JP3891919B2

JP3891919B2 - 電力半導体装置

Info

Publication number: JP3891919B2
Application number: JP2002314285A
Authority: JP
Inventors: 東王; 正喜坂居
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: JP2004152859A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にパワーモジュールを実装した電力半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力半導体装置では、パワーモジュールの主面を基板の面に対して平行に実装する平面実装が行われてきた。例えば、パワーモジュールの一方の主面に放熱フィンがネジ止めされ、放熱フィンが基板と反対側となるようにもう一方の主面を基板に対面させて配置して、基板に対して平行に実装されていた。この場合、パワーモジュールの主面の対向する２つの端部から導出された複数の端子がそれぞれ直角に曲げられて基板のスルーホールに挿入され、はんだ付けされていた。
【０００３】
また、パワーモジュールの主面を基板の面に対して垂直に実装する縦型実装も使用されている。この縦型実装された電力半導体装置では、パワーモジュールの端部から外部導出リードを引出し、必要ならば放熱フィンと重ね合わせてプリント基板に挿入して、外部導出リードをプリント基板に半田付けする（例えば、特許文献１参照。）。この場合には、基板に面する端部から全ての端子が基板に接続されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３３５７９６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようにパワーモジュールを基板の面に対して平行に配置する平面実装の場合には、次のような問題点があった。
（１）保守時、パワーモジュールの取り替えが困難であった。
（２）パワーモジュールを取付ける基板の実装面積が大きい。
（３）放熱フィンと周辺の部品との間には一定の空間距離を設ける必要があるためそのままでは基板が大きくなる。基板面積縮小のためには高価な両面基板を使用する必要があった。
（４）端子が２ラインあるため、リード間の寸法ばらつきにより、取付けがスムーズでない場合があった。
（５）パワーモジュールに放熱フィンを取付けた場合、吊り下げ型の場合には放熱フィンの重さのためにパワーモジュールの端子に応力が加わる。
【０００６】
また、パワーモジュールの基板に面した一端部から全ての端子を取付ける縦型実装の場合には、モータ等の負荷と接続するケーブルを別系統で基板に取付ける必要がある。このため負荷の着脱が容易でない。また、負荷接続用端子を基板に実装していたため、電力用スイッチング素子の動作時にＥＭＩノイズを生じていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、パワーモジュールを取付ける基板の実装面積を小さくすると共に、パワーモジュールの端子に応力負荷をかけないように取付けた電力半導体装置を提供することである。また、モータ等の負荷の着脱が容易に行うことができ、ＥＭＩノイズを低減させた電力半導体装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力半導体装置は、基板と、
電力用半導体素子を有し、主面の周縁の互いに対向する２つの端部のうち、第１の端部を前記基板の面に対面させて、前記主面を前記基板の面に対して垂直に実装されたパワーモジュールと
を備え、
前記パワーモジュールの前記第１の端部から導出された電源端子及び制御用端子は前記基板にはんだ付けされ、前記第１の端部と対向する第２の端部から負荷接続用端子が導出されていることを特徴とする。
【０００９】
なお、パワーモジュールの少なくとも一方の主面に放熱フィンが固定されていてもよい。また、放熱フィンは、第１の固定手段によって前記パワーモジュールの主面に固定されていると共に、第２の固定手段によって前記基板に固定されていてもよい。さらに、パワーモジュールの一方の主面に固定され、第２の端部から導出された負荷接続用端子に接続されるケーブルを支持するケーブル受けをさらに備えていてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に関する電力半導体装置について、添付図面を用いて説明する。なお、図面においては実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００１１】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る電力半導体装置について、図１及び図２を用いて説明する。図１の（ａ）はこの電力半導体装置１０の構成を示す概略図であり、（ｂ）は、（ａ）で丸囲みで示したパワーモジュール２の負荷接続用端子６の形状を示す拡大図である。この電力半導体装置１０は、パワーモジュール２の主面の周縁の互いに対向する端部から導出された端子７、８を上方から基板１に挿入し、はんだ付け１３する。なお、平面実装の場合にはパワーモジュール２の主面がそのまま基板１上に占める面積となる。これに対して本発明における縦型実装ではパワーモジュール２の主面の周縁の端部が基板に占める面積は主面の面積に比べてわずかであり、パワーモジュール２の基板１への実装面積を小さくすることができる。また、放熱フィン３は、互いに直角をなす２つの面を有し、その一方の面でパワーモジュール２の主面に接すると共に、もう一方の面で基板の面にも接するように配置される。この放熱フィン３は、パワーモジュール２に接してネジ１１で留められると共に、基板１に接してネジ１２で留められている。これによって、放熱フィン３を基板に支持できるので、放熱フィン３の重みによる端子７、８への応力負荷を避けることができる。また、放熱フィン３を２方向から固定するので、振動等に対する耐振性を強化することができる。さらに、負荷接続用端子６を、基板１に面するパワーモジュール２の端部と対向するもう一方の端部から導出させ、モータ５への配線ケーブルと接続している。これによって、負荷接続用端子６において、モータ５への配線ケーブルの着脱を容易に行うことができる。また、負荷接続用端子を基板に実装しないので、電力用スイッチング素子の動作時に発生するＥＭＩノイズを少なくすることができる。
