JP3901038B2

JP3901038B2 - Semiconductor device and inverter device using the same

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Publication number: JP3901038B2
Application number: JP2002188178A
Authority: JP
Inventors: 伸征矢野; 英司望月
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP2003249624A

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適用するインテリジェントパワーモジュール（Intelligent Power Module) を対象とした半導体装置に関し、詳しくはその組立構造に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
まず、インバータ装置に適用するインテリジェントパワーモジュールを例に、その従来例の組立構造を図１２，および図１３に示す。
各図において、１は放熱用の金属ベース（銅ベース）、２は樹脂成形品になる端子一体形の外囲ケース、３は主端子（パワー回路に対する入，出力、およびブレーキ回路用の外部導出端子（ねじ端子））、４は制御端子（制御回路に対する制御信号入，出力用の外部導出端子（ピン端子））、５はパワー回路（回路組立体）、６は制御回路（回路組立体）、７はボンディングワイヤ（内部配線）である。ここで、パワー回路５は、回路基板５ａの上にＩＧＢＴなどのパワー半導体素子５ｂ，およびフリーホイーリングダイオード５ｃを実装したもので、パワー回路基板５ａにはアルミナ，窒化アルミニウムなどのセラミックス板の上面に銅回路パターン，下面に銅層を直接接合したDirect Bonding Copper 基板が採用されている。一方、制御回路６は、プリント基板６ａに前記パワー素子５ｂを駆動するＩＣ６ｂを含む各種回路部品を実装した構成になる。
【０００３】
そして、図１２(a),(b) の組立構造では、金属ベース１の上面に前記パワー回路５および制御回路６が並置して搭載されており、次に記す手順で組み立てる。まず、素子の実装されたパワー回路５はその回路基板５ａの銅層を下に向けて金属ベース板１に半田付し、同じく素子の実装された制御回路６はそのプリント基板６ａを接着剤で金属ベース板１に接着する。続いてパワー回路５と制御回路６との間にボンディングワイヤ７を接続して内部配線を施す。次に、金属ベース板１の上に端子一体形の外囲ケース２を被せて接着剤で接合した後に、外囲ケース２の内方に突き出した主回路端子３のインナーリード３ａの先端とパワー回路基板５ａの導体パターンとの間、および制御端子４と制御回路基板６ａの導体パターンとの間を半田付けして内部配線する。この組立状態で、パッケージ内にゲル状充填剤（例えばシリコーンゲル）を注入してパワー回路５，制御回路６を封止した上で、最後に外囲ケース２に上蓋（図示せず）を被せて接着固定する。
【０００４】
一方、図１３の組立構造では、パッケージにパワー回路５と制御回路６を二階建て式に組み込んだ構成になる。ここで、パワー回路５は図１２と同様に金属ベース板１の上に半田付けするのに対して、制御回路６は次記のように組付けられる。すなわち、パワー回路５を搭載した金属ベース板１に端子一体形の外囲ケース２を重ねて主回路端子３とパワー回路基板５ａの導体パターンとの間を半田付けした後、樹脂フレーム８ａに端子導体片８ｂを一体モールドした中継端子ブロック８をパワー回路５の上に重ねてその端子導体片８ｂと導体パターンとを半田付けし、この状態で中継端子ブロック８の上に制御回路６のプリント基板６ａを載置し、プリント基板６ａと端子導体片８ｂおよび制御端子４との間を半田付けする。その後、図１２で述べたと同様にパッケージ内にゲル状充填剤を注入し、最後に上蓋を被せて組み立てる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の組立構造になる従来の半導体装置では、次記のような問題点がある。すなわち、
(1) 図１２の構成では、パワー回路５と制御回路６が同一面上に並んでいるために、パッケージの占有面積が大きくなって半導体装置が大形化するほか、その組立工程で金属ベース板１にパワー回路５，制御回路６を装着した状態で行う製品の中間テストで、制御回路６のプリント基板６ａに実装したＩＣ６ｂなどの回路部品の不良が発見された場合には、既にプリント基板６ａが金属ベース板１に接着剤で強固に固着されているために、プリント基板６ａだけを金属ベース板１から剥がして不良部品を交換して再び組立ラインに投入することが不可能であることから、製品の中間組立体をそっくり廃棄処分せざるを得ず、部品のロスが大きくなる。
【０００６】
(2) また、図１３の構成では、二階建て方式としたことで、半導体装置の小型，コンパクト化、並びに組立工程の途中で行う中間テストで制御回路の実装部品に不良が発見された場合でも、制御回路を良品のものと簡単に交換できるなどの利点がある反面、従来構造では次のような問題点が残る。
まず、二階建て構造によりモジュールの外形高さ寸法が大きくなることが避けられない。また、パッケージ内でパワー回路５の上方に該パワー回路と略同形な制御回路６を組付けると、パワー回路５が制御回路６の裏側に隠れて外部から目視できなくなるため、パッケージ内部の構造チェックが行えなくなるほか、パッケージ内にゲル状充填剤を注入する工程では、外囲ケース２と制御回路６のプリント基板６ａの周縁との間には狭い隙間が残るだけであるため充填剤の注入に時間が掛かる。
【０００７】
さらに加えて、以前はパワーモジュールと周辺回路（インバータ装置）との接続について、主端子をバスバー，あるいは周辺回路のプリント基板にねじ止めし、制御端子は半田付け，あるいはコネクタ接続が主流であったが、昨今ではパワーモジュールの主端子をピン端子構造となし、パワーモジュールを周辺回路のプリント基板に直接搭載したうえで、その主端子（ピン端子）を半田フロー法などにより接合し、制御端子（ピン端子）は周辺回路側に設けたコネクタに差込み接続する方式が広く採用される傾向にある。これに対して、図１３の構造は制御端子４のリードピンが外囲ケース２と一体成形されていることから、そのピン端子の長さ，本数およびその配列順序などをユーザ側の仕様，コネクタの仕様に対応させるには、ユーザの要求仕様に合わせた端子一体形の外囲ケース２を新たに設計，製作する必要があってコスト高になる。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、パワー回路と制御回路を上下段に並べてパッケージに内装した二階建て方式の特長を生かしつつ、その組立性および信頼性が向上し、さらに制御回路に対する外部導出端子を付け替え可能にしてユーザの要求する仕様にも容易に対応できるように改良した半導体装置の組立構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、放熱用金属ベース，主回路の外部導出端子をインサート成形した端子一体形の外囲ケース，および上蓋からなるパッケージに、パワー回路および制御回路を二階建て式に内装し、かつ前記各回路をパッケージ内に注入したゲル状充填剤で封止した半導体装置であり、回路基板にパワー半導体素子を実装したパワー回路を金属ベース上に搭載し、制御回路はプリント基板にパワー半導体素子の駆動用ＩＣを含む回路部品を実装してパワー回路の上方に配置した構成になるものにおいて、
制御回路に対する外部導出端子をピン端子として、外囲ケースとは分離独立部品になる端子ブロック（樹脂成形品）にインサート形成したうえで、該制御端子ブロックを外囲ケースの上面中央寄りに架け渡してこの位置に固定するように組付けるとともに、この制御端子ブロックからケース内方に突き出た制御端子リードと外囲ケースの内側に配した中継端子ブロックから起立する中継端子リードとの間に担持して制御回路のプリント基板を半田付けして接続し、前記中継端子リードを介してパワー回路と制御回路の間を相互接続するように構成する（請求項１）。
【００１０】
上記した半導体装置の組立構造によれば、パワー回路，外囲ケース，制御端子ブロック，制御回路，ケース上蓋の組付けを全て上方からの積み上げ操作で行うことができて組立ロボットなどにより自動組立方式にも容易に対応できる。また、主回路端子／パワー回路，パワー回路／制御回路、および制御回路／制御端子の間の配線経路を最短距離で接続することができ、これにより配線インダクタンスの影響を低く抑えて誤動作が防げる。さらに、パッケージ内へのゲル状充填剤の注入も短時間で隅々までスムーズに行える。
【００１１】
また、組立工程の途中で行う中間検査で制御回路に実装したＩＣなどの部品に不良が発見された場合でも、制御回路のプリント板と端子リードとの半田接合部を外すことで制御回路を良品と簡単に交換することが可能である。さらに、制御端子ブロックを独立部品として外囲ケースに組付けるようにした構成により、外囲ケースを共通部品として、これにユーザ側の仕様に適合する制御端子ブロックを組合せるだけで、ユーザの要求する仕様にも簡単に対応できる。
【００１２】
また、本発明によれば、前記した半導体装置の各部構造は、具体的に次記のような態様で構成することができる。
(1) 制御回路のプリント基板に実装するＩＣとして薄形のベアチップを採用し、このプリント基板を内装した半導体装置のパッケージを薄型化できるようにする（請求項２）。
【００１３】
(2) 制御回路のプリント基板に実装したＩＣを、パワー回路の回路基板上に実装したパワー半導体素子の配列に合わせてレイアウトしてパワー半導体素子とＩＣとが上下に対応して並ぶようにし、両者間の配線経路を最短化して配線インダクタンスの影響を低く抑えるとともに、回路基板，プリント基板の回路パターンも単純化を図る（請求項３）。
【００１４】
(3) 主回路の外部導出端子をピンないし板端子とし、方形状の外囲ケースの一側辺に集約して一列に配列し、かつ該外部導出端子列と平行に並べて制御端子ブロックを外囲ケースの上面中央寄りに設置したうえで、制御回路を制御端子ブロックと前記端子列と反対側の外囲ケース側辺との間の領域に配置し、制御端子ブロックと外囲ケースの主端子配列側の側辺との間にパワー回路側に通じるゲル状充填剤の広い注入路を確保するようにする（請求項４）。
【００１５】
(4) ケース上蓋に端子引出穴を開口し、かつ該端子引出穴を制御端子ブロックの頂部輪郭よりも一回り大きく設定しておき、この制御端子に装置側のプリント板に設けたコネクタを差込み接続する際に、ケース上蓋に相手のコネクタ先端部が当たって接続を邪魔しないようにしてコネクタと制御端子とが確実に接続できるようにする（請求項５）。
【００１６】
(5) ケース上蓋の裏面に、先端が制御回路プリント基板の上面と対峙する間隔保持用の突起を設けておき、周囲温度変化などによりケース上蓋に反りが生じた場合でも、前記突起がスペーサの役目を果してプリント基板上に配線したボンディングワイヤがケース上蓋に当たって変形したり，押し潰されたりするのを防止する（請求項６）。
【００１７】
(6) ケース上蓋の上面側に凹面部を形成したうえで、前項(5) における間隔保持用の突起を、ケース上蓋の板面に形成した凹面部の裏面側域に分散して設け、前記の凹面部（平坦な上蓋に比べて曲げ強度が増す）でケース上蓋に反り，撓みが生じるのを抑えるようにするとともに、この凹面部の凹み空間を利用して当該半導体装置の上に重ねて載置する装置側のプリント板の裏面側に実装された電子部品との干渉を防ぐようにする（請求項７）。
【００１８】
(7) 制御端子ブロックに、制御端子列（ピン端子）と並べて制御回路のプリント板を嵌合式に支持する位置決め用のガイドピンを設けておき、制御端子ブロックをケースに取付けた状態で制御回路のプリント板をケース内に組み込む際に、該プリント板を前記ガイドピンに嵌挿して定位置に支持し、続くプリント板と制御端子との半田付け作業を楽に行えるようにする（請求項８）。
【００１９】
(8) 制御端子ブロックは、その両端に形成した支持部をパッケージの外囲ケースの内面側に形成した凹溝部に上方から嵌入して接着剤で接合する（請求項９）ものとし、ここで制御端子ブロックの支持部にはその上面に開放した接着剤注入穴を設けて接着剤の塗布をディスペンサを使って能率よく行えるようにするとともに、ケースの凹溝部の内面，およびブロックの支持部外面に接着剤誘導溝を形成し、前記注入穴より注入した接着剤がブロックと凹溝部の間の接合面に満遍なく行き渡るようにする（請求項１０）。
【００２０】
(9) 前記半導体装置、冷却フィンおよび前記インバータ装置の制御，保護回路を構成するインバータ装置側のプリント基板を組み合わせて組み立てた装置であって、前記半導体装置の金属ベースに放熱フィンを重ね合わせ、インバータ装置側のプリント基板の端子挿入孔に、前記半導体装置の主端子を差し込んではんだ付けし、インバータ装置側のプリント基板側に装備したコネクタに、前記半導体装置の制御端子を差込接続するようにし、
前記半導体装置の主端子を、曲げ加工可能な材質で作られたピンまたは板状のリード端子としてパッケージ上面に一列に配列し、かつ該リード端子を当該半導体装置に組み合わせる装置側のプリント基板の取り付け姿勢に対応した形状にフオーミングしたうえで、端子先端をインバータ装置側のプリント基板の端子挿入孔に挿入してはんだ接合するようにする（請求項１１）。
【００２１】
このように、半導体装置（モジュール）のパッケージ上面から引き出した主端子を一直線状に並べて配列し、かつそのリード端子の材料をリード曲げ加工が容易な材質とすることで、当該モジュールに装置のプリント基板，冷却フィンを組み合わせてインバータ装置などを構成する場合に、ユーザの設計要求によってモジュールと装置側のプリント基板とを異なる向きに布設する要求がある場合でも、そのレイアウトに合わせてモジュールの主端子をフォーミングし、端子先端の向きを変えることにより、モジュールの主端子をプリント基板に穿孔した端子挿入孔に直接挿入して接続することができる。
【００２２】
また、前記半導体装置の主端子を銅製のリード端子とし、かつ該リード端子にニッケルメッキ,はんだメッキ、又は金メッキ処理を施して、銅製リード端子に対するはんだ付け性およびワイヤのボンデイング性およびコネクタとのコンタクト性を高めるようにする（請求項１２）。
また、前記半導体装置の主端子の先端をＬ形にフオーミングし、該主端子を装置側のプリント基板の端縁に沿って穿孔した端子挿入孔に側方から差込接合してプリント基板を半導体装置と垂直姿勢に取り付けるようにする（請求項１３）。
【００２３】
この組立構造を採用することにより、ユニットケースの背面側に冷却フィンおよび半導体装置（モジュール）を配置し、装置側のプリント基板はユニットケースの奥行き方向に布設して半導体装置（モジュール）の前方に配置するようなレイアウトで装置を構成する場合でも、Ｌ字形に曲げ加工した主端子（リード端子）に側方からプリント基板の端子挿入孔を合わせて差し込むことにより、プリント基板を半導体装置（モジュール）と垂直姿勢に取り付けることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、インバータ（三相）装置に適用するパワーモジュールを例に、本発明の実施の形態を図１〜図１１に示す実施例に基づいて説明する。
なお、各実施例において、図１２，図１３に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。また、実施例の図において、符号９は本発明により外囲ケース２の上面側に組付けた独立部品としてなる制御端子ブロック、１０は外囲ケース２の内周側縁に沿って配した中継端子ブロック、１１は外囲ケース２の上面に被着したケース上蓋である。また、図４(a) のケース上蓋にマーキングした端子記号について、Ｐ，Ｎは直流の入力端子、Ｕ，Ｖ，Ｗは各相の交流出力端子、Ｂはブレーキ部の端子、NO.1〜１９は制御端子の端子番号を表している。
【００２５】
先ず、図１(a),(b) に本発明実施例の全体構造を示す。すなわち、図示実施例の組立構造においては、図１２で述べた二階建て方式のモジュールと同様に、金属ベース１，長方形の外囲ケース（樹脂ケース）２，およびケース上蓋１１を組合せてなるパッケージにパワー回路５および制御回路６が二階建て方式に組み込まれており、ここで、制御回路６のプリント基板６ａに実装したＩＣ６ｂには、モジュールを薄形にするためにベアチップを採用し、かつその配列はパワー回路５の回路基板５ａに一列に並べて実装したパワー半導体素子（ＩＧＢＴ）５ｂの配列と対応するようにレイアウトしてパワー回路５と制御回路６との間の配線経路長を短小化して配線インダクタンスの影響を低く抑えるようにしている。
【００２６】
ここで、外囲ケース２については、その周囲四辺のうち、長辺の片方側には銅フレームで作られた主端子（Ｐ，Ｎ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，およびＢ）がケースと一体にインサート成形されており、そのピン形端子が外囲ケース２から上方に突き出している。さらに図３(a) で示すように外囲ケース２の短辺の上面には、前記の主端子列から間隔を隔てた中央寄り位置に後記する制御端子ブロックを嵌入支持する段付き形状の凹溝２ａ（図３，図９参照）が形成されている。
【００２７】
また、制御端子ブロック９は独立部品として前記凹溝２ａの間に架け渡して外囲ケース２の上面側に架設されている。すなわち、横長な樹脂ブロック体の両端に形成した支持部９ａを外囲ケース２の内縁に形成した前記の凹溝２ａに嵌入し、後記のように接着剤により接合固定する。また、ブロック体の上面側に台形状に膨出した頂部９ｂにはピン端子としてなる制御端子４が左右一列に並んで上方に突き出すようにインサート成形されており、該制御端子４の端子リード（インナーリード）４ａをＬ字形に曲げてブロック側方（主端子３の配列と反対側）に引出し、その先端脚部を上向きに屈曲させている。なお、９ｃは制御端子ブロック９の両端部に植設したコネクタのガイドピンである。
【００２８】
また、外囲ケース２の内側に設けた中継端子ブロック１０は、樹脂ブロックにＬ字形の端子リード１０ａをインサート成形し、かつ端子リード１０ａの一端がブロックの上面から上方に起立するように突き出した構造になり、前記の制御端子ブロック９と対峙して外囲ケース２の内面（主端子３を配列した長辺と反対側の長辺側）に沿って接着されている。なお、中継端子ブロック１０のブロック頂面は制御端子ブロック９からケース内方に引出した端子リードの先端脚部４ａと同じ高さ位置に並ぶように設定されている。
【００２９】
そして、前記した制御端子ブロック９からケース内方に引き出した制御端子４の端子リード４ａと中継端子ブロック１０から起立した端子リード１０ａとの間に跨がって制御回路６のプリント基板６ａを架け渡すようにして支持し、各端子リード４ａと１０ａの先端をプリント基板６のスルーホールに差し込んで半田付けする。
【００３０】
さらに、図４で示すように、外囲ケース２に被着したケース上蓋１１には、前記した制御端子ブロック９に対応した端子引出穴１１ａを開口しており、かつこの端子引出穴１１ａは制御端子４が左右に並ぶ制御端子ブロック９の台形状頂部９ｂの輪郭よりも一回り大きく設定し、図示のように上蓋１１を被着した状態では、端子引出穴１１ａと制御端子ブロックの頂部９ｂとの間に凹溝部が残るようにしている。なお、上蓋１１を被着した状態では、上蓋１１の裏面に制御端子ブロック９の周縁部が重なり合って穴を内面側から閉塞している。このようにケース上蓋１１に端子引出穴１１ａを形成しておくことで、図４(b) で示すように当該パワーモジュールの上に装置側のプリント基板１２を組み合わせてそのプリント基板に設けたコネクタ１３を制御端子４に差込み接続する際に、プリント基板１２の裏面側に突き出すコネクタの端子１３ａの足がモジュール側の上蓋１１に接触してコネクタの接続を邪魔するのを防ぐことができる。
【００３１】
次に、前記構成になる半導体装置の組立手順について説明する。まず、図２のように金属ベース１の上に、パワー回路５の各素子を搭載した回路基板５ａを半田付する。次に図３(a),(b) で示すように外囲ケース２を金属ベース１の上に被せて接着剤で接合したうえで、パワー半導体素子５ｂ，ダイオード５ｃと回路基板５ａの導体パターンの間、および回路基板５ａと外囲ケースに設けた主端子３，および中継端子ブロック１０の端子リード１０ａとの間にボンディングワイヤ７を配線する。
【００３２】
次に、外囲ケース２に上方から制御端子ブロック９を組付け、その両端の支持部９ａをケース側に形成した左右の凹溝２ａ（図３参照）に嵌合して仮固定し、該部を後記のように接着剤で接合する。次の組立工程では、制御回路６のプリント基板６ａを上方から外囲ケース２の内方に挿入し、制御端子ブロック９からケース内に突き出した制御端子４の端子リード４ａと中継端子ブロック１０から上方に起立した端子リード１０ａとの間に架け渡した後、プリント基板６ａと端子リード４ａ，１０ａとを半田付けする。これで、主端子３とパワー回路５、パワー回路５と制御回路６、および制御回路６と制御端子４との間が最短の配線経路で相互接続されたことになる。
【００３３】
続いて、充填剤の注入工程に移り、外囲ケース２にゲル状充填剤（シリコーンゲル）を注入する。この場合に充填剤は制御端子ブロック９と主端子３が配列した外囲ケースの周枠との間に残る開口部を注入通路としてパワー回路５と制御回路６との間の隙間に流入し、ケース内の隅々まで充填してパワー回路５，制御回路６を封止する。そして、最後の組立工程で外囲ケース２の上に、ケース上蓋１１に開口した端子引出穴１１ａと制御端子ブロック９とを位置合わせして上方から被せ、接着剤で外囲ケース２との間を接合する。これにより、図４(c) に示したパワーモジュールの製品が完成する。
【００３４】
次に、前記したケース上蓋１１に関する本発明の応用実施例を図５〜図７で説明する。すなわち、図４に示したモジュール組立状態では、外囲ケース２の上面に被せたケース上蓋１１とケース内に組み込んだ制御回路６のプリント基板６ａとの間には、所定の間隔を確保して制御回路６に実装したＩＣ，各種部品およびそのボンディングワイヤ７と干渉しないようにすることが必要である。
【００３５】
