前記問題点に鑑み、本発明は、パワー半導体モジュール全体の高さ寸法を抑制すると共に、外部導出端子の下端水平部と導体パターンとの間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子全体の低インダクタンス化を達成することができ、その上、左右方向に配列された2つのナット収容部の前側におけるレイアウトの制約および工程の順序の制約を低減することができるパワー半導体モジュールを提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明によれば、下側電極(1a1a)と上側電極(1a1b)との間を大電流が流れる第1パワー半導体チップ(1a1)と、下側電極(1b1a)と上側電極(1b1b)との間を大電流が流れる第2パワー半導体チップ(1b1)とを具備し、
第1パワー半導体チップ(1a1)の下側電極(1a1a)に電気的に接続された第1外部導出端子(3b1)と、第2パワー半導体チップ(1b1)の上側電極(1b1b)に電気的に接続された第2外部導出端子(3b2)と、第1パワー半導体チップ(1a1)の上側電極(1a1b)および第2パワー半導体チップ(1b1)の下側電極(1b1a)に電気的に接続された第3外部導出端子(3b3)とを具備し、
第1外部導出端子(3b1)と第2外部導出端子(3b2)と第3外部導出端子(3b3)とがインサートされて、樹脂材料の成形により形成された外囲樹脂ケース(3)を設け、
第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)の下側に配置されたナット(3c1)を収容するための第1ナット収容部(3a2a)と、第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)の下側に配置されたナット(3c2)を収容するための第2ナット収容部(3a2b)と、第3外部導出端子(3b3)の上端水平部(3b3a)の下側に配置されたナット(3c3)を収容するための第3ナット収容部(3a4a)とを外囲樹脂ケース(3)に設け、
第1パワー半導体チップ(1a1)の下側電極(1a1a)に電気的に接続された第1導体パターン(2c1)と、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)とを半田接合によって電気的に接続し、
第1パワー半導体チップ(1a1)の上側電極(1a1b)および第2パワー半導体チップ(1b1)の下側電極(1b1a)に電気的に接続された第2導体パターン(2c2)と、第3外部導出端子(3b3)の下端水平部(3b3b)とを半田接合によって電気的に接続し、
第2パワー半導体チップ(1b1)の上側電極(1b1b)に電気的に接続された第3導体パターン(2c3)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)とを半田接合によって電気的に接続し、
前側壁部(3a1)と後側壁部(3a2)と左側壁部(3a3)と右側壁部(3a4)とを外囲樹脂ケース(3)に設けることによって、上下方向に延びている貫通穴を有するように、外囲樹脂ケース(3)を概略筒形形状に形成し、
外囲樹脂ケース(3)の上端部を蓋体(4)によって覆い、外囲樹脂ケース(3)の下端部をベース部材(2)によって覆ったパワー半導体モジュール(100)において、
第1ナット収容部(3a2a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1)を配置することなく、第1ナット収容部(3a2a)の下面(3a2a2)とベース部材(2)の上面とを対向させ、
第2ナット収容部(3a2b)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1)を配置することなく、第2ナット収容部(3a2b)の下面(3a2b2)とベース部材(2)の上面とを対向させ、
第3ナット収容部(3a4a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1)を配置することなく、第3ナット収容部(3a4a)の下面(3a4a2)とベース部材(2)の上面とを対向させ、
第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)と下端水平部(3b1b)との間の中間部(3b1c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b1c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b1c1)とを設け、
第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)を、第1ナット収容部(3a2a)の下面(3a2a2)から鉛直方向下向きに延ばすと共に、第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)の全体を鉛直面内に配置し、
第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)と下端水平部(3b2b)との間の中間部(3b2c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b2c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b2c1)とを設け、
第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)を、第2ナット収容部(3a2b)の下面(3a2b2)から鉛直方向下向きに延ばすと共に、第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)の全体を鉛直面内に配置し、
第3外部導出端子(3b3)の上端水平部(3b3a)と下端水平部(3b3b)との間の中間部(3b3c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b3c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b3c1)とを設け、
第3外部導出端子(3b3)の中間部(3b3c)の露出部分(3b3c2)を、第3ナット収容部(3a4a)の下面(3a4a2)から鉛直方向下向きに延ばすと共に、第3外部導出端子(3b3)の中間部(3b3c)の露出部分(3b3c2)の全体を鉛直面内に配置し、
第1ナット収容部(3a2a)および第2ナット収容部(3a2b)を、外囲樹脂ケース(3)の後側壁部(3a2)と一体的に形成すると共に、左右方向に配列し、
第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)を第1ナット収容部(3a2a)の左側または右側に配置すると共に、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)を第2ナット収容部(3a2b)の左側または右側に配置することにより、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と、第1ナット収容部(3a2a)と、第2ナット収容部(3a2b)とを左右方向に配列したことを特徴とするパワー半導体モジュール(100)が提供される。
請求項2に記載の発明によれば、下側電極(1a1a’)と上側電極(1a1b’)との間を大電流が流れる第1パワー半導体チップ(1a1’)と、下側電極(1b1a’)と上側電極(1b1b’)との間を大電流が流れる第2パワー半導体チップ(1b1’)とを具備し、
第1パワー半導体チップ(1a1’)の下側電極(1a1a’)に電気的に接続された第1外部導出端子(3b1)と、第2パワー半導体チップ(1b1’)の下側電極(1b1a’)に電気的に接続された第2外部導出端子(3b2)と、第1パワー半導体チップ(1a1’)の上側電極(1a1b’)および第2パワー半導体チップ(1b1’)の上側電極(1b1b’)に電気的に接続された第3外部導出端子(3b3)とを具備し、
第1外部導出端子(3b1)と第2外部導出端子(3b2)と第3外部導出端子(3b3)とがインサートされて、樹脂材料の成形により形成された外囲樹脂ケース(3)を設け、
第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)の下側に配置されたナット(3c1)を収容するための第1ナット収容部(3a2a)と、第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)の下側に配置されたナット(3c2)を収容するための第2ナット収容部(3a2b)と、第3外部導出端子(3b3)の上端水平部(3b3a)の下側に配置されたナット(3c3)を収容するための第3ナット収容部(3a4a)とを外囲樹脂ケース(3)に設け、
第1パワー半導体チップ(1a1’)の下側電極(1a1a’)に電気的に接続された第1導体パターン(2c1’)と、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)とを半田接合によって電気的に接続し、
第2パワー半導体チップ(1b1’)の下側電極(1b1a’)に電気的に接続された第2導体パターン(2c2’)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)とを半田接合によって電気的に接続し、
第1パワー半導体チップ(1a1’)の上側電極(1a1b’)および第2パワー半導体チップ(1b1’)の上側電極(1b1b’)に電気的に接続された第3導体パターン(2c3’)と、第3外部導出端子(3b3)の下端水平部(3b3b)とを半田接合によって電気的に接続し、
前側壁部(3a1)と後側壁部(3a2)と左側壁部(3a3)と右側壁部(3a4)とを外囲樹脂ケース(3)に設けることによって、上下方向に延びている貫通穴を有するように、外囲樹脂ケース(3)を概略筒形形状に形成し、
外囲樹脂ケース(3)の上端部を蓋体(4)によって覆い、外囲樹脂ケース(3)の下端部をベース部材(2’)によって覆ったパワー半導体モジュール(100)において、
第1ナット収容部(3a2a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1’)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1’)を配置することなく、第1ナット収容部(3a2a)の下面(3a2a2)とベース部材(2’)の上面とを対向させ、
第2ナット収容部(3a2b)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1’)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1’)を配置することなく、第2ナット収容部(3a2b)の下面(3a2b2)とベース部材(2’)の上面とを対向させ、
第3ナット収容部(3a4a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1’)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1’)を配置することなく、第3ナット収容部(3a4a)の下面(3a4a2)とベース部材(2’)の上面とを対向させ、
第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)と下端水平部(3b1b)との間の中間部(3b1c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b1c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b1c1)とを設け、
第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)を、第1ナット収容部(3a2a)の下面(3a2a2)から鉛直方向下向きに延ばすと共に、第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)の全体を鉛直面内に配置し、
第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)と下端水平部(3b2b)との間の中間部(3b2c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b2c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b2c1)とを設け、
第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)を、第2ナット収容部(3a2b)の下面(3a2b2)から鉛直方向下向きに延ばすと共に、第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)の全体を鉛直面内に配置し、
第3外部導出端子(3b3)の上端水平部(3b3a)と下端水平部(3b3b)との間の中間部(3b3c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b3c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b3c1)とを設け、
第3外部導出端子(3b3)の中間部(3b3c)の露出部分(3b3c2)を、第3ナット収容部(3a4a)の下面(3a4a2)から鉛直方向下向きに延ばすと共に、第3外部導出端子(3b3)の中間部(3b3c)の露出部分(3b3c2)の全体を鉛直面内に配置し、
第1ナット収容部(3a2a)および第2ナット収容部(3a2b)を、外囲樹脂ケース(3)の後側壁部(3a2)と一体的に形成すると共に、左右方向に配列し、
第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)を第1ナット収容部(3a2a)の左側または右側に配置すると共に、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)を第2ナット収容部(3a2b)の左側または右側に配置することにより、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と、第1ナット収容部(3a2a)と、第2ナット収容部(3a2b)とを左右方向に配列したことを特徴とするパワー半導体モジュール(100)が提供される。
請求項3に記載の発明によれば、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)および第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)の一方を、第1ナット収容部(3a2a)と第2ナット収容部(3a2b)との間に配置すると共に、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)および第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)の他方を、第1ナット収容部(3a2a)または第2ナット収容部(3a2b)を隔てて、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)および第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)の一方の反対側に配置することにより、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と、第1ナット収容部(3a2a)と、第2ナット収容部(3a2b)とを左右方向に配列したことを特徴とする請求項1又は2に記載のパワー半導体モジュール(100)が提供される。
請求項4に記載の発明によれば、前側に突出した第1係止突起(3a2a4b)を第1ナット収容部(3a2a)の前側面(3a2a4)に形成し、
外囲樹脂ケース(3)の上端部に対する蓋体(4)の取り付け中に蓋体(4)の後側面(4c)に当接する前側面(3a2a4b1)と、外囲樹脂ケース(3)の上端部に対する蓋体(4)の取り付け完了後に蓋体(4)の上面(4a)に対向する下面(3a2a4b2)とを第1係止突起(3a2a4b)に形成し、
第1係止突起(3a2a4b)の前側面(3a2a4b1)の上端部(3a2a4b1a)が、第1係止突起(3a2a4b)の前側面(3a2a4b1)の下端部(3a2a4b1b)よりも後側に位置するように、第1係止突起(3a2a4b)の前側面(3a2a4b1)をテーパ状に形成し、
第1係止突起(3a2a4b)の下面(3a2a4b2)を、蓋体(4)の上面(4a)と平行な面によって構成し、
前側に突出した第2係止突起(3a2b4b)を第2ナット収容部(3a2b)の前側面(3a2b4)に形成し、
外囲樹脂ケース(3)の上端部に対する蓋体(4)の取り付け中に蓋体(4)の後側面(4c)に当接する前側面(3a2b4b1)と、外囲樹脂ケース(3)の上端部に対する蓋体(4)の取り付け完了後に蓋体(4)の上面(4a)に対向する下面(3a2b4b2)とを第2係止突起(3a2b4b)に形成し、
第2係止突起(3a2b4b)の前側面(3a2b4b1)の上端部(3a2b4b1a)が、第2係止突起(3a2b4b)の前側面(3a2b4b1)の下端部(3a2b4b1b)よりも後側に位置するように、第2係止突起(3a2b4b)の前側面(3a2b4b1)をテーパ状に形成し、
第2係止突起(3a2b4b)の下面(3a2b4b2)を、蓋体(4)の上面(4a)と平行な面によって構成したことを特徴とする請求項3に記載のパワー半導体モジュール(100)が提供される。
