JP5532708B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明はバスバー端子を備えた半導体装置に関する。

半導体装置は装置内部の配線に板状の金属板であるバスバー端子を用いる場合がある。バスバー端子による配線は線材による配線と比較して放熱性が良く、電流容量を高くすることができるため特にパワーモジュールの配線に好適である。

例えば、トランスファーモールド形パワーモジュール（以後Ｔ−ＰＭと称する）は半導体装置に収容され、半導体装置内部でバスバー端子と接続される。Ｔ−ＰＭの出力端子とバスバー端子は生産効率を高めるために、溶接して接続することが多い。そして、複数のＴ−ＰＭの出力端子がひとつのバスバー端子に対して接続される。以後、Ｔ−ＰＭなどの、バスバー端子と溶接されるべき部品を回路部品と称する。

特許文献１にはバスバー配線式回路装置の組み立て方法が開示されている。特許文献１に開示の技術は、バスバー端子がひとつの回路部品に対して二箇所の接合可能部を有していることが特徴である。最初に、一箇所目のみにおいて回路部品の端子の溶接を行う。そして溶接不良などによる特性不良が生じた場合は一箇所目の溶接箇所を切断し、新たな回路部品の端子を二箇所目の溶接箇所に溶接する。これにより一回の特性不良が生じた場合であっても、二箇所目の溶接箇所で新たな回路部品の溶接ができるため半導体装置全体の廃棄を回避できる。

特許文献２には回路部品の端子板と外部接続部材（バスバー端子）をスポット溶接する技術が開示されている。そして当該溶接による接続が溶接不良となった場合は溶接が行われた部分である溶接用部位が切断される。そして、回路部品の端子板およびバスバーにあらかじめ用意された留め付け用部位なる部分において両者を留め具によって接続する。これにより、溶接不良が生じた場合であっても留め具によって回路部品の端子板およびバスバー端子を接続することができる。

特開２００８−２３４９３５号公報 特開２００５−０４５１８５号公報

特許文献１の方法の場合、二回目の溶接によっても再度の特性不良が生じることが考えられる。二回目の特性不良が生じた場合には、回路部品の端子がバスバー端子に溶接されてしまっているため、半導体装置全体を廃棄せざるを得ない問題があった。特に大電力に対応した半導体装置は高価であるため、廃棄により製造コストが増大する問題があった。

特許文献２の方法によると、溶接不良が生じたときには留め具による接続を行うため生産効率を低下させる問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、特性不良が発生した場合でも簡易な方法で三回以上の回路部品の交換を可能とし、半導体装置全体の廃棄を回避できる半導体装置を提供することを目的とする。

本願の発明にかかる半導体装置は、先端に切り欠き、付け根部分に開口部が形成された出力端子を備えたトランスファーモールド形パワーモジュールと、該出力端子の該切り欠きを挟む部分の一方の部分、又は該開口部を挟む部分の一方の部分とのみ溶接されたバスバー端子と、を備え、該バスバー端子は、該出力端子と溶接された部分以外の部分で、該出力端子と重なることを特徴とする。

本発明により三回以上の回路部品の交換が可能となるため、半導体装置全体の廃棄を回避できる。

実施形態のバスバー端子について説明する斜視図である。 半導体装置の製造工程について説明するフローチャートである。 第１溶接部における溶接について説明する斜視図である。 第１溶接部切断後のバスバー端子について説明する斜視図である。 第２溶接部における溶接について説明する斜視図である。 第２溶接部切断後のバスバー端子について説明する斜視図である。 第３溶接部における溶接について説明する斜視図である。 第３溶接部切断後のバスバー端子について説明する斜視図である。 第４溶接部における溶接について説明する斜視図である。 溝が形成されたバスバー端子について説明する斜視図である。 円形に形成された開口部を説明する斜視図である。 ３相交流インバータへの応用について説明する斜視図である。

実施の形態
本実施形態は図１−１２を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。

図１は本実施形態のバスバー端子１０の斜視図である。本実施形態のバスバー端子１０は板状の金属板である。バスバー端子１０は他の部分から分岐して伸びる分岐部分１９を備える。分岐部分１９はＴ−ＰＭなどの回路部品の端子が溶接される部分である。以後分岐部分１９の構成について説明する。

分岐部分１９の先端側には３箇所に切り欠き１７が形成される。切り欠き１７はコの字状の形状である。３箇所の切り欠きにより２箇所の第１溶接部１１および２箇所の第２溶接部１２が形成される。第１溶接部１１と第２溶接部１２は交互に配置される。さらに、分岐部分の付け根側には３箇所に開口部１６が形成される。開口部１６は四角形である。開口部１６により、２箇所の第３溶接部１３と２箇所の第４溶接部１４が形成される。第３溶接部と第４溶接部は交互に配置される。

切り欠き１７の幅と開口部１６の幅は等しい。また、切り欠き１７とそれに隣接する切り欠き１７の間隔は、開口部１６とそれに隣接する開口部１６の間隔と等しい。本実施形態のバスバー端子１０は上述の構成である。

