JP4087556B2

JP4087556B2 - パワーモジュール

Info

Publication number: JP4087556B2
Application number: JP2000346689A
Authority: JP
Inventors: 伸二奈須
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: JP2002151647A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータ等のパワー半導体素子を備えるパワーモジュールの構造に関するものであり、特に、パワー半導体素子が格納されたケースと、パワー半導体素子を駆動するための回路が形成されたプリント配線基板との組立構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、従来のパワーモジュールの構造を示す正面図である。図１３に示すように従来のパワーモジュールは、インバータ等のパワー半導体素子（図示しない）が内部に格納された樹脂製のケース１０１と、ボンディングワイヤ等の配線によってパワー半導体素子に接続され、上端部がケース１０１の上面から突出した、導電性の複数のコネクタピン１０２と、ケース１０１の上面に対向して配置され、パワー半導体素子を駆動するための駆動回路、所定の保護回路、及びコネクタピン１０２と上記駆動回路とを接続するためのコネクタ１０５が上面に実装されたプリント配線基板１０４と、ケース１０１の上面から突出するようにケース１０１の上面に固定された、樹脂製の複数のガイドピン１０３とを備えている。
【０００３】
ガイドピン１０３は、自動実装機を用いてプリント配線基板１０４とケース１０１との取り付けを行う際に、コネクタピン１０２をコネクタ１０５に位置決めして確実に接続するために利用されるものであり、コネクタピン１０２に並んでケース１０１に植設されている。プリント配線基板１０４には、プリント配線基板１０４の底面側からガイドピン１０３を挿通するための複数の貫通孔１０６が形成されている。また、プリント配線基板１０４及びコネクタ１０５には、プリント配線基板１０４の底面側からコネクタピン１０２を挿通するための複数の貫通孔１０７が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにガイドピン１０３は樹脂製であり、径が細くて強度も低い。一方、ケース１０１の材質には、高硬度のＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等が採用されている。また、ガイドピン１０３は、ケース１０１内にパワー半導体素子が搭載されるよりも前の段階で、ケース１０１の上面上に固定されている。従って、従来のパワーモジュールによると、ケース１０１の検査や梱包、あるいはケース１０１内にパワー半導体素子を組み込む半導体素子の組立工程、及びその後の製品試験や梱包等の取り扱いの際に、ガイドピン１０３に不測に物が当たってしばしば折損するという問題があった。このようなガイドピン１０３の折損は、ケース１０１やパワーモジュールの製品良品率を低下させる原因の一つとなっている。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するために成されたものであり、ガイドピンの折損を少なくすることにより、製品良品率を向上し得るパワーモジュールを得ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のうち請求項１に記載のパワーモジュールは、パワー半導体素子を内部に格納したケースと、パワー半導体素子に接続され、ケースの外面から突出したコネクタピンと、ケースの外面に対向して配置され、パワー半導体素子を駆動するための回路が形成された基板と、ケースの外面から突出し、コネクタピンを基板の所定の箇所に位置決めして接続するためのガイドピンとを備え、ケースは、ケース本体と、ケースの上面の一部を構成する、ケース本体から着脱自在な部材とを有し、ガイドピンは部材上に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明のうち請求項２に記載のパワーモジュールは、請求項１に記載のパワーモジュールであって、部材及びケース本体には、部材とケース本体との着脱の移動を案内するための案内構造と、案内構造を用いてケース本体に部材を取り付ける際に、部材を所定の位置で係止するための係止構造とがそれぞれ形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明のうち請求項３に記載のパワーモジュールは、パワー半導体素子を内部に格納したケースと、パワー半導体素子に接続され、ケースの外面から突出したコネクタピンと、ケースの外面に対向して配置され、パワー半導体素子を駆動するための回路が形成された基板と、ケースの外面から突出し、コネクタピンを基板の所定の箇所に位置決めして接続するためのガイドピンと、ガイドピンが固定され、スライド動作によって、ガイドピンをケース内に収納、あるいはガイドピンをケースの外面から突出させるスライド機構とを備えるものである。
