JP4766162B2 - パワーモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、ソリットステートリレーや電源などの特に大電力商品に組み込むパワーモジュールに関する。
この種のパワーモジュールは、セラミック等からなる絶縁基板と、該絶縁基板の一方の面に一面側が接合される金属板からなるヒートプレートと、前記絶縁基板の他方の面に接合する回路パターンを形成するパワーモジュール基板と、パワーモジュール基板の回路パターン上に配設するパワー半導体素子と、該パワー半導体素子に前記回路パターンを介して電気的に接続される外部接続端子とを、該外部接続端子の一端部及びヒートプレートの他方の面を表出させた状態で成形樹脂層を用いて封止することによって構成されている。
そして、この種の従来のパワーモジュールは、例えば、図１６に示すように、セラミック等の絶縁基板ａと、絶縁基板ａの一方の面に一面側が接合される金属板からなるヒートプレートｂと、絶縁基板ａの他方の面に接合し回路パターン（不図示）が形成されたパワーモジュール基板ｃとを有して構成している。
パワーモジュール基板ｃの回路パターン上には、パワー半導体素子ｄを配設するとともに、パワーモジュール基板ｃの基板面上には、パワー半導体素子ｄに電気的に接続すべく折曲形状を呈する一対の外部接続端子ｅ、ｆが設置されている。
そして、これら、絶縁基板ａ、ヒートプレートｂ、パワーモジュール基板ｃ、パワー半導体素子ｄ及び外部接続端子ｅ、ｆは、パワーモジュール半製品ｇを構成している。
パワーモジュール半製品ｇは、樹脂成形型である上側成形型ｈと下側成形型ｉとで形成するキャビティーｊ内にセットされて、キャビティーｊ内に溶融樹脂を封入して形成された成形樹脂層により、外部接続端子ｅ、ｆの一端側の外部表出側端部ｅ−１、ｆ−１及びヒートプレートｂの他面側をそれぞれ表出させた状態で封止して、製品としてのパワーモジュールとして構成することになる（特許文献１参照）。
パワーモジュール半製品ｇは、成形樹脂層で封止するためにキャビティーｊ内にセットする場合、外部接続端子ｅ、ｆの外部表出側端部ｅ−１、ｆ−１が図において水平方向に延在して成形樹脂層から表出していることを利用して外部表出側端部ｅ−１、ｆ−１に設けた位置決め孔ｅ−２、ｆ−２を下側成形型ｉに設けた位置決めピンｉ−１、ｉ−１にそれぞれ嵌合することによって、位置決めするようにしていた。
しかしながら、パワーモジュール半製品ｇを成形樹脂層により封止することによって製作された製品としてのパワーモジュールは、外部接続端子ｅ、ｆの外部表出側端部ｅ−１、ｆ−１が成形樹脂層から図において水平方向に大きく張り出した形状となっていることと相俟って、キャビティーｇ内において衝撃に対して弱い絶縁基板ａを保護する面から金属板製のヒートプレートｂを絶縁基板ａに比べて水平方向に大きく張出させて面積的に大きくする構成になっているために、外部接続端子ｅ−１、ｆ−１とヒートプレートｂとの絶縁距離が短くなり、絶縁性確保のために大型化させざるを得なかった。
そこで、本願出願人は、特許文献２に記載されているようなパワーモジュールを提案している。
すなわち、かかるパワーモジュールは、図１７に示すように、セラミック等の絶縁基板ａの一方の面に一面側が接合される金属板からなるヒートプレートｂと、絶縁基板ａの他方の面に接合し回路パターン（不図示）が形成されたパワーモジュール基板ｃとを有してを構成し、パワーモジュール基板ｃの回路パターン上に、パワー半導体素子ｄを配設するとともに、パワーモジュール基板ｃの基板面上には、パワー半導体素子ｄに電気的に接続する一対の外部接続端子ｅ、ｆが設置されて、パワーモジュール半製品ｇを構成している点、上記した特許文献１と同様にであるが、外部接続端子ｅ、ｆは、直状形状に形成されて、パワーモジュール基板ｃの基板面に対して交差する方向に起立設置すると共に、ヒートプレートｂが絶縁基板ａを面積的に小さくなるようにしていた。なお、ｍは、一方のパワーモジュール基板ｃとパワー半導体素子ｄとを電気的に接続するボンディング体である。
かかる構成を有するパワーモジュールは、外部接続端子ｅ、ｆとヒートプレートｂとの絶縁距離が十分確保されることになると共に、製品としてのパワーモジュール自体のサイズの極小化という世の中の要請に答えることができる製品を提供できるものである。
特開２００７−１６５５８８号公報 特開２００９−５９８１２号公報
しかしながら、図７に示すパワーモジュールは、パワーモジュール半製品ｇを成形樹脂層にて封止するために、パワーモジュール半製品ｇを上側成形型ｈ及び下側成形型ｉが形成するキャビティーｊ内にセットする場合、絶縁基板ａが突出しているとはいえども、かかる突出部分を位置決め部位にすることはできない。なぜならば、絶縁基板ａは衝撃に対して非常に脆弱であることから、たとえば下側成形型ｉに当接させただけで亀裂や破壊等損壊してしまい、パワーモジュール半製品ｇのキャビティーｊ内での位置決めとして使用することはできない。