ところで、樹脂製になるケース上蓋１１を図４で示すように端子引出穴１１ａを開口した平坦な樹脂板で製作し、その板厚をパッケージの薄形化から薄くすると、ヒートサイクルなどの周囲温度変化によって反り，撓みが発生し易くなる。しかも、上蓋１１に反りなどにより凹状の変形が生じると、このままでは制御回路のプリント基板６ａとの間の間隔が縮まり、上蓋１１がボンディングワイヤを押し潰して不測の短絡事故を引き起こすおそれがある。
【００３６】
そこで、この実施例では図５(a) 〜(c) で示すように、ケース上蓋１１に端子引出穴１１ａの側方で制御回路５のプリント基板６ａと対峙する面域に下面側に凹んだ凹面部１１ｂを形成するとともに、この凹面部１１ｂの裏面には先端がプリント基板６ａと対峙するように突き出た間隔保持用の突起１１ｃが左右に分散形成されている。なお、この突起１１ｃは、モジュールの組立状態でプリント基板６ａの上面との間に僅かな遊び間隙を残して対峙するような長さ寸法に設定している。
【００３７】
かかる構成により、ヒートサイクルによりケース上蓋１１に反りが生じた場合でも、前記の突起１１ｃがプリント基板６ａの上面に当たって上蓋１１とプリント基板６a との間に所定の間隔を保持する。したがって、ボンディングワイヤが上蓋１１で押し潰されるおそれはない。また、ケース上蓋１１に凹面部１１ｂを形成しておくことにより、断面係数が増して上蓋の曲げ強度が高くなるほか、図７で示すようにモジュールの上に周辺回路のプリント板１２を重ね合わせて搭載する場合に、そのプリント板１２の裏面側に電子部品１２ａが実装されていても、電子部品１２ａと上蓋１１との不要な干渉を避けてプリント板１２をモジュールに取付けることができる利便性が得られる。
【００３８】
次に、先記した制御端子ブロック９に関する本発明の応用実施例を図８，図９で説明する。すなわち、図１に示したモジュールの組立構造では、制御回路６のプリント基板６ａは制御端子ブロック９にインサート成形して内側に引出した制御端子（ピン端子）４の端子リード４ａと中継端子ブロック１０から上方に起立したリード端子１０ａとの間に跨がって支持したうえで、リード端子の先端をプリント基板６ａに穿孔したスルーホールに差し込んで半田付けを行うようにしているが、これら端子リード４ａ，１０ａは強度的に変形し易く、プリント基板６ａの組込み工程でその基板が端子リードに当たると、簡単に変形してプリント基板６ａのスルーホールにうまく嵌まり合わず、続く半田付け工程に支障を来すことがある。
【００３９】
そこで、この実施例では、図８(a),(b) で示すように制御端子ブロック９の長手方向に沿って、その下端側から側方に樹脂ブロックが迫り出すように形成したうえで、この迫り出し部から上方に向けて起立するように引出した制御端子４の端子リード４ａと並置して、その左右両側から上方に起立するガイドピン９ｄ（ガイドピンは端子リード４ａの脚部よりも長く設定しておく）を樹脂ブロックと一体成形するとともに、該ガイドピン９ｄに対応してプリント基板６ａの左右両端部にはガイドピン穴を穿孔しておく。
【００４０】
そして、制御回路６のプリント基板６ａの組立工程では、前記ガイドピン９ｄを頼りに上方からプリント基板６ａをガイドピン９ｄに嵌挿すると、ガイドピン９ｄに誘導されてプリント基板６ａが定位置に位置決めされ、その基板に穿孔した端子用のスルーホールが制御端子４，および中継端子ブロック１０の各端子リード４ａ，１０ａに正しく嵌まり合うようになる。これにより、続く端子の半田付け作業を支障なく行える。しかも、プリント基板６ａの裏面側には制御端子ブロック９が迫り出しているので、半田付けの際に溶融した半田ボールがパワー回路５（図８(b) 参照）の上にこぼれ落ちるおそれがない。
【００４１】
また、この実施例においては、制御端子ブロック９を外囲ケース２の凹溝２ａに嵌入し、接着剤で接合する際の工程を改善するために、次記のような施策を講じている。すなわち、凹溝２ａの内面に接着剤を先に塗布してから制御端子ブロックの支持部９ａを嵌入して接合する方法では、凹溝２ａの寸法が小さいためにディスペンサ（ロボット操作）を使って接着剤を溝内壁面に均一に塗布することが極めて困難である。
【００４２】
そこで、この実施例では、図９(a),(b) で示すように制御端子ブロック９の支持部９ａには、上下方向に貫通した接着剤注入穴９ａ-1を穿孔しておくとともに、外周面には凹状の接着剤誘導溝９ａ-2を刻印形成するとともに、さらに外囲ケース２に形成した段付き状凹溝２ａに対しても、その底面および内側面に接着剤誘導溝２ａ-1を刻印形成しておく。
【００４３】
そして、制御端子ブロック９を外囲ケース２に装着する組立工程では、最初に端子ブロック９の両端の支持部９ａを外囲ケース側に形成した左右の凹溝２ａに跨がって上方から嵌入する。続いて前記の接着剤注入穴９ａ-1にロボット操作により接着剤のディスペンサノズルを位置合わせし、ディスペンサより定量の接着剤を加圧注入する。これにより、接着剤は注入穴９ａ-1から凹溝２ａの底面側に流出し、ここから前記した接着剤誘導溝２ａ-1および９ａ-2を通じて接合面の全域に接着剤が満遍なく広がって端子ブロック９を確実に接合することができる。
【００４４】
なお、接着剤注入穴９ａ-1は、図１に示したソケットのガイドピン９ｃの取付穴を兼用しており、接着剤の注入後にガイドピン９ｃを圧入して接着固定するものとする。
次に、冷却フィンおよび装置側周辺回路のプリント基板を組み合わせて組み立てたインバータ装置に関する本発明の応用実施例を図１０〜図１１で説明する。図１０において、２１はインバータ回路を構成するＩＰＭ、２３はＩＰＭ２１に組合せた装置側の回路（インバータ装置の制御，保護回路）を構成するプリント基板、２４は前記の各部品を収容し、前面に入，出力のソケット，表示パネルなどを設けたユニットケース、２５はユニットケース２４の背面に装着してＩＰＭ２１に伝熱結合した放熱用の冷却フィンである。また、前記のＩＰＭ２１は、図１(a),(b) で示すように金属ベース１，樹脂成形品の外囲ケース２，上蓋からなるパッケージにパワー回路である主回路５および制御回路６を二階建て方式で内装し、さらにパッケージには主回路５の入，出力用外部導出端子となる主端子３，制御回路６の外部導出端子となる制御端子（信号端子）４，および主回路５と制御回路６との間を接続する中継端子１０aなどを設けた構成になる。
【００４５】
ここで、主回路５は回路基板にパワー半導体素子（例えばＩＧＢＴ）をフリーホイーリングダイオードと組合せて実装した回路組立体で、金属ベース１の上にはんだマウントされている。また、制御回路６はその回路基板にパワー半導体素子の駆動ＩＣなどの回路部品を実装し、制御端子４のリ一ド脚部と上向きに起立する中継端子１０aとの間に架け渡して主回路５の上方に配置されている。
【００４６】
一方、主端子３は外囲ケース２の周壁部と一体にインサート成形し、その端子先端を上方に直立させてパッケージの上面側に引出している。また、制御端子４はピン端子として樹脂成形品になる単独部品の制御端子ブロック９にインサート成形したうえで、外囲ケース２の上面中央寄りに跨がって組付け、ケース上蓋を貫通してその上面側に引き出し、その両端にはガイドピンが植設してある。なお、７は主回路５と主端子３，および中継端子１１との間に配線したボンディングワイヤである。
【００４７】
前記のインバータ装置を構成する場合に、従来の組立構造ではＩＰＭ２１に対して装置側のプリント基板２３をモジュールのパッケージ上面に面が平行となるように重ね合わせ、パッケージ上面から直立した主端子３をプリント基板に穿孔した端子挿入孔に直接差し込んで接合するようにしていることから、ユニットケース２４に組付けるＩＰＭ２１，装置側のプリント基板３．冷却フィン２５の配置は必然的に限定されてしまう。
【００４８】
これに対して、ユーザ側が指定する構成によっては前記したＩＰＭとプリント基板の配置が適合しない場合がある。例えば、制御盤内でユニットケース２４の側面に配置していた冷却フィン２５を、ケース２４の背面側に変更するユーザーの設計要求がある場合に、この要求に合わせて冷却フィン２５と一緒にＩＰＭ２１をユニットケース２４の後面側に移すと、ＩＰＭ２１のパッケージから前方に直立した主端子３の向きと、装置の前後の向きに布設したプリント基板２３に穿孔した端子挿入孔の向きとが直交してしまい、このままでは主端子３をプリント基板２３へ直接挿入してはんだ接合することができない。
【００４９】
そこで、モジュールのパッケージ上面から引出した主回路端子を一直線状に並べて配列し、かつそのリード端子の材料をリード曲げ加工が容易な材質とすることで、当該モジュールに装置のプリント基板，冷却フィンを組み合わせてインバータ装置などを構成する場合に、ユーザの設計要求によってモジュールと装置側のプリント基板とを異なる向きに布設する要求がある場合でも、そのレイアウトに合わせてモジュールの主回路端子をフォーミングし、端子先端の向きを変えることにより、モジュールの主回路端子をプリント基板に穿孔した端子挿入孔に直接挿入して接続することができる。
【００５０】
そのためには、
(1) モジュールの主端子を銅製のリード端子とし、かつ該リード端子にニッケルメッキ，はんだメッキ，金メッキなどのメッキ処理を施して、銅製リード端子に対するはんだ付け性，およびワイヤのボンディング性，およびコネクタとのコンタクト性を高めるようにする。
【００５１】
(2) モジュールの主端子の先端をＬ形にフォーミングし、該端子にプリント基板の端縁に穿孔した端子挿入孔に差込み接合して装置側のプリント基板をパワーモジュールと垂直姿勢に取付ける。この組立構造を採用することにより、ユニットケースの背面側に冷却フィンおよびモジュールを配置し、装置側のプリント基板はユニットケースの奥行き方向に布設してモジュールの前方に配置するようなレイアウトで装置を構成する場合でも、Ｌ字形に曲げ加工したモジュールの主端子（リード端子）に側方からプリント基板の端子挿入孔を合わせて差し込むことにより、プリント基板をモジュールと垂直姿勢に取付けることができる。
【００５２】
すなわち、ＩＰＭ２１の構造は、特に主端子３については、ピンあるいは板状になるリード端子として、曲げ加工が可能な材料（ＪＩＳＣ１１００，Ｃ１０２０，Ｃ２６００，Ｃ２６８０など）で作り、かつその端子にははんだの濡れ性，およびボンディングワイヤとの接合性を高めるように膜厚１０μｍ以下のニッケルメッキ，膜厚１０μｍ以下のはんだメッキ，あるいは膜厚２μｍ以下の金メッキ（金メッキの場合はＮｉメッキの上に金メッキする）を施しておくものとする。
【００５３】
そして、このＩＰＭ２１に冷却フィン２５，装置側のプリント基板２３を組合せてインバータ装置を組立て構成する場合には、ユーザ側の設計要求によるレイアウトに合わせて、ＩＰＭ２１のパッケージ上面から直立している主端子３を、当該モジュールに組合せるプリント基板２３の姿勢に対応する形状にフオーミング（曲げ加工）したうえで、プリント基板２３に穿孔した端子挿入孔に直接差込んではんだ付けして装置を組立てるようにする。
【００５４】
ここで、図１１で示すように、冷却フィン２５をユニットケース２４の背面側に設置し、その前面にモジュールの金属ベースを重ね合わせてＩＰＭ２１をケース内に組付けるとともに、装置側のプリント基板２３は二枚に分割したうえで、その分割基板２３Ａ，２３Ｂをケース内で前後の向きに布設してＩＰＭ２１の主端子３に取付けるようレイアウトしたインバータ装置を例に、その組立手順を図１０(a),(b) で説明する。まず、図１０(a) における拡大図で表すようにＩＰＭ２１の主端子３について、各リード端子の先端を揃えてＬ字形にフオーミング（曲げ加工）する。一方、主端子３に接続するプリント基板２３Ａには基板の端縁に沿って主端子３の配列に対応した端子挿入孔３３ａを一列に並べて穿孔しておき、制御端子４に接続するプリント基板２３Ｂにはその端緑に制御端子（ピン端子）に接続するコネクタ１３を装着しておく。
【００５５】
ここで、ＩＰＭ２１にプリント基板２３Ａ，２３Ｂを取付けるには、プリント基板２３Ａを図示のように垂直姿勢に立てた状態で、側方からＩＰＭ２１の主端子３にプリント基板２３Ａの下縁に穿孔した端子挿入孔３３ａを側方から挿入し、主端子３とプリント基板２３Ａの導体パターンとをはんだ付けする。一方、プリント基榎２３Ｂはそのコネクタ１３を横一列に並ぶ制御端子４に位置を合わせ、上方から押し込んで差込み接続する。これにより、図１０(b) で示すようにＩＰＭ２１に２枚に分けたプリント基板２３Ａ，２３Ｂが垂直姿勢に接続される。そして、上記の回路組立体に冷却フィン２５を組合せた上で、これをユニットケース２４に組み込んで図１１のインバータ装置を構成する。このようにして、ＩＰＭ２１にプリント基板２３Ａ，２３Ｂを垂直姿勢に接続，保持させることにより、ＩＰＭ２１の上面がプリント基板で塞がれることがないので、ＩＰＭ自体の上面側への放熱性が高まるし、またプリント基板２３からＩＰＭ２１へ侵入するノイズも低減する。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１〜１３の各項に記した構成によれば次記の効果を奏する。
(1) 半導体装置の小型，薄形化と併せて、主端子−パワー回路−制御回路−制御端子の間の配線経路を最短化でき、これにより配線インダクタンスの影響による装置の誤動作を起こり難くして信頼性の向上が図れる。
【００５７】
(2) 制御回路のプリント基板の組付けおよび取り外しが容易であり、組立工程の中間チエックでＩＣの不良が発見された場合でも、制御回路のみを取り外して簡単に交換できる。
(3) 半導体装置の組立状態で外囲ケースと制御端子ブロックとの間で全幅に亘って開口している隙間を通じて、ゲル状充填剤を制御回路のプリント基板に阻害されることなくパッケージ内の隅々まで容易に注入できる。
【００５８】
(4) 制御端子ブロックを独立部品として外囲ケースに組付けるようにしたことにより、外囲ケースを共通部品として、制御端子ブロックのピン端子の長さ，配列などをユーザーの仕様に合わせて製作することにより、顧客の個々の要求にも低コストで対応できる。
(5) ケース上蓋に開口した端子引出穴を、制御端子ブロックの頂部輪郭よりも一回り大きく設定して制御端子の周域に凹み部分を形成した請求項５の構成により、制御端子ブロックのピン端子に周辺回路側のプリント板に取付けたコネクタを差込む際に、コネクタと上蓋との不要な干渉を防いでコネクタを制御端子に確実に差込み接続できる。
【００５９】
(6) ケース上蓋の裏面側に間隔保持用の突起を設け、その先端を制御回路のプリント基板に対峙させたことにより、ヒートサイクルなどにより上蓋に反り，撓みが生じても、上蓋がプリント板上に配線したボンディングワイヤに触れたり、押し潰すおそれがなく安全である。また、この突起に併せて上蓋の上面側に凹面部を形成しておくことで、当該半導体装置の上面に重ねて搭載する周辺回路プリント板の裏面に実装した電子部品との不要な干渉を避けることができる。
【００６０】
(7) 制御端子ブロックに、制御回路のプリント基板を定位置に位置決めするガイドピンを設けたことにより、前記プリント板の組付け，およびこれに続く制御端子との半田付けを的確に行うことができる。
(8) 制御端子ブロックの両端を外囲ケースに形成した凹溝に嵌合して接着剤により接合するようにし、ここで端子ブロックの両端支持部に接着剤注入穴を開口し、さらに該支持部の周面，および外囲ケース側の凹溝内面に接着剤誘導溝を形成したことにより、端子ブロックを外囲ケースに嵌着した仮組立状態で、接着剤をＸ−Ｙ軸ロボットによるディスペンサ操作で接合面に満遍なく塗布して接合できる。
【００６１】
(9) ＩＰＭなどの半導体パワーモジュールに冷却フィンおよび装置側のプリント基板を組合せて構成するインバータ装置などを実施対象に、前記モジュールのパッケージ上面から引出した主端子をプリント基板の端子挿入孔に差し込んではんだ付けし、制御端子をプリント基板側に装備したコネクタに差込み接続して組立てた半導体装置で、前記モジュールの主端子を、曲げ加工可能な材質で作られたピンないし板状のリード端子として直線上に並べて配列し、かつ該リード端子を、当該モジュールに組合せる装置側のプリント基板の取付け姿勢に対応する形状にフォーミングしたうえで、そのリード端子をプリント基板の端子挿入孔に挿入してはんだ接合するようにしたことにより、従来装置のようにユニットケースに組み込むモジュール，プリント基板．冷却フィンのレイアウトが一義的に限定されることがなく、モジュールに対して装置のプリント基板を異なる向きに布設するようにしたレイアウトでも、プリント基板の向きに合わせてモジュールの主端子を曲げ加工することで、プリント基板をモジュールに直接挿入してはんだ接合することができ、これによりモジュールのパッケージ構造を変えずに、ユーザ側の個々の設計要求への対応化が図れる。
【００６２】
これらにより、半導体装置の信頼性，および組立性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による半導体装置の組立構造図で、(a) はケース上蓋を外した状態での平面図、(b) は(a) の矢視Ｘ−Ｘ断面図
【図２】図１におけるパワー回路を金属ベースに搭載した状態の平面図
【図３】図２の組立体に外囲ケースを組合せてパワー回路との間にワイヤボンディングを施した状態図で、(a) は平面図、(b) は(a) の矢視Ｘ−Ｘ断面図
【図４】図１の組立体にケース上蓋を被着した製品の完成図で、(a) は平面図、(b) は(a) の矢視Ｘ−Ｘ断面図、(c) は外観斜視図
【図５】本発明の応用実施例によるケース上蓋の構成図で、(a) は平面図、(b) は側面図、(c) は(a) の矢視Ａ−Ａ断面図
【図６】図５のケース上蓋を被着した半導体装置の外観斜視図
【図７】本発明の応用実施例による半導体装置の組立構造の断面図
【図８】制御端子ブロックについての応用実施例を示し、(a) はケース上蓋を外した状態での平面図、(b) は(a) の側視断面図
【図９】図８の要部構成図で、(a) は外囲ケースと制御端子ブロックの分解斜視図、(b) は(a) における外囲ケースに形成した凹溝部分の拡大平面図
【図１０】本発明の応用実施例によるモジュールとプリント基板との組立手順を説明する図で、（a），（b）はそれぞれ組立前,組立後の状態を表す斜視図
【図１１】図１０に対応するインバータ装置の組立構成図
【図１２】従来例の半導体装置の組立構造図で、(a) は分解斜視図、(b) は組立状態の斜視図
【図１３】図１２とは別な二階建て式半導体装置の従来例の組立構造図で、(a) は分解斜視図、(b) は組立状態の斜視図
【符号の説明】
１金属ベース
２外囲ケース
２ａ端子ブロック取付用の凹溝
２ａ-1 接着剤誘導溝
３主端子
４制御端子
４ａ端子リード
５パワー回路
５ａパワー回路基板
５ｂパワー半導体素子
６制御回路
６ａプリント基板
６ｂＩＣ
７ボンディングワイヤ
９制御端子ブロック
９ａ両端の支持部
９ａ-1 接着剤注入穴
９ａ-2 接着剤誘導溝
９ｂ頂部
９ｄ制御回路支持用のガイドピン
１０中継端子ブロック
１０ａ端子リード
１１ケース上蓋
１１ａ端子引出穴
１１ｂ凹面部
１１ｃ間隔保持用の突起
２１ＩＰＭ
２３装置側のプリント基板
２４ユニットケース
２５冷却フィン
２６パッケージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device intended for an intelligent power module applied to an inverter device or the like, and more particularly to an assembly structure thereof.
[0002]
[Prior art]
First, taking an intelligent power module applied to an inverter device as an example, the assembly structure of the conventional example is shown in FIGS.
In each figure, 1 is a heat-dissipating metal base (copper base), 2 is a terminal-integrated enclosure case that becomes a resin molded product, and 3 is a main terminal (input / output to / from power circuit, and external lead for brake circuit) Terminal (screw terminal)), 4 is a control terminal (control signal input / output for control circuit, external lead-out terminal (pin terminal)), 5 is a power circuit (circuit assembly), and 6 is a control circuit (circuit assembly). , 7 are bonding wires (internal wiring). Here, the power circuit 5 includes a power semiconductor element 5b such as IGBT and a freewheeling diode 5c mounted on a circuit board 5a. The power circuit board 5a has an upper surface of a ceramic plate such as alumina or aluminum nitride. A direct bonding copper substrate with a copper circuit pattern and a copper layer directly bonded to the lower surface is used. On the other hand, the control circuit 6 has a configuration in which various circuit components including an IC 6b for driving the power element 5b are mounted on a printed board 6a.