【００１２】
また、この発明のうち請求項４に記載のパワーモジュールは、請求項３に記載のパワーモジュールであって、スライド機構には、コネクタピンも固定されていることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの構成を示す正面図である。図１に示すように本実施の形態１に係るパワーモジュールは、インバータ等のパワー半導体素子（図示しない）が内部に格納された樹脂製のケース１と、ボンディングワイヤ等の配線によってパワー半導体素子に接続され、上端部がケース１の上面から突出した、導電性の複数のコネクタピン２と、ケース１の上面に対向して配置され、パワー半導体素子を駆動するための駆動回路、所定の保護回路、及びコネクタピン２と上記駆動回路とを接続するためのコネクタ５が上面に実装されたプリント配線基板４と、ケース１の上面から突出するように配設された、樹脂製の複数のガイドピン３とを備えている。
【００１４】
複数（図１には６本のコネクタピン２のみを示している）のコネクタピン２は、ケース１の上面の一辺に沿って、一列に並んで配設されている。ガイドピン３は、自動実装機を用いてプリント配線基板４とケース１との取り付けを行う際に、コネクタピン２をコネクタ５に位置決めして確実に接続するために利用されるものである。ガイドピン３は、コネクタピン２の列に並んで、ケース１に着脱自在に取り付けられている。プリント配線基板４には、プリント配線基板４の底面側からガイドピン３を挿通するための複数の貫通孔６が形成されている。また、プリント配線基板４及びコネクタ５には、プリント配線基板４の底面側からコネクタピン２を挿通するための複数の貫通孔７が形成されている。
【００１５】
図２は、ガイドピン３の構造を具体的に示す断面図である。ガイドピン３は、独立の部品としてケース１とは別個に製作・用意されており、ガイドピン３の下部には、所定のネジ溝が刻まれたネジ部８が形成されている。また、ケース１の上面には、ネジ部８のネジ溝と螺合するネジ穴９が形成されている。ガイドピン３は、ケース１内にパワー半導体素子を搭載し、パワー半導体素子の検査工程が終了した後、最終的にケース１とプリント配線基板４とを組み立てる工程の直前に、ケース１のネジ穴９に螺着される。
【００１６】
また、図３は、図２に示したラインＸ１−Ｘ１に沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。ガイドピン３の内部には、ガイドピン３の長さ方向に沿って延びる、断面形状が六角形の空孔１０が形成されている。但し、空孔１０の断面形状は六角形に限らず、非円形の任意の形状であってもよい。図４は、ガイドピン３がケース１に取り付けられた状態を示す断面図である。空孔１０は、ガイドピン３のうち、少なくともネジ部８が形成されている部分の内部に形成されている。例えば、空孔１０をガイドピン３の全長に渡って形成し、貫通孔としてもよい。
【００１７】
このように本実施の形態１に係るパワーモジュールによれば、ガイドピン３にネジ部８を設けるとともにケース１にネジ穴９を設け、螺着によってガイドピン３とケース１とを着脱自在に取り付け可能な構造とした。従って、最終的にケース１とプリント配線基板４とを組み立てる工程の直前にガイドピン３をケース１に螺着することにより、ガイドピン３が折損する機会を少なくすることができる。また、ケース１への螺着後にガイドピン３が折損した場合であっても、ガイドピン３をケース１から取り外して、新たなガイドピン３に容易に交換することができる。
【００１８】
しかも、ガイドピン３の内部には非円形の空孔１０が形成されているため、たとえネジ穴９の内部でガイドピン３が折損した場合であっても、六角レンチ等の器具を用いて、ネジ穴９内に残っているガイドピン３を容易に取り出すことができる。
【００１９】
実施の形態２．
