JP3845333B2

JP3845333B2 - Semiconductor power module

Info

Publication number: JP3845333B2
Application number: JP2002129008A
Authority: JP
Inventors: 是英岡本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2003324184A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置などに用いる半導体パワーモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体パワーモジュールとして、ケース内に電力用半導体チップを配設し、上面を蓋で覆う構造のものがある。
【０００３】
図１１（ａ），（ｂ）に示す上記従来例である半導体パワーモジュール１００は、矩形状に形成されており、電力用半導体チップなど各種部品が矩形状の放熱板１０２上に積み重ねられ、放熱板１０２を囲むように枠状の樹脂ケース１０４が設けてある。なお、図において、符号１０６は、放熱板１０４の各頂点部に設けた穴であって、放熱板１０４を外部の冷却部材にボルトで締め付けるための取付けボルト用穴である。
【０００４】
ケース１０４は、上端が開放されており、ケース１０４の開口部は蓋１１０により閉じられる。蓋１１０は、上から押し込むようにしてケース１０４に装着する。開口部の周縁部を形成するケース１０４の一辺から、ケース１０４内に収納された半導体チップとボンディングワイヤを介して電気的に接続された電極端子１１２が引き出されるとともに、ケース内側に折り曲げられている。電極端子１１２には貫通孔１１４が設けてある。ケース１０４内には、貫通孔１１４と位置合わせされ、貫通孔１１４と同軸上にナット挿入用穴（図示せず）が形成されており、該穴内にナット(図示せず）が挿入されるようになっている。貫通孔１１４の内径は、ナットの内径と略等しいかあるいは僅かに大きく設定されており、電極端子１１２上にバスバー（外部配線）を配置した状態でナットに螺子(図示せず）を螺合することで、バスバーを電極端子１１２に固定できるようになっている。
【０００５】
図１２（ａ），（ｂ）に示す別の従来例である半導体パワーモジュール２００では、電極端子２１２は、ケース２０４外側に折り曲げられ、開口部の周縁部を形成するケース２０４部分に対向する点で半導体モジュール１００と異なり、蓋２１０が上から押し込むようにしてケース２０４に装着する点は半導体モジュール１００と同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように電極端子１１２、２１２を折り曲げた構成では、電極端子と接合するためのナットを収容するケース１０４、２０４部分が必要となり、モジュールが大型化する。
【０００７】
そこで、図１３（ａ），（ｂ）に示す半導体モジュール３００では、蓋３１０側にナットを配置し、電極端子３１２を折り曲げない状態（図の実線位置３１２ａ）で、蓋３１０を上から押し込むようにしてケース３０４に装着し、その後電極端子３１２をケース３０４内側（図の点線位置３１２ｂ）に折り曲げることにより、電極端子３１２の貫通孔３１４を蓋３１０のナットに位置合わせするようになっている。
【０００８】
この構成では、図１１、１２の場合に比べてモジュールを小型化することができる。しかしながら、電極端子３１２が立ったままでワイヤボンディングを行う必要があるため、電極端子を折り曲げた状態でワイヤボンディングを行う場合に比べて、ボンディングツールを長くする必要があり、その結果ボンディングの精度が低下する。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、小型化が実現できるとともにワイヤボンディングが高精度で行える半導体パワーモジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る半導体パワーモジュールは、
上端が開放され内部に電力用半導体チップを配設したケースと、ケースの開口部を塞ぐ蓋とを有し、電力用半導体チップと電気的に接続された電極端子を外部に引き出した半導体パワーモジュールにおいて、
電極端子は、ケースから引き出され蓋の上面に沿うように折り曲げられ、
蓋は、ケースの開口端に沿ってスライドさせることでケースに装着するように構成され、
蓋内には、電極端子を貫通し外部配線を該電極端子に締め付ける螺子と螺合するナットを支持するナット支持部が設けてあることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る半導体パワーモジュールは、
上端が開放され内部に電力用半導体チップを配設したケースと、ケースの開口部を塞ぐ蓋とを有し、電力用半導体チップと電気的に接続された複数の電極端子を外部に引き出した半導体パワーモジュールにおいて、
複数の電極端子は、ケースの開口部を囲む上壁の一辺から引き出され蓋の上面に沿うように折り曲げられ、
蓋は、ケースの開口端に沿って電極端子側に向けてスライドさせることでケースに装着するように構成され、
蓋内には、電極端子を貫通し外部配線を該電極端子に締め付ける螺子と螺合するナットを支持するナット支持部が設けてあることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る半導体パワーモジュールは、請求項２に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
蓋は、ナット支持部をスライド方向に関し複数の電極端子とケース内の収納部品との間に位置するようにケース開口端上に配置した状態で、電極端子側に向けてスライドさせることでケースに装着することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る半導体パワーモジュールは、請求項２に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
