多くの他の変形および改変並びに他の用法は、
当業者にとっては明かである。したがって、本発明は、
以上の特定の開示によって限定されるべきものではな
く、添付の特許請求の範囲によってのみ規定されるべき
ものである。
【図１】 本発明により構成される外装の斜視図であ
る。
る。
【図２】 図１の外装の上面図である。
【図３】 図２の正面図である。
【図４】 図３の側面図である。
【図５】 図１ないし図４の外装内に形成される内部回
路の回路図である。
路の回路図である。
【図６】 図２の６−６線に沿う断面図である。
【図７】 図１〜図４および図６の組立体の外装キャッ
プの内部を見た内面図である。
プの内部を見た内面図である。
【図８】 図７の８−８線に沿う断面図である。
【図９】 図７の９−９線に沿う断面図である。
【図１０】 以上の図面の端子支持板の構成の上面図で
ある。
ある。
【図１１】 図１０の１１−１１線に沿う断面図であ
る。
る。
【図１２】 図１１の１２−１２線から見た底面図であ
る。
る。
【図１３】 以上の図面の一つの制御端子のためのゲー
ト接点部の正面図である。
ト接点部の正面図である。
【図１４】 底部が半田付け位置に折り曲げられた後の
図１３の端子の側面図である。
図１３の端子の側面図である。
【図１５】 図１の組立体の一つの主端子の正面図であ
る。
る。
【図１６】 半田付け位置へ端子が曲げられた状態を点
線で示している図１５の端子の側面図である。
線で示している図１５の端子の側面図である。
【図１７】 図１の組立体の２番目の主端子の正面図で
ある。
ある。
【図１８】 図１７の側面図である。
【図１９】 本発明にかかる組立体の３番目の主端子の
正面図である。
正面図である。
【図２０】 図１９の端子の側面図である。
【図２１】 上記端子支持板に挿入された図１３ないし
図２０の種々の端子を有する図１０の端子支持板の分解
斜視図である。
図２０の種々の端子を有する図１０の端子支持板の分解
斜視図である。
【図２２】 スナップ式に所定の位置に挿入されて保持
された端子を有する図２１の端子支持板の説明図であ
る。
された端子を有する図２１の端子支持板の説明図であ
る。
【図２３】 放熱器およびリードを取着する前に本発明
により使用されるＩＭＳ基板の上面図である。
により使用されるＩＭＳ基板の上面図である。
【図２４】 図２３の側面図である。
【図２５】 選択されたＩＧＢＴを有するとともに、そ
れに半田付けされた高速リカバリダイオードを有する放
熱器の上面図である。
れに半田付けされた高速リカバリダイオードを有する放
熱器の上面図である。
【図２６】 図２５の放熱器の側面図である。
【図２７】 放熱器がＩＭＳ基板の所定位置に半田付け
されるとともにリードが種々のチップと端子との間で相
互接続された後の図２３のＩＭＳ基板の上面図である。
されるとともにリードが種々のチップと端子との間で相
互接続された後の図２３のＩＭＳ基板の上面図である。
【図２８】 図２２の端子支持板の側面図であって、図
２７の端子位置に配置された主端子半田付けパッドもし
くは底部を示すとともに、さらに半田付け作業の間にＩ
ＭＳ基板に関して端子支持板および端子を位置決めする
のを補助する折取位置決め突起を仮想線で示している。
２７の端子位置に配置された主端子半田付けパッドもし
くは底部を示すとともに、さらに半田付け作業の間にＩ
ＭＳ基板に関して端子支持板および端子を位置決めする
のを補助する折取位置決め突起を仮想線で示している。
【図２９】 上記ＩＭＳ基板の装着開口に対して位置決
めされた図２８の一つの折取りエレメントを示す説明図
である。
めされた図２８の一つの折取りエレメントを示す説明図
である。
【図３０】 上記上部キャップ、端子板およびＩＭＳ基
板を完全に組み立てる前に互いに配置されたこれら部品
を図式的に示す断面図である。
板を完全に組み立てる前に互いに配置されたこれら部品
を図式的に示す断面図である。
【図３１】 ３１−３１線に沿う図３０の断面図であ
る。
る。
５０ 絶縁モールド型外装キャップ ５１ 絶縁金属基板 ５２ 突起 ５３ 突起 ５４ 突起 ５５ セグメント ５６ セグメント ５７ セグメント ６０ 制御端子 ６１ 制御端子 ６２ 補助パワー端子 ６３ 補助パワー端子 ７０ ナット受け開口 ７１ ナット受け開口 ７２ ナット受け開口 ７３ 取付孔 ７４ 取付孔 ７５ ＩＧＢＴ ７６ ＩＧＢＴ ７７ 高速リカバリダイオード ７８ 高速リカバリダイオード ８０ 開口 ８１ 開口 ８２ａ 開口 ８２ 突条 ８３ 突条 ８４ 突条 ８５ 突条 ８６ 突条 ８７ 主内部延伸突条 ９０ 端子支持板構造体 ９１ ボス ９２ ボス ９３ ボス ９４ ボス ９５ スロット ９６ スロット ９７ スロット １００ スカート部 １０１ スカート部 １０２ スカート部 １０３ スカート部 １１０ 貫通孔 １１１ ボール状ストッパ １２０ 開口 １２１ 開口 １２２ 開口 １２３ 開口 １３０ 下部 １３１ テーパ面 １３２ テーパ面 １３３ 突出端部分 １３４ 端子底部 １３５ ボディ部分 １４０ 伸長下部ボディ １４１ 端子部分 １４２ 湾曲部分 １４２ａボディ部分 １４３ 端子延長部 １４４ 形状部 １５０ 銅領域 １５１ 銅領域 １５２ 銅領域 １５３ 銅領域 １５４ 銅領域 １５５ 銅領域 １５６ 銅領域 １６０ 延長部 １６１ 延長部 １７０ 放熱器 １７２ ＩＧＢＴチップ １７３ ＩＧＢＴチップ １７４ ＩＧＢＴチップ １７５ 高速リカバリダイオード １７６ 高速リカバリダイオード １７７ 高速リカバリダイオード １７８ 高速リカバリダイオード １７９ 高速リカバリダイオード １８０ 組立体 １９０ 延長部 １９１ 導体パッド １９２ 導体パッド ２１０ ペグ ２１１ ペグ ２１２ 端部 ２２０ 突条