[0003]
12 (a) and 12 (b), the power circuit 5 and the control circuit 6 are mounted side by side on the upper surface of the metal base 1, and are assembled in the following procedure. First, the power circuit 5 on which the element is mounted is soldered to the metal base plate 1 with the copper layer of the circuit board 5a facing down, and the control circuit 6 on which the element is mounted is also attached to the printed board 6a with an adhesive. Adhere to the metal base plate 1. Subsequently, a bonding wire 7 is connected between the power circuit 5 and the control circuit 6 to provide internal wiring. Next, a terminal-integrated outer casing 2 is placed on the metal base plate 1 and bonded with an adhesive, and then the tip of the inner lead 3a of the main circuit terminal 3 protruding inward of the outer casing 2 and the power Internal wiring is performed by soldering between the conductor pattern of the circuit board 5a and between the control terminal 4 and the conductor pattern of the control circuit board 6a. In this assembled state, a gel filler (for example, silicone gel) is injected into the package to seal the power circuit 5 and the control circuit 6, and finally the outer case 2 is covered with an upper cover (not shown). To fix.
[0004]
On the other hand, the assembly structure of FIG. 13 has a configuration in which the power circuit 5 and the control circuit 6 are incorporated into the package in a two-story manner. Here, the power circuit 5 is soldered onto the metal base plate 1 as in FIG. 12, while the control circuit 6 is assembled as follows. That is, the terminal case-integrated enclosure case 2 is superposed on the metal base plate 1 on which the power circuit 5 is mounted and soldered between the main circuit terminal 3 and the conductor pattern of the power circuit board 5a, and then the terminal is connected to the resin frame 8a. The relay terminal block 8 integrally molded with the conductor piece 8b is overlaid on the power circuit 5, and the terminal conductor piece 8b and the conductor pattern are soldered. In this state, the printed circuit board of the control circuit 6 is placed on the relay terminal block 8. 6a is placed, and the printed circuit board 6a, the terminal conductor piece 8b, and the control terminal 4 are soldered. Thereafter, in the same manner as described with reference to FIG. 12, a gel filler is injected into the package, and finally the upper lid is put on and assembled.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional semiconductor device having the assembly structure has the following problems. That is,
(1) In the configuration of FIG. 12, since the power circuit 5 and the control circuit 6 are arranged on the same plane, the occupied area of the package is increased and the semiconductor device is increased in size. If a defect in a circuit component such as an IC 6b mounted on the printed circuit board 6a of the control circuit 6 is found in an intermediate test of the product performed with the power circuit 5 and the control circuit 6 mounted on the board 1, the printed circuit board is already Since 6a is firmly fixed to the metal base plate 1 with an adhesive, it is impossible to remove only the printed circuit board 6a from the metal base plate 1 to replace defective parts and to put them back into the assembly line. Therefore, it is necessary to dispose of the intermediate assembly of the product as a whole, resulting in a large part loss.
[0006]
(2) Further, in the configuration of FIG. 13, the two-story method is adopted, so that even when a defect is found in the mounted part of the control circuit in the intermediate test performed in the middle of the downsizing and compacting of the semiconductor device and the assembly process. While there is an advantage that the control circuit can be easily replaced with a non-defective one, the following problems remain in the conventional structure.
First, the two-story structure inevitably increases the external height of the module. In addition, if a control circuit 6 that is substantially the same shape as the power circuit is assembled above the power circuit 5 in the package, the power circuit 5 is hidden behind the control circuit 6 and cannot be seen from the outside. In addition, in the step of injecting the gel filler into the package, only a narrow gap remains between the outer case 2 and the peripheral edge of the printed circuit board 6a of the control circuit 6, so that the filler is injected. It takes time.
[0007]
In addition, for the connection between the power module and the peripheral circuit (inverter device), the main terminal was screwed to the bus bar or the printed circuit board of the peripheral circuit, and the control terminal was soldered or connected to the connector. However, in recent years, the main terminal of the power module has a pin terminal structure, and after mounting the power module directly on the printed circuit board of the peripheral circuit, the main terminal (pin terminal) is joined by the solder flow method etc., and the control terminal ( For pin terminals), there is a tendency that a method of inserting and connecting to a connector provided on the peripheral circuit side is widely adopted. On the other hand, in the structure of FIG. 13, since the lead pins of the control terminal 4 are integrally formed with the outer case 2, the length, number and arrangement order of the pin terminals are determined by the user side specifications and connector specifications. In order to meet the specifications, it is necessary to newly design and manufacture a terminal-integrated enclosure case 2 that meets the specifications required by the user, resulting in high costs.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and its object is to solve the above-mentioned problems, while taking advantage of the features of the two-storey system in which the power circuit and the control circuit are arranged in the upper and lower stages and installed in the package, An object of the present invention is to provide an improved assembly structure of a semiconductor device in which reliability is improved and an external lead-out terminal for a control circuit can be replaced to easily cope with specifications required by a user.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a power circuit and a control circuit are provided on a package comprising a metal base for heat dissipation, a terminal-integrated outer case in which an external lead-out terminal of the main circuit is insert-molded, and an upper cover. This is a semiconductor device that is built in a two-story structure and sealed with a gel-like filler in which each circuit is injected into a package. A power circuit in which a power semiconductor element is mounted on a circuit board is mounted on a metal base and controlled. The circuit has a configuration in which circuit components including an IC for driving a power semiconductor element are mounted on a printed circuit board and arranged above the power circuit.
The lead-out terminal for the control circuit is used as a pin terminal, insert-formed into a terminal block (resin molded product) that becomes a separate and independent part from the outer case, and the control terminal block is bridged near the center of the upper surface of the outer case Assemble to fix to the lever position and protrude from the control terminal block to the inside of the case control Standing up from the terminal lead and the relay terminal block placed inside the outer case relay Soldering and connecting the printed circuit board of the control circuit carried between the terminal lead and the relay terminal Lead The power circuit and the control circuit are configured to be interconnected via each other (claim 1).
[0010]
According to the assembly structure of the semiconductor device described above, the power circuit, the enclosure case, the control terminal block, the control circuit, and the case top cover can be assembled by stacking operation from above, and the automatic assembly method by an assembly robot or the like. Can be easily accommodated. In addition, the wiring path between the main circuit terminal / power circuit, the power circuit / control circuit, and the control circuit / control terminal can be connected with the shortest distance, thereby suppressing the influence of wiring inductance and preventing malfunction. Further, the gel filler can be smoothly injected into the package in a short time.
[0011]
Even if an IC or other component mounted on the control circuit is found to be defective during an intermediate inspection performed during the assembly process, the control circuit can be removed by removing the solder joint between the control circuit printed board and the terminal lead. And can be easily replaced. Furthermore, with the configuration in which the control terminal block is assembled as an independent part in the outer case, the outer case is used as a common part, and only the control terminal block that meets the user's specifications is combined with the user's requirements. It can easily correspond to the specifications to be done.
[0012]
In addition, according to the present invention, each part structure of the semiconductor device described above can be specifically configured in the following manner.
(1) A thin bare chip is employed as an IC to be mounted on a printed circuit board of a control circuit, so that a semiconductor device package in which the printed circuit board is housed can be thinned.
[0013]