蓋及びケースの形状は、ナット支持部をスライド方向に関しケース内の収納部品を挟んで複数の電極端子と反対側に位置するようにボックス開口端上に配置した状態で、蓋を電極端子側に向けてスライドさせる際に、ナット支持部と収納部品との干渉を防止するように設計されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る半導体パワーモジュールは、請求項４に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
ケースの開口部を囲む上壁は、第１の高さを有する第１の部分と、第１の高さよりも所定の高さだけ高い第２の部分とを備え、
蓋は、ナット支持部がスライド方向に関してケース内の収納部品の上流側から下流側に移動する際に第２の部分上をスライドし、その後、第１の部分上をスライドしてケースに装着されることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、本願明細書では、方向を表す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、およびこれらの用語を含む別の用語）を適宜用いるが、説明に用いる図面中の方向を示すだけのものであって、これらの用語によって本発明が限定的に解釈されるべきでない。
【００１８】
実施の形態１．
図１〜３を参照して本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモジュールを説明する。この半導体パワーモジュール２は、２つの電源端子、Ｐ端子及びＮ端子を介して外部電源から供給された電力を、内部の回路によりＵ、Ｖ、Ｗ相のいずれかの相に対応して制御し、制御された電力を１つの出力端子を介して外部へ出力するものである。このような半導体パワーモジュール２を３つ利用してインバータ装置に適用する。
【００１９】
具体的に、半導体パワーモジュール２は、矩形状に形成されており、以下に示す各種部品が矩形状の放熱板４上に積み重ねられ、放熱板４を囲むように枠状の樹脂ケース６が設けてある。ケース６の上側に設けた開口部は、蓋８で閉じられるようになっている。後で詳述するように、蓋８は、ケース６に対しスライド式に装着されるようになっている。放熱板４の各頂点部には、放熱板４を外部の冷却部材にボルトで締め付けるための取付けボルト用穴９が設けてある。
【００２０】
放熱板４の表面には、絶縁基板１０が半田などのろう材１１を介して接合されている。絶縁基板１０の上面には、銅からなる所定の回路パターン１２が形成されている。回路パターン１２には、半導体パワーモジュール２の用途、目的に応じて設けられた複数の半導体チップ１６（例えばＩＧＢＴ、ダイオード）が、ろう材（図示せず）で接合され、実装されている。半導体チップ１６同士は、アルミなどの金属細線１８を介して互いに接続されている。
【００２１】
ケース６の側面には制御用コネクタ２０が配置されている。制御用コネクタ２０は、外部回路と内部回路との間で制御信号のやりとりをするためのコネクタである。具体的には、制御用コネクタ２０のコネクタピン２２は、ケース６内の上方空間に配置された制御基板２４上に形成された所定の回路パターン（図示せず）に、金属細線（図示せず）を介して電気的に接続されている。制御基板２４上には半田（図示せず）を介して、半導体チップ１６を制御するための制御用チップ２５が搭載されている。なお、図２では、制御基板２４上に配設された各種部品は図示が省略されている。制御基板２４上の回路パターンは、上下方向に伸びた中継端子２６の一端に接続されている。中継端子２６の他端は、絶縁基板１０近傍に設けた導体パッド２８に接続されている。この導体パッド２８には、金属細線１８を介して、絶縁基板１０上の回路パターン１２が電気的に接続されている。
【００２２】
制御基板２４と絶縁基板１０との間には、ノイズ遮蔽のための導電性のシールド板３０が配置されている。シールド板３０は、例えば図示しない中継端子を介して接地されている。
【００２３】
シールド板３０よりも下方のケース６の内部空間は、絶縁性を確保するためにシリコンゲル３２で充填されている。
【００２４】
３つの電極板３４ａ，３４ｂ，３４ｃが樹脂ケース６にインサートされ、一体成形されている。電極板３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、相互に絶縁されるとともにケース６の開口部を囲む一辺（図の例では長手方向に伸びる辺）からケース６外部に引き出され、図１に示すように蓋８の表面に沿うように内側に折り曲げられ、それぞれ電力用外部接続端子（主回路接続端子）である直流端子のＰ端子、Ｎ端子、及び交流端子を形成する。Ｐ端子を構成する電極板３４ａの他端、Ｎ端子を構成する電極板３４ｂの他端、及び交流端子を構成する電極板３４ｃの他端は、金属細線を介して、回路パターン１２や半導体チップ１６に接続されており、この結果、半導体パワーモジュール２の動作時には、Ｐ端子３４ａからＮ端子３４ｂに流れる直流電流が、制御用コネクタ２０から入力された制御信号に基づいた半導体チップ１６の作用により交流電流に変換され、この交流電流が交流端子３４ｃから出力される。このとき、半導体チップ１６で発生した大量の熱は、絶縁基板１０を介して放熱板４に伝達し、さらにボルト用穴９を介してボルトにより放熱板４に取付けられた放熱フィンなどの外部冷却部材に放熱される。
【００２５】
図４は、蓋８をケース６に装着した状態での図３に類似した断面図である。蓋８は、ケース６の開口端に沿って図２右側から左側に向けて、すなわち電極端子３４（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ）の位置する辺側とは反対側の辺側から電極端子３４が位置する辺側に向けてスライドさせることで図４のようにケース６上部を覆うようになっている。図４に示すように、スライドが完了した状態で、折り曲げられた電極端子３４の下面と蓋８の上面が対向する。各電極端子３４には貫通孔３６が設けてあり、蓋８の下面側には、貫通孔３６と位置合わせされ、貫通孔３６と同軸上にナット挿入用穴が形成されており、該穴内にナット３８が挿入されている。貫通孔３６の内径は、ナット３８の内径と略等しいかあるいは僅かに大きく設定されており、電極端子３４上にバスバー（図示せず）を配置した状態でナット３８に螺子(図示せず）を螺合することで、バスバーを電極端子３４に固定できるようになっている。
