JP4092071B2 - 半導体パワーモジュール - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パワーモジュール用外装ケース上での半導体パワーモジュールの電極端子と外部接続電極との接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に、従来知られる半導体パワーモジュール用外装ケース上での電極端子と外部接続電極である電極板との接続構造の一例を示す縦断面説明図である。半導体パワーモジュール用の外装ケース８２は、ケース外面側でその一端部が電極板９７と電気的に接続される電極端子８３と、電極端子８３及び電極板９７をケース上面側にて固定させるべく用いられる端子ナット８５とを具備するもので、これら電極端子８３及び端子ナット８５は、外装ケース８２をモールド成形する工程において、ケース本体に一体的にインサート成形される。インサート成形後、電極端子８３は、端子ナット８５を覆うようにして折曲げ加工される。電極端子８３には、その厚さ方向に沿ってボルト挿入孔８４が形成されており、電極端子８３が折曲げ加工された状態で、ボルト挿入孔８４の中心軸は、ケース外面側で固定された端子ナット８５の雌ネジ孔の中心軸と一致する。
【０００３】
電極板９７を接続するには、該電極板９７を、その厚さ方向に沿って形成されたボルト挿入孔９８の中心軸が上記端子ナット８５の雌ネジ孔及び電極端子８３側のボルト挿入孔８４の中心軸と一致するように、電極端子８３上に位置決めした状態で、締結用ボルト８９を、電極板９７及び電極端子８３を介して、端子ナット８５に締結させる。これにより、電極板９７及び電極端子８３は、電気的に接続されて、半導体パワーモジュールの内部で生じた電気信号が、電極端子８３を介して電極板９７へ導かれることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような外部接続電極の電極板９７との接続構造を備えた従来の半導体パワーモジュールでは、電極板９７を所定位置に保持した状態で、締結用ボルト８９を締結させる必要がある。これにより、半導体パワーモジュールに含まれる電極端子の数が多い場合、電極端子に対して電極板の位置決めが面倒な作業となる。特に、多数の半導体パワーモジュールを使用する場合、若しくは、半導体パワーモジュールが、電極端子に対して電極板を位置決めし難い位置にある場合には、作業時間が長くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、現状の半導体パワーモジュールをそのまま使用することができ、電極端子に対する外部接続電極の位置決めを容易化して、組立作業の効率化を実現し得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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、ケース内部に樹脂封止された電力用半導体素子からの電極取出し用に、その一端側で該半導体素子に接続された電極端子が、その他端側でケース外面に沿って露出され、該電極端子上に配置される外部接続用の電極と電気的に接続される接続構造を備えた半導体パワーモジュールにおいて、ケース外面側にネジ止め用の雌ネジ孔が設けられており、該雌ネジ孔に対して、両端側にネジ山が形成された雄ネジ部材が、上記電極端子を貫通して螺合されていることを特徴としたものである。
【０００７】
また、本願の第２の発明は、上記第１の発明において、ケース外面に、上記雌ネジ孔を有するナットが埋め込まれ、該ナットが上記電極端子の下面に固着されていることを特徴としたものである。
【０００８】
更に、本願の第３の発明は、上記第１の発明において、上記電極端子が、上記雌ネジ孔を有していることを特徴としたものである。
【０００９】
また、更に、本願の第４の発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか一において、上記雄ネジ部材が、両端側で異なる呼び径を有していることを特徴としたものである。
【００１０】
また、更に、本願の第５の発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか一において、上記雄ネジ部材が、両端側で捩込み方向が互いに逆向きであるネジ山を有していることを特徴としたものである。
【００１１】
また、更に、本願の第６の発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか一において、上記雄ネジ部材の途中部にて、少なくとも１つのナットが固着されていることを特徴としたものである。
【００１２】
また、更に、本願の第７の発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか一において、上記雄ネジ部材の途中部にて、ネジ山を有しない不連続部分が形成されていることを特徴としたものである。
【００１３】