請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、下側電極(1a1a)と上側電極(1a1b)との間を大電流が流れる第1パワー半導体チップ(1a1)と、下側電極(1b1a)と上側電極(1b1b)との間を大電流が流れる第2パワー半導体チップ(1b1)とが設けられている。また、第1パワー半導体チップ(1a1)の下側電極(1a1a)に電気的に接続された第1外部導出端子(3b1)と、第2パワー半導体チップ(1b1)の上側電極(1b1b)に電気的に接続された第2外部導出端子(3b2)と、第1パワー半導体チップ(1a1)の上側電極(1a1b)および第2パワー半導体チップ(1b1)の下側電極(1b1a)に電気的に接続された第3外部導出端子(3b3)とが設けられている。
更に、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)と第2外部導出端子(3b2)と第3外部導出端子(3b3)とがインサートされて、樹脂材料の成形により形成された外囲樹脂ケース(3)が設けられている。また、第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)の下側に配置されたナット(3c1)を収容するための第1ナット収容部(3a2a)と、第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)の下側に配置されたナット(3c2)を収容するための第2ナット収容部(3a2b)と、第3外部導出端子(3b3)の上端水平部(3b3a)の下側に配置されたナット(3c3)を収容するための第3ナット収容部(3a4a)とが、外囲樹脂ケース(3)に設けられている。
また、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1パワー半導体チップ(1a1)の下側電極(1a1a)に電気的に接続された第1導体パターン(2c1)と、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)とが、半田接合によって電気的に接続されている。更に、第1パワー半導体チップ(1a1)の上側電極(1a1b)および第2パワー半導体チップ(1b1)の下側電極(1b1a)に電気的に接続された第2導体パターン(2c2)と、第3外部導出端子(3b3)の下端水平部(3b3b)とが、半田接合によって電気的に接続されている。また、第2パワー半導体チップ(1b1)の上側電極(1b1b)に電気的に接続された第3導体パターン(2c3)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)とが、半田接合によって電気的に接続されている。
更に、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、前側壁部(3a1)と後側壁部(3a2)と左側壁部(3a3)と右側壁部(3a4)とを外囲樹脂ケース(3)に設けることによって、上下方向に延びている貫通穴を有するように、外囲樹脂ケース(3)が概略筒形形状に形成されている。また、外囲樹脂ケース(3)の上端部が、蓋体(4)によって覆われている。更に、外囲樹脂ケース(3)の下端部が、ベース部材(2)によって覆われている。
詳細には、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1ナット収容部(3a2a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1)が配置されることなく、第1ナット収容部(3a2a)の下面(3a2a2)とベース部材(2)の上面とが対向せしめられている。
そのため、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第1ナット収容部(3a2a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1)が配置されている場合よりも、第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)とベース部材(2)とを近付けることができる。
また、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第2ナット収容部(3a2b)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1)が配置されることなく、第2ナット収容部(3a2b)の下面(3a2b2)とベース部材(2)の上面とが対向せしめられている。
そのため、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第2ナット収容部(3a2b)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1)が配置されている場合よりも、第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)とベース部材(2)とを近付けることができる。
更に、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第3ナット収容部(3a4a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1)が配置されることなく、第3ナット収容部(3a4a)の下面(3a4a2)とベース部材(2)の上面とが対向せしめられている。
そのため、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第3ナット収容部(3a4a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1)が配置されている場合よりも、第3外部導出端子(3b3)の上端水平部(3b3a)とベース部材(2)とを近付けることができる。
その結果、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、パワー半導体モジュール(100)全体の高さ寸法(上下方向寸法)を抑制することができる。
また、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)と下端水平部(3b1b)との間の中間部(3b1c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b1c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b1c1)とが設けられている。更に、第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)が、第1ナット収容部(3a2a)の下面(3a2a2)から鉛直方向下向きに延ばされている。また、第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)に、水平方向に延びている水平部が存在せず、鉛直方向に延びている鉛直部のみが存在する。
詳細には、例えば特許文献1(特開2011−54896号公報)に記載されたパワー半導体モジュールのような従来のパワー半導体モジュールにおいては、外部導出端子の中間部の露出部分の熱膨張・熱収縮に伴う熱応力が、外部導出端子の下端水平部と導体パターンとの間の半田接合部にかかってしまうのを抑制するために、水平方向に延びている水平部と鉛直方向に延びている鉛直部とを外部導出端子の中間部の露出部分に設けることにより、外部導出端子の中間部の露出部分の水平部と鉛直部との境界に位置する屈曲部にバネ性が設けられていた。
このような構成により、従来のパワー半導体モジュールにおいては、半田接合部にかかる熱応力を抑制することができる。ところが、従来のパワー半導体モジュールにおいては、外部導出端子の中間部の露出部分にバネ性を設けるために、外部導出端子の中間部の露出部分に、鉛直部の他に、水平部も設けなければならない。そのため、従来のパワー半導体モジュールにおいては、水平部の分だけ外部導出端子の中間部の露出部分が不必要に長くなってしまい、その結果、外部導出端子全体の低インダクタンス化を達成することができなかった。
本発明者は、鋭意研究において、外部導出端子の中間部の露出部分を十分に短くすれば、外部導出端子の中間部の露出部分の熱膨張量・熱収縮量がさほど大きくならず、それゆえ、外部導出端子の中間部の露出部分にバネ性を設けなくても、半田接合部にかかる熱応力を十分に抑制できると予測し、その検証を行った。その結果、外部導出端子の中間部の露出部分に水平部を設けることなく、鉛直部のみによって外部導出端子の中間部の露出部分を構成する、つまり、外部導出端子の中間部の露出部分の全体を鉛直面内に配置することによって、外部導出端子の中間部の露出部分を十分に短くした場合に、半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子全体の低インダクタンス化を達成できることを見い出したのである。
すなわち、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と第1導体パターン(2c1)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、第1外部導出端子(3b1)全体の低インダクタンス化を達成することができる。
同様に、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)と下端水平部(3b2b)との間の中間部(3b2c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b2c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b2c1)とが設けられている。また、第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)が、第2ナット収容部(3a2b)の下面(3a2b2)から鉛直方向下向きに延ばされている。更に、第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)に、水平方向に延びている水平部が存在せず、鉛直方向に延びている鉛直部のみが存在する。
そのため、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と第3導体パターン(2c3)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、第2外部導出端子(3b2)全体の低インダクタンス化を達成することができる。
また、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第3外部導出端子(3b3)の上端水平部(3b3a)と下端水平部(3b3b)との間の中間部(3b3c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b3c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b3c1)とが設けられている。更に、第3外部導出端子(3b3)の中間部(3b3c)の露出部分(3b3c2)が、第3ナット収容部(3a4a)の下面(3a4a2)から鉛直方向下向きに延ばされている。また、第3外部導出端子(3b3)の中間部(3b3c)の露出部分(3b3c2)の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第3外部導出端子(3b3)の中間部(3b3c)の露出部分(3b3c2)に、水平方向に延びている水平部が存在せず、鉛直方向に延びている鉛直部のみが存在する。
そのため、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第3外部導出端子(3b3)の下端水平部(3b3b)と第2導体パターン(2c2)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、第3外部導出端子(3b3)全体の低インダクタンス化を達成することができる。
更に、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1ナット収容部(3a2a)および第2ナット収容部(3a2b)が、外囲樹脂ケース(3)の後側壁部(3a2)と一体的に形成されると共に、左右方向に配列されている。
その上、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)が、第1ナット収容部(3a2a)の左側または右側に配置されている。更に、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)が、第2ナット収容部(3a2b)の左側または右側に配置されている。それにより、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と、第1ナット収容部(3a2a)と、第2ナット収容部(3a2b)とが左右方向に配列されている。
詳細には、例えば特許文献1(特開2011−54896号公報)の図16に記載されたパワー半導体モジュールのような従来のパワー半導体モジュールにおいても、第1ナット収容部および第2ナット収容部が、外囲樹脂ケースの後側壁部と一体的に形成されると共に、左右方向に配列されている。ところが、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の中間部の露出部分にバネ性を設けるために、鉛直部に加えて、水平部が第1外部導出端子の中間部の露出部分に設けられている。その結果、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部とが水平方向にかなり離れた位置に配置されている。同様に、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第2外部導出端子の下端水平部と第2ナット収容部とが水平方向にかなり離れた位置に配置されている。
従って、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の下端水平部と第2外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部と第2ナット収容部とを左右方向に配列すると、パワー半導体モジュール全体の左右方向寸法がかなり大型化してしまうため、第1外部導出端子の下端水平部と第2外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部と第2ナット収容部とを左右方向に配列することができなかった。
すなわち、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1ナット収容部および第2ナット収容部が、外囲樹脂ケースの後側壁部と一体的に形成されると共に、左右方向に配列されている場合、第1外部導出端子の下端水平部を第1ナット収容部の前側に配置せざるを得ず、第2外部導出端子の下端水平部を第2ナット収容部の前側に配置せざるを得なかった。
その結果、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1パワー半導体チップあるいは第2パワー半導体チップを第1ナット収容部の前側に配置する場合に、第1導体パターンに半田接合される第1外部導出端子の下端水平部の位置を避けて第1パワー半導体チップあるいは第2パワー半導体チップを配置しなければならない、というレイアウトの制約が生じていた。
更に、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下、あるいは、第2外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下にボンディングワイヤが配置される場合に、第1外部導出端子の下端水平部の半田接合工程および第2外部導出端子の下端水平部の半田接合工程の前に、第1外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下あるいは第2外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下のボンディングワイヤのボンディング工程を行わなければならない、という制約が生じていた。
それに対し、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と第1ナット収容部(3a2a)と第2ナット収容部(3a2b)とを左右方向に配列することができるため、第1ナット収容部(3a2a)および第2ナット収容部(3a2b)の前側に第1パワー半導体チップ(1a1)および第2パワー半導体チップ(1b1)を自由に配置することができる。更に、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)の半田接合工程および第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)の半田接合工程の後に、第1ナット収容部(3a2a)および第2ナット収容部(3a2b)の前側のボンディングワイヤのボンディング工程を行うことができる。
すなわち、請求項1に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第1ナット収容部(3a2a)および第2ナット収容部(3a2b)の前側におけるレイアウトの制約および工程の順序の制約を低減することができる。