【００２６】
なお、図の例では、蓋８は、電極端子３４と対向する部分を含む領域が他の領域に比べて高くなるように段差を設けてあるが、蓋８の形状は本発明を限定するものではなく、例えばナット支持部４０を除く蓋部分が平坦状に形成されていてもよい。
【００２７】
蓋８は、ケース６の開口部を囲む４辺のうち短辺に沿って伸びたガイド上をスライドする。このガイドの断面形状はどのようなものであってもよく、例えば図５（ａ）に示すようにケース６側に断面矩形状の凸部を設けるとともに、蓋８側にこれに係合する凹部を設けるようにしてもよいし、これとは逆に図５（ｂ）に示すように蓋８側に断面矩形状の凸部を設けるとともに、ケース６側にこれに係合する凹部を設けるようにしてもよい。あるいは、図（ｃ）に示すように、ケース６側及び蓋８側に互いに係合する段部を設けてもよい。
【００２８】
蓋８の下面側に設けたナット支持部４０が制御基板２４上の部品に干渉する場合は、まず、ナット支持部４０をスライド方向に関して電極端子３４と上記部品との間に位置するように蓋８をケース６上に配置した上で、蓋８を電極端子３４側に向けてスライドさせることでケース６に装着すればよい。これにより、ナット支持部４０の通路を確保するためにモジュールの厚みを大きくするのを避けることができる。
【００２９】
図６は、ボンディング装置の一例を示す概略側面図である（図では、構成を一部省略して図示してある。）。このボンディング装置５０は、ウェッジツール５２をボンディングツールとして用いている。ウェッジツール５２には、ホーン５４を介して超音波振動子５６が接続されており、ツール５２先端でアルミからなるワイヤ５８を半導体チップ１６や回路パターン１２に押し付けた状態で、超音波振動子５６を駆動することで、ワイヤ５８を半導体チップ１６等に熱圧着する。
【００３０】
図７に示すように、図１３の従来例と同様に電極端子３４を立たせた状態でワイヤボンディングを行う際に、ボンディングされる対象物（半導体チップ１６や回路パターン１２）表面から電極端子３４上端までのワーク高さｄ１（例えば５０ｍｍ）に比べて、上記表面とボンディング装置５０の部品（例えばホーン５４など）との間に必要とされるボンディングクリアランスｄ２（例えば４０ｍｍ）が短い場合、ボンディング装置５０と電極端子３４が干渉する可能性がある。したがって、干渉を避けるためボンディングツール５２を長くする必要があるため、その分ボンディング位置の精度が低下する。
【００３１】
これに対し、本実施形態では、電極端子３４は折り曲げた状態でワイヤボンディングが行えるために（図１３の従来例では、電極端子が立った状態で蓋を閉じる必要があるため、ワイヤボンディングは電極端子が立った状態で行う必要がある。）、ボンディングツール５２を短くできる。その結果、ワイヤボンディングの位置の精度向上を図ることができるとともに、ボンディング装置５０の小型化・低コスト化を図ることができる。
【００３２】
なお、図１１、１２の従来例に示す半導体パワーモジュールでは、電極端子を折り曲げた状態でワイヤボンディングを行うことができるが、本実施形態では、これらのモジュールに比べて小型のモジュールを提供できる利点を有する。
【００３３】
実施の形態２．
本実施形態に係る半導体パワーモジュールは、電極端子の位置する辺側とは反対側の辺側から電極端子が位置する辺側に向けてスライドした場合に、蓋の下面側に設けたナット支持部がケース内に収納された部品に干渉するのを防止するための構成を備えている。以下、実施の形態１と同一の構成要素に対しては同一の符号を用いる。また、説明の都合上、スライド方向をＸ方向、これに直交し電極端子の配置方向をＹ方向とする。
【００３４】
図８〜１０を参照して、本実施形態に係る半導体パワーモジュール６０の蓋８’は、下面側にナット３８が配置された第１の水平部６２と、該水平部６２よりも下面（ナット支持部４０を除く。）が所定の高さだけ高い第２の水平部６４と、第１及び第２の水平部６２、６４を連結する段部（垂直部）６６とを有する。
【００３５】
一方、ケース６’は、蓋８’の第１の水平部６２をＸ方向に沿ってガイドし、その結果ナット支持部４０が電極端子３４の下側まで案内されるよう、第１の水平部６２のＹ方向両端部に対向してＸ方向に伸びた第１の水平ガイド６８（図９では斜線部で示されている。）を有する。第１の水平ガイド６８は、電極端子３４配置側の一辺と対向する辺の近傍まで伸びており、上面が第１の水平ガイド６８よりも上記所定の高さだけ高い第２の水平ガイド７２に接続されている。
【００３６】
この構成によれば、ナット支持部４０をケース内に収納された部品（例えば部品７４）を挟んで電極端子３４と反対側に位置するようにボックス６’の開口端上に配置した状態で、蓋８’を電極端子３４側に向けてスライドを開始しても、図８に示すように、蓋８’の第１の水平部６２が第２の水平ガイド７２上をスライドする間は、ナット支持部４０がケース６’内に収納された部品（例えば部品７４）と干渉せず、ナット支持部４０はスライド方向（Ｘ方向）に関して収納部品７４の下流側に移動する。さらに蓋８’をＸ方向にスライドして、第１の水平部６２の後端（垂直部６６）が第２の水平ガイド７２を通過すると、蓋８’は上記所定高さだけ下に沈み、今度は、第１の水平部６２が第１の水平ガイド６８上を、第２の水平部６４が第２の水平ガイド７２上をスライドする（図９参照）。さらに蓋８’をＸ方向にスライドして、図１０に示すように、蓋８’でケース６’を完全に覆う。
【００３７】
なお、図９に最もよく示されるように、蓋８’の垂直部６６のＹ方向両側端部は、蓋８’が沈んだ後ケース６’の側壁７６に沿ってスライドするようになっており、これにより図１０のように蓋８’でケース６’を閉じた際にケース６’の閉鎖性が保たれる。
【００３８】