(2) The IC mounted on the printed circuit board of the control circuit is laid out in accordance with the arrangement of the power semiconductor elements mounted on the circuit board of the power circuit so that the power semiconductor elements and the ICs are aligned vertically. In addition to minimizing the influence of wiring inductance by minimizing the wiring path between the two, the circuit patterns of the circuit board and the printed circuit board are also simplified.
[0014]
(3) The main circuit external lead-out terminals are pins or plate terminals, and are arranged in a row in one side of a rectangular outer casing, and arranged in parallel with the external lead-out terminal row to remove the control terminal block. Place the control circuit in the area between the control terminal block and the side of the surrounding case opposite to the terminal row, and install the control circuit near the center of the top surface of the surrounding case. A wide injection path of the gel filler that leads to the power circuit side is secured between the side of the array side and the side of the array side.
[0015]
(4) Open a terminal lead hole in the case top cover, set the terminal lead hole to be slightly larger than the top contour of the control terminal block, and insert the connector provided on the printed board on the device side into this control terminal. When connecting, the connector and the control terminal can be reliably connected so that the tip of the mating connector does not hit the case top cover and interfere with the connection.
[0016]
(5) On the back surface of the case top cover, a protrusion for holding the gap is provided with the tip facing the top surface of the control circuit printed circuit board. Even if the case top warps due to changes in ambient temperature, the protrusion is The bonding wire wired on the printed circuit board that plays a role prevents the case upper cover from being deformed or crushed (claim 6).
[0017]
(6) After forming the concave portion on the upper surface side of the case upper lid, the protrusions for holding the gap in the previous item (5) are distributed and provided on the back side area of the concave portion formed on the plate surface of the case upper lid, The concave surface of the case (which increases the bending strength compared to a flat upper lid) warps the case upper lid and suppresses the occurrence of bending, and uses the concave space of the concave surface to overlap the semiconductor device. Interference with an electronic component mounted on the back side of the printed circuit board on the apparatus side to be placed is prevented (claim 7).
[0018]
(7) The control terminal block is provided with positioning guide pins that are aligned with the control terminal row (pin terminals) and support the printed circuit board of the control circuit in a fitting manner, and the control circuit is mounted with the control terminal block attached to the case. When the printed board is assembled in the case, the printed board is inserted into the guide pin and supported at a fixed position, so that the subsequent soldering operation between the printed board and the control terminal can be performed easily. .
[0019]
(8) The control terminal block has support portions formed at both ends thereof fitted into a recessed groove portion formed on the inner surface side of the package enclosing case from above and joined with an adhesive (Claim 9). The support part of the control terminal block is provided with an open adhesive injection hole on its upper surface so that the adhesive can be efficiently applied using a dispenser, and the inner surface of the concave groove part of the case and the outer surface of the support part of the block An adhesive guide groove is formed in the adhesive so that the adhesive injected from the injection hole spreads over the joint surface between the block and the groove (claim 10).
[0020]
(9) The semiconductor device, Cooling fins and Inverter constituting control and protection circuit of the inverter device A device assembled by combining printed circuit boards on the device side, with heat radiation fins superimposed on the metal base of the semiconductor device, Inverter Printed circuit board on the device side The main terminal of the semiconductor device is inserted into the terminal insertion hole of Plug and solder, The control terminal of the semiconductor device is connected to the connector provided on the printed circuit board side of the inverter device side. Like plug-in connection,
Mounting the printed circuit board on the device side, in which the main terminals of the semiconductor device are arranged in a row on the upper surface of the package as pins or plate-like lead terminals made of a material that can be bent, and the lead terminals are combined with the semiconductor device After forming into a shape corresponding to the posture, On the inverter side It inserts in the terminal insertion hole of a printed circuit board, and is made to solder-joint (Claim 11).
[0021]
In this way, the main terminals drawn out from the upper surface of the package of the semiconductor device (module) are arranged in a straight line, and the lead terminal material is made of a material that can be easily bent, so that the device can be printed on the module. When configuring an inverter device or the like by combining a board and cooling fins, even if there is a requirement to lay the module and the printed circuit board on the device side in different directions depending on the user's design requirements, the main terminal of the module according to the layout The main terminal of the module can be directly inserted into the terminal insertion hole formed in the printed circuit board and connected by changing the direction of the terminal tip.
[0022]
Also, Of the semiconductor device The main terminal is a copper lead terminal, and the lead terminal is subjected to nickel plating, solder plating, or gold plating to improve solderability to the copper lead terminal, wire bonding, and contact with the connector. (Claim 12).
Also, Of the semiconductor device The leading end of the main terminal is formed into an L shape, and the main terminal is inserted and joined from the side to a terminal insertion hole formed along the edge of the printed circuit board on the apparatus side, and the printed circuit board is attached in a vertical posture with respect to the semiconductor device. (Claim 13).
[0023]
By adopting this assembly structure, the cooling fins and the semiconductor device (module) are arranged on the back side of the unit case, and the printed circuit board on the device side is laid in the depth direction of the unit case and in front of the semiconductor device (module). Even when the device is configured in such a layout as to be arranged, the printed circuit board is mounted on the semiconductor device (module) by inserting the terminal insertion hole of the printed circuit board from the side into the main terminal (lead terminal) bent into an L shape. And can be mounted in a vertical position.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on examples shown in FIGS. 1 to 11, taking a power module applied to an inverter (three-phase) device as an example.
In each embodiment, members corresponding to those in FIGS. 12 and 13 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the figure of the embodiment, reference numeral 9 is a control terminal block as an independent part assembled on the upper surface side of the outer casing 2 according to the present invention, and 10 is a relay arranged along the inner peripheral side edge of the outer casing 2. A terminal block 11 is a case upper cover attached to the upper surface of the outer case 2. 4 (a), P and N are DC input terminals, U, V and W are AC output terminals for each phase, B is a brake terminal, NO.1 ~ Reference numeral 19 denotes a terminal number of the control terminal.
[0025]
First, FIGS. 1A and 1B show the overall structure of the embodiment of the present invention. That is, in the assembly structure of the illustrated embodiment, in the same manner as the two-story module described in FIG. 12, the package is a combination of the metal base 1, the rectangular outer case (resin case) 2, and the case upper lid 11. The power circuit 5 and the control circuit 6 are incorporated in a two-story system. Here, the IC 6b mounted on the printed circuit board 6a of the control circuit 6 adopts a bare chip in order to make the module thin, and its arrangement Is laid out so as to correspond to the arrangement of power semiconductor elements (IGBTs) 5b mounted in a line on the circuit board 5a of the power circuit 5, and the wiring path length between the power circuit 5 and the control circuit 6 is shortened. The effect of inductance is kept low.
[0026]
Here, with respect to the surrounding case 2, main terminals (P, N, U, V, W, and B) made of a copper frame are integrated with the case on one side of the long side of the four surrounding sides. It is insert-molded, and its pin-shaped terminal protrudes upward from the outer casing 2. Further, as shown in FIG. 3 (a), the upper surface of the short side of the enclosing case 2 has a stepped recess for inserting and supporting a control terminal block, which will be described later, at a central position spaced from the main terminal row. A groove 2a (see FIGS. 3 and 9) is formed.
[0027]
The control terminal block 9 is installed on the upper surface side of the outer casing 2 so as to be spanned between the concave grooves 2a as an independent part. That is, the support portions 9a formed at both ends of the horizontally long resin block body are fitted into the concave grooves 2a formed at the inner edge of the outer casing 2, and are bonded and fixed with an adhesive as described later. Further, the control terminal 4 as a pin terminal is insert-molded so as to protrude in a line in the left and right rows on the top portion 9b bulging in a trapezoidal shape on the upper surface side of the block body, and the terminal lead ( The inner lead 4a is bent into an L shape and pulled out to the side of the block (the side opposite to the arrangement of the main terminals 3), and the tip leg portion is bent upward. Reference numeral 9c denotes a guide pin for a connector planted at both ends of the control terminal block 9.