請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、下側電極(1a1a’)と上側電極(1a1b’)との間を大電流が流れる第1パワー半導体チップ(1a1’)と、下側電極(1b1a’)と上側電極(1b1b’)との間を大電流が流れる第2パワー半導体チップ(1b1’)とが設けられている。また、第1パワー半導体チップ(1a1’)の下側電極(1a1a’)に電気的に接続された第1外部導出端子(3b1)と、第2パワー半導体チップ(1b1’)の下側電極(1b1a’)に電気的に接続された第2外部導出端子(3b2)と、第1パワー半導体チップ(1a1’)の上側電極(1a1b’)および第2パワー半導体チップ(1b1’)の上側電極(1b1b’)に電気的に接続された第3外部導出端子(3b3)とが設けられている。
更に、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)と第2外部導出端子(3b2)と第3外部導出端子(3b3)とがインサートされて、樹脂材料の成形により形成された外囲樹脂ケース(3)が設けられている。また、第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)の下側に配置されたナット(3c1)を収容するための第1ナット収容部(3a2a)と、第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)の下側に配置されたナット(3c2)を収容するための第2ナット収容部(3a2b)と、第3外部導出端子(3b3)の上端水平部(3b3a)の下側に配置されたナット(3c3)を収容するための第3ナット収容部(3a4a)とが、外囲樹脂ケース(3)に設けられている。
また、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1パワー半導体チップ(1a1’)の下側電極(1a1a’)に電気的に接続された第1導体パターン(2c1’)と、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)とが、半田接合によって電気的に接続されている。更に、第2パワー半導体チップ(1b1’)の下側電極(1b1a’)に電気的に接続された第2導体パターン(2c2’)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)とが、半田接合によって電気的に接続されている。また、第1パワー半導体チップ(1a1’)の上側電極(1a1b’)および第2パワー半導体チップ(1b1’)の上側電極(1b1b’)に電気的に接続された第3導体パターン(2c3’)と、第3外部導出端子(3b3)の下端水平部(3b3b)とが、半田接合によって電気的に接続されている。
更に、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、前側壁部(3a1)と後側壁部(3a2)と左側壁部(3a3)と右側壁部(3a4)とを外囲樹脂ケース(3)に設けることによって、上下方向に延びている貫通穴を有するように、外囲樹脂ケース(3)が概略筒形形状に形成されている。また、外囲樹脂ケース(3)の上端部が、蓋体(4)によって覆われている。更に、外囲樹脂ケース(3)の下端部が、ベース部材(2’)によって覆われている。
詳細には、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1ナット収容部(3a2a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1’)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1’)が配置されることなく、第1ナット収容部(3a2a)の下面(3a2a2)とベース部材(2’)の上面とが対向せしめられている。
そのため、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第1ナット収容部(3a2a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1’)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1’)が配置されている場合よりも、第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)とベース部材(2’)とを近付けることができる。
また、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第2ナット収容部(3a2b)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1’)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1’)が配置されることなく、第2ナット収容部(3a2b)の下面(3a2b2)とベース部材(2’)の上面とが対向せしめられている。
そのため、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第2ナット収容部(3a2b)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1’)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1’)が配置されている場合よりも、第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)とベース部材(2’)とを近付けることができる。
更に、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第3ナット収容部(3a4a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1’)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1’)が配置されることなく、第3ナット収容部(3a4a)の下面(3a4a2)とベース部材(2’)の上面とが対向せしめられている。
そのため、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第3ナット収容部(3a4a)の真下に第1パワー半導体チップ(1a1’)あるいは第2パワー半導体チップ(1b1’)が配置されている場合よりも、第3外部導出端子(3b3)の上端水平部(3b3a)とベース部材(2’)とを近付けることができる。
その結果、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、パワー半導体モジュール(100)全体の高さ寸法(上下方向寸法)を抑制することができる。
また、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)と下端水平部(3b1b)との間の中間部(3b1c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b1c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b1c1)とが設けられている。更に、第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)が、第1ナット収容部(3a2a)の下面(3a2a2)から鉛直方向下向きに延ばされている。また、第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)に、水平方向に延びている水平部が存在せず、鉛直方向に延びている鉛直部のみが存在する。
詳細には、例えば特許文献1(特開2011−54896号公報)に記載されたパワー半導体モジュールのような従来のパワー半導体モジュールにおいては、外部導出端子の中間部の露出部分の熱膨張・熱収縮に伴う熱応力が、外部導出端子の下端水平部と導体パターンとの間の半田接合部にかかってしまうのを抑制するために、水平方向に延びている水平部と鉛直方向に延びている鉛直部とを外部導出端子の中間部の露出部分に設けることにより、外部導出端子の中間部の露出部分の水平部と鉛直部との境界に位置する屈曲部にバネ性が設けられていた。
このような構成により、従来のパワー半導体モジュールにおいては、半田接合部にかかる熱応力を抑制することができる。ところが、従来のパワー半導体モジュールにおいては、外部導出端子の中間部の露出部分にバネ性を設けるために、外部導出端子の中間部の露出部分に、鉛直部の他に、水平部も設けなければならない。そのため、従来のパワー半導体モジュールにおいては、水平部の分だけ外部導出端子の中間部の露出部分が不必要に長くなってしまい、その結果、外部導出端子全体の低インダクタンス化を達成することができなかった。
本発明者は、鋭意研究において、外部導出端子の中間部の露出部分を十分に短くすれば、外部導出端子の中間部の露出部分の熱膨張量・熱収縮量がさほど大きくならず、それゆえ、外部導出端子の中間部の露出部分にバネ性を設けなくても、半田接合部にかかる熱応力を十分に抑制できると予測し、その検証を行った。その結果、外部導出端子の中間部の露出部分に水平部を設けることなく、鉛直部のみによって外部導出端子の中間部の露出部分を構成する、つまり、外部導出端子の中間部の露出部分の全体を鉛直面内に配置することによって、外部導出端子の中間部の露出部分を十分に短くした場合に、半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子全体の低インダクタンス化を達成できることを見い出したのである。
すなわち、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と第1導体パターン(2c1’)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、第1外部導出端子(3b1)全体の低インダクタンス化を達成することができる。
同様に、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)と下端水平部(3b2b)との間の中間部(3b2c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b2c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b2c1)とが設けられている。また、第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)が、第2ナット収容部(3a2b)の下面(3a2b2)から鉛直方向下向きに延ばされている。更に、第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)に、水平方向に延びている水平部が存在せず、鉛直方向に延びている鉛直部のみが存在する。
そのため、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と第2導体パターン(2c2’)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、第2外部導出端子(3b2)全体の低インダクタンス化を達成することができる。
また、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第3外部導出端子(3b3)の上端水平部(3b3a)と下端水平部(3b3b)との間の中間部(3b3c)に、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料から露出せしめられている露出部分(3b3c2)と、外囲樹脂ケース(3)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分(3b3c1)とが設けられている。更に、第3外部導出端子(3b3)の中間部(3b3c)の露出部分(3b3c2)が、第3ナット収容部(3a4a)の下面(3a4a2)から鉛直方向下向きに延ばされている。また、第3外部導出端子(3b3)の中間部(3b3c)の露出部分(3b3c2)の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第3外部導出端子(3b3)の中間部(3b3c)の露出部分(3b3c2)に、水平方向に延びている水平部が存在せず、鉛直方向に延びている鉛直部のみが存在する。
そのため、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第3外部導出端子(3b3)の下端水平部(3b3b)と第3導体パターン(2c3’)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、第3外部導出端子(3b3)全体の低インダクタンス化を達成することができる。
更に、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1ナット収容部(3a2a)および第2ナット収容部(3a2b)が、外囲樹脂ケース(3)の後側壁部(3a2)と一体的に形成されると共に、左右方向に配列されている。
その上、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)が、第1ナット収容部(3a2a)の左側または右側に配置されている。更に、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)が、第2ナット収容部(3a2b)の左側または右側に配置されている。それにより、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と、第1ナット収容部(3a2a)と、第2ナット収容部(3a2b)とが左右方向に配列されている。
詳細には、例えば特許文献1(特開2011−54896号公報)の図16に記載されたパワー半導体モジュールのような従来のパワー半導体モジュールにおいても、第1ナット収容部および第2ナット収容部が、外囲樹脂ケースの後側壁部と一体的に形成されると共に、左右方向に配列されている。ところが、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の中間部の露出部分にバネ性を設けるために、鉛直部に加えて、水平部が第1外部導出端子の中間部の露出部分に設けられている。その結果、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部とが水平方向にかなり離れた位置に配置されている。同様に、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第2外部導出端子の下端水平部と第2ナット収容部とが水平方向にかなり離れた位置に配置されている。
従って、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の下端水平部と第2外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部と第2ナット収容部とを左右方向に配列すると、パワー半導体モジュール全体の左右方向寸法がかなり大型化してしまうため、第1外部導出端子の下端水平部と第2外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部と第2ナット収容部とを左右方向に配列することができなかった。
すなわち、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1ナット収容部および第2ナット収容部が、外囲樹脂ケースの後側壁部と一体的に形成されると共に、左右方向に配列されている場合、第1外部導出端子の下端水平部を第1ナット収容部の前側に配置せざるを得ず、第2外部導出端子の下端水平部を第2ナット収容部の前側に配置せざるを得なかった。
その結果、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1パワー半導体チップあるいは第2パワー半導体チップを第1ナット収容部の前側に配置する場合に、第1導体パターンに半田接合される第1外部導出端子の下端水平部の位置を避けて第1パワー半導体チップあるいは第2パワー半導体チップを配置しなければならない、というレイアウトの制約が生じていた。
更に、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下、あるいは、第2外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下にボンディングワイヤが配置される場合に、第1外部導出端子の下端水平部の半田接合工程および第2外部導出端子の下端水平部の半田接合工程の前に、第1外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下あるいは第2外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下のボンディングワイヤのボンディング工程を行わなければならない、という制約が生じていた。
それに対し、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と第1ナット収容部(3a2a)と第2ナット収容部(3a2b)とを左右方向に配列することができるため、第1ナット収容部(3a2a)および第2ナット収容部(3a2b)の前側に第1パワー半導体チップ(1a1)および第2パワー半導体チップ(1b1)を自由に配置することができる。更に、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)の半田接合工程および第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)の半田接合工程の後に、第1ナット収容部(3a2a)および第2ナット収容部(3a2b)の前側のボンディングワイヤのボンディング工程を行うことができる。