また、更に、本願の第８の発明は、上記第１〜第７の発明のいずれか一において、上記雄ネジ部材が、上記雌ネジ孔に対し、複数の電極端子を貫通して螺合されていることを特徴としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモジュールの主要な構成を概略的に示す縦断面説明図である。この半導体パワーモジュール１０において、符号２１は、例えばセラミック基板からなる絶縁性基板をあらわすものであり、該絶縁性基板２１の上面には、複数の回路導体箔２３が形成されている。回路導体箔２３のうちの幾つかには、その上面上に電力用半導体素子２２が固着されており、電力用半導体素子２２の各電極と他の回路導体箔２３との間には、アルミ線２６が接続配線されている。また、絶縁性基板２１の下面には放熱板２７が固設されており、該放熱板２７は、電力用半導体素子２２が発する熱を外部へ放熱する。
【００１５】
上述した各部２１，２２，２３，２６，２７からなる能動体部を外装ケース２によって覆い、外装ケース２に設けられた注入窓１３よりシリコン樹脂及びエポキシ樹脂を外装ケース内に順次注入することによって、半導体パワーモジュール１０は樹脂封止される。
【００１６】
外装ケース２は、樹脂製のケースであり、ケース外面側でその一端部が外部接続電極である電極板７と電気的に接続される電極端子３と、電極端子３及び電極板７をケース上面側にて固定させるべく用いられる端子ナット５とを具備するもので、これら電極端子３及び端子ナット５は、外装ケース２をモールド成形する工程において、ケース本体に一体的にインサート成形される。電極端子３の一端部は、ケース上面側で、電極板７と電気的に接続される一方、その他端部は、電力用半導体素子２２が固着されていない回路導体箔２３（この実施の形態では左側の２つ）に接続される。なお、外装ケース２をモールド成形する工程は、半導体パワーモジュールの組立・樹脂封止工程の前工程にあたる。
【００１７】
図２に、半導体パワーモジュール１０用の外装ケース２上での電極端子３と外部接続電極である電極板７との接続構造を拡大して示す。外装ケース２は、連続した２段式の凹部、すなわち、ケース外面にて開口する、端子ナット５を挿入するための第１の凹部２ａと、該第１の凹部２ａの底面にて開口するように形成された第２の凹部２ｂを有する。このうち、第１の凹部２ａは、端子ナット５の外形形状と同一の形状及び寸法を有する。この実施の形態では、端子ナット５が六角ナットであるから、第１の凹部２ａは、その中心軸に垂直な断面が六角形状となる凹部形状を有し、その深さは端子ナット５の外側側面の長さ寸法に相等しくなるように設定されている。
【００１８】
他方、第２の凹部２ｂは、その中心軸が第１の凹部２ａの中心軸と一致するように形成された穴であり、その形状及び寸法は、締結用雄ネジ部材９を端子ナット５に螺合させた際に、雄ネジ部材９の下端部が端子ナット５の下面より突出可能となるように設定されている。
【００１９】
また、図２からよく分かるように、電極端子３は、それぞれ予めプレス機等により精度良く所定の形状に折曲げ加工された端子部３ａを有する。端子部３ａは、モールド成形後に外装ケース２の上面に沿って配設されるように、略直角をなして折り曲げられてなる。この端子部３ａの所定位置には、締結用雄ネジ部材９を挿通させるための挿通孔４が予め加工形成されている。端子部３ａが外装ケース２の上面に沿って配設された状態で、挿通孔４の中心軸は、端子ナット５のネジ孔（不図示）の中心軸と一致することになる。
【００２０】
半導体パワーモジュール１０では、電極を外部に取り出すために、すなわち、電極端子３を通じて送られる電気信号を外部に取り出すために、ケース外面上に露出した電極端子３に対して、外部接続電極である電極板７が電気的に接続される。この電極板７の先端近傍には、電極端子３と同様に、雄ネジ部材９を挿通させるための挿通孔８が予め加工形成されている。電極端子３と電極板７とを電気的に接続するに際し、図２に示すように、電極端子３上に電極板７が重ね合わさった状態で、ケース外面に対して両者が締結させられるが、この実施の形態では、かかる締結用の部材として、雄ネジ部材９及び固定ナット１１が用いられる。
【００２１】
雄ネジ部材９及び固定ナット１１を用いた締結作業では、まず、雄ネジ部材９を、電極端子３の挿通孔４内に挿通させつつ、ケース外面側の第１の凹部２ａ内に固定された端子ナット５に螺合させる。次に、電極端子３の上面から突出した雄ネジ部材９をその挿通孔８に挿通させるようにして、電極板７を配置する。その後、固定ナット１１を用い、ケース上面に対して電極端子３及び電極板７を締結させる。
【００２２】
このように、電極端子３及び電極板７をケース外面に対して締結させる締結用部材として、雄ネジ部材９及び固定ナット１１を用いる場合には、電極板７を、雄ネジ部材９をその挿通孔８に挿通させつつ配置することにより、電極板７の位置が自動的に決まるため、電極板７側の挿通孔８の中心軸が電極端子３側の挿通孔４の中心軸と一致するような電極板７の位置決めを容易に行なうことができる。また、この場合には、締結時に電極板７を所定位置に保持する必要もない。これにより、電極端子３及び電極板７をケース外面に対して締結させ、両者を電気的に接続させる作業に要する時間を短縮することができる。更に、この場合、現状の半導体パワーモジュールをそのまま使用することができ、コストを増大させることなく、上記のような効果を得ることができる。