[0028]
Further, the relay terminal block 10 provided inside the outer case 2 is formed by insert-molding an L-shaped terminal lead 10a into a resin block, and protrudes so that one end of the terminal lead 10a rises upward from the upper surface of the block. It has a structure and is bonded along the inner surface of the outer casing 2 (the long side opposite to the long side on which the main terminals 3 are arranged) facing the control terminal block 9. Note that the block top surface of the relay terminal block 10 is set so as to be arranged at the same height as the distal end leg portion 4a of the terminal lead led out from the control terminal block 9 to the inside of the case.
[0029]
Then, the printed circuit board 6a of the control circuit 6 is bridged between the terminal lead 4a of the control terminal 4 drawn from the control terminal block 9 to the inside of the case and the terminal lead 10a rising from the relay terminal block 10. The tip of each terminal lead 4a and 10a is inserted into the through hole of the printed circuit board 6 and soldered.
[0030]
Further, as shown in FIG. 4, the case upper cover 11 attached to the outer case 2 is provided with a terminal lead hole 11a corresponding to the control terminal block 9, and the terminal lead hole 11a is controlled. When the terminal 4 is set to be slightly larger than the outline of the trapezoidal top portion 9b of the control terminal block 9 arranged side by side, and the top cover 11 is attached as shown, the terminal lead hole 11a and the top portion 9b of the control terminal block A concave groove is left between the two. When the upper lid 11 is attached, the peripheral edge of the control terminal block 9 overlaps the back surface of the upper lid 11 to close the hole from the inner surface side. By forming the terminal lead hole 11a in the case upper lid 11 in this way, as shown in FIG. 4B, a connector provided on the printed circuit board by combining the printed circuit board 12 on the apparatus side on the power module. When the connector 13 is inserted into the control terminal 4 and connected, the legs of the connector terminal 13a protruding to the back side of the printed circuit board 12 can be prevented from coming into contact with the upper lid 11 on the module side and interfering with the connection of the connector.
[0031]
Next, an assembling procedure of the semiconductor device having the above configuration will be described. First, as shown in FIG. 2, a circuit board 5 a on which each element of the power circuit 5 is mounted is soldered on the metal base 1. Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, the outer casing 2 is placed on the metal base 1 and bonded with an adhesive, and then the power semiconductor element 5b, the diode 5c and the conductor pattern of the circuit board 5a are connected. Bonding wires 7 are routed between the circuit terminals 5 a and the main terminals 3 provided in the outer case and the terminal leads 10 a of the relay terminal block 10.
[0032]
Next, the control terminal block 9 is assembled to the outer case 2 from above, and the support portions 9a at both ends thereof are fitted into the left and right concave grooves 2a (see FIG. 3) formed on the case side and temporarily fixed, The parts are joined with an adhesive as described below. In the next assembly process, the printed circuit board 6a of the control circuit 6 is inserted into the inside of the outer casing 2 from above, and from the terminal lead 4a and the relay terminal block 10 of the control terminal 4 protruding from the control terminal block 9 into the case. After bridging between the terminal leads 10a erected upward, the printed circuit board 6a and the terminal leads 4a and 10a are soldered. Thus, the main terminal 3 and the power circuit 5, the power circuit 5 and the control circuit 6, and the control circuit 6 and the control terminal 4 are interconnected by the shortest wiring path.
[0033]
Subsequently, the process proceeds to a filler injection step, and a gel filler (silicone gel) is injected into the outer case 2. In this case, the filler flows into the gap between the power circuit 5 and the control circuit 6 with the opening remaining between the control terminal block 9 and the peripheral frame of the surrounding case in which the main terminals 3 are arranged as an injection passage, The power circuit 5 and the control circuit 6 are sealed by filling every corner of the case. Then, in the final assembly step, the terminal lead hole 11a opened in the case upper lid 11 and the control terminal block 9 are aligned and covered on the surrounding case 2 from above and covered with the surrounding case 2 with an adhesive. Join. As a result, the product of the power module shown in FIG. 4C is completed.
[0034]
Next, application examples of the present invention relating to the case upper lid 11 will be described with reference to FIGS. That is, in the module assembly state shown in FIG. 4, a predetermined gap is secured between the case upper lid 11 that covers the upper surface of the outer case 2 and the printed circuit board 6a of the control circuit 6 incorporated in the case. It is necessary not to interfere with the IC mounted on the control circuit 6, various components, and their bonding wires 7.
[0035]
By the way, if the case top lid 11 made of resin is made of a flat resin plate having terminal lead holes 11a as shown in FIG. 4 and the plate thickness is reduced from the thinning of the package, the ambient temperature such as heat cycle is reduced. Warping and bending are likely to occur due to changes. In addition, when the upper lid 11 is deformed in a concave shape due to warpage or the like, the distance between the control circuit and the printed circuit board 6a is reduced, and the upper lid 11 may crush the bonding wire and cause an unexpected short-circuit accident.
[0036]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c), the case upper cover 11 is recessed on the lower surface side in the surface area facing the printed circuit board 6a of the control circuit 5 on the side of the terminal lead hole 11a. The concave surface portion 11b is formed, and on the back surface of the concave surface portion 11b, spacing holding projections 11c protruding so as to face the printed circuit board 6a are formed in a distributed manner on the left and right. The protrusion 11c is set to have a length dimension so as to face each other with a slight play gap between the module 11 and the upper surface of the printed circuit board 6a.
[0037]
With this configuration, even when the case upper lid 11 is warped due to a heat cycle, the protrusion 11c hits the upper surface of the printed circuit board 6a to maintain a predetermined distance between the upper cover 11 and the printed circuit board 6a. Therefore, there is no possibility that the bonding wire is crushed by the upper lid 11. Further, by forming the concave surface portion 11b on the case upper lid 11, the section modulus is increased and the bending strength of the upper lid is increased, and the printed circuit board 12 of the peripheral circuit is superimposed on the module as shown in FIG. If the electronic component 12a is mounted on the back side of the printed board 12, the printed board 12 can be attached to the module while avoiding unnecessary interference between the electronic component 12a and the upper lid 11. Is obtained.
[0038]
Next, an application embodiment of the present invention relating to the control terminal block 9 will be described with reference to FIGS. That is, in the assembly structure of the module shown in FIG. 1, the printed circuit board 6a of the control circuit 6 is insert-molded into the control terminal block 9 and pulled out to the inside, and the terminal lead 4a of the control terminal (pin terminal) 4 and the relay terminal block 10 The lead terminals 10a erected upward from the top of the lead terminals 10a are supported and then soldered by inserting the tips of the lead terminals into through holes drilled in the printed circuit board 6a. 4a and 10a are easily deformed in strength. If the board hits the terminal lead in the process of assembling the printed circuit board 6a, it is easily deformed and does not fit well in the through hole of the printed circuit board 6a, which hinders the subsequent soldering process. May come.
[0039]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, the resin block is formed so as to protrude sideways from the lower end side along the longitudinal direction of the control terminal block 9, A guide pin 9d which is juxtaposed with the terminal lead 4a of the control terminal 4 pulled out so as to stand upward from the protruding portion and rises upward from both the left and right sides (the guide pin is more than the leg portion of the terminal lead 4a). Are set integrally with the resin block, and guide pin holes are drilled in the left and right ends of the printed circuit board 6a corresponding to the guide pins 9d.
[0040]