かかることから、従来の技術は、ヒートプレートｂを絶縁基板ａに対して面積的に小さくすることによってパワーモジュール半製品ｇの極小化、延いては製品としてのパワーモジュール自体の極小化の要請に答えるために、実用化するに当たっての課題が残っている。
そこで、本発明は、パワーモジュール半製品を構成するヒートプレートを絶縁基板より面積的に小さくしても、成形時の絶縁基板の亀裂や破壊による損傷を防止することができると共に、製品としてのパワーモジュールの極小化の要請に十分答え得る実用化製品の提供を可能にするものである。
本発明に係るパワーモジュールは、セラミック等の絶縁基板の一方の面に一面側が接合される金属板からなるヒートプレートと、前記絶縁基板の他方の面に接合し回路パターンが形成されたパワーモジュール基板とで積層基板体を構成しており、前記パワーモジュール基板の回路パターン上にパワー半導体素子を配設すると共に、該パワー半導体素子に電気的に導通する少なくとも一対の直状形状の外部接続端子を、前記パワーモジュール基板の基板面に対して交差する方向に起立設置してパワーモジュール半製品を構成し、且つ、該パワーモジュール半製品を、前記両外部接続端子における一端側の外部表出側端部及び前記ヒートプレートの他面側をそれぞれ表出させた状態で、成形樹脂層により封止して構成しており、前記積層基板体に位置決め孔を形成したことを特徴とするものである。
本発明によれば、パワーモジュール半製品は、たとえ絶縁基板に対してヒートプレートを面積的に小さい形状にしたとしても、成形型のキャビティー内にセットする場合に、積層基板に設けた位置決め孔を成形型側の位置決めピンに挿入することにより、常にキャビティー内において正規の位置に短時間でセットすることができ、パワーモジュール半製品を構成するヒートプレートを絶縁基板より面積的に小さくしても、成形時の絶縁基板の亀裂や破壊による損傷を防止することができると共に、極小化を実現できることになり、延いては製品としてのパワーモジュール自体の極小化の要請に十分答え得る実用化製品を提供することが可能にするものである。
そして、上記発明の一つの実施の形態においては、前記位置決め孔が、前記積層基板体に一対形成されている。
かかる構成により、たとえ位置決め孔が加工しやすい円孔形状にしても、キャビティー内にセットされたパワーモジュール半製品は、キャビティー内において正規の位置にセットされ、しかもセット後に不用意に回転等移動することがない。
また、上記発明の他の一つの実施の形態として、前記一対の位置決め孔が、前記パワーモジュール半製品の重心線に対して互いに対称位置にそれぞれ配置形成されている。
かかる構成により、パワーモジュール半製品は、キャビティー内へのセット後に重力分布の不均衡によるガタつきを起こすことなく、キャビティー内において常に安定したセット状態を保持することができる。
また、上記発明の他の一つの実施の形態として、前記位置決め孔が、前記積層基板体を構成するヒートプレートに形成されている。
かかる構成により、ヒートプレートに形成した位置決め孔に成形型側の位置決めピンを挿入することにより、キャビティー内にセットされたパワーモジュール半製品は、キャビティー内において正規の位置にセットされ、しかもセット後に不用意に回転等移動することはない。
また、上記発明の他の一つの実施の形態として、前記位置決め孔が、前記積層基板体を構成する前記パワーモジュール基板に形成されている。
かかる構成により、パワーモジュール基板に形成した位置決め孔に成形型側の位置決めピンを挿入することによりキャビティー内にセットされたパワーモジュール半製品は、キャビティー内において正規の位置にセットされ、しかもセット後に不用意に回転等移動することがなく、更には、パワーモジュール基板は、ヒートプレートに比較して肉厚に形成することができることから、位置決めピンの位置決め孔における接触面積を大きく確保することができ、パワーモジュール半製品のキャビティー内における位置決めをさらに安定したものにすることができる。
また、上記発明の他の一つの実施の形態として、前記パワーモジュール基板に形成した前記位置決め孔が、前記パワーモジュール基板の前記基板面に突出形成した筒状体により構成されている。
かかる構成により、パワーモジュール基板に形成した位置決め孔に成形型側の位置決めピンを挿入することにより、キャビティー内にセットされたパワーモジュール半製品は、キャビティー内において正規の位置にセットされ、しかもセット後に不用意に回転等移動してしまうことがなく、更には、筒状体から構成された位置決め孔は、パワーモジュール基板上に突出形成していることから、パワーモジュール基板上に他の部位に比して比較的肉厚に形成される成形樹脂層内に最終的に突出して包み込まれてしまうことから、パワーモジュール半製品延いては製品としてのパワーモジュール自体の極小化に対して何等弊害を及ぼすことはなく、しかも、比較的長く形成することができることから、位置決めピンの位置決め孔における接触面積を大きく確保することができ、パワーモジュール半製品のキャビティー内における位置決めをさらに安定したものにすることができる。