すなわち、請求項2に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、第1ナット収容部(3a2a)および第2ナット収容部(3a2b)の前側におけるレイアウトの制約および工程の順序の制約を低減することができる。
第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と、第1ナット収容部(3a2a)と、第2ナット収容部(3a2b)とが左右方向に配列する場合には、左側または右側から第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)・第1ナット収容部(3a2a)・第2ナット収容部(3a2b)・第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)の順に配列する第1の手法、左側または右側から第1ナット収容部(3a2a)・第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)・第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)・第2ナット収容部(3a2b)の順に配列する第2の手法、左側または右側から第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)・第1ナット収容部(3a2a)・第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)・第2ナット収容部(3a2b)の順に配列する第3の手法、および、左側または右側から第1ナット収容部(3a2a)・第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)・第2ナット収容部(3a2b)・第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)の順に配列する第4の手法が考えられる。
第1の手法では、左右方向に隣接する第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)と第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)との間の沿面距離を確保する必要があるため、第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)と第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)とを左右方向に十分に近付けることができない、つまり、第1ナット収容部(3a2a)と第2ナット収容部(3a2b)を左右方向に十分に近付けることができない。その結果、第1の手法では、パワー半導体モジュール(100)全体の左右方向寸法が大型化してしまう。
更に、第2の手法では、左右方向に隣接する第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)との間の沿面距離を確保する必要があるため、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)とを左右方向に十分に近付けることができない。その結果、第2の手法では、パワー半導体モジュール(100)全体の左右方向寸法が大型化してしまう。
一方、第3の手法では、左右方向に隣接する第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)と第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)とを十分に近付けても、第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)と第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)とが上下方向に離間しているため、第1外部導出端子(3b1)の上端水平部(3b1a)と第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)との間の沿面距離を十分に確保することができる。つまり、第3の手法では、必要な沿面距離を確保しつつ、パワー半導体モジュール(100)全体の左右方向寸法を小型化することができる。
また、第4の手法では、左右方向に隣接する第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)とを十分に近付けても、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)とが上下方向に離間しているため、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と第2外部導出端子(3b2)の上端水平部(3b2a)との間の沿面距離を十分に確保することができる。つまり、第4の手法では、必要な沿面距離を確保しつつ、パワー半導体モジュール(100)全体の左右方向寸法を小型化することができる。
上記の点に鑑み、請求項3に記載のパワー半導体モジュール(100)では、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)および第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)の一方が、第1ナット収容部(3a2a)と第2ナット収容部(3a2b)との間に配置されると共に、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)および第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)の他方が、第1ナット収容部(3a2a)または第2ナット収容部(3a2b)を隔てて、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)および第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)の一方の反対側に配置されるように、第1外部導出端子(3b1)の下端水平部(3b1b)と、第2外部導出端子(3b2)の下端水平部(3b2b)と、第1ナット収容部(3a2a)と、第2ナット収容部(3a2b)とが左右方向に配列されている。
そのため、請求項3に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、必要な沿面距離を確保しつつ、パワー半導体モジュール(100)全体の左右方向寸法を小型化することができる。
特許文献1(特開2011−54896号公報)の図16に記載されたパワー半導体モジュールでは、スナップフィットによって、外囲樹脂ケースの上端部に対して蓋体を取り付けることができる。ところで、特許文献1(特開2011−54896号公報)の図16に記載されたパワー半導体モジュールでは、樹脂材料の成形によって形成される外囲樹脂ケースのナット収容部の前側面から前側に、外部導出端子の中間部の露出部分が延ばされている。そのため、特許文献1(特開2011−54896号公報)の図16に記載されたパワー半導体モジュールでは、スナップフィットを構成する構成要素として例えば係止突起を外囲樹脂ケースのナット収容部の前側面に形成すると、アンダーカットを構成してしまい、外囲樹脂ケース用金型費用が嵩んでしまう。
そのため、特許文献1(特開2011−54896号公報)の図16に記載されたパワー半導体モジュールでは、スナップフィットを構成する構成要素として、外囲樹脂ケースのナット収容部の前側面に係止突起が形成されるのではなく、蓋体に係止爪が形成されている。詳細には、特許文献1(特開2011−54896号公報)の図16に記載されたパワー半導体モジュールでは、外囲樹脂ケースの上端部に取り付けられる蓋体の係止爪が、外囲樹脂ケースの下端部と係合するように、蓋体が構成されているため、蓋体の上下方向寸法が大型化してしまい、蓋体が樹脂材料の成形によって形成される場合に、蓋体用金型費用が嵩んでしまう。
それに対し、請求項4に記載のパワー半導体モジュール(100)では、樹脂材料の成形によって形成される外囲樹脂ケース(3)の第1ナット収容部(3a2a)の前側面(3a2a4)から前側に、第1外部導出端子(3b1)の中間部(3b1c)の露出部分(3b1c2)が延ばされておらず、第2ナット収容部(3a2b)の前側面(3a2b4)から前側に、第2外部導出端子(3b2)の中間部(3b2c)の露出部分(3b2c2)が延ばされていない。
この点に鑑み、請求項4に記載のパワー半導体モジュール(100)では、前側に突出した第1係止突起(3a2a4b)が、第1ナット収容部(3a2a)の前側面(3a2a4)に形成されている。また、外囲樹脂ケース(3)の上端部に対する蓋体(4)の取り付け中に蓋体(4)の後側面(4c)に当接する前側面(3a2a4b1)と、外囲樹脂ケース(3)の上端部に対する蓋体(4)の取り付け完了後に蓋体(4)の上面(4a)に対向する下面(3a2a4b2)とが、第1係止突起(3a2a4b)に形成されている。更に、第1係止突起(3a2a4b)の前側面(3a2a4b1)の上端部(3a2a4b1a)が、第1係止突起(3a2a4b)の前側面(3a2a4b1)の下端部(3a2a4b1b)よりも後側に位置するように、第1係止突起(3a2a4b)の前側面(3a2a4b1)がテーパ状に形成されている。また、第1係止突起(3a2a4b)の下面(3a2a4b2)が、蓋体(4)の上面(4a)と平行な面によって構成されている。
つまり、請求項4に記載のパワー半導体モジュール(100)では、スナップフィットが、第1ナット収容部(3a2a)の前側面(3a2a4)の第1係止突起(3a2a4b)の前側面(3a2a4b1)および下面(3a2a4b2)と、蓋体(4)の後側面(4c)および上面(4a)とによって構成されている。
更に、請求項4に記載のパワー半導体モジュール(100)では、前側に突出した第2係止突起(3a2b4b)が、第2ナット収容部(3a2b)の前側面(3a2b4)に形成されている。また、外囲樹脂ケース(3)の上端部に対する蓋体(4)の取り付け中に蓋体(4)の後側面(4c)に当接する前側面(3a2b4b1)と、外囲樹脂ケース(3)の上端部に対する蓋体(4)の取り付け完了後に蓋体(4)の上面(4a)に対向する下面(3a2b4b2)とが、第2係止突起(3a2b4b)に形成されている。更に、第2係止突起(3a2b4b)の前側面(3a2b4b1)の上端部(3a2b4b1a)が、第2係止突起(3a2b4b)の前側面(3a2b4b1)の下端部(3a2b4b1b)よりも後側に位置するように、第2係止突起(3a2b4b)の前側面(3a2b4b1)がテーパ状に形成されている。また、第2係止突起(3a2b4b)の下面(3a2b4b2)が、蓋体(4)の上面(4a)と平行な面によって構成されている。
つまり、請求項4に記載のパワー半導体モジュール(100)では、スナップフィットが、第2ナット収容部(3a2b)の前側面(3a2b4)の第2係止突起(3a2b4b)の前側面(3a2b4b1)および下面(3a2b4b2)と、蓋体(4)の後側面(4c)および上面(4a)とによって構成されている。
すなわち、請求項4に記載のパワー半導体モジュール(100)では、スナップフィットの構成要素として、外囲樹脂ケース(3)の下端部まで延びている係止爪を設ける必要がない。
そのため、請求項4に記載のパワー半導体モジュール(100)によれば、スナップフィットの構成要素として外囲樹脂ケース(3)の下端部まで延びている係止爪が設けられる場合よりも、蓋体(4)の製造コストを削減することができる。
以下、本発明のパワー半導体モジュールの第1の実施形態について説明する。図1および図2は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100を示した図である。詳細には、図1(A)は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の平面図、図1(B)は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の正面図、図1(C)は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の右側面図、図2(A)は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の斜視図、図2(B)は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の等価回路図である。図3は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の一部を構成するパワー半導体チップ1a1(1a2,1a3,1b1,1b2,1b3)を拡大して示した図である。詳細には、図3(A)はパワー半導体チップ1a1(1a2,1a3,1b1,1b2,1b3)の拡大平面図、図3(B)はパワー半導体チップ1a1(1a2,1a3,1b1,1b2,1b3)の拡大底面図である。図4は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の一部を構成するヒートスプレッダ6a(6b)の部品図である。詳細には、図4(A)はヒートスプレッダ6a(6b)の平面図、図4(B)はヒートスプレッダ6a(6b)の正面図、図4(C)はヒートスプレッダ6a(6b)の底面図である。
図5は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の一部を構成するベース部材2の部品図である。詳細には、図5(A)はベース部材2の平面図、図5(B)は図5(A)のA−A線に沿った概略的な鉛直断面図、図5(C)はベース部材2の底面図である。図6〜図10は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の一部を構成する外囲樹脂ケース3を示した図である。詳細には、図6(A)は外囲樹脂ケース3の平面図、図6(B)は外囲樹脂ケース3の正面図、図6(C)は外囲樹脂ケース3の底面図、図7(A)は外囲樹脂ケース3の右側面図、図7(B)は図6(A)のB−B線に沿った鉛直断面図、図7(C)は図6(A)のC−C線に沿った鉛直断面図である。図8(A)は図6(B)のD−D線に沿った鉛直断面図、図8(B)は図6(B)のE−E線に沿った鉛直断面図、図9(A)は図7(B)の一部を拡大して示した図、図9(B)は図7(B)の一部を拡大して示した図、図9(C)は図7(C)の一部を拡大して示した図、図10(A)は図8(A)の一部を拡大して示した図、図10(B)は図8(B)の一部を拡大して示した図である。
図11はパワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3、ヒートスプレッダ6a,6b、ベース部材2、外囲樹脂ケース3、チップ抵抗8a,8b,8c,8d,8e,8f、サーミスタ7等によって構成される組立体を示した図である。図12は図11に示す組立体に対してワイヤボンディングを行った状態を示した図である。図13および図14は第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の一部を構成する蓋体4を示した図である。詳細には、図13(A)は蓋体4の平面図、図13(B)は蓋体4の正面図、図13(C)は蓋体4の底面図、図14(A)は図13(A)のF−F線に沿った拡大鉛直断面図、図14(B)は図13(A)のG−G線に沿った拡大鉛直断面図である。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、下側電極(ドレイン電極)1a1a(図3参照)と上側電極(ソース電極)1a1b(図3参照)との間を大電流が流れるパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1a1(図2(B)、図3および図11参照)と、下側電極(ドレイン電極)1a2a(図3参照)と上側電極(ソース電極)1a2b(図3参照)との間を大電流が流れるパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1a2(図2(B)、図3および図11参照)と、下側電極(ドレイン電極)1a3a(図3参照)と上側電極(ソース電極)1a3b(図3参照)との間を大電流が流れるパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1a3(図2(B)、図3および図11参照)と、下側電極(ドレイン電極)1b1a(図3参照)と上側電極(ソース電極)1b1b(図3参照)との間を大電流が流れるパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1b1(図2(B)、図3および図11参照)と、下側電極(ドレイン電極)1b2a(図3参照)と上側電極(ソース電極)1b2b(図3参照)との間を大電流が流れるパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1b2(図2(B)、図3および図11参照)と、下側電極(ドレイン電極)1b3a(図3参照)と上側電極(ソース電極)1b3b(図3参照)との間を大電流が流れるパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1b3(図2(B)、図3および図11参照)とが設けられている。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、6個のパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)が設けられているが、第2の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、4個のパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1a2,1a3,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)を省略することも可能である。