図５，６は、本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの構成を示す正面図である。但し、図面の簡略化のため、図１に示したプリント配線基板４の記載は省略している。ケース１には、ケース１の内部に配設され、左右方向に延びる棒状又は板状の支持部２２と、ケース１の側面に配設され、上下方向に沿って隙間２１ａが形成されたスライド溝２１と、スライド溝２１の隙間２１ａを介して支持部２２に繋がり、ケース１の外部側面に配設されたスライドスイッチ２０とを有するスライド機構を備えている。ガイドピン３は、ケース１の内部において、スライド機構の支持部２２に固定されている。図５では、２つのガイドピン３が支持部２２に固定されている。
【００２０】
図５は、スライドスイッチ２０を下げた状態を示しており、図６は、スライドスイッチ２０を上げた状態を示している。スライドスイッチ２０を下げた状態では、ガイドピン３はケース１内に収納されており、ガイドピン３はケース１の上面から突出していない。一方、スライドスイッチ２０を上げた状態では、ガイドピン３はケース１の上面から突出している。なお、ガイドピン３は、ケース１の上面から突出した状態（図６）でコネクタピン２の列に並ぶように、支持部２２の所定の箇所に固定されている。
【００２１】
このように本実施の形態３に係るパワーモジュールによれば、スライド機構を用いたスライド動作によって、ガイドピン３をケース１内に収納可能な構成とした。従って、最終的にケース１とプリント配線基板４とを組み立てる工程の直前にスライドスイッチ２０を上げて、ガイドピン３をケース１の上面から突出させることにより、ガイドピン３が折損する機会を少なくすることができる。
【００２２】
また、複数のガイドピン３が存在するタイプのパワーモジュールに関して、上記実施の形態１に係るパワーモジュールでは、複数のガイドピン３を１つずつケース１に螺着するという作業が繁雑であるのに対して、本実施の形態２に係るパワーモジュールによると、予め支持部２２に複数のガイドピン３を固定しておくことにより、スライドスイッチ２０を上げるという１回の動作によって、複数のガイドピン３をケース１の上面から簡易に突出させることができる。
【００２３】
なお、本実施の形態２に係るパワーモジュールにおいて、ガイドピン３とともにコネクタピン２も支持部２２に固定し、スライドスイッチ２０を下げた状態で、コネクタピン２がケース１内に収納される構成としてもよい。これにより、ガイドピン３と同様に、コネクタピン２が折損する機会をも少なくすることができる。但し、この場合は、コネクタピン２の上下移動に対して、コネクタピン２とパワー半導体素子との間の電気的接続を確実にとることができるよう工夫する必要がある。例えば、コネクタピン２とパワー半導体素子とを接続する配線の配線長を、スライドスイッチ２０を上げた状態で若干のたるみが生じる程度に、長く設定すればよい。
【００２４】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールに関して、ケース本体１ａに取り付けられる部材３０の構成を示す斜視図である。また、図８，９はそれぞれ、部材３０がケース本体１ａに取り付けられた状態を示す上面図及び正面図である。但し、図面の簡略化のため、図８，９においては図１に示したプリント配線基板４の記載は省略している。図８，９に示すように、ケース１は、ケース本体１ａと部材３０とによって構成されており、ケース１の上面は、ケース本体１ａの上面と部材３０の上面とによって構成されている。
【００２５】
図７に示すように、部材３０は、略「コ」の字形の上面形状を有する板状体であり、「コ」の字の上辺及び底辺に対応する部材３０の部分（以下「突出部」と称する）の側面には、帯状の突起構造３１がそれぞれ形成されている。ガイドピン３は、突出部における部材３０の上面上に形成されている。
【００２６】
図８，９に示すように、ケース本体１ａには、部材３０の形状に一致する抜き構造が形成されている。そして、図９に示すように、部材３０の突出部に対応するケース本体１ａの部分（以下「肩部」と称する）には、部材３０の突起構造３１に嵌合する帯状の溝構造３３が形成されている。突起構造３１を溝構造３３に嵌合させて、ケース本体１ａの正面側から部材３０をケース本体１ａ内にはめ込むことにより、ケース１が構成される。ガイドピン３は、部材３０がケース本体１ａ内に確実にはめ込まれた状態で、コネクタピン２の列に並ぶように、突出部における部材３０の上面上の所定の箇所に固定されている。
【００２７】