また、上記発明の他の一つの実施の形態として、前記位置決め孔が、前記外部接続端子における前記外部表出側端部と前記成形樹脂層によって封止される基板接続側端部との境界部に設置されて前記積層基板体を構成する補助樹脂基板に形成されている。
かかる構成により、補助樹脂基板に形成した位置決め孔に成形型側の位置決めピンを挿入することにより、キャビティー内にセットされたパワーモジュール半製品は、キャビティー内において正規の位置にセットされ、しかもセット後に不用意に移動してしまうことがなく、更には、補助樹脂基板は、パワーモジュール基板上に位置して成形樹脂層の比較的肉厚に形成する部分に包み込まれていることから、パワーモジュール半製品延いては製品としてのパワーモジュール自体の極小化に対して何等弊害を及ぼすことがなく、更には、位置決め孔を比較的長く形成することができることから、位置決めピンの位置決め孔における接触面積を大きく確保することができ、パワーモジュール半製品のキャビティー内における位置決めをさらに安定したものにすることができる。
また、上記発明の他の一つの実施の形態として、前記成形樹脂層が、前記位置決め孔に挿入された位置決めピンにより形成された有底孔を有しており、該有底孔の内壁面にはアンダーカット部が形成されている。
かかる構成により、キャビティー内でパワーモジュール半製品を成形樹脂層により封止した後、完成した製品としてのパワーモジュールを離型するために、例えば、下側成形型に対して上側成形型を移動させた際に、製品としてのパワーモジュールは、有底孔のアンダーカット部に引っ掛かっていることになって確実に下側成形型内に留まらせることができる。かかる点から、離型のためのエジェクト機構は、下側成形型側のみに設置すればよく、上型側成形型に別に設置する必要なくなって、成形型自体の製作コストを低減することができる。
上記のように構成する本発明において、パワーモジュール半製品は、成形型のキャビティー内にセットする場合に、積層基板に設けた位置決め孔を成形型側の位置決めピンに挿入することにより、常にキャビティー内において正規の位置にセットされることになって、パワーモジュール半製品を構成するヒートプレートを絶縁基板より面積的に小さくしても、成形時の絶縁基板の亀裂や破壊による損傷を防止することができると共に、極小化を実現できることになり、延いては製品としてのパワーモジュール自体の極小化の要請に十分答え得る実用化製品の提供を可能にすることができる。
本発明に係る実施例１を採用したパワーモジュールを、ヒートプレート側を上側にして描画した斜視図からである。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１に示すパワーモジュールを、ヒートプレート側から描画した平面図である。 図１に示す実施例１に係るパワーモジュール半製品を成形型のキャビティー内にセットした状態を描画した縦断面図である。 本発明に係る実施例２を採用したパワーモジュールを、突出する外部接続端子側から描画した斜視図からである。 図４のＢ−Ｂ断面図である。 図４に示すパワーモジュールを、突出する外部接続端子側から描画した平面図である。 本発明の実施例２の変形例を採用したパワーモジュールの図６と同様の断面図である。 本発明に係る実施例３を採用したパワーモジュールの図６と同様の断面図である。 図９に示す実施例３に係るパワーモジュール半製品を成形型のキャビティー内にセットした状態を描画した縦断面図である。 本発明に係る実施例３の第１変形例に係るパワーモジュール半製品を成形型のキャビティー内にセットした状態を描画した縦断面図である。 図１１に示すパワーモジュール半製品をセットした状態における成形型のキャビティー内に溶融樹脂を封入して成形樹脂層を成形した状態を描画した要部断面図である。 本発明に係る実施例３の第２変形例に係る製品としてのパワーモジュールの要部のみを描画した縦断面図である。 本発明に係る実施例３の第３変形例に係る製品としてのパワーモジュールの要部のみを描画した縦断面図である。 本発明に係る実施例３の第４変形例に係る製品としてのパワーモジュールの要部のみを描画した縦断面図である。 従来の一の技術に係るパワーモジュールを構成するパワーモジュール半製品を成形型のキャビティー内にセットした状態を描画した縦断面図である。 従来の他の技術に係るパワーモジュールを構成するパワーモジュール半製品を成形型のキャビティー内にセットした状態を描画した縦断面図である。
本発明は、ヒートプレートを絶縁基板より小さくしてパワーモジュール半製品の極小化、延いては製品としてのパワーモジュール自体の極小化を果たし得ると共に、成形樹脂層の成形に当たって絶縁基板の亀裂や破壊による損傷を防止することができるパワーモジュールを提供するものである。