【００２３】
なお、前述した実施の形態１では、電極端子３の一部（端子部３ａ）がケース上面に沿って延びるように折り曲げられて、ケース外面側で固定された端子ナット５を覆うのみであったが、これに限定されることなく、電極端子３の下面及び端子ナット５の上面を、例えば樹脂接着剤及び接着テープを用いて、互いに接合させてもよい。これにより、雄ネジ部材９を端子ナット５に螺合させるに際して、端子ナット５のがたつきを抑制することができる。
【００２４】
以下、本発明の他の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、上記実施の形態１における場合と同じものについては、同一の符号を付し、それ以上の説明を省略する。
【００２５】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。この実施の形態２では、電極端子３３の端子部３３ａにおいて、その厚さ方向に沿って雌ネジ孔３４が形成されている。この場合、雄ネジ部材９は、電極端子３３に直接に螺合させられるため、外装ケース３２に端子ナット５（図２参照）を埋め込む必要がなく、これにより、半導体パワーモジュールの組立に要する部品点数を減らすことができる。
【００２６】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。この実施の形態３では、外装ケース２の外面側に固定された端子ナット５に螺合させられる雄ネジ部材３９として、その長手方向における途中部で呼び径が変化するものが用いられる。すなわち、この雄ネジ部材３９は、端子ナット５の雌ネジに対応する小径部分３９ａと、該小径部分３９ａよりも大きな呼び径を有する大径部分３９ｂとから構成されている。この場合、大径部分３９ｂに螺合させられる固定ナットとしては、端子ナット５よりも大きなサイズのナットが用いられる。すなわち、この実施の形態３では、小径部分３９ａと大径部分３９ｂとでは、異なるサイズのナットが用いられる。
【００２７】
雄ネジ部材３９を取り付けるに際して、端子ナット５に小径部分３９ａを螺合させていくと、雄ネジ部材３９は、大径部分３９ｂの下端部が端子ナット５の上面に当接する位置で規制され、これにより、雄ネジ部材６９が外方へ突出する長さが規制される。その結果、外装ケース２に対する雄ネジ部材３９の位置決めが容易となり、半導体パワーモジュールの組立を一層効率的に行なうことが可能となる。
【００２８】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。この実施の形態４では、外装ケース２の外面側に固定された端子ナット５に螺合させられる雄ネジ部材４９として、その長手方向における途中部で、捩じ込み方向が逆になったものが用いられる。すなわち、この雄ネジ部材４９は、端子ナット５の雌ネジに対応する第１のネジ山部分４９ａと、該第１のネジ山部分４９ａに形成されたネジ山とは逆向きのネジ山が形成された第２のネジ山部分４９ｂとから構成されている。この場合、第２のネジ山部分４９ｂに螺合させられる固定ナットとしては、端子ナット５の雌ネジとは逆向きのネジ山を有するナットが用いられる。すなわち、この実施の形態４では、第１のネジ山部分４９ａと第２のネジ山部分４９ｂとでは、互いに逆向きのネジ山を有するナットが用いられる。
【００２９】
雄ネジ部材４９を取り付けるに際して、端子ナット５に第１のネジ山部分４９ａを螺合させていくと、雄ネジ部材４９は、端子ナット５の雌ネジの上端部に第２のネジ山部分４９ｂが差しかかる位置で規制され、これにより、雄ネジ部材６９が外方へ突出する長さが規制される。その結果、外装ケース２に対する雄ネジ部材６９の位置決めが容易となり、半導体パワーモジュールの組立を一層効率的に行なうことが可能となる。
【００３０】
実施の形態５．
また、図６は、本発明の実施の形態５に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。この実施の形態５では、外装ケース２の外面側に固定された端子ナット５に螺合させられる雄ネジ部材９の長手方向における途中部に、位置規制用ナット５９が取り付けられている。この場合、端子ナット５に雄ネジ部材９を螺合させていくと、雄ネジ部材９は、位置規制用ナット５９が端子ナット５の上面に当接する位置で規制され、これにより、雄ネジ部材５９が外方へ突出する長さが規制される。その結果、外装ケース２に対する雄ネジ部材５９の位置決めが容易となり、半導体パワーモジュールの組立を一層効率的に行なうことが可能となる。
【００３１】
実施の形態６．