【００１２】
図２は、パワーモジュール２の端子６、７、８の構成を示す概略図である。パワーモジュール２は、電力用半導体素子が樹脂封止されている。また、制御回路が含まれている。負荷側端子部から導出されている端子Ｕ、Ｖ、Ｗは負荷接続用端子６である。また、基板実装側から導出されている端子１〜２１は上記制御回路と接続された制御端子７であり、端子Ｐ、Ｎは電源端子８である。このように、基板実装側に制御端子７に加えて電源端子８を導出させ、はんだ付けする端子の数を増やしている。これにより、基板１へのパワーモジュールの実装の機械的強度を改善することができる。また、図２に示すように、負荷接続用端子６をファストン形状としている。そのため、モータ５への配線ケーブルをネジ等で留めることができる。これによって、該配線ケーブルの着脱をさらに容易に行うことができる。なお、負荷接続用端子６の形状は、ファストン形状に限られない。例えば、ネジとナットによって取付け可能な形状としてもよい。この場合には、はんだ付けの場合にクラックを生じる場合と比較して、さらに接点不良の発生を抑制できる。また、縦型実装を行うにあたってパワーモジュール２の片側端部の端子のみをはんだ付けすることによって、はんだ付けを端子７、８の１ラインのみとすることができ、実装時及びパワーモジュール２の取替え時の手間を軽減できる。なお、基板１にはパワーモジュール２のほか、回路部品４が実装されている。
【００１３】
なお、負荷接続用端子６とモータ５との配線ケーブルの接続は、放熱フィン３が配置された側とは反対側に向ってケーブルを延在させておくことが好ましい。これによってケーブルが放熱フィンと接触することを避けることができ、放熱フィン３から生じる熱でケーブルが損傷するのを防ぐことができる。
【００１４】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る電力半導体装置について、図３を用いて説明する。図３は、この電力半導体装置２０の構成を示す概略図である。この電力半導体装置２０は、実施の形態１に係る電力半導体装置と比較すると、パワーモジュール２負荷接続用端子６からモータ等に接続するケーブル２１を保持するケーブル受け２２を設けている点で相違する。即ち、電力半導体装置２０には、基板１に縦型実装されたパワーモジュール２の一方の主面に放熱フィン３がネジ１１でネジ止めされていると共に、同一のネジ１１によってもう一方の主面にケーブル受け２２が固定されている。ケーブル受け２２は、パワーモジュール２の主面に沿って上方に延在し、パワーモジュール２の端部で略直角に曲折され、基板に平行に延在する。基板に平行に延在する部分によって端子６と接続されるケーブル２１を支持する。なお、ケーブル受けの形状は上記の形状に限定されない。また、ケーブル受けをパワーモジュール２に接続すると共に、基板に接続してもよい。さらに、基板１には回路部品４が実装されていてもよい。
【００１５】
この電力半導体装置では、ケーブル受け２２によって、ケーブル２１の垂れ下がり等による負荷接続用端子６に対する応力負荷を軽減することができる。また、基板１の主面に実装された部品４とケーブル２１との干渉を防ぎ、部品４の実装不良の発生を防止できる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明に係る電力半導体装置によれば、基板に対してパワーモジュールを縦型実装している。これによってパワーモジュールの基板実装面積を小さくできる。また、放熱フィンをパワーモジュールに接して固定すると共に、基板にも固定している。これによって、制御端子及び電源端子には放熱フィンによる応力負荷をかけないでパワーモジュールを取付けることができる。また、振動等に対する耐振性を強化することができる。さらに、負荷接続用端子を、基板に面する端部と対向する端部から導出させている。これによって、負荷接続用端子において、負荷への配線ケーブルの着脱を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る電力半導体装置の構成を示す概略図であり、（ｂ）は、（ａ）のパワー側端子の形状を示す拡大図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力半導体装置に用いられるパワーモジュールの端子の配列を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る電力半導体装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１基板、２パワーモジュール、３放熱フィン、４回路部品、５モータ、６負荷接続用端子、７制御端子、８電源端子、１０、２０電力半導体装置、１１ねじ、１２放熱フィン取付けねじ、１３はんだ付け部、２１ケーブル、２２ケーブル受け

Claims

基板と、
電力用半導体素子を有し、主面の周縁の互いに対向する２つの端部のうち、第１の端部を前記基板の面に対面させて、前記主面が前記基板の面に対して垂直に実装されたパワーモジュールと
を備え、
前記パワーモジュールの前記第１の端部から導出された電源端子及び制御用端子は前記基板にはんだ付けされ、前記第１の端部と対向する第２の端部から負荷接続用端子が導出されていることを特徴とする電力半導体装置。
前記パワーモジュールの少なくとも一方の主面に放熱フィンが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電力半導体装置。
前記放熱フィンは、第１の固定手段によって前記パワーモジュールの主面に固定されていると共に、第２の固定手段によって前記基板に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の電力半導体装置。
前記パワーモジュールの他方の主面に固定され、前記第２の端部から導出された前記負荷接続用端子に接続されるケーブルを支持するケーブル受けをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電力半導体装置。
前記パワーモジュールのもう一方の主面に固定された放熱フィンと、
前記放熱フィンと前記ケーブル受けとを前記パワーモジュールに同時に固定する固定手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の電力半導体装置。