次に、本発明に係る実施例１について、図１乃至図４を用いて説明する。
本発明の実施例１に係るパワーモジュールＺは、図２に明確に示すように、セラミック等の絶縁基板１と、絶縁基板１の一方の面に一面側が接合される金属板からなるヒートプレート２と、絶縁基板１の他方の面に接合する回路パターンが形成されたパワーモジュール基板３とを有しており、ヒートプレート２およびパワーモジュール基板３とは積層基板体Ｘを構成している。
そして、パワーモジュール基板３は、互いに電気的に切断された第１の基板部３−１と第２の基板部３−２とで構成しており、第１の基板部３−１に形成された回路パターン（不図示）にパワー半導体４を配設すると共に、パワー半導体素子４と第２の基板部３−２に形成された回路パターン（不図示）とはボンディング体３−３を介して電気的に接続している。
さらに、第１の基板部３−１および第２の基板部３−２の各基板面にそれぞれ直状に形成されている外部接続端子５、６の一端部側である基板接続側端部５ａ、６ａが起立設置されている。
かくして、一方の外部接続端子５、第１の基板部３−１の回路パターン、パワー半導体素子４、ボンディング体３−３、第２の基板部３−２、そして、他方の外部接続端子６が電気的に接続されて、パワーモジュール半製品Ｙ（図４参照）を構成することになる。
パワーモジュール半製品Ｙは、外部接続端子５、６の他端側の外部表出側端部５ｂ、６ｂ及びヒートプレート２の他面側をそれぞれ表出させた状態で、成形樹脂層７により封止されて、製品としてのパワーモジュールＺを構成することになる。
かかるパワーモジュールＺは、図３に示すように平面視矩形状を呈しており、且つ、直状形状に形成した外部接続端子５、６の外部表出側端部５ｂ、６ｂを成形樹脂層７におけるヒートプレート２とは反対側の面から表出させると共に、ヒートプレート２を絶縁基板１に対して面積的に小さく形成されていて、外部接続端子５、６とヒートプレート２との絶縁距離を十分確保されるようにすると同時に、製品サイズの極小化という世の中の要請に答えている。
さらに、ヒートプレート２の他面側には、図３に示すパワーモジュール半製品Ｙの長手方向の重心線イ（或いは短手方向の重心線）に対して互いに対象位置に存するように、一対の丸孔状の位置決め孔８、８が形成されている。位置決め孔８、８は、絶縁基板１側が細径となるテーパー孔に形成されている。
パワーモジュール半製品Ｙは、図４に示すように、上側成形型１１と下側成形型１２とが型締め状態において形成されたキャビティー１３内にセットした状態においてキャビティー１３内に溶融樹脂を封入することにより、成形樹脂層７が施される。
パワーモジュール半製品Ｙに成形樹脂層７を施すに当たって、パワーモジュール半製品Ｙは、キャビティー１３内においてヒートプレート２を下側成形型１２側に向けることになり、この際、位置決め孔８、８に下側成形型１２に一体または別体に突出形成した位置決めピン１４を嵌合させて、キャビティー１３内の所定位置にセットされることになる。かかる状態において、外部接続端子５、６の外部表出側端部５ｂ、６ｂは、上側成形型１１に設けた逃げ孔１１ａ内に嵌合するようになっている。
かかる状態から、キャビティー１３内に溶融樹脂を封入し、成形樹脂層７を形成することになる。その後、下側成形型１２に対して上側成形型１１を上方に移動させて型開きを行い、下側成形型１２に残された製品として完成した図１に示すパワーモジュールＺを取り出すことになる。
したがって、本発明に係る第１の実施例においては、成形樹脂層７を成形するに際して、パワーモジュール半製品Ｙは、上側成形型１１および下側成形型１２が形成するキャビティー１３内にセットする場合に、積層基板体Ｘを構成するヒートプレート２に設けた位置決め孔８、８に下側成形型１２側に設けた位置決めピン１４をそれぞれ挿入することにより、常にキャビティー１３内において正規の位置に短時間でセットすることができ、ヒートプレート２を絶縁基板１より面積的に小さくしても、成形樹脂層７を成形するに当たって例えば下側成形型１２に絶縁基板１が接触当接することを無くして、絶縁基板１の亀裂や破壊による損傷を防止することができると共に、極小化の実用化を果たすことになり、延いてはパワーモジュール自体の極小化した実用化製品を提供することができる。
また、位置決め孔８、８は、ヒートプレート２に一対形成されていることから、たとえ加工しやすい円孔形状にしたとしても、キャビティー１３内にセットされたパワーモジュール半製品Ｙを正規の位置に確実にセットすることができ、しかもセット後に不用意に回転等移動することがない。
さらに、一対の位置決め孔８、８は、パワーモジュール半製品の重心線に対して互いに対象位置にそれぞれ配置形成されていることから、パワーモジュール半製品Ｙがキャビティー内へのセット後に重力分布の不均衡によるガタツキを起こすことはなく、常に安定したセット状態で保持されることになる。
次に、図５乃至図７を用いて、本発明に係る実施例２について説明する。