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−354156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−72758（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−306651（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−60237（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−15450（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 25/00 - 25/18
Claims (42)
- 【請求項１】 絶縁外装と、該外装内で相互接続されて
所定の電気回路を形成する複数の半導体チップと、上記
外装により一つの表面上にて包囲されるとともに該一つ
の表面上に上記複数の半導体チップを支持する熱伝導性
を有する基板と、上記半導体チップにより形成された上
記電気回路に一端が接続されて、上記外装の外部回路へ
の接続のために上記外装を介して延在する複数の端子と
を含み、上記熱伝導性を有する基板が平坦で相対的に厚
い伝導性材料の底板と、該底板の上部の相対的に薄い絶
縁材料層と、該絶縁材料層の上に配置されるとともに上
記絶縁材料層の上に所定の幾何学的形状を有する相対的
に薄い伝導性材料層とを含み、実質的に全底面にわたっ
て上記相対的に薄い伝導性材料層の領域に接続されて、
放熱板を構成する少なくとも一つの伝導プレートからな
り、少なくとも選択された個数の上記半導体チップの底
面が互いに近接して上記伝導プレートの上面に半田付け
されて、上記伝導プレートのほぼ中心に沿う線に平行に
配置されていて、熱が上記チップから上記伝導プレート
の全領域へ伝達されるように構成したことおよび上記絶
縁外装内に囲われるとともに上記熱伝導性基板の上方に
配置された端子支持板を備え、該端子支持板は間隔をあ
けた複数の開口を有し、上記複数の端子は複数の開口を
貫通して受合われるとともに、上記端子を互いに平行に
隔てられ絶縁された関係に支持するため上記端子の長さ
方向に沿って中間部が固定されたことを特徴とするパワ
ー半導体モジュール。 - 【請求項２】 請求項１記載のパワー半導体モジュール
であって、上記相対的に厚い底板および上記伝導プレー
トがアルミニユームであることを特徴とするパワー半導
体モジュール。 - 【請求項３】 請求項１記載のパワー半導体モジュール
であって、上記伝導プレートが長方形で、かつ上記相対
的に厚い底板の全幅に近い幅を有してなることを特徴と
するパワー半導体モジュール。 - 【請求項４】 請求項１記載のパワー半導体モジュール
であって、上記複数の半導体チップがＩＧＢＴチップを
含むことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項５】 請求項２記載のパワー半導体モジュール
であって、上記伝導プレートが長方形で、かつ上記相対
的に厚い底板の全幅に近い幅を有してなることを特徴と
するパワー半導体モジュール。 - 【請求項６】 請求項５記載のパワー半導体モジュール
であって、上記複数の半導体チップがＩＧＢＴチップを
含むことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項７】 請求項４記載のパワー半導体モジュール
であって、上記複数の半導体チップがさらに上記ＩＧＢ
Ｔチップの各々のものと並列に接続されている高速リカ
バリダイオードを含むことを特徴とするパワー半導体モ
ジュール。 - 【請求項８】 請求項７記載のパワー半導体モジュール
であって、上記高速リカバリダイオードチップが互いに
間隔をおいて上記ＩＧＢＴの線に平行な線に沿って配置
されてなることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項９】 請求項４記載のパワー半導体モジュール
であって、上記ＩＧＢＴチップがそのゲート電極と直列
にゲート抵抗を有しており、上記ゲート抵抗が各ＩＧＢ
Ｔチップにそれぞれ集積されてなることを特徴とするパ
ワー半導体モジュール。 - 【請求項１０】 請求項９記載のパワー半導体モジュー