更に、図７は、本発明の実施の形態６に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。この実施の形態６では、外装ケース２の外面側に固定された端子ナット５に螺合させられる雄ネジ部材９の長手方向における途中部に、ネジ山が形成されていない不連続部分６９が設けられている。この場合、雄ネジ部材９を端子ナット５に螺合させていくと、雄ネジ部材９は、端子ナット５の雌ネジの上端部に不連続部分６９が差しかかる位置で規制され、これにより、雄ネジ部材６９が外方へ突出する長さが規制される。その結果、外装ケース２に対する雄ネジ部材６９の位置決めが容易となり、半導体パワーモジュールの組立を一層効率的に行なうことが可能となる。
【００３２】
実施の形態７．
図８は、本発明の実施の形態７に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。この実施の形態７では、外装ケース７２上で、１枚の電極板７に対して複数の電極端子が電気的に接続される。すなわち、外装ケース７２の上面側に固定された端子ナット７上には、電極端子３（以下、第１の電極端子という）の端子部３ａが配設されるとともに、更に、別の電極端子（以下、第２の電極端子という）７３の端子部７３ａが配設される。第２の電極端子７３の端子部７３ａには、第１の電極端子３と同様に、雄ネジ部材９を挿通させるための挿通孔７４が形成され、第２の電極端子７３側の挿通孔７４の中心軸は、第１の電極端子３側の挿通孔４の中心軸に一致する。外装ケース７２に対して雄ネジ部材９を取り付けるに際し、雄ネジ部材９は２つの第１及び第２の電極端子３及び７３に形成された挿通孔４及び７４を挿通して、端子ナット５に螺合させられる。電極板７の配設以降の作業は、前述した実施の形態１の場合と同様である。このようにして、１枚の電極板７に対し２つの電極端子３，７３を電気的に接続することができる。
【００３３】
なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
本願の請求項１の発明によれば、ケース内部に樹脂封止された電力用半導体素子からの電極取出し用に、その一端側で該半導体素子に接続された電極端子が、その他端側でケース外面に沿って露出され、該電極端子上に配置される外部接続用の電極と電気的に接続される接続構造を備えた半導体パワーモジュールにおいて、ケース外面側にネジ止め用の雌ネジ孔が設けられており、該雌ネジ孔に対して、両端側にネジ山が形成された雄ネジ部材が、上記電極端子を貫通して螺合されているので、外部接続用の電極を、雄ネジ部材をその挿通孔に挿通させつつ配置することにより、外部接続用の電極の位置が自動的に決まり、外部接続用の電極の位置決めを容易に行なうことができる。これにより、電極端子及び外部接続用の電極をケース外面に対して締結させ、両者を電気的に接続させる作業に要する時間を短縮することができる。
【００３５】
また、本願の請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、ケース外面に、上記雌ネジ孔を有するナットが埋め込まれ、該ナットが上記電極端子の下面に固着されているので、雄ネジ部材をナットに螺合させるに際して、ナットのがたつきを抑制することができる。
【００３６】
更に、本願の請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、上記電極端子が、上記雌ネジ孔を有しているので、雄ネジ部材が、電極端子に直接に螺合させられ、ケースにナットを埋め込む必要がなく、これにより、半導体パワーモジュールの組立に要する部品点数を減らすことができる。
【００３７】
また、更に、本願の請求項４の発明によれば、請求項１〜３の発明のいずれか一において、上記雄ネジ部材が、両端側で異なる呼び径を有しているので、雄ネジ部材をナットに螺合させるに際して、雄ネジ部材が位置規制され、これにより、雄ネジ部材が外方へ突出する長さが規制される。その結果、ケースに対する雄ネジ部材の位置決めが容易となり、半導体パワーモジュールの組立を一層効率的に行なうことが可能となる。
【００３８】
また、更に、本願の請求項５の発明によれば、請求項１〜３の発明のいずれか一において、上記雄ネジ部材が、両端側で捩込み方向が互いに逆向きであるネジ山を有しているので、雄ネジ部材をナットに螺合させるに際して、雄ネジ部材が位置規制され、これにより、雄ネジ部材が外方へ突出する長さが規制される。その結果、ケースに対する雄ネジ部材の位置決めが容易となり、半導体パワーモジュールの組立を一層効率的に行なうことが可能となる。
【００３９】
また、更に、本願の請求項６の発明によれば、請求項１〜３の発明のいずれか一において、上記雄ネジ部材の途中部にて、少なくとも１つのナットが固着されているので、雄ネジ部材をナットに螺合させるに際して、雄ネジ部材が位置規制され、これにより、雄ネジ部材が外方へ突出する長さが規制される。その結果、ケースに対する雄ネジ部材の位置決めが容易となり、半導体パワーモジュールの組立を一層効率的に行なうことが可能となる。
【００４０】