In the assembly process of the printed circuit board 6a of the control circuit 6, when the printed circuit board 6a is inserted into the guide pin 9d from above with the guide pin 9d, the printed circuit board 6a is positioned at a fixed position by being guided by the guide pin 9d. Then, the through hole for the terminal drilled in the board is properly fitted to the control terminal 4 and the terminal leads 4a and 10a of the relay terminal block 10. Thereby, the subsequent soldering operation of the terminal can be performed without any trouble. In addition, since the control terminal block 9 protrudes from the back side of the printed circuit board 6a, there is no possibility that the molten solder ball spills onto the power circuit 5 (see FIG. 8B) during soldering. .
[0041]
In this embodiment, the following measures are taken in order to improve the process when the control terminal block 9 is inserted into the recessed groove 2a of the outer casing 2 and joined with an adhesive. That is, in the method in which the adhesive is first applied to the inner surface of the groove 2a and then the support terminal 9a of the control terminal block is inserted and joined, the dispenser (robot operation) is used because the size of the groove 2a is small. It is extremely difficult to uniformly apply the adhesive to the inner wall surface of the groove.
[0042]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 9A and 9B, the support portion 9a of the control terminal block 9 is perforated with an adhesive injection hole 9a-1 penetrating in the vertical direction, A concave adhesive guide groove 9a-2 is engraved on the outer peripheral surface, and an adhesive guide groove 2a- is formed on the bottom and inner side surfaces of the stepped concave groove 2a formed in the outer casing 2. 1 is engraved.
[0043]
In the assembly process of mounting the control terminal block 9 on the outer casing 2, first, the support portions 9 a at both ends of the terminal block 9 are inserted from above over the left and right concave grooves 2 a formed on the outer casing side. To do. Subsequently, an adhesive dispenser nozzle is positioned by robot operation in the adhesive injection hole 9a-1, and a predetermined amount of adhesive is injected under pressure from the dispenser. As a result, the adhesive flows out from the injection hole 9a-1 to the bottom surface side of the concave groove 2a, and from there, the adhesive spreads over the entire joint surface through the adhesive guide grooves 2a-1 and 9a-2. The block 9 can be reliably joined.
[0044]
The adhesive injection hole 9a-1 also serves as a mounting hole for the guide pin 9c of the socket shown in FIG. 1, and after the injection of the adhesive, the guide pin 9c is press-fitted and fixed.
Next, application examples of the present invention relating to an inverter device assembled by combining a cooling fin and a printed circuit board of the device side peripheral circuit will be described with reference to FIGS. In FIG. 10, 21 is an IPM constituting an inverter circuit, 23 is a printed circuit board constituting a device side circuit (inverter device control and protection circuit) combined with the IPM 21, and 24 accommodates the above-mentioned components on the front surface. A unit case 25 provided with input / output sockets, a display panel, and the like, and 25 are heat-dissipating cooling fins attached to the back surface of the unit case 24 and thermally coupled to the IPM 21. Further, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the IPM 21 has a main circuit 5 and a control circuit 6 which are power circuits in a package including a metal base 1, an outer case 2 of a resin molded product, and an upper lid. The two-story system is used, and the package further includes a main terminal 3 serving as an external lead-out terminal for the main circuit 5, a control terminal (signal terminal) 4 serving as an external lead-out terminal for the control circuit 6, and the main circuit 5 The relay terminal 10a for connecting the control circuit 6 is provided.
[0045]
Here, the main circuit 5 is a circuit assembly in which a power semiconductor element (for example, IGBT) is mounted on a circuit board in combination with a freewheeling diode, and is mounted on the metal base 1 by soldering. The control circuit 6 is mounted on the circuit board with circuit components such as a drive IC for a power semiconductor element, and is bridged between the lead leg of the control terminal 4 and the relay terminal 10a that stands upward. 5 is disposed above.
[0046]
On the other hand, the main terminal 3 is insert-molded integrally with the peripheral wall portion of the surrounding case 2, and the terminal tip is made to stand upright to be drawn out to the upper surface side of the package. Further, the control terminal 4 is insert-molded into a single component control terminal block 9 which becomes a resin molded product as a pin terminal, and is assembled over the center of the upper surface of the outer case 2 so as to penetrate the case upper cover. Pulled out to the upper surface side, guide pins are planted at both ends. Reference numeral 7 denotes a bonding wire wired between the main circuit 5 and the main terminals 3 and the relay terminals 11.
[0047]
In the case of configuring the inverter device, in the conventional assembly structure, the printed circuit board 23 on the device side is overlapped with the IPM 21 so that the surface is parallel to the upper surface of the package of the module, and the main terminal 3 standing upright from the upper surface of the package is provided. 2. Since it is directly inserted and joined to the terminal insertion hole drilled in the printed circuit board, the IPM 21 assembled to the unit case 24, the printed circuit board on the apparatus side. The arrangement of the cooling fins 25 is necessarily limited.
[0048]
On the other hand, depending on the configuration designated by the user, the arrangement of the IPM and the printed board may not be compatible. For example, when there is a user's design requirement to change the cooling fin 25 arranged on the side surface of the unit case 24 in the control panel to the back side of the case 24, the IPM 21 together with the cooling fin 25 meets this requirement. Is moved to the rear side of the unit case 24, the direction of the main terminal 3 standing upright from the package of the IPM 21 and the direction of the terminal insertion hole drilled in the printed circuit board 23 installed in the front-rear direction of the apparatus are orthogonal to each other. In this state, the main terminal 3 cannot be directly inserted into the printed circuit board 23 and soldered.
[0049]
Therefore, the main circuit terminals drawn out from the upper surface of the module package are arranged in a straight line, and the lead terminals are made of a material that can be easily bent. When configuring an inverter device etc. in combination, even if there is a request to lay the module and the printed circuit board on the device side in different directions depending on the design requirements of the user, the main circuit terminal of the module is formed according to the layout, By changing the direction of the terminal tip, the main circuit terminal of the module can be directly inserted and connected to the terminal insertion hole formed in the printed circuit board.
[0050]
for that purpose,
(1) The main terminal of the module is a copper lead terminal, and the lead terminal is plated with nickel plating, solder plating, gold plating, etc., so that it can be soldered to the copper lead terminal, wire bonding, and connector. To improve contact with
[0051]
(2) The tip of the main terminal of the module is formed into an L shape, and the terminal is inserted into a terminal insertion hole drilled in the edge of the printed circuit board and joined to the terminal, and the printed circuit board on the apparatus side is attached to the power module in a vertical posture. By adopting this assembly structure, the cooling fin and the module are arranged on the back side of the unit case, and the apparatus printed circuit board is laid in the depth direction of the unit case and arranged in front of the module. Even in the case of the configuration, the printed circuit board can be attached to the module in a vertical posture by inserting the terminal insertion hole of the printed circuit board from the side into the main terminal (lead terminal) of the module bent into an L shape.
[0052]
That is, the structure of the IPM 21 is made of a material that can be bent (JIS C1100, C1020, C2600, C2680, etc.) as a lead terminal that becomes a pin or a plate, particularly for the main terminal 3, and the terminal is soldered. Nickel plating with a film thickness of 10 μm or less, solder plating with a film thickness of 10 μm or less, or gold plating with a film thickness of 2 μm or less (in the case of gold plating, gold plating on the Ni plating) ).
[0053]
When the inverter device is assembled by combining the IPM 21 with the cooling fins 25 and the device-side printed circuit board 23, the main terminals standing upright from the upper surface of the package of the IPM 21 in accordance with the layout according to the design requirements on the user side. 3 is formed into a shape corresponding to the posture of the printed circuit board 23 to be combined with the module (bending process), and then directly inserted into the terminal insertion hole formed in the printed circuit board 23 and soldered to assemble the apparatus. To do.
[0054]
Here, as shown in FIG. 11, the cooling fins 25 are installed on the back side of the unit case 24, and the IPM 21 is assembled in the case by superimposing the metal base of the module on the front side. Is divided into two, and the divided board 23A, 23B is installed in the case in the front-rear direction and attached to the main terminal 3 of the IPM 21, taking as an example the assembly procedure shown in FIG. ) and (b). First, as shown in the enlarged view of FIG. 10 (a), the main terminals 3 of the IPM 21 are formed (bent) into an L shape with the tips of the lead terminals aligned. On the other hand, on the printed board 23A connected to the main terminal 3, terminal insertion holes 33a corresponding to the arrangement of the main terminals 3 are formed in a row along the edge of the board, and the printed board 23B connected to the control terminal 4 is formed. Is mounted with a connector 13 connected to a control terminal (pin terminal) at its end green.