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)としてMOSFETが用いられているが、第3の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)として、例えばIGBT、サイリスタ、ダイオードなどのようなMOSFET以外の任意のパワー半導体チップを用いることも可能である。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)として同一種類のMOSFETが用いられているが、第4の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)として、例えばMOSFET、IGBT、サイリスタ、ダイオードなどのような複数種類のパワー半導体チップを組み合わせて用いることも可能である。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、例えば銅のような高熱伝導性材料によって形成されたヒートスプレッダ6a(図4および図11参照)の上面に対して、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1a1a,1a2a,1a3a(図3(B)参照)が、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、ヒートスプレッダ6a(図4および図11参照)と同一形状に形成されたヒートスプレッダ6b(図4および図11参照)の上面に対して、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1b1a,1b2a,1b3a(図3(B)参照)が、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。詳細には、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)を位置決めするためのレジスト(図4(A)中のハッチング部分)が、ヒートスプレッダ6a,6b(図4(A)参照)の上面に形成されている。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、ヒートスプレッダ6a(図4および図11参照)の下面が、ベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c1(図5(A)および図5(B)参照)に対して、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、ヒートスプレッダ6b(図4および図11参照)の下面が、ベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c2(図5(A)参照)に対して、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
詳細には、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、例えばアルミニウムなどのような高熱伝導性材料により形成された例えば2mmの厚さを有する放熱用金属層2a(図5(B)および図5(C)参照)上に、例えば0.12mmの厚さを有する電気絶縁層2b(図5(A)および図5(B)参照)が形成されている。更に、電気絶縁層2b(図5(A)および図5(B)参照)上に、例えば0.14mmの厚さを有する導体パターン2c1,2c2,2c3,2c4,2c5,2c6,2c7,2c8,2c9(図5(A)および図5(B)参照)が形成されている。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、導体パターン2c1,2c2,2c3,2c4,2c5,2c6,2c7,2c8,2c9(図5(A)および図5(B)参照)および電気絶縁層2b(図5(A)および図5(B)参照)と、放熱用金属層2a(図5(B)および図5(C)参照)とが一部材によって構成されているが、第5の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、導体パターン2c1,2c2,2c3,2c4,2c5,2c6,2c7,2c8,2c9(図5(A)および図5(B)参照)および電気絶縁層2b(図5(A)および図5(B)参照)と、放熱用金属層2a(図5(B)および図5(C)参照)とを、別個の部材によって構成することも可能である。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1a1a,1a2a,1a3a(図3(B)参照)が、ヒートスプレッダ6a(図4および図11参照)を介してベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c1(図5(A)および図5(B)参照)に電気的に接続され、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1b1a,1b2a,1b3a(図3(B)参照)が、ヒートスプレッダ6b(図4および図11参照)を介してベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c2(図5(A)参照)に電気的に接続されているが、第6の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、ヒートスプレッダ6a,6b(図4および図11参照)を省略し、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1a1a,1a2a,1a3a(図3(B)参照)をベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c1(図5(A)および図5(B)参照)に対して半田接合すると共に、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1b1a,1b2a,1b3a(図3(B)参照)をベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c2(図5(A)参照)に対して半田接合することも可能である。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)のゲート抵抗として用いられるチップ抵抗8a,8b,8c(図11参照)の下面が、ベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c4(図5(A)参照)に対して、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)のゲート抵抗として用いられるチップ抵抗8d,8e,8f(図11参照)の下面が、ベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c5(図5(A)参照)に対して、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。更に、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)の温度を検出するためのサーミスタ7(図2(B)および図11参照)が、ベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c8,2c9(図5(A)参照)に対して、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外部導出端子3b1,3b2,3b3(図1、図2および図6〜図10参照)および端子3b4,3b5,3b6,3b7,3b8,3b9,3b10(図1、図2および図6〜図8参照)がインサートされて、例えばPPSなどのような樹脂材料の成形により形成された外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)が設けられている。詳細には、樹脂材料によって形成された樹脂本体部3a(図6〜図8参照)と、金属材料によって形成された外部導出端子3b1,3b2,3b3(図1、図2および図6〜図10参照)と、金属材料によって形成された端子3b4,3b5,3b6,3b7,3b8,3b9,3b10(図1、図2および図6〜図8参照)と、ナット3c1,3c2,3c3(図7(B)、図7(C)および図8参照)とによって、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)が構成されている。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、前側壁部3a1(図6および図8参照)と後側壁部3a2(図6(A)、図6(C)および図7(B)参照)と左側壁部3a3(図6(A)、図6(C)、図7(B)、図7(C)および図8参照)と右側壁部3a4(図6(A)、図6(C)および図7(A)参照)とを外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)に設けることによって、上下方向(図7(B)および図7(C)の上下方向、図8(A)および図8(B)の左右方向)に延びている貫通穴を有するように、外囲樹脂ケース3が概略筒形形状に形成されている。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、ねじ穴3b1a1(図9(A)および図10(A)参照)を有する外部導出端子3b1(図6、図7(B)、図7(C)、図8(A)、図9(A)および図10(A)参照)の上端水平部3b1a(図6(A)、図7(B)、図8(A)、図9(A)および図10(A)参照)の下側に配置されたナット3c1(図7(B)、図8(A)、図9(A)および図10(A)参照)を収容するためのナット収容部3a2a(図6(A)、図6(C)、図7(B)、図7(C)、図8(A)、図9(A)および図10(A)参照)が、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)に設けられている。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、ねじ穴3b2a1(図9(B)および図10(B)参照)を有する外部導出端子3b2(図6、図7、図8(B)、図9(B)および図10(B)参照)の上端水平部3b2a(図6(A)、図7(B)、図8(B)、図9(B)および図10(B)参照)の下側に配置されたナット3c2(図7(B)、図8(B)、図9(B)および図10(B)参照)を収容するためのナット収容部3a2b(図6(A)、図6(C)、図7、図8(B)、図9(B)および図10(B)参照)が、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)に設けられている。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、ねじ穴3b3a1(図9(C)参照)を有する外部導出端子3b3(図6、図7(A)、図7(C)、および図9(C)参照)の上端水平部3b3a(図6(A)、図7(C)および図9(C)参照)の下側に配置されたナット3c3(図7(C)および図9(C)参照)を収容するためのナット収容部3a4a(図6、図7(A)、図7(C)および図9(C)参照)が、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)に設けられている。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、制御基板(図示せず)をねじ止めするためのタップ部3a1a(図6(A)、図6(B)および図8参照)が、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の前側壁部3a1(図6および図8参照)に形成されている。また、蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)の下面4b(図13(C)および図14参照)に形成された突起4b2(図13(B)および図13(C)参照)と嵌合するための穴3a1b(図6(A)参照)が、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の前側壁部3a1(図6および図8参照)に形成されている。更に、蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)の下面4b(図13(C)および図14参照)に形成された突起4b3(図13(B)および図13(C)参照)と嵌合するための穴3a1c(図6(A)参照)が、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の前側壁部3a1(図6および図8参照)に形成されている。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、制御基板(図示せず)を位置決めするためのピン部3a2c(図6(A)、図6(B)、図7および図8参照)が、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の後側壁部3a2(図6(A)、図6(C)および図7(B)参照)に形成されている。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の下端部と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)とが、例えば接着剤(図示せず)などを介して接合されている。つまり、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の下端部が、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)によって覆われている。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図11に示すように、外部導出端子3b1(図1(A)、図1(B)、図2、図6、図7(B)、図7(C)、図8(A)、図9(A)および図10(A)参照)の下端水平部3b1b(図6(A)、図7(B)および図9(A)参照)と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c1(図5(A)および図5(B)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、外部導出端子3b2(図1(A)、図1(B)、図2、図6、図7、図8(B)、図9(B)および図10(B)参照)の下端水平部3b2b(図6(A)、図7(B)および図9(B)参照)と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c3(図5(A)および図5(B)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。更に、外部導出端子3b3(図1(A)、図1(B)、図2、図6、図7(A)、図7(C)、および図9(C)参照)の下端水平部3b3b(図6(A)、図7(C)および図9(C)参照)と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c2(図5(A)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図11に示すように、端子3b4(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)、図7(B)および図8参照)の下端水平部と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c9(図5(A)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。更に、端子3b5(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)の下端水平部と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c8(図5(A)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図11に示すように、端子3b6(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)の下端水平部と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c1(図5(A)および図5(B)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、端子3b7(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)の下端水平部と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c4(図5(A)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。更に、端子3b8(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)の下端水平部と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c6(図5(A)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図11に示すように、端子3b9(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)、図7(C)および図8参照)の下端水平部と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c5(図5(A)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。更に、端子3b10(図1、図2、図6(A)、図6(B)、図7(A)および図8参照)の下端水平部と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c7(図5(A)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