また、更に、本願の請求項７の発明によれば、請求項１〜３の発明のいずれか一において、上記雄ネジ部材の途中部にて、ネジ山を有しない不連続部分が形成されているので、雄ネジ部材をナットに螺合させるに際して、雄ネジ部材が位置規制され、これにより、雄ネジ部材が外方へ突出する長さが規制される。その結果、ケースに対する雄ネジ部材の位置決めが容易となり、半導体パワーモジュールの組立を一層効率的に行なうことが可能となる。
【００４１】
また、更に、本願の請求項８の発明によれば、上記第１〜第７の発明のいずれか一において、上記雄ネジ部材が、上記雌ネジ孔に対し、複数の電極端子を貫通して螺合されているので、１つの外部接続用の電極に対し、複数の電極端子を電気的に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモジュールの主要構成を示す縦断面説明図である。
【図２】 上記半導体パワーモジュール用の外装ケース上での電極端子と外部接続電極との接続構造を拡大して示す縦断面説明図である。
【図３】 本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュール用外装ケース上での電極端子と外部接続電極との接続構造を拡大して示す縦断面説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態３に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。
【図５】 本発明の実施の形態４に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。
【図６】 本発明の実施の形態５に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。
【図７】 本発明の実施の形態６に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。
【図８】 本発明の実施の形態７に係る半導体パワーモジュール用外装ケース及びそれに取り付けられた雄ネジ部材を拡大して示す縦断面説明図である。
【図９】 従来の半導体パワーモジュールの電極構造を示す断面説明図である。
【符号の説明】
２ 外装ケース，３ 電極端子，５ 端子ナット，７ 電極板，９ 雄ネジ部材，１０ 半導体パワーモジュール，１１ 固定ナット，２２ 電力用半導体素子，３４ 電極端子の雌ネジ孔，３９ａ 雄ネジ部材の小径部分，３９ｂ 雄ネジ部材の大径部分，４９ａ 第１のネジ山部分，４９ｂ 第２のネジ山部分，５９ ナット，６９ 不連続部分，７３ 第２の電極端子

Claims (7)

  1. ケース内部に樹脂封止された電力用半導体素子からの電極取出し用に、その一端側で該半導体素子に接続された電極端子が、その他端側でケース外面に沿って露出され、該電極端子上に配置される外部接続用の電極と電気的に接続される接続構造を備えた半導体パワーモジュールにおいて、
    該ケース外面に、雌ネジ孔を有するナットが埋め込まれて、該電極端子の下面に固着されており、
    該雌ネジ孔に対して、両端側にネジ山が形成された雄ネジ部材が、該電極端子を貫通して螺合されていることを特徴とする半導体パワーモジュール。
  2. ケース内部に樹脂封止された電力用半導体素子からの電極取出し用に、その一端側で該半導体素子に接続された電極端子が、その他端側でケース外面に沿って露出され、該電極端子上に配置される外部接続用の電極と電気的に接続される接続構造を備えた半導体パワーモジュールにおいて、
    該電極端子が、その厚さ方向に雌ネジ孔を有し、かつ該ケース外面が、該雌ネジ孔の下に凹部を有しており、
    該雌ネジ孔に対して、両端側にネジ山が形成された雄ネジ部材が、該電極端子を貫通して螺合されていることを特徴とする半導体パワーモジュール。
  3. 上記雄ネジ部材は、上記ケース外面に埋め込まれた上記ナットと螺合する小径部分と、固定ナットと螺合する大径部分とを有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体パワーモジュール。
  4. 上記雄ネジ部材が、両端側で捩込み方向が互いに逆向きであるネジ山を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体パワーモジュール。
  5. 上記雄ネジ部材の途中部にて、少なくとも１つのナットが固着されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パワーモジュール。
  6. 上記雄ネジ部材の途中部にて、ネジ山を有しない不連続部分が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パワーモジュール。
  7. 上記雄ネジ部材が、上記雌ネジ孔に対し、複数の電極端子を貫通して螺合されている請求項１に記載の半導体パワーモジュール。
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