本発明の実施例２に係るパワーモジュールＺは、実施例１と同様に、図６に明確に示すように、セラミック等の絶縁基板１と、絶縁基板１の一方の面に一面側が接合される金属板からなるヒートプレート２と、絶縁基板１の他方の面に接合する回路パターンが形成されたパワーモジュール基板３とを有して構成しており、ヒートプレート２とパワーモジュール基板３とで積層基板体Ｘが構成されている。
そして、パワーモジュール基板３は、互いに電気的に切断された第１の基板部３−１とのの基板部３−２とで構成しており、第１の基板部３−１に形成された回路パターン（不図示）にパワー半導体素子４を配設するとともに、パワー半導体素子４と第２の基板部に形成された回路パターン（不図示）とはボンディング体３−３を介して電気的に接続している。
さらに、第１の基板部３−１および第２の基板部３−２の各基板面にそれぞれ直状に形成されている外部接続端子５、６の一端部側である基板接続側端部５ａ、６ａが起立設置されている。
かくて、一方の外部接続端子５、第１の基板部３−１の回路パターン、パワー半導体素子４、ボンディング体３−３、第２の基板部３−２、そして、他方の外部接続端子６が電気的に接続されて、パワーモジュール半製品Ｙが構成されることになる。
パワーモジュール半製品Ｙは、パワーモジュール基板３の第１の基板部３−１および第２の基板部３−２に不図示の成形型の位置決めピンが嵌合する位置決め孔８、８をそれぞれ形成することによって、成形型のキャビティー内にセットされた状態で位置決め孔８、８に成形型側の位置決めピンを挿入して位置決めして、外部接続端子５、６の他端側の外部表出側端部５ｂ、６ｂ及びヒートプレート２の他面側をそれぞれ表出させた状態で、成形樹脂層７により封止されて、製品としてのパワーモジュールＺを構成することになる。
かかる製品としてのパワーモジュールＺは、図７に示すように平面視矩形状を呈しており、且つ、外部接続端子５、６を直状形状に構成して、外部表出側端部５ｂ、６ｂを成形樹脂層７におけるヒートプレート２とは反対側の面から表出させると共に、ヒートプレート２を絶縁基板１に対して面積的に小さく形成されていて、外部接続端子５、６とヒートプレート２との絶縁距離を十分確保することができると同時に、製品サイズの極小化という世の中の要請に答えている。
パワーモジュール基板３の第１の基板部３−１および第２の基板部３−２にそれぞれ形成した位置決め孔８、８は、第１の実施例と同様に、パワーモジュール半製品Ｙの長手方向の重心線（或いは短手方向の重心線）に対して互いに対象位置に存するように、形成されている。
パワーモジュール半製品Ｙは、図示しないが実施例１と同様に、上側成形型および下側成形型が型締め状態において形成したキャビティー内にセットした状態においてキャビティー内に溶融樹脂を封入することにより、成形樹脂層７が施される。
パワーモジュール半製品Ｙに成形樹脂層７を施すに当たって、パワーモジュール半製品Ｙは、例えば位置決めピンを下側成形型側に形成した場合には、外部接続端子５、６の外部表出側端部５ｂ、６ａを下側成形型側に向けることになり、この際、位置決め孔８、８に下側成形型に一体または別体に突出形成した位置決めピン（不図示）を嵌合させて、キャビティー内の所定位置にセットすることになる。
かかる位置決めピンが位置決め孔８、８に嵌合した状態で、成形樹脂層７が成形されることから、成形樹脂層７には、位置決めピンによって穿設された位置決め孔８に連通する貫通孔７ａが形成されることになる。そして、位置決め孔８、８およびこれに連接する貫通孔７ａは、絶縁基板１側が細径となるテーパー孔に形成されている。
このように構成する本発明に係る実施例２においては、成形樹脂層７を成形するに際して、パワーモジュール半製品Ｙは、キャビティー内にセットされる場合に、積層基板体Ｘを構成するパワーモジュール基板３に設けた位置決め孔８、８に成形型側の位置決めピンを挿入することにより、常にキャビティー１３内において正規の位置に短時間でセットすることができ、ヒートプレート２を絶縁基板１より面積的に小さくしても、成形樹脂層７を成形するに当たって、絶縁基板１が成形型に接触当接することをなくして、絶縁基板１の亀裂や破壊による損傷を防止することができると共に、極小化の実用化を果たすことになり、延いては製品としてのパワーモジュールＺ自体の極小化した実用化製品を提供することができる。
また、位置決め孔８、８は、絶縁基板１にそれぞれ接合固定されたパワーモジュール基板３の第１の基板部３−１および第２の基板部３−２に一対形成されていることから、たとえ加工しやすい円孔形状にしたとしても、キャビティー内にセットされたパワーモジュール半製品Ｙを正規の位置に確実にセットすることができ、しかもセット後に不用意に回転等移動することがない。
さらに、一対の位置決め孔８、８は、パワーモジュール半製品Ｙの重心線に対して互いに対象位置にそれぞれ配置形成されていることから、パワーモジュール半製品Ｙがキャビティー内へのセット後に重力分布の不均衡によるガタツキを起こすことはなく、常に安定したセット状態で保持されることになる。