以上、本発明の具体的実施形態について説明したが、本発明はこれらに限らず種々改変可能である。例えば、上記実施形態では、複数の電極端子をケースの開口部を囲む一辺から引き出したが、蓋をケースにスライドして装着できる構成であれば、電極端子を一辺に配置する必要は必ずしもない。但し、上記実施形態のように電極端子を一辺に配置した方が蓋をケースにスライドする構成を簡単にできる点で好ましい。これに関し、上記実施形態では、電極端子３４は、Ｐ端子、Ｎ端子及び１つの交流端子の３つとして説明したが、Ｐ端子、Ｎ端子及び３つの交流端子を備えた半導体パワーモジュールの場合、これら５つの電極端子をケースの開口部を囲む一辺から引き出すようにすれば、蓋をケースにスライド式に装着する構成をとることは比較的容易となる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明によれば、電極端子を折り曲げた状態でワイヤボンディングを行えるので、ボンディングツールを短くできる。
【００４０】
請求項２または４に記載の本発明によれば、電極端子と接合するためのナットを蓋側に配置することで、ケース側にナットを収容するスペースを省略できるので、モジュールの小型化を図ることができる。
【００４１】
請求項３に記載の本発明によれば、複数の電極端子をケースの開口部を囲む城壁の一辺から引き出しているため、蓋をケースの開口端に沿ってスライド式に装着する構成を比較的簡易にすることができる。
【００４２】
請求項５に記載の本発明によれば、蓋側に設けたナット支持部が収納部品と干渉する場合、まず、ナット支持部をスライド方向に関して電極端子と収納部品との間に位置するように蓋をケース上に配置した上で、蓋を電極端子側に向けてスライドさせてケースに装着しており、これにより、ナット支持部の通路を確保するためにモジュールの厚みを大きくするのを避けることができる。
【００４３】
請求項６または７に記載の本発明によれば、蓋側に設けたナット支持部が収納部品と干渉する場合、蓋及びケースの形状を、ナット支持部をスライド方向に関しケース内の収納部品を挟んで複数の電極端子と反対側に位置するようにボックス開口端上に配置した状態で、蓋を電極端子側に向けてスライドさせる際に、ナット支持部と収納部品との干渉を防止するように設計することにより、ケース内の収納部品の配置の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモジュールを示す外観図。
【図２】図１のモジュールの内部構造を示す平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】蓋をケースに装着した状態での図３に類似した断面図。
【図５】蓋をケース上端に沿ってガイドするための蓋とケースの係合例を示す断面図。
【図６】（ａ）ボンディング装置の一例を示す概略側面図。（ｂ）ボンディングツールの先端部近傍を示す拡大斜視図。
【図７】電極端子を立てた状態でワイヤボンディングを行う場合の干渉の様子を示す側面図であって、一部破断して示されている。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュールを示す断面図であって、蓋を閉める途中の状態を示す。
【図９】本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュールを示す外観図であって、蓋をケースに完全に装着する直前の状態を示す。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュールを示す断面図であって、蓋をケースに完全に装着した状態を示す。
【図１１】（ａ）従来の半導体パワーモジュールの一例を示す概略的な上面図。（ｂ）図１１（ａ）の半導体パワーモジュールの側面図。
【図１２】（ａ）従来の半導体パワーモジュールの別の例を示す概略的な上面図。（ｂ）図１２（ａ）の半導体パワーモジュールの側面図。
【図１３】（ａ）従来の半導体パワーモジュールのさらに別の例を示す概略的な上面図。（ｂ）図１３（ａ）の半導体パワーモジュールの側面図。
【符号の説明】
２：半導体パワーモジュール、４：放熱板、６：ケース、８：蓋、１６：半導体チップ、３４：電極端子（電極板）、３８：ナット、４０：ナット支持部、６０：半導体パワーモジュール、６８：ケースの第１の水平ガイド、７２：ケースの第２の水平ガイド、７４：収納部品。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor power module used for an inverter device or the like.
[0002]
[Prior art]
As a conventional semiconductor power module, there is a structure in which a power semiconductor chip is disposed in a case and the upper surface is covered with a lid.
[0003]
The semiconductor power module 100 according to the conventional example shown in FIGS. 11A and 11B is formed in a rectangular shape, and various components such as a power semiconductor chip are stacked on a rectangular heat radiating plate 102 to dissipate heat. A frame-shaped resin case 104 is provided so as to surround the plate 102. In the figure, reference numeral 106 denotes a hole provided at each apex of the heat radiating plate 104, which is a mounting bolt hole for fastening the heat radiating plate 104 to an external cooling member with a bolt.