図２はこのようなバスバー端子１０と回路部品との溶接について説明するフローチャートである。回路部品はその端子がバスバー端子に溶接されるものであれば特に限定されないが、本実施形態ではＴ−ＰＭであるものとする。本実施形態のＴ−ＰＭは出力端子がバスバー端子１０の分岐部分１９と溶接されるものである。そして、Ｔ−ＰＭの出力端子の形状は、バスバー端子１０の分岐部分１９の形状と対応する形状である。つまり、Ｔ−ＰＭの出力端子は先端に切り欠き、付け根部分に開口部を備えるように成形されている。以後、Ｔ−ＰＭの出力端子とバスバー端子の分岐部分１９との溶接について図２に沿って説明する。

Ｔ−ＰＭ（１）と第１溶接部１１が溶接される（ステップ１００）。ステップ１００は図３を参照して説明する。図３に記載のとおり、Ｔ−ＰＭ（１）３０の制御電極端子３４と反対側に形成された出力端子３２はバスバー端子１０の分岐部分１９と重なるように配置される。そして、溶接は第１溶接部１１でのみ行われ他の部分では行われない。

ステップ１００の処理を終えるとステップ１０２へと処理が進められる。ステップ１０２では溶接後のＴ−ＰＭ（１）３０の特性が良好であり出荷基準を満たすか否かを判定するための試験が行われる。特性不良としてはＴ−ＰＭ自体の特性不良の他に、溶接不良に起因する不良も考えられる。特性が良好と判定されれば処理を終了する。一方特性が良好でないと判定されればステップ１０４へと処理が進められる。

ステップ１０４はＴ−ＰＭ（１）３０を分岐部分１９から切断し、新たなＴ−ＰＭであるＴ−ＰＭ（２）４０を分岐部分１９へ溶接する工程である。Ｔ−ＰＭ（１）３０の切断は分岐部分１９の第１溶接部１１を切断することにより行う。Ｔ−ＰＭ（１）３０と分岐部分１９は第１溶接部１１においてのみ溶接されていたため、第１溶接部１１を切断すればＴ−ＰＭ（１）３０も切断できる。図４は第１溶接部１１を切断した後のバスバー端子１０の斜視図である。図５は図４に記載されるバスバー端子１０にＴ−ＰＭ（２）４０が溶接された状態を説明する図である。Ｔ−ＰＭ（２）４０の出力端子３２と分岐部分１９は重なるように配置される。そして両者の溶接は第２溶接部１２でのみ行われ他の部分では行われない。

ステップ１０４を終えるとステップ１０６へと処理が進められる。ステップ１０６ではステップ１０２と同様の試験が行われる。Ｔ−ＰＭ（２）４０の特性が良好と判定されれば処理を終了する。一方特性が良好でないと判断されればステップ１０８へと処理が進められる。

ステップ１０８はＴ−ＰＭ（２）４０を分岐部分１９から切断し、新たなＴ−ＰＭであるＴ−ＰＭ（３）５０を分岐部分１９へ溶接する工程である。Ｔ−ＰＭ（２）４０の切断は分岐部分１９の第２溶接部１２を切断することにより行う。Ｔ−ＰＭ（２）４０と分岐部分１９は第２溶接部１２においてのみ溶接されていたため、第２溶接部１２を切断すればＴ−ＰＭ（２）４０も切断できる。図６は第２溶接部１２を切断した後のバスバー端子１０の斜視図である。図６から明らかなように前述の切断は分岐部分１９の開口部１６を横断するように行われるものである。この結果、分岐部分１９には第３溶接部１３と第４溶接部１４が残る。そして、図７は図６に記載されるバスバー端子１０にＴ−ＰＭ（３）５０が溶接された状態を説明する図である。Ｔ−ＰＭ（３）５０の出力端子３２と分岐部分１９は重なるように配置される。そして両者の溶接は第３溶接部１３でのみ行われ他の部分では行われない。

ステップ１０８を終えるとステップ１１０へと処理が進められる。ステップ１１０ではステップ１０２と同様の試験が行われる。Ｔ−ＰＭ（３）５０の特性が良好と判定されれば処理を終了する。一方特性が良好でないと判断されればステップ１１２へと処理が進められる。

ステップ１１２はＴ−ＰＭ（３）５０を分岐部分１９から切断し、新たなＴ−ＰＭであるＴ−ＰＭ（４）６０を分岐部分１９へ溶接する工程である。Ｔ−ＰＭ（３）５０の切断は分岐部分１９の第３溶接部１３を切断することにより行う。Ｔ−ＰＭ（３）５０と分岐部分１９は第３溶接部１３においてのみ溶接されていたため、第３溶接部１３を切断すればＴ−ＰＭ（３）５０も切断できる。図８は第３溶接部１３を切断した後のバスバー端子１０の斜視図である。図９は図８に記載されるバスバー端子１０にＴ−ＰＭ（４）６０が溶接された状態を説明する図である。Ｔ−ＰＭ（４）６０の出力端子３２と分岐部分１９は重なるように配置される。そして両者の溶接は第４溶接部１４において行われる。