すなわち、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図11に示すように、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1a1a,1a2a,1a3a(図3(B)参照)と、外部導出端子3b1(図1(A)、図1(B)、図2、図6、図7(B)、図7(C)、図8(A)、図9(A)および図10(A)参照)とが電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1b1a,1b2a,1b3a(図3(B)参照)と、外部導出端子3b3(図1(A)、図1(B)、図2、図6、図7(A)、図7(C)、および図9(C)参照)とが電気的に接続されている。更に、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1a1a,1a2a,1a3a(図3(B)参照)と、端子3b6(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)とが電気的に接続されている。また、サーミスタ7(図2(B)および図11参照)と、端子3b4,3b5(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)、図7(B)および図8参照)とが電気的に接続されている。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の製造時には、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1a1a,1a2a,1a3a(図3(B)参照)とヒートスプレッダ6a(図4および図11参照)の上面との間の例えば半田(図示せず)による接合と、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)の下側電極1b1a,1b2a,1b3a(図3(B)参照)とヒートスプレッダ6b(図4および図11参照)の上面との間の例えば半田(図示せず)による接合と、ヒートスプレッダ6a(図4および図11参照)の下面とベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c1(図5(A)および図5(B)参照)との間の例えば半田(図示せず)による接合と、ヒートスプレッダ6b(図4および図11参照)の下面とベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c2(図5(A)参照)との間の例えば半田(図示せず)による接合と、チップ抵抗8a,8b,8c(図11参照)の下面とベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c4(図5(A)参照)との間の例えば半田(図示せず)による接合と、チップ抵抗8d,8e,8f(図11参照)の下面とベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c5(図5(A)参照)との間の例えば半田(図示せず)による接合と、サーミスタ7(図2(B)および図11参照)とベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c8,2c9(図5(A)参照)との間の例えば半田(図示せず)による接合と、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の下端部とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)との間の例えば接着剤(図示せず)による接合と、外部導出端子3b1(図1(A)、図1(B)、図2、図6、図7(B)、図7(C)、図8(A)、図9(A)および図10(A)参照)の下端水平部3b1b(図6(A)、図7(B)および図9(A)参照)とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c1(図5(A)および図5(B)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、外部導出端子3b2(図1(A)、図1(B)、図2、図6、図7、図8(B)、図9(B)および図10(B)参照)の下端水平部3b2b(図6(A)、図7(B)および図9(B)参照)とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c3(図5(A)および図5(B)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、外部導出端子3b3(図1(A)、図1(B)、図2、図6、図7(A)、図7(C)、および図9(C)参照)の下端水平部3b3b(図6(A)、図7(C)および図9(C)参照)とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c2(図5(A)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b4(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)、図7(B)および図8参照)の下端水平部とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c9(図5(A)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b5(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)の下端水平部とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c8(図5(A)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b6(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)の下端水平部とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c1(図5(A)および図5(B)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b7(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)の下端水平部とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c4(図5(A)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b8(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)の下端水平部とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c6(図5(A)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b9(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)、図7(C)および図8参照)の下端水平部とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c5(図5(A)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b10(図1、図2、図6(A)、図6(B)、図7(A)および図8参照)の下端水平部とベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c7(図5(A)参照)との間の半田(図示せず)による接合とが、1つの工程において行われる。
第7の実施形態のパワー半導体モジュール100の製造時には、代わりに、上記の接合工程を、複数に分割して実行することも可能である。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の製造時には、次いで、図12に示すように、ワイヤボンディングが行われる。具体的には、図12に示すように、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)の上側電極1a1b,1a2b,1a3b(図3(A)参照)と、ベース部材2(図5および図11参照)の導体パターン2c2(図5(A)参照)とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。また、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)の上側電極1a1b,1a2b,1a3b(図3(A)参照)と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c6(図5(A)参照)とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。更に、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)のゲート電極1a1c,1a2c,1a3c(図3(A)参照)と、チップ抵抗8a,8b,8c(図11参照)の上面とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。
また、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)の上側電極1b1b,1b2b,1b3b(図3(A)参照)と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c3(図5(A)および図5(B)参照)とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。更に、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)の上側電極1b1b,1b2b,1b3b(図3(A)参照)と、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の導体パターン2c7(図5(A)参照)とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。また、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)のゲート電極1b1c,1b2c,1b3c(図3(A)参照)と、チップ抵抗8d,8e,8f(図11参照)の上面とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。
すなわち、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図12に示すように、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)の上側電極1a1b,1a2b,1a3b(図3(A)参照)と、外部導出端子3b3(図1(A)、図1(B)、図2、図6、図7(A)、図7(C)、および図9(C)参照)とが電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)の上側電極1b1b,1b2b,1b3b(図3(A)参照)と、外部導出端子3b2(図1(A)、図1(B)、図2、図6、図7、図8(B)、図9(B)および図10(B)参照)とが電気的に接続されている。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図12に示すように、パワー半導体チップ1a1(図2(B)、図3および図11参照)のゲート電極1a1c(図3(A)参照)と、端子3b7(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)とが、チップ抵抗8a(図11参照)を介して電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1a2(図2(B)、図3および図11参照)のゲート電極1a2c(図3(A)参照)と、端子3b7(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)とが、チップ抵抗8b(図11参照)を介して電気的に接続されている。更に、パワー半導体チップ1a3(図2(B)、図3および図11参照)のゲート電極1a3c(図3(A)参照)と、端子3b7(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)とが、チップ抵抗8c(図11参照)を介して電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1b1(図2(B)、図3および図11参照)のゲート電極1b1c(図3(A)参照)と、端子3b9(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)とが、チップ抵抗8d(図11参照)を介して電気的に接続されている。更に、パワー半導体チップ1b2(図2(B)、図3および図11参照)のゲート電極1b2c(図3(A)参照)と、端子3b9(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)とが、チップ抵抗8e(図11参照)を介して電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1b3(図2(B)、図3および図11参照)のゲート電極1b3c(図3(A)参照)と、端子3b9(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)とが、チップ抵抗8f(図11参照)を介して電気的に接続されている。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図12に示すように、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3(図2(B)、図3および図11参照)の上側電極1a1b,1a2b,1a3b(図3(A)参照)と、端子3b8(図1(A)、図1(C)、図2、図6(A)、図7(A)および図8参照)とが電気的に接続されている。更に、パワー半導体チップ1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)の上側電極1b1b,1b2b,1b3b(図3(A)参照)と、端子3b10(図1、図2、図6(A)、図6(B)、図7(A)および図8参照)とが電気的に接続されている。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の製造時には、次いで、図12に示す組立体に対し、ゲル剤(図示せず)の充填が行われる。具体的には、ベース部材2(図1、図2(A)、図5および図11参照)の上側であって、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の前側壁部3a1(図6および図8参照)、後側壁部3a2(図6(A)、図6(C)および図7(B)参照)、左側壁部3a3(図6(A)、図6(C)、図7(B)、図7(C)および図8参照)および右側壁部3a4(図6(A)、図6(C)および図7(A)参照)の内側にゲル剤(図示せず)が充填され、それにより、パワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図2(B)、図3および図11参照)、チップ抵抗8a,8b,8c,8d,8e,8f(図11参照)およびサーミスタ7(図11参照)が保護されると共に、それらの相互間の電気的絶縁が確保される。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の製造時には、次いで、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の上端部が、蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)によって覆われ、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100(図1および図2参照)が完成する。
