JP4840314B2 - 電力半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電力半導体モジュールに係る発明であって、特に、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が搭載された電力半導体モジュールにおける蓋および主回路端子の構造に関するものである。

産業・電鉄・自動車・ＯＡ・家電製品などの電力制御やモータ制御に、ＩＧＢＴなど複数のスイッチング素子とフリーホイールダイオードを組み合わせ、１パッケージに搭載した電力半導体モジュールが使用されている。このような電力半導体モジュールにおいては、主電流が流れる主回路端子には外部のバスバーなどがねじ止めなどの方法で接続されることが一般的である。

このような従来の電力半導体モジュールにおいては、金属ベース板の一方の面に絶縁層を設け、さらにこの絶縁層の必要箇所に回路パターンが設けられている。上記金属ベース板上に樹脂製などのケースが載置され、前記回路パターン上にＩＧＢＴやダイオードなどの電力半導体素子が半田などによって固着されている。

一方、ケース上面にはナットが埋め込まれる窪みと、主回路端子が通る貫通穴が設けられた蓋部が載置され、下端部がケース内部において回路パターンと電気的に接続された主回路端子が蓋部に設けられた貫通穴から外部に出された後、９０度折り曲げられている。
（たとえば特許文献１参照）。

特開平１０−２５６４１１号公報 （段落０００７、第１図）

しかし、従来技術に係る電力半導体モジュールでは、以下のような解決すべき問題があった。
（１）特許文献１の従来技術においては、使用者が主回路端子にバスバーなどをねじ止め接続する際、前記蓋部に埋め込まれたナットのねじ径と異なるねじを用いることは出来ず、使用者毎の要求に合わせてナット寸法の異なる蓋部全体を成型製作する必要がある。複雑な形状である蓋部全体を複数成型製作するには金型を複数用意する必要があり、工数、コストが掛かる。
（２）特許文献１の従来技術においては、蓋部をケース上方に載置後に主回路端子を９０度折り曲げる必要があり、電力半導体モジュールの製造において工数が掛かるほか、曲げ加工の精度を均一に保つことが困難である。

本発明においては、上記問題を解決するために、電力半導体素子と、前記電力半導体素子を収容するケースと、前記ケース上面に載置され、略コの字形状を有する蓋外枠部と、ナットと、前記蓋外枠部の開口部と略同一形状であり、上面に前記ナットを収納するナットホルダーを有する蓋カートリッジ部と、下端部が前記電力半導体素子の主電極と電気的に接続および、固定される主回路端子を有し、前記主回路端子は少なくとも外部に露出している部分が略コの字形状であり、下方に開口部を向けた状態で前記蓋外枠部に設けられた溝部に挿入され、その垂直部分に前期蓋外枠部の抜け止めとしての突起を有し、その水平部分にねじ止め用の貫通穴を有し、前記蓋カートリッジ部は、前記蓋外枠部および前記主回路端子の開口部に挿嵌されることを特徴とする電力半導体モジュールが提供される。

本発明の電力半導体モジュールは、ケース上面に載置される蓋部が、蓋外枠部と蓋カートリッジ部との別体構造であるため、様々のナット寸法に対応するためには略直方体形状である蓋カートリッジ部を交換するのみでよく、工数の削減になる。
また、主回路端子はあらかじめ略コの字形状にプレス加工などで成形されるため、電力半導体モジュールの製造において、曲げ加工などの工数が削減できるほか、曲げ精度を均一に保つことが出来る。

実施の形態
図１〜３に、この発明の実施の形態を説明する電力半導体モジュールを示す。
図１は本実施の形態における電力半導体モジュールの組み立て方法を説明する斜視図であり、図２は組み立て後の電力半導体モジュールの斜視図である。また、図３は本実施の形態における電力半導体モジュールの構造を説明する側方からの断面図である。

図１に示す電力半導体モジュールは、樹脂などの絶縁性材料からなるケース６と、熱伝導性の高い金属ベース板１を有する。ケース６の上面には、主回路端子５、蓋外枠部７、および蓋カートリッジ部８が載置される。主回路端子５は略コの字形状を有し、その開口部を下方に向けて、蓋外枠部７の内側側面に設けられた切込み部７２に合致するように組み合わされる。この際、主回路端子５は蓋外枠部の下方から挿入されるが、抜け止めの突起５２を有するため、上方に抜け出てしまうことは無い。