このように本実施の形態３に係るパワーモジュールによれば、ケース本体１ａから着脱自在な部材３０上にガイドピン３を設けることによって、ガイドピン３とケース本体１ａとを着脱自在に取り付け可能な構造とした。従って、最終的にケース１とプリント配線基板４とを組み立てる工程の直前に部材３０をケース本体１ａに取り付けることにより、ガイドピン３が折損する機会を少なくすることができる。また、部材３０をケース本体１ａに取り付けた後にガイドピン３が折損した場合であっても、部材３０をケース本体１ａから取り外して新たな部材３０に交換することにより、ガイドピン３を容易に交換することができる。
【００２８】
また、複数のガイドピン３が存在するタイプのパワーモジュールに関して、上記実施の形態１に係るパワーモジュールでは、複数のガイドピン３を１つずつケース１に螺着するという作業が繁雑であるのに対して、本実施の形態３に係るパワーモジュールによると、予め部材３０に複数のガイドピン３を固定しておくことにより、ケース本体１ａに部材３０を取り付けるという１回の動作によって、複数のガイドピン３をケース本体１ａに簡易に取り付けることができる。
【００２９】
図１０，１１はそれぞれ、本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの変形例に関して、部材３０の突出部の構造を示す上面図、及び部材３０がケース本体１ａに取り付けられた状態を示す上面図である。また、図１２は、図１１に示したラインＸ２−Ｘ２に沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。図１０を参照して、突起構造３１には、切り欠き部３２が部分的に形成されている。図１０に示した例では、切り欠き部３２は、突起構造３１の長手方向の中心箇所に形成されている。
【００３０】
図１１を参照して、ケース本体１ａの肩部には、部材３０がケース本体１ａ内に確実にはめ込まれた状態で切り欠き部３２に対応する箇所に、ケース本体１ａと部材３０との相対位置を規定しつつ両者を互いに固定するための係止構造３４が形成されている。図１１に示した例では、係止構造３４は、ケース本体１ａの肩部において、その長手方向の中心箇所に形成されている。
【００３１】
図１２を参照して、係止構造３４は、ケース本体１ａ内に配設されたコイルバネ４１と、ネジ止め等によってケース本体１ａに固定された、コイルバネ４１のストッパ４０と、切り欠き部３２の形状に嵌合する形状の頂部を有するピン（係止体）４２とを備えている。ピン４２の頂部４２は溝構造３３から若干突出しており、溝構造３３側方向からの頂部への加圧によって、ピン４２は、コイルばね４１を加圧しつつ、ストッパ４０の方向に移動する。図１２には、ピン４２の頂部への上記加圧がない状態の構造が示されている。
【００３２】
突起構造３１を溝構造３３に嵌合させて、ケース本体１ａの正面側から部材３０をケース本体１ａ内にはめ込む。すると、切り欠き部３２が形成されていない部分の突起構造３１による加圧によって、ピン４２はストッパ４０の方向へ押し込まれる。部材３０をケース本体１ａ内にさらにはめ込み、係止構造３４が形成されている箇所に切り欠き部３２が到達すると、コイルバネ４１による反発力によってピン４２が切り欠き部３２の方向へ押し戻される。これにより、ピン４２の頂部と切り欠き部３２とが係合し、両者が互いに固定される。なお、係止構造３４による係止を解除するためには、ケース本体１ａからストッパ４０を取り外せばよい。
【００３３】
なお、上記に示した突起構造３１、溝構造３３、切り欠き部３２、及び係止構造３４は一例であり、部材３０とケース本体１ａとの着脱の移動を案内するための案内構造と、案内構造を用いてケース本体１ａに部材３０を取り付ける際に、部材３０を所定の位置で係止するための係止構造とが、部材３０及びケース本体１ａにそれぞれ形成されていれば、どのような構造であってもよい。
【００３４】
このように本実施の形態３の変形例に係るパワーモジュールによれば、切り欠き部３２と係止構造３４との位置関係によって、ケース本体１ａと部材３０とを、その相対位置を規定しつつ互いに固定することができる。
【００３５】
【発明の効果】
この発明のうち請求項１に係るものによれば、最終的にケースと基板とを組み立てる工程の直前にガイドピンをケースに取り付けることにより、ガイドピンが折損する機会を少なくすることができる。また、ケースへの取り付け後にガイドピンが折損した場合であっても、ガイドピンをケースから取り外して、新たなガイドピンに容易に交換することができる。
【００３８】
また、ケース本体から着脱自在な部材上にガイドピンを設けることによって、ガイドピンとケース本体とを簡易に着脱自在とすることができる。
【００３９】