さらにまた、パワーモジュール半製品Ｙを成形型のキャビティー内にセットする場合、位置決め孔８、８が成形型のうち下側成形型に設けた位置決めピンに嵌合するようにしたことにより、作業者は、位置決め孔８、８と位置決めピンとの嵌合作業を目視しながら、パワーモジュール半製品Ｙのセット作業が可能となって、セットの確実性と共にセット時間の大巾短縮が期待できる。
図８は、上記実施例２における変形例を示している。
かかる図８に示す変形例によれば、パワーモジュール基板３に形成する位置決め孔８、８は、パワーモジュール基板３の基板面に突出形成した筒状体により構成している点が前記実施例２とは異なる構成を採っている。
かかる構成により、筒状体により構成した位置決め孔８、８は、パワーモジュール基板３上に突出形成したとしても、成形樹脂層７がパワーモジュール基板３上において他の部位に比して比較的厚く形成されていることから最終的には成形樹脂層７内に突出し完全に包み込まれてしまうことから、パワーモジュール半製品Ｙ延いては製品としてのパワーモジュールＺ自体の極小化に対して何等弊害を及ぼすことはなく、しかも、比較的長く形成することができることから、位置決めピンの位置決め孔における接触面積を大きく確保することができ、パワーモジュール半製品Ｙのキャビティー内における位置決めをさらに安定したものにすることができる。
次に、本発明に係る実施例３について、図９および図１０を用いて説明する。
本発明の実施例３に係るパワーモジュールＺは、上記実施例と同様に、図９に明確に示すように、セラミック等の絶縁基板１と、絶縁基板１の一方の面に一面側が接合される金属板からなるヒートプレート２と、絶縁基板１の他方の面に接合する回路パターンが形成されたパワーモジュール基板３とを有しており、ヒートプレート２およびパワーモジュール基板３が積層基板体Ｘを構成している。
そして、パワーモジュール基板３は、互いに電気的に切断された第１の基板部３−１と第２の基板部３−２とで構成しており、第１の基板部３−１に形成された回路パターン（不図示）にパワー半導体素子４を配設すると共に、パワー半導体素子４と第２の基板部３−２に形成された回路パターン（不図示）とはボンディング体３−３を介して電気的に接続している。
さらに、第１の基板部３−１および第２の基板部３−２の各基板面にそれぞれ直状に形成されている外部接続端子５、６の一端部側である基板接続側端部５ａ、６ａが起立設置されている。
かくして、一方の外部接続端子５、第１の基板部３−１の回路パターン、パワー半導体素子４、ボンディング体３−３、第２の基板部３−２、そして、他方の外部接続端子６が電気的に接続されて、パワーモジュール半製品Ｙ（図１０参照）を構成することになる。
そして、本実施例３は、外部接続端子５、６における基板接続側端部５ａ、６ａと外部表出側端部５ｂ、６ｂとの境界部にやはり積層基板体Ｘを構成する平面視矩形状を呈した補助樹脂基板９が設置されており、補助樹脂基板９に位置決め孔８、８を形成するようにした点特徴としている。
また、位置決め孔８、８は、補助樹脂基板９におけるパワーモジュール半製品Ｙの長手方向重心線（或いは短手方向重心線）に対して互いに対象の位置に配置されていると共に、パワーモジュール基板３側に細径となるテーパー孔に形成されている。
パワーモジュール半製品Ｙは、外部接続端子５、６の他端側の外部表出側端部５ｂ、６ｂ及びヒートプレート２の他面側をそれぞれ表出させた状態で、成形樹脂層７により封止されて、製品としてのパワーモジュールＺを構成することになる。
かかるパワーモジュールＺは、外部接続端子５、６を直状形状に構成して、外部表出側端部５ｂ、６ｂを成形樹脂層７におけるヒートプレート２とは反対側の面から表出させると共に、ヒートプレート２を絶縁基板１に対して面積的に小さく形成されていて、外部接続端子５、６とヒートプレート２との絶縁距離を十分確保されるようにすると同時に、製品サイズの極小化した実用化製品を提供することができる。
パワーモジュール半製品Ｙは、図１０に示すように、上側成形型１１と下側成形型１２とが型締め状態において形成されたキャビティー１３内セットした状態においてキャビティー１３内に溶融樹脂を封入することにより、成形樹脂層７が施される。
パワーモジュール半製品Ｙに成形樹脂層７を施すに当たって、パワーモジュール半製品Ｙは、キャビティー１３内においてヒートプレート２を下側成形型１２側に向けることになり、この際、位置決め孔８、８に下側成形型１２に一体に突出形成した位置決めピン１４を嵌合させて、キャビティー１３内の所定位置にセットすることになる。この時、位置決めピン１４は、位置決め孔８、８を貫通してキャビティー１３内に突出するようになっている。