主回路端子５と蓋外枠部７が組み合わされたあと、蓋カートリッジ部８が前記主回路端子５と蓋外枠部７の開口部に挿入され、組み合わされる。蓋外枠部には内側にレール７１が設けられており、蓋カートリッジ部には対応する位置に溝８１が設けられているので、両者を組み合わせた後、蓋カートリッジ部８が落下することはない。蓋カートリッジ部８にはナットホルダー８２とボルト穴８３が設けられていて、あらかじめ対応するナット９が嵌め込まれている。

主回路端子５と蓋外枠部７と蓋カートリッジ部８が一体に組み合わされたあと、全体がケース６上方に載置されると共に、主回路端子５の下端に位置する接続部５１が、ケース内の配線パターン（図示せず）に半田などによって電気的に接続および固定され、最終的に図２に示すような電力半導体モジュールを得る。

ここで、図３を参照して、組み立て後における電力半導体モジュールの構造の詳細について説明する。なお、図１、２と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。

図３において、金属ベース板１の上に絶縁基板２が載置され、さらに前記絶縁基板２の上に配線パターン３が形成される。配線パターン３の上にＩＧＢＴチップ４がはんだ付けなどの方法で固定されるとともに、裏面のコレクタ電極が配線パターン３と電気的に接続される。図示しないが、ＩＧＢＴチップ４の表面に形成されているエミッタ電極およびゲート電極は、それぞれワイヤボンドを介して他の配線パターンと電気的に接続される。

さらに主回路端子５は下端５１が配線パターン３に半田付けされるとともに、ケース６、蓋外枠部７、および蓋カートリッジ部８の外部に露出される。また、主回路端子５の外部に露出している部分には、蓋カートリッジ部８のナットホルダー８２およびボルト穴８３に対応する位置に貫通穴５３が設けられ、外部バスバー（図示せず）などがボルトなどで締結されるようになっている。

このような構成により、蓋の構造が蓋外枠部７と蓋カートリッジ部８の別体構造であるため、使用者の仕様に合わせてナット径を変更する必要が生じた場合、複雑な形状である蓋全体を成型製作する必要はなく、略直方体である蓋カートリッジ部８のみを交換することで比較的容易に使用者の仕様に合わせることが可能となる。

また、主回路端子５は、あらかじめ略コの字形状に形成されており、組み立て工程において曲げ加工などを個別に実施する必要がないため、工数、コストの削減や均一な曲げ精度を実現できるといった効果を奏する。

以上、本発明の具体的な実施の形態を説明したが、本発明はこれに限らず種々の変形が可能である。例えば、本発明では電力半導体素子としてＩＧＢＴを用いる例を示したが、その他ＭＯＳＦＥＴやパワートランジスタなど他の制御電極を有する電力半導体素子を用いてもよいので本発明に含まれる。また、本発明では主回路端子の形状を略コの字とし、ケース内部における主端子部分が垂直である例を示したが、ケース内部でさらに内側に折れ曲がっていてもよく、配線パターンの任意の場所に接続されるような構成であってもよいので本発明に含まれる。また、本発明においては電力半導体モジュールとしてＩＧＢＴモジュールを例に説明したが、その他制御用ＩＣを含んだＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）などに適用することは当業者にとって容易に想致可能であるので、本発明の範囲に含まれる。

実施の形態における電力半導体モジュールの組み立て方法を説明する斜視図である。 実施の形態における電力半導体モジュールの組み立て後の斜視図である。 実施の形態における電力半導体モジュールの構造を説明する側方からの断面図である。

符号の説明

４．電力半導体素子 ５．主回路端子 ５２．突起 ５３．貫通穴 ６．ケース ７.蓋外枠部 ７２．溝部 ８.蓋カートリッジ部 ８２．ナットホルダー ９．ナット

Claims (1)

1. 電力半導体素子と、
   前記電力半導体素子を収容するケースと、
   前記ケース上面に載置され、略コの字形状を有する蓋外枠部と、
   ナットと、
   前記蓋外枠部の開口部と略同一形状であり、上面に前記ナットを収納するナットホルダーを有する蓋カートリッジ部と、
   下端部が前記電力半導体素子の主電極と電気的に接続および、固定される主回路端子を有し、
   前記主回路端子は、少なくとも外部に露出している部分が略コの字形状であり、下方に開口部を向けた状態で前記蓋外枠部に設けられた溝部に挿入され、その垂直部分に前期蓋外枠部の抜け止めとしての突起を有し、その水平部分にねじ止め用の貫通穴を有し、
   前記蓋カートリッジ部は、前記蓋外枠部および前記主回路端子の開口部に挿嵌されることを特徴とする電力半導体モジュール。

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