[0004]
The case 104 has an open upper end, and the opening of the case 104 is closed by a lid 110. The lid 110 is attached to the case 104 so as to be pushed in from above. From one side of the case 104 forming the peripheral edge of the opening, the electrode terminal 112 electrically connected to the semiconductor chip housed in the case 104 via the bonding wire is drawn out and bent inside the case. . A through hole 114 is provided in the electrode terminal 112. The case 104 is aligned with the through hole 114, and a nut insertion hole (not shown) is formed coaxially with the through hole 114 so that the nut (not shown) is inserted into the hole. It has become. The inner diameter of the through hole 114 is set to be approximately equal to or slightly larger than the inner diameter of the nut, and a screw (not shown) is screwed onto the nut with the bus bar (external wiring) disposed on the electrode terminal 112. Thus, the bus bar can be fixed to the electrode terminal 112.
[0005]
In the semiconductor power module 200 which is another conventional example shown in FIGS. 12A and 12B, the electrode terminal 212 is bent to the outside of the case 204 and faces the case 204 portion forming the peripheral edge of the opening. Unlike the semiconductor module 100, the point that the lid 210 is attached to the case 204 so as to be pushed in from the top is the same as that of the semiconductor module 100.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the configuration in which the electrode terminals 112 and 212 are bent as described above, the portions of the cases 104 and 204 that accommodate nuts for joining to the electrode terminals are necessary, and the module is increased in size.
[0007]
Therefore, in the semiconductor module 300 shown in FIGS. 13A and 13B, a nut is disposed on the lid 310 side, and the lid 310 is pushed from above in a state where the electrode terminal 312 is not bent (solid line position 312a in the figure). Then, the electrode terminal 312 is bent to the inside of the case 304 (dotted line position 312b in the figure) so that the through hole 314 of the electrode terminal 312 is aligned with the nut of the lid 310.
[0008]
In this configuration, the module can be reduced in size compared to the cases of FIGS. However, since it is necessary to perform wire bonding while the electrode terminal 312 is standing, it is necessary to lengthen the bonding tool as compared with the case where the wire bonding is performed with the electrode terminal bent, resulting in a decrease in bonding accuracy. To do.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor power module that can be miniaturized and can perform wire bonding with high accuracy.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor power module according to claim 1 comprises:
A semiconductor power module having a case in which an upper end is opened and a power semiconductor chip is disposed therein, and a lid for closing the opening of the case, and electrode terminals electrically connected to the power semiconductor chip are drawn to the outside In
The electrode terminal is pulled out from the case and bent along the top surface of the lid,
The lid is configured to be attached to the case by sliding along the open end of the case,
In the lid, there is provided a nut support portion for supporting a nut that is screwed with a screw that penetrates the electrode terminal and fastens the external wiring to the electrode terminal .
[0011]
A semiconductor power module according to claim 2 is:
A semiconductor having a case in which an upper end is opened and a power semiconductor chip is disposed inside, and a lid for closing the opening of the case, and a plurality of electrode terminals electrically connected to the power semiconductor chip are drawn to the outside In the power module,
The plurality of electrode terminals are pulled out from one side of the upper wall surrounding the opening of the case and bent along the upper surface of the lid,
The lid is configured to be attached to the case by sliding toward the electrode terminal side along the opening end of the case,
In the lid, there is provided a nut support portion for supporting a nut that is screwed with a screw that penetrates the electrode terminal and fastens the external wiring to the electrode terminal .
[0012]
The semiconductor power module according to claim 3 is the semiconductor power module according to claim 2,
The lid is attached to the case by sliding it toward the electrode terminal side in a state where the nut support portion is arranged on the case opening end so as to be positioned between the plurality of electrode terminals and the storage component in the case in the sliding direction. It is characterized by being attached.
[0013]
The semiconductor power module according to claim 4 is the semiconductor power module according to claim 2,
The shape of the lid and the case is such that the nut support portion is arranged on the box opening end so as to be positioned on the opposite side of the plurality of electrode terminals with the storage part in the case sandwiched in the sliding direction, and the lid is placed on the electrode terminal side. It is characterized in that it is designed to prevent interference between the nut support portion and the storage component when sliding toward it.
[0014]
The semiconductor power module according to claim 5 is the semiconductor power module according to claim 4,
An upper wall surrounding the opening of the case includes a first portion having a first height, and a second portion higher than the first height by a predetermined height,
The lid slides on the second portion when the nut support portion moves from the upstream side to the downstream side of the storage component in the case in the sliding direction, and then slides on the first portion and is attached to the case. It is characterized by that.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that in this specification, terms indicating directions (for example, “up”, “down”, “right”, “left”, and other terms including these terms) are used as appropriate, but in the drawings used for explanation These terms are only intended to indicate the direction of the present invention, and the present invention should not be construed to be limited to these terms.
[0018]
Embodiment 1 FIG.
A semiconductor power module according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This semiconductor power module 2 controls the power supplied from the external power supply via the two power supply terminals, the P terminal and the N terminal in accordance with any of the U, V, and W phases by an internal circuit. The controlled electric power is output to the outside through one output terminal. Three such semiconductor power modules 2 are used and applied to an inverter device.