詳細には、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図1(A)、図5(A)、図6(A)および図11に示すように、ナット収容部3a2a(図1(A)および図6(A)参照)の真下にパワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図11参照)、チップ抵抗8a,8b,8c,8d,8e,8f(図11参照)あるいはサーミスタ7(図11参照)が配置されることなく、ナット収容部3a2a(図1(A)および図6(A)参照)の下面3a2a2(図9(A)および図10(A)参照)とベース部材2(図1(A)、図5(A)および図11参照)の上面とが対向せしめられている。そのため、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b1(図1(A)、図6(A)および図9(A)参照)の上端水平部3b1a(図6(A)および図9(A)参照)とベース部材2(図1(A)、図5(A)および図11参照)とを近付けることができる。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図1(A)、図5(A)、図6(A)および図11に示すように、ナット収容部3a2b(図1(A)および図6(A)参照)の真下にパワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図11参照)、チップ抵抗8a,8b,8c,8d,8e,8f(図11参照)あるいはサーミスタ7(図11参照)が配置されることなく、ナット収容部3a2b(図1(A)および図6(A)参照)の下面3a2b2(図9(B)および図10(B)参照)とベース部材2(図1(A)、図5(A)および図11参照)の上面とが対向せしめられている。そのため、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b2(図1(A)、図6(A)および図9(A)参照)の上端水平部3b2a(図6(A)および図9(B)参照)とベース部材2(図1(A)、図5(A)および図11参照)とを近付けることができる。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図1(A)、図5(A)、図6(A)および図11に示すように、ナット収容部3a4a(図1(A)および図6(A)参照)の真下にパワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図11参照)、チップ抵抗8a,8b,8c,8d,8e,8f(図11参照)あるいはサーミスタ7(図11参照)が配置されることなく、ナット収容部3a4a(図1(A)および図6(A)参照)の下面3a4a2(図9(C)参照)とベース部材2(図1(A)、図5(A)および図11参照)の上面とが対向せしめられている。そのため、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b3(図1(A)、図6(A)および図9(A)参照)の上端水平部3b3a(図6(A)および図9(C)参照)とベース部材2(図1(A)、図5(A)および図11参照)とを近付けることができる。
その結果、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、パワー半導体モジュール100全体の高さ寸法(上下方向寸法)を抑制することができる。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(A)に示すように、外部導出端子3b1の上端水平部3b1aと下端水平部3b1bとの間の中間部3b1cに、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)から露出せしめられている露出部分3b1c2と、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分3b1c1とが設けられている。更に、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2が、ナット収容部3a2aの下面3a2a2から鉛直方向下向き(図9(A)の下向き)に延ばされている。また、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(A)に示すように、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2に、水平方向(図9(A)の左右方向)に延びている水平部が存在せず、鉛直方向(図9(A)の上下方向)に延びている鉛直部のみが存在する。
詳細には、例えば特許文献1(特開2011−54896号公報)に記載されたパワー半導体モジュールのような従来のパワー半導体モジュールにおいては、外部導出端子の中間部の露出部分の熱膨張・熱収縮に伴う熱応力が、外部導出端子の下端水平部と導体パターンとの間の半田接合部にかかってしまうのを抑制するために、水平方向に延びている水平部と鉛直方向に延びている鉛直部とを外部導出端子の中間部の露出部分に設けることにより、外部導出端子の中間部の露出部分の水平部と鉛直部との境界に位置する屈曲部にバネ性が設けられていた。
このような構成により、従来のパワー半導体モジュールにおいては、半田接合部にかかる熱応力を抑制することができる。ところが、従来のパワー半導体モジュールにおいては、外部導出端子の中間部の露出部分にバネ性を設けるために、外部導出端子の中間部の露出部分に、鉛直部の他に、水平部も設けなければならない。そのため、従来のパワー半導体モジュールにおいては、水平部の分だけ外部導出端子の中間部の露出部分が不必要に長くなってしまい、その結果、外部導出端子全体の低インダクタンス化を達成することができなかった。
本発明者は、鋭意研究において、図9(A)に示すように、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2を十分に短くすれば、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2の熱膨張量・熱収縮量がさほど大きくならず、それゆえ、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2にバネ性を設けなくても、半田接合部にかかる熱応力を十分に抑制できると予測し、その検証を行った。その結果、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2に水平部を設けることなく、鉛直部のみによって外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2を構成する、つまり、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2の全体を鉛直面内に配置することによって、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2を十分に短くした場合に、半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子3b1全体の低インダクタンス化を達成できることを見い出したのである。
すなわち、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bと導体パターン2c1(図5(A)参照)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子3b1全体の低インダクタンス化を達成することができる。
同様に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(B)に示すように、外部導出端子3b2の上端水平部3b2aと下端水平部3b2bとの間の中間部3b2cに、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)から露出せしめられている露出部分3b2c2と、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分3b2c1とが設けられている。また、外部導出端子3b2の中間部3b2cの露出部分3b2c2が、ナット収容部3a2bの下面3a2b2から鉛直方向下向き(図9(B)の下向き)に延ばされている。更に、外部導出端子3b2の中間部3b2cの露出部分3b2c2の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(B)に示すように、外部導出端子3b2の中間部3b2cの露出部分3b2c2に、水平方向(図9(B)の左右方向)に延びている水平部が存在せず、鉛直方向(図9(B)の上下方向)に延びている鉛直部のみが存在する。
そのため、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bと導体パターン2c3(図5(A)参照)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子3b2全体の低インダクタンス化を達成することができる。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(C)に示すように、外部導出端子3b3の上端水平部3b3aと下端水平部3b3bとの間の中間部3b3cに、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)から露出せしめられている露出部分3b3c2と、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分3b3c1とが設けられている。更に、外部導出端子3b3の中間部3b3cの露出部分3b3c2が、ナット収容部3a4aの下面3a4a2から鉛直方向下向き(図9(C)の下向き)に延ばされている。また、外部導出端子3b3の中間部3b3cの露出部分3b3c2の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(C)に示すように、外部導出端子3b3の中間部3b3cの露出部分3b3c2に、水平方向(図9(C)の左右方向)に延びている水平部が存在せず、鉛直方向(図9(C)の上下方向)に延びている鉛直部のみが存在する。
そのため、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b3の下端水平部3b3bと導体パターン2c2(図5(A)参照)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子3b3全体の低インダクタンス化を達成することができる。
詳細には、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(A)に示すように、外部導出端子3b1の中間部3b1cの非露出部分3b1c1に、樹脂材料の食いつきを向上させるための貫通穴を有する鉛直部3b1c1aと、屈曲部3b1c1bとが設けられている。また、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2にも、ゲル剤(図示せず)のガス抜きをするための貫通穴(図示せず)が形成されている。同様に、図9(B)に示すように、外部導出端子3b2の中間部3b2cの非露出部分3b2c1に、樹脂材料の食いつきを向上させるための貫通穴を有する鉛直部3b2c1aと、屈曲部3b2c1bとが設けられている。更に、外部導出端子3b2の中間部3b2cの露出部分3b2c2にも、ゲル剤(図示せず)のガス抜きをするための貫通穴(図示せず)が形成されている。また、図9(C)に示すように、外部導出端子3b3の中間部3b3cの非露出部分3b3c1に、樹脂材料の食いつきを向上させるための貫通穴を有する鉛直部3b3c1aと、屈曲部3b3c1bとが設けられている。更に、外部導出端子3b3の中間部3b3cの露出部分3b3c2にも、ゲル剤(図示せず)のガス抜きをするための貫通穴(図示せず)が形成されている。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、ナット収容部3a2aおよびナット収容部3a2bが、外囲樹脂ケース3の後側壁部3a2と一体的に形成されると共に、左右方向(図6(A)の左右方向)に配列されている。
その上、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bが、ナット収容部3a2aの左側(図6(A)の左側)に配置されている。更に、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bが、ナット収容部3a2bの左側(図6(A)の左側)に配置されている。それにより、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bと、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bと、ナット収容部3a2aと、ナット収容部3a2bとが、左右方向(図6(A)の左右方向)に配列されている。
詳細には、例えば特許文献1(特開2011−54896号公報)の図16に記載されたパワー半導体モジュールのような従来のパワー半導体モジュールにおいても、第1ナット収容部および第2ナット収容部が、外囲樹脂ケースの後側壁部と一体的に形成されると共に、左右方向に配列されている。ところが、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の中間部の露出部分にバネ性を設けるために、鉛直部に加えて、水平部が第1外部導出端子の中間部の露出部分に設けられている。その結果、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部とが水平方向にかなり離れた位置に配置されている。同様に、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第2外部導出端子の下端水平部と第2ナット収容部とが水平方向にかなり離れた位置に配置されている。
従って、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の下端水平部と第2外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部と第2ナット収容部とを左右方向に配列すると、パワー半導体モジュール全体の左右方向寸法がかなり大型化してしまうため、第1外部導出端子の下端水平部と第2外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部と第2ナット収容部とを左右方向に配列することができなかった。
すなわち、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1ナット収容部および第2ナット収容部が、外囲樹脂ケースの後側壁部と一体的に形成されると共に、左右方向に配列されている場合、第1外部導出端子の下端水平部を第1ナット収容部の前側に配置せざるを得ず、第2外部導出端子の下端水平部を第2ナット収容部の前側に配置せざるを得なかった。
その結果、従来のパワー半導体モジュールにおいては、パワー半導体チップを第1ナット収容部の前側に配置する場合に、導体パターンに半田接合される第1外部導出端子の下端水平部の位置を避けてパワー半導体チップを配置しなければならない、というレイアウトの制約が生じていた。
更に、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下、あるいは、第2外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下にボンディングワイヤが配置される場合に、第1外部導出端子の下端水平部の半田接合工程および第2外部導出端子の下端水平部の半田接合工程の前に、第1外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下あるいは第2外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下のボンディングワイヤのボンディング工程を行わなければならない、という制約が生じていた。
それに対し、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bと外部導出端子3b2の下端水平部3b2bとナット収容部3a2aとナット収容部3a2bとを左右方向(図6(A)の左右方向)に配列することができるため、ナット収容部3a2aおよびナット収容部3a2bの前側(図6(A)の下側)にパワー半導体チップ1a1,1a2,1a3,1b1,1b2,1b3(図11参照)を自由に配置することができる。更に、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bの半田接合工程および外部導出端子3b2の下端水平部3b2bの半田接合工程の後に、図12に示すように、ナット収容部3a2a(図6(A)参照)およびナット収容部3a2b(図6(A)参照)の前側(図6(A)および図12の下側)のボンディングワイヤのボンディング工程を行うことができる。
すなわち、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、ナット収容部3a2a(図6(A)参照)およびナット収容部3a2b(図6(A)参照)の前側(図6(A)の下側)におけるレイアウトの制約および工程の順序の制約を低減することができる。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bが、ナット収容部3a2aの左側(図6(A)の左側)に配置されているが、第8の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、外部導出端子3b1(図6(A)参照)の下端水平部3b1b(図6(A)参照)を、ナット収容部3a2a(図6(A)参照)の右側(図6(A)の右側)に配置することも可能である。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bが、ナット収容部3a2bの左側(図6(A)の左側)に配置されているが、第9の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、外部導出端子3b2(図6(A)参照)の下端水平部3b2b(図6(A)参照)を、ナット収容部3a2b(図6(A)参照)の右側(図6(A)の右側)に配置することも可能である。