ルであって、上記複数の半導体チップがさらに上記ＩＧ
ＢＴチップのそれぞれのものと並列に接続されている高
速リカバリダイオードを含むことを特徴とするパワー半
導体モジュール。 - 【請求項１１】 複数の半導体チップを装着するための
絶縁金属基板であって、該絶縁金属基板は、伝導性材料
からなる平坦で相対的に厚い底板と、該底板の上部の相
対的に薄い絶縁材料層とを有し、該絶縁材料層の上に配
置されるとともに上記絶縁材料層の上に所定の幾何学的
形状を有する相対的に薄い伝導性材料層を有することを
特徴とし、さらに、実質的に全底面にわたって伝導性材
料の上記相対的に薄い層の領域に接続されて、放熱板を
構成する少なくとも一つの伝導プレートを有することを
特徴とし、少なくとも選択された個数の前記複数の半導
体チップの底面が互いに近接して上記伝導プレートの上
面に半田付けされて上記伝導プレートのほぼ中心に沿う
線に平行に配置されていて、熱が上記チップから上記伝
導プレートおよび上記伝導性の相対的に薄い層の全体へ
伝達されるように構成してなり、熱が上記伝導プレート
および上記伝導性の相対的に薄い層から上記相対的に薄
い絶縁材料層を通して上記相対的に厚い底板に、上記伝
導性の相対的に薄い層と上記相対的に厚い底板との間の
電気伝導を伴うことなしに、伝導されることを特徴とす
る絶縁金属基板。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の絶縁金属基板であっ
て、上記伝導プレートが長方形で上記相対的に厚い底板
の全幅に近い幅を有してなることを特徴とする絶縁金属
基板。 - 【請求項１３】 請求項１１記載の絶縁金属基板であっ
て、上記複数の半導体チップがＩＧＢＴチップからなる
ことを特徴とする絶縁金属基板。 - 【請求項１４】 請求項１２記載の絶縁金属基板であっ
て、上記複数の半導体チップがＩＧＢＴチップを含むこ
とを特徴とする絶縁金属基板。 - 【請求項１５】 請求項１３記載の絶縁金属基板であっ
て、上記複数の半導体チップがさらに上記ＩＧＢＴチッ
プのそれぞれのものと並列に接続されている高速リカバ
リダイオードを含むことを特徴とする絶縁金属基板。 - 【請求項１６】 請求項１５記載の絶縁金属基板であっ
て、上記高速リカバリダイオードが互いに間隔を有して
上記ＩＧＢＴチップの線に平行な線に平行に配置してな
ることを特徴とする絶縁金属基板。 - 【請求項１７】 請求項１３記載の絶縁金属基板であっ
て、各々のＩＧＢＴチップがそのゲート電極と直列のゲ
ート抵抗を有しており、このゲート抵抗が各ＩＧＢＴチ
ップにそれぞれ集積されてなることを特徴とする絶縁金
属基板。 - 【請求項１８】 底部開口を有する絶縁外装キャップ
と、該外装キャップ内で相互接続されて予め定められた
電気回路を構成する複数の半導体チップと、上記外装キ
ャップの上記底部開口を横断して伸びるとともに上記底
部開口に横断して固定され、かつ上記複数の半導体チッ
プを支持する熱伝導基板と、互いに絶縁されるとともに
上記熱伝導基板の表面からほぼ直交方向に伸びる複数の
端子とを有しており、互いに間隔をおいて平行かつ絶縁
状態に上記端子を支持するために上記複数の端子の長さ
の中間点で受けて固定する間隔を有する開口を備えてな
る端子支持板を有することを特徴とし、各々の上記端子
が長手方向に第１および第２端部領域を有し、上記端子
の上記第１端部領域が上記熱伝導基板の上面とほぼ同じ
面にある共通の面に配置されており、上記熱伝導基板の
上面が上記複数の端子のそれぞれの第１端部領域と整列
する間隔を有する伝導結合領域を有していて、上記端子
の上記第１端部が上記熱伝導基板上の伝導結合領域の選
択されたいずれか一つに機械的に固定されており、上記
端子支持板の底部が上記熱伝導基板の上面で間隔を有し
て上記熱伝導基板の第１膨張空間を構成しており、上記
外装キャップには上記複数の端子の挿通用の開口が形成
されていて、該開口を介して外部に延在する上記複数の
端子は外部接続されるようになっており、上記端子支持
板が上記外装キャップの内部に嵌合されるとともに上記
熱伝導基板の上方に配置されてなることを特徴とするパ
ワー半導体モジュール。 - 【請求項１９】 請求項１８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記複数の端子が上記端子支持板内にス
ナップ嵌合されてなることを特徴とするパワー半導体モ
ジュール。 - 【請求項２０】 請求項１８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記第１膨張空間がソフトシリコン充填
材で部分的に充填されてなることを特徴とするパワー半
導体モジュール。 - 【請求項２１】 請求項２０記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記端子支持板が該端子支持板を貫通し
て上記第１膨張空間内に上記ソフトシリコン充填材を注
入するシール開口を有してなることを特徴とするパワー