ステップ１１２を終えるとステップ１１４へと処理が進められる。ステップ１１４ではステップ１０２と同様の試験が行われる。Ｔ−ＰＭ（４）５０の特性が良好と判定されれば処理を終了する。一方特性が良好でないと判断されれば、すでに分岐部分１９に溶接可能な場所がなくなっているため半導体装置を廃棄する（ステップ１１６）。本実施形態では上述のように半導体装置を製造する。

本実施形態のバスバー端子の分岐部分１９は切り欠き１７を有するため、第１溶接部１１、第２溶接部１２に対し溶接が可能である。これに加えて、分岐部分１９には開口部１６が形成されているため、開口部１６を横断するように分岐部分１９を切断することで第１溶接部１１、第２溶接部１２に加えて第３溶接部１３、第４溶接部１４にも溶接が可能となる。このような構成により、分岐部分１９に対しＴ−ＰＭを４回まで溶接することができる。よって、特性不良による半導体装置全体の廃棄を回避する可能性を高めることができる。また、バスバー端子とＴ−ＰＭの接続に留め具などを用いないため、生産効率を高めることができる。

さらに、切り欠き１７とそれに隣接する切り欠き１７の間隔は、開口部１６とそれに隣接する開口部１６の間隔と等しいため、各溶接で溶接条件を同一設定で実施できる。このように本実施形態の構成によれば、半導体装置の歩留まりを高め、かつ、半導体装置の無駄を出しにくいという点で原材料の減量化、環境負荷低減を実現できる。

本実施形態の半導体装置は本発明の範囲を逸脱しない限り様々な変形が可能である。例えば、図１０に記載されるようにバスバー端子７０の開口部７４を横断するように、分岐部分の伸びる方向と垂直方向に溝７２を形成し、分岐部分における切断を容易化しても良い。このような溝は他の切断部分に設けてもよい。

また、分岐部分の開口部形状を四角形にすることは各溶接で溶接条件を同一設定で実施することに寄与するが、これを円形または楕円としても良い。そのような例は図１１に示される。図１１には開口部として円形の開口部８２が形成されたバスバー端子８０が記載されている。これにより通電面積を確保できる点で有効である。

また、本実施形態のＴ−ＰＭとバスバー端子との溶接を用いた半導体装置は様々な用途に用いられるが、一例として３相交流インバータの製造に用いることができる。図１２は３相交流インバータを説明する図である。この構成では３相交流インバータを構成するＵ相のＴ−ＰＭ２１０、Ｖ相のＴ−ＰＭ２１２、Ｗ相のＴ−ＰＭ２１４を備える。Ｕ相のＴ−ＰＭ２１０、Ｖ相のＴ−ＰＭ２１２、Ｗ相のＴ−ＰＭ２１４はそれぞれＰ端子２０４、Ｎ端子２０６を備える。そして、Ｐ端子２０４とＰバスバー２０２はここまで説明してきた手法により溶接され、Ｎ端子２０６とＮバスバー２００も同様に溶接される。Ｕ相のＴ−ＰＭ２１０、Ｖ相のＴ−ＰＭ２１２、Ｗ相のＴ−ＰＭ２１４はそれぞれ冷却プレート２２０を挟むように配置される。また、リアクタンス２１６がねじ締めなどにより冷却プレート２２０と固定される。

１０ バスバー端子、 １１ 第１溶接部、 １２ 第２溶接部、 １３ 第３溶接部、 １４ 第４溶接部、 １６ 開口部、 １７ 切り欠き、 １９ 分岐部分、 ３０ Ｔ−ＰＭ（１）

Claims (6)

1. 先端に切り欠き、付け根部分に開口部が形成された出力端子を備えたトランスファーモールド形パワーモジュールと、
   前記出力端子の前記切り欠きを挟む部分の一方の部分、又は前記開口部を挟む部分の一方の部分とのみ溶接されたバスバー端子と、を備え、
   前記バスバー端子は、前記出力端子と溶接された部分以外の部分で、前記出力端子と重なることを特徴とする半導体装置。
2. 前記切り欠きの幅と前記開口部の幅は等しいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記切り欠きは複数形成され、
   前記開口部は複数形成され、
   前記切り欠き間の間隔は前記開口部間の間隔と等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記切り欠きはコの字状であり、前記開口部は四角形であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記バスバー端子は、他の部分から分岐して伸びる分岐部分を備えた板状の金属板であって、前記分岐部分の先端側には切り欠きが形成され、前記分岐部分の付け根側には開口部が形成され、
   前記バスバー端子の開口部は円形若しくは楕円形であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記バスバー端子は、他の部分から分岐して伸びる分岐部分を備えた板状の金属板であって、前記分岐部分の先端側には切り欠きが形成され、前記分岐部分の付け根側には開口部が形成され、
   前記分岐部分の一部には、前記分岐部分の伸びる方向と垂直方向に溝が形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。

Images