[0055]
Here, in order to attach the printed circuit boards 23A and 23B to the IPM 21, with the printed circuit board 23A in a vertical posture as shown in the figure, a terminal drilled in the lower edge of the printed circuit board 23A from the main terminal 3 of the IPM 21 from the side. The insertion hole 33a is inserted from the side, and the main terminal 3 and the conductor pattern of the printed board 23A are soldered. On the other hand, the print base 23B aligns the connector 13 with the control terminals 4 arranged in a horizontal row, and pushes it in from above to connect it. As a result, as shown in FIG. 10B, the printed boards 23A and 23B divided into two pieces in the IPM 21 are connected in a vertical posture. And after combining the cooling fin 25 with said circuit assembly, this is integrated in the unit case 24, and the inverter apparatus of FIG. 11 is comprised. In this way, by connecting and holding the printed boards 23A and 23B to the IPM 21 in a vertical posture, the upper surface of the IPM 21 is not blocked by the printed board, so that the heat dissipation to the upper surface side of the IPM itself is increased. In addition, noise entering the IPM 21 from the printed circuit board 23 is also reduced.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the configurations described in the first to thirteenth aspects of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Along with the miniaturization and thinning of semiconductor devices, the wiring path between the main terminal, power circuit, control circuit, and control terminal can be minimized, thereby making it difficult for the device to malfunction due to the influence of wiring inductance. Reliability can be improved.
[0057]
(2) The printed circuit board of the control circuit can be easily assembled and removed, and even if an IC failure is found during an intermediate check in the assembly process, only the control circuit can be removed and replaced easily.
(3) In the assembled state of the semiconductor device, the gel filler is not disturbed by the printed circuit board of the control circuit through the gap opened across the entire width between the outer case and the control terminal block. Easy injection to every corner.
[0058]
(4) Since the control terminal block is assembled to the outer case as an independent part, the length and arrangement of the pin terminals of the control terminal block are manufactured according to the user's specifications using the outer case as a common part. By doing so, it is possible to respond to individual customer requests at a low cost.
(5) According to the configuration of claim 5, the terminal lead hole opened in the case top cover is set to be slightly larger than the top contour of the control terminal block to form a recessed portion in the peripheral area of the control terminal block. When the connector attached to the printed circuit board on the peripheral circuit side is inserted into the terminal, unnecessary interference between the connector and the upper lid can be prevented and the connector can be securely inserted into the control terminal and connected.
[0059]
(6) By providing a gap-holding projection on the back side of the case top cover and having its tip opposed to the printed circuit board of the control circuit, even if the top cover warps or bends due to heat cycles, the top cover will remain on the printed board. There is no risk of touching or crushing the bonding wire wired above, and it is safe. In addition, by forming a concave portion on the upper surface side of the upper lid in conjunction with this protrusion, unnecessary interference with electronic components mounted on the back surface of the peripheral circuit printed board mounted on the upper surface of the semiconductor device is avoided. be able to.
[0060]
(7) The control terminal block is provided with a guide pin for positioning the printed circuit board of the control circuit at a fixed position, so that the assembly of the printed board and subsequent soldering to the control terminal can be performed accurately. it can.
(8) The both ends of the control terminal block are fitted into the recessed grooves formed in the outer case, and are joined by an adhesive. Here, an adhesive injection hole is opened at both ends of the terminal block, and the support is further supported. Dispenser by an XY axis robot in a temporarily assembled state in which the terminal block is fitted to the outer case by forming the adhesive guide groove on the inner peripheral surface of the groove and the inner surface of the concave groove on the outer case side Can be applied and evenly applied to the joint surface by operation.
[0061]
(9) For an inverter device configured by combining a semiconductor power module such as an IPM with a cooling fin and a printed circuit board on the device side, the main terminal drawn from the upper surface of the module package is inserted into the terminal insertion hole of the printed circuit board. This is a semiconductor device that is assembled by inserting and connecting the control terminal to the connector equipped on the printed circuit board side, and the module's main terminal as a pin or plate-like lead terminal made of a material that can be bent After arranging the lead terminals into a shape corresponding to the mounting posture of the printed circuit board on the device side to be combined with the module, insert the lead terminals into the terminal insertion holes of the printed circuit board. A module that is built into a unit case like a conventional device by soldering, Printed board. The layout of the cooling fins is not uniquely limited, and the main terminals of the module are bent according to the orientation of the printed circuit board even in the layout in which the printed circuit board of the device is laid in a different direction with respect to the module. As a result, the printed circuit board can be directly inserted into the module and soldered, so that it is possible to meet individual design requirements on the user side without changing the package structure of the module.
[0062]
As a result, the reliability and assembly of the semiconductor device can be improved.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are assembly structure diagrams of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view with a case top cover removed, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.
FIG. 2 is a plan view of a state in which the power circuit in FIG. 1 is mounted on a metal base.
3 is a state diagram in which an outer case is combined with the assembly of FIG. 2 and wire bonding is performed between the power circuit and (a) is a plan view, and (b) is an arrow X- X cross section
4 is a completed view of a product in which the case top cover is attached to the assembly of FIG. 1, (a) is a plan view, (b) is a sectional view taken along line XX in (a), and (c) is an external view. Perspective view
5A and 5B are configuration diagrams of a case top cover according to an application example of the present invention, in which FIG. 5A is a plan view, FIG. 5B is a side view, and FIG. 5C is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
6 is an external perspective view of a semiconductor device with the case top cover of FIG. 5 attached thereto.
FIG. 7 is a sectional view of an assembly structure of a semiconductor device according to an application example of the invention.
FIGS. 8A and 8B show an application example of a control terminal block, where FIG. 8A is a plan view with a case top lid removed, and FIG. 8B is a side sectional view of FIG.
9 is a configuration diagram of a main part of FIG. 8, in which (a) is an exploded perspective view of an outer casing and a control terminal block, and (b) is an enlarged plan view of a concave groove portion formed in the outer casing in (a).
FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating an assembling procedure of a module and a printed circuit board according to an application example of the present invention, and FIGS. 10A and 10B are perspective views showing states before and after assembling, respectively.
11 is an assembly configuration diagram of an inverter device corresponding to FIG. 10;
12A and 12B are assembly structure diagrams of a conventional semiconductor device, in which FIG. 12A is an exploded perspective view, and FIG.
13 is an assembly structure diagram of a conventional example of a two-story semiconductor device different from FIG. 12, in which (a) is an exploded perspective view and (b) is an assembled perspective view.
[Explanation of symbols]
1 Metal base
2 Enclosure case
2a Concave groove for terminal block mounting
2a-1 Adhesive guide groove
3 Main terminal
4 Control terminal
4a Terminal lead
5 Power circuit
5a Power circuit board
5b Power semiconductor element
6 Control circuit
6a Printed circuit board
6b IC
7 Bonding wire
9 Control terminal block
9a Supports at both ends
9a-1 Adhesive injection hole
9a-2 Adhesive guide groove
9b top
9d Guide pin for supporting control circuit
10 Relay terminal block
10a Terminal lead
11 Case top cover
11a Terminal extraction hole
11b Concave surface
11c Projection for spacing
21 IPM
23 Printed circuit board on the device side
24 unit case
25 Cooling fin
26 packages