また、外部接続端子５、６の外部表出側端部５ｂ、６ｂは、図１０に示すように、下側成形型１２に設けた逃げ孔１２ａ内に隙間をもって嵌合するようになっている。かかる隙間が形成されたとしても、成形樹脂層７は、補助樹脂基板９が逃げ孔１２ａを閉塞しているので、外部接続端子５、６の外部表出側端部５ｂ、６ｂ側を被覆することはなく、また、成形樹脂層７には、位置決め孔８、８よりキャビティー１３側に突出した位置決めピンによって、位置決め孔８、８に連設するテーパー状の有底孔７ｂが形成されることになる。
かかる状態から、キャビティー１３内に溶融樹脂を封入し、成形樹脂層７を形成することになる。その後、下側成形型１２に対して上側成形型１１を上方に移動させて型開きを行い、下側成形型１２に残された製品として完成した図９に示すパワーモジュールＺを取り出すことになる。
したがって、本発明に係る実施例３においては、成形樹脂層７を成形するに際して、パワーモジュール半製品Ｙは、上側成形型１１および下側成形型１２が形成するキャビティー１３内にセットする場合に、積層基板体Ｘを構成する補助樹脂基板９に設けた位置決め孔８、８に下側成形型１２側に設けた位置決めピン１４をそれぞれ挿入することにより、常にキャビティー１３内において正規の位置に短時間でセットすることができ、ヒートプレート２を絶縁基板１より面積的に小さくしても、成形樹脂層７を成形するに当たって例えば下側成形型１２に絶縁基板１が接触当接することを無くして、絶縁基板１の亀裂や破壊による損傷を防止することができると共に、極小化の実用化を果たすことになり、延いては製品としてのパワーモジュール自体の極小化した実用化製品を提供することができる。
また、位置決め孔８、８は、補助樹脂基板９に一対形成されていることから、たとえ加工しやすい円孔形状にしたとしても、キャビティー１３内にセットされたパワーモジュール半製品Ｙを正規の位置に確実にセットすることができ、しかもセット後に不用意に回転等移動することがない。
さらに、一対の位置決め孔８、８は、パワーモジュール半製品Ｙの重心線に対して互いに対象位置にそれぞれ配置形成されていることから、パワーモジュール半製品Ｙがキャビティー１３内へのセット後に重力分布の不均衡によるガタツキを起こすことはなく、常にキャビティー１３内において安定したセット状態で保持されることになる。
さらにまた、パワーモジュール半製品Ｙをキャビティー１３にセットする場合、位置決め孔８、８が下側成形型１２側に設けた位置決めピン１４、１４にそれぞれ嵌合するようにしたことにより、作業者は、位置決め孔８、８と位置決めピン１４、１４との嵌合作業を目視しながら、パワーモジュール半製品Ｙのセット作業が可能となって、セット位置の確実性と共にセット時間の大巾短縮が期待できる。
次に、上記実施例３の変形例について、図１１乃至図１５を用いて説明する。
先ず、実施例３における第１変形例について、図１１および図１２を用いて説明する。
かかる第１変形例においては、位置決めピン１４は、その中途部にパワーモジュール基板３側に徐々に細くなる括れ部を設けることによって略断面三角形状の突起部１４ａが設けられていると共に、一端部にネジ軸１４ｂを一体に形成して下側成形型１２に取外し可能に設置した点を特徴としている。
かかる構成により、図１２に示すように、成形樹脂層７は、補助樹脂基板９の位置決め孔８と位置決めピンとの間に形成される隙間内にも侵入形成されると共に、位置決めピン１４によって形成された有底孔７ｂが形成され、有底孔７ｂの内壁面には突起部１４ａによって形成された凸状のアンダーカット部７ｃが形成されている。
このように構成する結果、キャビティー１３内でパワーモジュール半製品Ｙを成形樹脂層７により封止した後、完成した製品としてのパワーモジュールＺを離型するために、例えば、下側成形型１２に対して上側成形型１１を移動させた際に、製品としてのパワーモジュールＺは、有底孔７ｂのアンダーカット部７ｃが位置決めピン１４の突起部１４ａに引っ掛かっていることになって確実に下側成形型１２内に留まらせて上側成形型１１への張り付きが防止されることになる。かかる点から、離型のためのエジェクト機構（不図示）は、下側成形型１２側のみに設置すればよく、上側成形型１１に別に設置する必要なくなって、成形型自体の製作コストを低減することができる。
図１３に示す実施例３の第２変形例は、位置決めピン１４の形状を変更することにより、成形樹脂層７に形成される有底孔７ｂが、パワーモジュール基板３側に徐々に細径となったテーパー状を呈した後、その底側先端部が断面矩形状の凹部に形成されることによって、内壁面に凸状のアンダーカット部７ｃを形成したものであり、図１４に示す実施例３の第３変形例は、やはり位置決めピン１４の形状を変更することにより、成形樹脂層７に形成される有底孔７ｂが、パワーモジュール基板３側に徐々に細径となるテーパー状を呈する内壁面形状となっていると共に、当該内壁面に内方に凸状となったアンダーカット部７ｃを形成したものであり、更には、図１５に示す実施例３の第４変形例は、やはり位置決めピン１４の形状を変更することにより、成形樹脂層７に形成された有底孔７ｂが、パワーモジュール基板側に徐々にテーパー状を呈する内壁面形状となっていると共に、内壁面に三角ネジ山状を呈する凸状のアンダーカット部７ｃを形成したものであり、第２乃至第４の変形例におけるアンダーカット部７ｃは、いずれも第１変形例のアンダーカット部７ｃと同様の作用効果を発揮するものである。