[0019]
Specifically, the semiconductor power module 2 is formed in a rectangular shape, and various components shown below are stacked on a rectangular heat sink 4, and a frame-shaped resin case 6 is provided so as to surround the heat sink 4. It is. An opening provided on the upper side of the case 6 is closed by a lid 8. As will be described later in detail, the lid 8 is slidably attached to the case 6. At each apex of the heat radiating plate 4, there are provided mounting bolt holes 9 for fastening the heat radiating plate 4 to an external cooling member with bolts.
[0020]
An insulating substrate 10 is joined to the surface of the heat sink 4 via a brazing material 11 such as solder. A predetermined circuit pattern 12 made of copper is formed on the upper surface of the insulating substrate 10. A plurality of semiconductor chips 16 (for example, IGBT, diode) provided according to the use and purpose of the semiconductor power module 2 are joined to the circuit pattern 12 by a brazing material (not shown) and mounted. The semiconductor chips 16 are connected to each other through a fine metal wire 18 such as aluminum.
[0021]
A control connector 20 is disposed on the side surface of the case 6. The control connector 20 is a connector for exchanging control signals between an external circuit and an internal circuit. Specifically, the connector pin 22 of the control connector 20 is formed of a thin metal wire (not shown) on a predetermined circuit pattern (not shown) formed on the control board 24 disposed in the upper space in the case 6. ). A control chip 25 for controlling the semiconductor chip 16 is mounted on the control board 24 via solder (not shown). In FIG. 2, various components arranged on the control board 24 are not shown. The circuit pattern on the control board 24 is connected to one end of the relay terminal 26 extending in the vertical direction. The other end of the relay terminal 26 is connected to a conductor pad 28 provided in the vicinity of the insulating substrate 10. The circuit pattern 12 on the insulating substrate 10 is electrically connected to the conductor pad 28 through the fine metal wire 18.
[0022]
Between the control substrate 24 and the insulating substrate 10, a conductive shield plate 30 for shielding noise is disposed. The shield plate 30 is grounded, for example, via a relay terminal (not shown).
[0023]
The internal space of the case 6 below the shield plate 30 is filled with silicon gel 32 to ensure insulation.
[0024]
Three electrode plates 34a, 34b, and 34c are inserted into the resin case 6 and integrally molded. The electrode plates 34a, 34b, 34c are pulled out of the case 6 from one side (side extending in the longitudinal direction in the example shown in the figure) that is insulated from each other and surrounds the opening of the case 6, and as shown in FIG. The P terminal, the N terminal, and the AC terminal of the DC terminal, which are power external connection terminals (main circuit connection terminals), are formed. The other end of the electrode plate 34a constituting the P terminal, the other end of the electrode plate 34b constituting the N terminal, and the other end of the electrode plate 34c constituting the AC terminal are connected to the circuit pattern 12 or the semiconductor chip via a fine metal wire. As a result, during the operation of the semiconductor power module 2, a direct current flowing from the P terminal 34 a to the N terminal 34 b is caused by the action of the semiconductor chip 16 based on the control signal input from the control connector 20. It is converted into an alternating current, and this alternating current is output from the alternating current terminal 34c. At this time, a large amount of heat generated in the semiconductor chip 16 is transmitted to the heat radiating plate 4 through the insulating substrate 10 and further cooled externally such as heat radiating fins attached to the heat radiating plate 4 by bolts through the bolt holes 9. Heat is dissipated to the member.
[0025]
FIG. 4 is a cross-sectional view similar to FIG. 3 with the lid 8 attached to the case 6. The lid 8 has the electrode terminal 34 positioned along the opening end of the case 6 from the right side to the left side in FIG. 2, that is, from the side opposite to the side where the electrode terminals 34 (34a, 34b, 34c) are located. The upper part of the case 6 is covered as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the lower surface of the bent electrode terminal 34 and the upper surface of the lid 8 face each other in a state where the sliding is completed. Each electrode terminal 34 is provided with a through hole 36, and the bottom surface side of the lid 8 is aligned with the through hole 36, and a nut insertion hole is formed coaxially with the through hole 36. A nut 38 is inserted. The inner diameter of the through hole 36 is set to be approximately equal to or slightly larger than the inner diameter of the nut 38, and a screw (not shown) is attached to the nut 38 with a bus bar (not shown) disposed on the electrode terminal 34. The bus bar can be fixed to the electrode terminal 34 by screwing.
[0026]
In the example of the figure, the lid 8 is provided with a step so that the region including the portion facing the electrode terminal 34 is higher than the other regions, but the shape of the lid 8 limits the present invention. Instead, for example, the lid portion excluding the nut support portion 40 may be formed flat.
[0027]
The lid 8 slides on a guide extending along the short side of the four sides surrounding the opening of the case 6. The guide may have any cross-sectional shape. For example, as shown in FIG. 5A, a convex portion having a rectangular cross section is provided on the case 6 side, and a concave portion engaging with the convex portion is provided on the lid 8 side. On the contrary, as shown in FIG. 5B, a convex portion having a rectangular cross section is provided on the lid 8 side, and a concave portion that engages with this is provided on the case 6 side. It may be. Or you may provide the step part which mutually engages in the case 6 side and the lid | cover 8 side, as shown in figure (c).
[0028]
When the nut support portion 40 provided on the lower surface side of the lid 8 interferes with the components on the control board 24, first, the nut support portion 40 is first positioned so as to be positioned between the electrode terminal 34 and the above components in the sliding direction. The cover 8 may be mounted on the case 6 by placing the cover 8 on the case 6 and sliding the lid 8 toward the electrode terminal 34 side. Thereby, it is possible to avoid increasing the thickness of the module in order to secure the passage of the nut support portion 40.