Claims

A package consisting of a metal base for heat dissipation, a terminal-integrated outer case with insert-molded external lead-out terminals of the main circuit, and a top cover, and a power circuit and a control circuit are housed in a two-story manner, and each circuit is contained in the package A semiconductor device sealed with a gel-like filler injected into the substrate, a power circuit in which a power semiconductor element is mounted on a circuit board is mounted on a metal base, and a control circuit includes an IC for driving the power semiconductor element on a printed circuit board In the configuration where the circuit components are mounted and arranged above the power circuit,
The external lead-out terminal for the control circuit is inserted into a terminal block that becomes an independent part as a pin terminal, and the control terminal block is bridged and fixed near the center of the upper surface of the outer case, and the control terminal block is connected to the inside of the case. A printed circuit board of the control circuit is carried and connected between the control terminal lead protruding toward the relay terminal and the relay terminal lead standing from the relay terminal block arranged inside the outer case, and the power circuit is connected via the relay terminal lead. And a control circuit are connected to each other.

2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a bare chip is employed for the IC mounted on the printed circuit board of the control circuit.

2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the IC mounted on the printed circuit board of the control circuit is laid out in accordance with the arrangement of the power semiconductor elements of the power circuit.

2. The semiconductor device according to claim 1, wherein external lead-out terminals of the main circuit are arranged as pins or plate terminals in a concentrated manner on one side of the enclosing case, and the control terminal block is arranged in parallel with the terminal row. And a control circuit arranged in a region between the control terminal block and the side of the outer case opposite to the terminal row.

2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a terminal lead hole is opened in the case upper lid, and the terminal lead hole is set to be slightly larger than a top contour of the control terminal block.

2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a protrusion for holding a gap is provided on the back surface of the case upper lid so that the tip thereof faces the upper surface of the control circuit printed board.

7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the projections for holding the gap are distributed on the back surface of the concave surface portion formed on the upper surface side of the case upper lid.

2. The semiconductor device according to claim 1, wherein guide pins for positioning and supporting the printed circuit board of the control circuit are provided on the control terminal block.

2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the support portions formed at both ends of the control terminal block are fitted into concave grooves formed on the inner surface side of the outer case of the package and bonded with an adhesive. .

10. The semiconductor device according to claim 9, wherein an adhesive injection hole that is open on an upper surface of the control terminal block is provided at both ends of the support terminal block, and the injection is provided on the inner surface of the recessed groove portion of the outer casing and on the outer surface of the support portion of the block. A semiconductor device characterized in that an adhesive guide groove for guiding an adhesive injected from a hole to a bonding surface is formed.

In the inverter device using the semiconductor device according to claim 1,
The device assembled by combining the semiconductor device, the cooling fin and the inverter device side printed circuit board constituting the control and protection circuit of the inverter device,
Superimposing heat radiation fins on the metal base of the semiconductor device,
The main terminal of the semiconductor device is inserted into the terminal insertion hole of the printed circuit board on the inverter device side and soldered , and the control terminal of the semiconductor device is inserted and connected to the connector provided on the printed circuit board side of the inverter device side. West,
Mounting the printed circuit board on the device side, in which the main terminals of the semiconductor device are arranged in a row on the upper surface of the package as pins or plate-like lead terminals made of a material that can be bent, and the lead terminals are combined with the semiconductor device in terms of the Fuomingu into a shape corresponding to the posture, an inverter apparatus, characterized in that the solder joint by inserting a pin tip into the terminal insertion holes of the printed circuit board of the inverter apparatus.

An inverter apparatus according to claim 11, wherein the main terminals of the semiconductor device and the copper of the lead terminals, and nickel plating to the lead terminals, the inverter apparatus characterized by having been subjected to solder plating or gold plating.

12. The inverter device according to claim 11, wherein the tip of the main terminal of the semiconductor device is formed into an L shape, and the main terminal is inserted from the side into a terminal insertion hole formed along the edge of the printed circuit board on the device side. An inverter device characterized in that a printed circuit board is attached in a vertical posture with respect to a semiconductor device.