さらに、実施例３における各変形例においては、下側成形型１２に設けた位置決めピン１４は、ネジ軸１４ｂを設けて下側成形型１２に対して取外し可能に構成したことから、摩耗等が発生した場合には、新品部品に交換することができ、下側成形型１２自体を交換する必要なく、型製作費を軽減することができる。
なお、上記何れの実施例において、位置決め孔８は、それぞれ一対形成するようにしたが、キャビティー１３内におけるパワーモジュール半製品Ｙをセットする際の位置決めとなると共にセット後に不用意に動かないようにするために設けたものであることから、一対であることに限定されることなく、３個以上設けてもよく、また、孔形状を多角形状にすることによって、パワーモジュール半製品Ｙの重心が包含する位置に単一のものでもよい。
以上説明したように、本発明は、パワーモジュール半製品が、成形型のキャビティー内において位置決め孔に成形型側の位置決めピンが挿入されて常に正規の位置にセットされ、ヒートプレートを絶縁基板より面積的に小さくしても、成形時の絶縁基板の亀裂や破壊による損傷を防止することができると共に、極小化を実現できることになり、延いては製品としてのパワーモジュール自体の極小化の要請に十分答え得る実用化製品の提供を可能にすることができるために、ソリットステートリレーや電源などの特に大電力商品に組み込むパワーモジュール等に好適である。
１ 絶縁基板
２ ヒートプレート
３ パワーモジュール基板
４ パワー半導体素子
５、６ 外部接続端子
５ａ、６ａ 基板接続側端部
５ｂ、６ｂ 外部表出側端部
７ 成形樹脂層
７ｂ 有底孔
７ｃ アンダーカット部
８ 位置決め孔
９ 補助樹脂基板
１１ 上側成形型
１２ 下側成形型
１３ キャビティー
１４ 位置決めピン
Ｙ 積層基板体
Ｘ パワーモジュール半製品
Ｚ 製品としてのパワーモジュール
イ 重心線

Claims (8)

  1. 絶縁基板の一方の面に一面側が接合されるヒートプレート、および前記絶縁基板の他方の面に接合し回路パターンが形成されたパワーモジュール基板を含む積層基板体と、前記パワーモジュール基板の回路パターン上に配設されるパワー半導体素子と、前記パワーモジュール基板の基板面に対して交差する方向に起立した状態で配置され、前記パワー半導体素子に電気的に導通する一対の外部接続端子と、を有するパワーモジュール半製品と、
    前記一対の外部接続端子における一端側の外部表出側端部及び前記ヒートプレートの他面側をそれぞれ表出させた状態で、前記パワーモジュール半製品を封止する成形樹脂層と
    を備え、
    前記積層基板体を構成する前記パワーモジュール基板の前記基板面に突出して形成された筒状体に、位置決め孔が形成されたパワーモジュール。
  2. 絶縁基板の一方の面に一面側が接合されるヒートプレート、および前記絶縁基板の他方の面に接合し回路パターンが形成されたパワーモジュール基板を含む積層基板体と、前記パワーモジュール基板の回路パターン上に配設されるパワー半導体素子と、前記パワーモジュール基板の基板面に対して交差する方向に起立した状態で配置され、前記パワー半導体素子に電気的に導通する一対の外部接続端子と、を有するパワーモジュール半製品と、
    前記一対の外部接続端子における一端側の外部表出側端部及び前記ヒートプレートの他面側をそれぞれ表出させた状態で、前記パワーモジュール半製品を封止する成形樹脂層と、
    前記一対の外部接続端子における前記外部表出側端部と前記成形樹脂層によって封止される基板接続側端部との境界部に設置される補助樹脂基板と
    を備え、
    前記補助樹脂基板に位置決め孔が形成されたパワーモジュール。
  3. 前記成形樹脂層は、前記位置決め孔に挿入された位置決めピンにより形成された有底孔を有しており、該有底孔の内壁面にはアンダーカット部が形成されている請求項２に記載のパワーモジュール。
  4. 前記アンダーカット部は、前記内壁面に対して凹状である請求項３に記載のパワーモジュール。
  5. 前記アンダーカット部は、前記内壁面に対して内方に凸状である請求項３に記載のパワーモジュール。
  6. 前記アンダーカット部は、三角ねじ山状である請求項３に記載のパワーモジュール。
  7. 前記位置決め孔は、一対の位置決め孔である請求項１から請求項６の何れか一に記載のパワーモジュール。
  8. 前記一対の位置決め孔は、前記パワーモジュール半製品の重心線に対して互いに対称位置に形成される請求項７に記載のパワーモジュール。
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