[0029]
FIG. 6 is a schematic side view showing an example of a bonding apparatus (in the drawing, a part of the configuration is omitted). The bonding apparatus 50 uses a wedge tool 52 as a bonding tool. An ultrasonic vibrator 56 is connected to the wedge tool 52 via a horn 54, and the ultrasonic vibrator 56 is pressed with a wire 58 made of aluminum at the tip of the tool 52 against the semiconductor chip 16 or the circuit pattern 12. Is driven, and the wire 58 is thermocompression bonded to the semiconductor chip 16 or the like.
[0030]
As shown in FIG. 7, when wire bonding is performed in a state where the electrode terminal 34 is erected as in the conventional example of FIG. 13, the upper end of the electrode terminal 34 from the surface of the object to be bonded (semiconductor chip 16 or circuit pattern 12). When the bonding clearance d2 (for example, 40 mm) required between the surface and the parts of the bonding apparatus 50 (for example, horn 54) is shorter than the workpiece height d1 (for example, 50 mm) up to And the electrode terminal 34 may interfere with each other. Therefore, since it is necessary to lengthen the bonding tool 52 in order to avoid interference, the accuracy of the bonding position is lowered accordingly.
[0031]
On the other hand, in this embodiment, since the electrode terminal 34 can be wire-bonded in a bent state (in the conventional example of FIG. 13, the lid needs to be closed with the electrode terminal standing up. The bonding tool 52 can be shortened. As a result, the accuracy of the wire bonding position can be improved, and the bonding apparatus 50 can be reduced in size and cost.
[0032]
In the semiconductor power module shown in the conventional example of FIGS. 11 and 12, wire bonding can be performed with the electrode terminals bent, but in this embodiment, an advantage that a smaller module can be provided compared to these modules. Have
[0033]
Embodiment 2. FIG.
When the semiconductor power module according to the present embodiment is slid from the side opposite to the side where the electrode terminal is located toward the side where the electrode terminal is located, the nut support provided on the lower surface side of the lid Is configured to prevent interference with components housed in the case. Hereinafter, the same reference numerals are used for the same components as those in the first embodiment. For convenience of explanation, the sliding direction is the X direction, and the arrangement direction of the electrode terminals orthogonal to the sliding direction is the Y direction.
[0034]
With reference to FIGS. 8 to 10, the lid 8 ′ of the semiconductor power module 60 according to the present embodiment includes a first horizontal portion 62 in which a nut 38 is disposed on the lower surface side, and a lower surface (nut) than the horizontal portion 62. (Excluding the support portion 40) has a second horizontal portion 64 that is higher by a predetermined height, and a step portion (vertical portion) 66 that connects the first and second horizontal portions 62 and 64.
[0035]
On the other hand, the case 6 ′ guides the first horizontal portion 62 of the lid 8 ′ along the X direction, so that the nut support portion 40 is guided to the lower side of the electrode terminal 34. 62 has first horizontal guides 68 (indicated by hatched portions in FIG. 9) extending in the X direction so as to face both ends in the Y direction. The first horizontal guide 68 extends to the vicinity of the side facing the one side on the electrode terminal 34 arrangement side, and the upper surface thereof becomes the second horizontal guide 72 higher than the first horizontal guide 68 by the predetermined height. It is connected.
[0036]
According to this configuration, in a state where the nut support portion 40 is disposed on the open end of the box 6 ′ so as to be positioned on the opposite side of the electrode terminal 34 across the component (for example, the component 74) housed in the case, Even if the sliding is started with the lid 8 ′ facing the electrode terminal 34, the nut remains while the first horizontal portion 62 of the lid 8 ′ slides on the second horizontal guide 72 as shown in FIG. The support portion 40 does not interfere with a component (for example, the component 74) stored in the case 6 ′, and the nut support portion 40 moves to the downstream side of the storage component 74 in the sliding direction (X direction). When the lid 8 'is further slid in the X direction and the rear end (vertical portion 66) of the first horizontal portion 62 passes through the second horizontal guide 72, the lid 8' sinks downward by the predetermined height, This time, the first horizontal portion 62 slides on the first horizontal guide 68, and the second horizontal portion 64 slides on the second horizontal guide 72 (see FIG. 9). Further, the lid 8 ′ is slid in the X direction, and the case 6 ′ is completely covered with the lid 8 ′ as shown in FIG.
[0037]
As best shown in FIG. 9, both ends of the vertical portion 66 in the Y direction of the lid 8 ′ slide along the side wall 76 of the case 6 ′ after the lid 8 ′ sinks. Thus, when the case 6 'is closed with the lid 8' as shown in FIG. 10, the closing property of the case 6 'is maintained.
[0038]
Although specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these and can be variously modified. For example, in the above-described embodiment, the plurality of electrode terminals are drawn out from one side surrounding the opening of the case. However, the electrode terminals do not necessarily need to be arranged on one side as long as the lid can be slid onto the case. However, it is preferable that the electrode terminals are arranged on one side as in the above-described embodiment because the configuration in which the lid is slid into the case can be simplified. In this regard, in the above embodiment, the electrode terminal 34 has been described as three of the P terminal, the N terminal, and one AC terminal. However, in the case of a semiconductor power module including the P terminal, the N terminal, and the three AC terminals, If these five electrode terminals are pulled out from one side surrounding the opening of the case, it is relatively easy to mount the lid on the case in a sliding manner.