しかも、複数のガイドピンが存在するタイプのパワーモジュールに関して、予め部材に複数のガイドピンを固定しておくことにより、ケース本体に部材を取り付けるという１回の動作によって、複数のガイドピンをケース本体に簡易に取り付けることができる。
【００４０】
また、この発明のうち請求項２に係るものによれば、案内構造を用いてケース本体に部材を取り付ける際に、係止構造によって、部材とケース本体との相対位置を規定することができる。
【００４１】
また、この発明のうち請求項３に係るものによれば、最終的にケースと基板とを組み立てる工程の直前に、スライド機構によるスライド動作によってガイドピンをケースの外面から突出させることにより、ガイドピンが折損する機会を少なくすることができる。
【００４２】
また、この発明のうち請求項４に係るものによれば、ガイドピンとともにコネクタピンもケース内に収納できるため、コネクタピンが折損する機会をも少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの構成を示す正面図である。
【図２】ガイドピンの構造を具体的に示す断面図である。
【図３】図２に示したラインＸ１−Ｘ１に沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図４】ガイドピンがケースに取り付けられた状態を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの構成を示す正面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの構成を示す正面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールに関して、ケース本体に取り付けられる部材の構成を示す斜視図である。
【図８】部材がケース本体に取り付けられた状態を示す上面図である。
【図９】部材がケース本体に取り付けられた状態を示す正面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの変形例に関して、部材の突出部の構造を示す上面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの変形例に関して、部材がケース本体に取り付けられた状態を示す上面図である。
【図１２】図１１に示したラインＸ２−Ｘ２に沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図１３】従来のパワーモジュールの構造を示す正面図である。
【符号の説明】
１ケース、１ａケース本体、２コネクタピン、３ガイドピン、４プリント配線基板、８ネジ部、９ネジ穴、１０空孔、２０スライドスイッチ、２１スライド溝、２１ａ隙間、２２支持部、３０部材、３１突起構造、３３溝構造、３４係止構造。

Claims

パワー半導体素子を内部に格納したケースと、
前記パワー半導体素子に接続され、前記ケースの外面から突出したコネクタピンと、
前記ケースの前記外面に対向して配置され、前記パワー半導体素子を駆動するための回路が形成された基板と、
前記ケースの前記外面から突出し、前記コネクタピンを前記基板の所定の箇所に位置決めして接続するためのガイドピンと
を備え、
前記ケースは、ケース本体と、前記ケースの前記上面の一部を構成する、前記ケース本体から着脱自在な部材とを有し、
前記ガイドピンは前記部材上に形成されていることを特徴とするパワーモジュール。
前記部材及び前記ケース本体には、
前記部材と前記ケース本体との着脱の移動を案内するための案内構造と、
前記案内構造を用いて前記ケース本体に前記部材を取り付ける際に、前記部材を所定の位置で係止するための係止構造と
がそれぞれ形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のパワーモジュール。
パワー半導体素子を内部に格納したケースと、
前記パワー半導体素子に接続され、前記ケースの外面から突出したコネクタピンと、
前記ケースの前記外面に対向して配置され、前記パワー半導体素子を駆動するための回路が形成された基板と、
前記ケースの前記外面から突出し、前記コネクタピンを前記基板の所定の箇所に位置決めして接続するためのガイドピンと、
前記ガイドピンが固定され、スライド動作によって、前記ガイドピンを前記ケース内に収納、あるいは前記ガイドピンを前記ケースの前記外面から突出させるスライド機構と
を備えるパワーモジュール。
前記スライド機構には、前記コネクタピンも固定されていることを特徴とする、請求項３に記載のパワーモジュール。