半導体モジュール。 - 【請求項２２】 請求項１８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記熱伝導基板は外部領域に該基板を貫
通する上記外装キャップへの取付開口を有し、上記端子
支持板は、組み立ての際に上記取付開口に嵌合して上記
端子支持板および上記複数の端子の第１端部領域を上記
熱伝導基板上にそれらの上記各々の伝導結合領域と合致
して位置決めする取外し可能な突起を有することを特徴
とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項２３】 請求項１８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記端子の上記第１端部領域が折曲され
て上記熱伝導基板の面と平行な平坦な端部領域を構成す
るようになったことを特徴とするパワー半導体モジュー
ル。 - 【請求項２４】 請求項１８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記熱伝導基板が絶縁金属基板であるこ
とを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項２５】 請求項１８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記外装キャップの内部が上記熱伝導基
板の上部に接着され、その接着が上記端子支持板および
上記外装キャップを通して伸びる上記各端子の周囲を囲
繞するとともにシールしてなることを特徴とするパワー
半導体モジュール。 - 【請求項２６】 請求項２５記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記接着材がシリコン接着材からなるこ
とを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項２７】 請求項２５記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記端子支持板の上部が上記複数の端子
が貫通して伸長する接着材受用凹部を有し、上記外装キ
ャップの内部が上記凹部の内部に突出するとともに上記
端子を囲繞する複数の垂直突起を有してなることを特徴
とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項２８】 請求項２１記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記複数の端子が上記端子支持板内にス
ナップ嵌合により接続されてなることを特徴とするパワ
ー半導体モジュール。 - 【請求項２９】 請求項２１記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記端子の上記第１端部領域が折曲され
て上記基板の面と平行な平坦な端部領域を構成するよう
になったことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項３０】 請求項２８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記熱伝導基板が絶縁金属基板よりなる
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項３１】 請求項２９記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記熱伝導基板が絶縁金属基板であるこ
とを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項３２】 請求項２１記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記外部キャップの内部が上記熱伝導基
板の上部に接着されており、その接着材が上記端子支持
板および上記外装キャップを通して伸びる上記各端子の
周辺を囲繞するとともにシールしてなることを特徴とす
るパワー半導体モジュール。 - 【請求項３３】 請求項３２記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記端子支持板の上部が上記複数の端子
が貫通する接着材受用凹部を有し、上記外装キャップの
内部が上記凹部に突出するとともに上記端子を囲繞する
複数の垂直突出部を有してなることを特徴とするパワー
半導体モジュール。 - 【請求項３４】 請求項１８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記複数の半導体チップがＩＧＢＴチッ
プを含むことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項３５】 請求項１８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記熱伝導基板が伝導性材料からなる平
坦で相対的に厚い底板と、該底板上の相対的に薄い絶縁
材料層と、該絶縁材料層上に配置されてその上に所定の