[0039]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the wire bonding can be performed in a state where the electrode terminal is bent, the bonding tool can be shortened.
[0040]
According to the second or fourth aspect of the present invention, the nut for joining the electrode terminal is disposed on the lid side, so that the space for housing the nut on the case side can be omitted, so that the module can be reduced in size. be able to.
[0041]
According to the third aspect of the present invention, since the plurality of electrode terminals are pulled out from one side of the castle wall surrounding the opening of the case, the structure in which the lid is slidably mounted along the opening end of the case is relatively It can be simplified.
[0042]
According to the fifth aspect of the present invention, when the nut support provided on the lid side interferes with the storage component, first, the nut support is positioned between the electrode terminal and the storage component in the sliding direction. After the lid is placed on the case, the lid is slid toward the electrode terminal side and attached to the case, thereby avoiding increasing the thickness of the module to ensure the passage of the nut support part be able to.
[0043]
According to the present invention described in claim 6 or 7, when the nut support portion provided on the lid side interferes with the storage component, the shape of the lid and the case is changed, and the storage component in the case is arranged with respect to the sliding direction of the nut support portion. To prevent interference between the nut support and the storage component when the lid is slid toward the electrode terminal side while being placed on the end of the box opening so as to be positioned on the opposite side of the plurality of electrode terminals. By designing to, the freedom degree of arrangement | positioning of the storage components in a case can be raised.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view showing a semiconductor power module according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an internal structure of the module shown in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
4 is a cross-sectional view similar to FIG. 3 with the lid attached to the case.
FIG. 5 is a sectional view showing an example of engagement between a lid and a case for guiding the lid along the upper end of the case.
FIG. 6A is a schematic side view showing an example of a bonding apparatus. (B) The expansion perspective view which shows the front-end | tip part vicinity of a bonding tool.
FIG. 7 is a side view showing a state of interference when wire bonding is performed in a state where the electrode terminals are upright, and is partially broken away.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a semiconductor power module according to Embodiment 2 of the present invention, showing a state in the middle of closing the lid.
FIG. 9 is an external view showing a semiconductor power module according to a second embodiment of the present invention, and shows a state immediately before the cover is completely attached to the case.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a semiconductor power module according to Embodiment 2 of the present invention, showing a state where a lid is completely attached to a case.
FIG. 11A is a schematic top view showing an example of a conventional semiconductor power module. (B) The side view of the semiconductor power module of Fig.11 (a).
FIG. 12A is a schematic top view showing another example of a conventional semiconductor power module. (B) The side view of the semiconductor power module of Fig.12 (a).
FIG. 13A is a schematic top view showing still another example of a conventional semiconductor power module. (B) The side view of the semiconductor power module of Fig.13 (a).
[Explanation of symbols]
2: semiconductor power module, 4: heat sink, 6: case, 8: lid, 16: semiconductor chip, 34: electrode terminal (electrode plate), 38: nut, 40: nut support, 60: semiconductor power module, 68 : First horizontal guide of the case, 72: second horizontal guide of the case, 74: storage component.

Claims

In a semiconductor power module having a case in which an upper end is opened and a power semiconductor chip is disposed therein, and a lid for closing the opening of the case, and electrode terminals electrically connected to the power semiconductor chip are drawn to the outside ,
The electrode terminal is pulled out from the case and bent along the upper surface of the lid,
The lid is configured to be attached to the case by sliding along the opening end of the case,
The semiconductor power module according to claim 1, further comprising a nut support portion that supports a nut that penetrates the electrode terminal and is screwed with a screw that fastens the external wiring to the electrode terminal.

A semiconductor having a case in which an upper end is opened and a power semiconductor chip is disposed inside, and a lid for closing the opening of the case, and a plurality of electrode terminals electrically connected to the power semiconductor chip are drawn to the outside In the power module,
The plurality of electrode terminals are drawn out from one side of the upper wall surrounding the opening of the case and bent along the upper surface of the lid,
The lid is configured to be attached to the case by sliding toward the electrode terminal side along the opening end of the case,
The semiconductor power module according to claim 1, further comprising a nut support portion that supports a nut that penetrates the electrode terminal and is screwed with a screw that fastens the external wiring to the electrode terminal.

The lid is slid toward the electrode terminal in a state where the nut support portion is arranged on the case opening end so as to be positioned between the plurality of electrode terminals and the storage component in the case in the sliding direction. The semiconductor power module according to claim 2, wherein the semiconductor power module is mounted on the semiconductor power module.

The shape of the lid and the case is such that the nut support portion is arranged on the end side of the box opening so as to be positioned on the opposite side of the plurality of electrode terminals with the storage part in the case sandwiched in the sliding direction. The semiconductor power module according to claim 2, wherein the semiconductor power module is designed to prevent interference between the nut support portion and the storage component when sliding toward the housing.

The upper wall surrounding the opening of the case includes a first portion having a first height, and a second portion that is higher than the first height by a predetermined height,
The lid slides on the second portion when the nut support portion moves from the upstream side to the downstream side of the storage component in the case in the sliding direction, and then slides on the first portion and is attached to the case. The semiconductor power module according to claim 4.