幾何学形状のパターンを有する相対的に伝導性材料の薄
い層とを含み、実質的にその底面全体で伝導性材料の上
記相対的に薄い層の領域に接続された少なくとも一つの
平坦な放熱板を構成する伝導プレートとからなり、少な
くとも選択された個数の上記複数の半導体チップが互い
に近接して間隔をおいて上記伝導プレートの上面に半田
付けされるとともに、ほぼ上記伝導プレートの中心に沿
う線に平行に配置されていて、熱が上記チップから上記
伝導プレートの全体に効率的に伝達されるように構成し
たことを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項３６】 請求項３５記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記相対的に厚い底板および上記伝導プ
レートがアルミニュームであることを特徴とするパワー
半導体モジュール。 - 【請求項３７】 請求項３６記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記複数の半導体モジュールがＩＧＢＴ
チップを含むことを特徴とするパワー半導体モジュー
ル。 - 【請求項３８】 請求項１８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記複数の半導体チップがＩＧＢＴチッ
プよりなることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項３９】 請求項３５記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記複数の半導体チップがＩＧＢＴチッ
プよりなることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項４０】 請求項３８記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記複数の半導体チップがさらに上記Ｉ
ＧＢＴチップの各々のものと並列に接続された高速リカ
バリダイオードを含むことを特徴とするパワー半導体モ
ジュール。 - 【請求項４１】 請求項４０記載のパワー半導体モジュ
ールであって、上記第１高速リカバリダイオードチップ
が互いに間隔をおいてかつ上記ＩＧＢＴチップの線に平
行に配置されてなることを特徴とする半導体モジュー
ル。 - 【請求項４２】 請求項４１記載のパワー半導体モジュ
ールであって、各々の上記ＩＧＢＴチップがそのゲート
電極に直列にゲート抵抗を有しており、上記ゲート抵抗
が各ＩＧＢＴチップにそれぞれ集積されてなることを特
徴とするパワー半導体モジュール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/122,052 US5408128A (en) | 1993-09-15 | 1993-09-15 | High power semiconductor device module with low thermal resistance and simplified manufacturing |
| US122052 | 1993-09-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07240497A JPH07240497A (ja) | 1995-09-12 |
| JP2801534B2 true JP2801534B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=22400324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22061494A Expired - Fee Related JP2801534B2 (ja) | 1993-09-15 | 1994-09-14 | パワー半導体モジュールおよびそれに使用する絶縁金属基板 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5408128A (ja) |
| JP (1) | JP2801534B2 (ja) |
| DE (1) | DE4430047C2 (ja) |
| FR (1) | FR2710190B1 (ja) |
| GB (1) | GB2282007B (ja) |
| IT (1) | IT1280673B1 (ja) |
Families Citing this family (60)
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|---|---|---|---|---|
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| JP3051011B2 (ja) * | 1993-11-18 | 2000-06-12 | 株式会社東芝 | パワ−モジュ−ル |
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