詳細には、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bが、ナット収容部3a2aとナット収容部3a2bとの間に配置されると共に、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bが、ナット収容部3a2aを隔てて、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bの反対側(図6(A)の左側)に配置されるように、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bと、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bと、ナット収容部3a2aと、ナット収容部3a2bとが左右方向(図6(A)の左右方向)に配列されている。そのため、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、必要な沿面距離を確保しつつ、パワー半導体モジュール100全体の左右方向(図6(A)の左右方向)寸法を小型化することができる。
代わりに、第10の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外部導出端子3b1(図6(A)参照)の下端水平部3b1b(図6(A)参照)が、ナット収容部3a2a(図6(A)参照)とナット収容部3a2b(図6(A)参照)との間に配置されると共に、外部導出端子3b2(図6(A)参照)の下端水平部3b2b(図6(A)参照)が、ナット収容部3a2b(図6(A)参照)を隔てて、外部導出端子3b1(図6(A)参照)の下端水平部3b1b(図6(A)参照)の反対側(図6(A)の右側)に配置されるように、外部導出端子3b1(図6(A)参照)の下端水平部3b1b(図6(A)参照)と、外部導出端子3b2(図6(A)参照)の下端水平部3b2b(図6(A)参照)と、ナット収容部3a2a(図6(A)参照)と、ナット収容部3a2b(図6(A)参照)とを左右方向(図6(A)の左右方向)に配列することも可能である。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図10(A)に示すように、樹脂材料の成形によって形成される外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)のナット収容部3a2aの前側面3a2a4から前側(図10(A)の下側)に、外部導出端子3b1の中間部3b1c(図9(A)参照)の露出部分3b1c2(図9(A)参照)が延ばされていない。更に、図10(B)に示すように、ナット収容部3a2bの前側面3a2b4から前側(図10(B)の下側)に、外部導出端子3b2の中間部3b2c(図9(B)参照)の露出部分3b2c2(図9(B)参照)が延ばされていない。
更に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図10(A)に示すように、前側(図10(A)の下側)に突出した係止突起3a2a4bが、ナット収容部3a2aの前側面3a2a4に形成されている。また、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の上端部に対する蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)の取り付け中に蓋体4の後側面4c(図14(A)参照)に当接する前側面3a2a4b1,3a2a4b3(図10(A)参照)と、外囲樹脂ケース3の上端部に対する蓋体4の取り付け完了後に蓋体4の上面4a(図14(A)参照)に対向する下面3a2a4b2(図10(A)参照)とが、係止突起3a2a4b(図10(A)参照)に形成されている。更に、係止突起3a2a4b(図10(A)参照)の前側面3a2a4b1(図10(A)参照)の上端部3a2a4b1a(図10(A)参照)が、係止突起3a2a4b(図10(A)参照)の前側面3a2a4b1(図10(A)参照)の下端部3a2a4b1b(図10(A)参照)よりも後側(図10(A)の上側)に位置するように、係止突起3a2a4b(図10(A)参照)の前側面3a2a4b1(図10(A)参照)がテーパ状に形成されている。また、係止突起3a2a4b(図10(A)参照)の下面3a2a4b2(図10(A)参照)が、蓋体4(図14(A)参照)の上面4a(図14(A)参照)と平行な面によって構成されている。
つまり、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、スナップフィットが、ナット収容部3a2a(図10(A)参照)の前側面3a2a4(図10(A)参照)の係止突起3a2a4b(図10(A)参照)の前側面3a2a4b1,3a2a4b3(図10(A)参照)および下面3a2a4b2(図10(A)参照)と、蓋体4(図14(A)参照)の後側面4c(図14(A)参照)および上面4a(図14(A)参照)とによって構成されている。
詳細には、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の上端部に対する蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)の取り付け完了後に、蓋体4の下面4b(図14(A)参照)が、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)のナット収容部3a2a(図6(A)、図8(A)および図10(A)参照)の前側面3a2a4(図10(A)参照)に形成された肩部3a2a4a(図6(A)および図10(A)参照)に当接する。
同様に、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図10(B)に示すように、前側(図10(B)の下側)に突出した係止突起3a2b4bが、ナット収容部3a2bの前側面3a2b4に形成されている。また、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の上端部に対する蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)の取り付け中に蓋体4の後側面4c(図14(B)参照)に当接する前側面3a2b4b1,3a2b4b3(図10(B)参照)と、外囲樹脂ケース3の上端部に対する蓋体4の取り付け完了後に蓋体4の上面4a(図14(B)参照)に対向する下面3a2b4b2(図10(B)参照)とが、係止突起3a2b4b(図10(B)参照)に形成されている。更に、係止突起3a2b4b(図10(B)参照)の前側面3a2b4b1(図10(B)参照)の上端部3a2b4b1a(図10(B)参照)が、係止突起3a2b4b(図10(B)参照)の前側面3a2b4b1(図10(B)参照)の下端部3a2b4b1b(図10(B)参照)よりも後側(図10(B)の上側)に位置するように、係止突起3a2b4b(図10(B)参照)の前側面3a2b4b1(図10(B)参照)がテーパ状に形成されている。また、係止突起3a2b4b(図10(B)参照)の下面3a2b4b2(図10(B)参照)が、蓋体4(図14(B)参照)の上面4a(図14(B)参照)と平行な面によって構成されている。
つまり、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、スナップフィットが、ナット収容部3a2b(図10(B)参照)の前側面3a2b4(図10(B)参照)の係止突起3a2b4b(図10(B)参照)の前側面3a2b4b1,3a2b4b3(図10(B)参照)および下面3a2b4b2(図10(B)参照)と、蓋体4(図14(B)参照)の後側面4c(図14(B)参照)および上面4a(図10(B)参照)とによって構成されている。
詳細には、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の上端部に対する蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)の取り付け完了後に、蓋体4の下面4b(図14(B)参照)が、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)のナット収容部3a2b(図6(A)、図8(B)および図10(B)参照)の前側面3a2b4(図10(B)参照)に形成された肩部3a2b4a(図6(A)および図10(B)参照)に当接する。
更に詳細には、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の上端部に対して蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)が取り付けられる時に、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の前側壁部3a1(図6および図8参照)の穴3a1b(図6(A)参照)と蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)の下面4b(図13(C)および図14参照)の突起4b2(図13(B)および図13(C)参照)とが嵌合すると共に、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の前側壁部3a1(図6および図8参照)の穴3a1c(図6(A)参照)と蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)の下面4b(図13(C)および図14参照)の突起4b3(図13(B)および図13(C)参照)とが嵌合し、それにより、外囲樹脂ケース3(図1および図2(A)参照)に対する蓋体4(図1および図2(A)参照)の水平方向の位置決めが行われる。
また、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図13(C)および図14に示すように、例えば樹脂材料の成形によって形成される蓋体4の下面4bに、厚肉のリブ4b1が設けられている。そのため、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、蓋体4が樹脂材料の成形によって形成される場合であっても、蓋体4の反りを抑制することができる。
すなわち、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、スナップフィットの構成要素として、外囲樹脂ケース3(図1、図2(A)および図6〜図8参照)の下端部まで延びている係止爪を蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)に設ける必要がない。そのため、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、スナップフィットの構成要素として外囲樹脂ケース3の下端部まで延びている係止爪が蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)に設けられる場合よりも、蓋体4(図1、図2(A)、図13および図14参照)の製造コストを削減することができる。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、ナット収容部3a2a(図10(A)参照)の係止突起3a2a4b(図10(A)参照)に、テーパ状の前側面3a2a4b1(図10(A)参照)と、鉛直面内に位置する前側面3a2a4b3(図10(A)参照)とが設けられているが、第11の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、鉛直面内に位置する前側面3a2a4b3(図10(A)参照)を省略し、テーパ状の前側面3a2a4b1(図10(A)参照)と下面3a2a4b2(図10(A)参照)とを隣接させることも可能である。
第1の実施形態のパワー半導体モジュール100では、ナット収容部3a2b(図10(B)参照)の係止突起3a2b4b(図10(B)参照)に、テーパ状の前側面3a2b4b1(図10(B)参照)と、鉛直面内に位置する前側面3a2b4b3(図10(A)参照)とが設けられているが、第12の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、鉛直面内に位置する前側面3a2b4b3(図10(B)参照)を省略し、テーパ状の前側面3a2b4b1(図10(B)参照)と下面3a2b4b2(図10(B)参照)とを隣接させることも可能である。
以下、本発明のパワー半導体モジュールの第13の実施形態について説明する。図15および図16は第13の実施形態のパワー半導体モジュール100を示した図である。詳細には、図15(A)は第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の平面図、図15(B)は第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の正面図、図15(C)は第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の右側面図、図16(A)は第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の斜視図、図16(B)は第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の等価回路図である。図17は第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の一部を構成するパワー半導体チップ1a1’(1a2’,1b1’,1b2’)を拡大して示した図である。詳細には、図17(A)はパワー半導体チップ1a1’(1a2’,1b1’,1b2’)の拡大平面図、図17(B)はパワー半導体チップ1a1’(1a2’,1b1’,1b2’)の拡大底面図である。図18は第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の一部を構成するヒートスプレッダ6a’(6b’)の部品図である。詳細には、図18(A)はヒートスプレッダ6a’(6b’)の平面図、図18(B)はヒートスプレッダ6a’(6b’)の正面図、図18(C)はヒートスプレッダ6a’(6b’)の底面図である。
図19は第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の一部を構成するベース部材2’の部品図である。詳細には、図19(A)はベース部材2’の平面図、図19(B)は図19(A)H−H線に沿った概略的な鉛直断面図、図19(C)はベース部材2’の底面図である。第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の一部を構成する外囲樹脂ケース3は、図6〜図10に示す第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の外囲樹脂ケース3と同一形状に形成されている。つまり、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の外囲樹脂ケース3を、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の外囲樹脂ケース3として流用することができる。
図20はパワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’、ヒートスプレッダ6a’,6b’、ベース部材2’、外囲樹脂ケース3、チップ抵抗8a’,8b’,8d’,8e’、サーミスタ7等によって構成される組立体を示した図である。図21は図20に示す組立体に対してワイヤボンディングを行った状態を示した図である。第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の一部を構成する蓋体4は、図13および図14に示す第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の蓋体4と同一形状に形成されている。つまり、第1の実施形態のパワー半導体モジュール100の蓋体4を、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の蓋体4として流用することができる。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、下側電極(ドレイン電極)1a1a’(図17参照)と上側電極(ソース電極)1a1b’(図17参照)との間を大電流が流れるパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1a1’(図16(B)、図17および図20参照)と、下側電極(ドレイン電極)1a2a’(図17参照)と上側電極(ソース電極)1a2b’(図17参照)との間を大電流が流れるパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1a2’(図16(B)、図17および図20参照)と、下側電極(ドレイン電極)1b1a’(図17参照)と上側電極(ソース電極)1b1b’(図17参照)との間を大電流が流れるパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1b1’(図16(B)、図17および図20参照)と、下側電極(ドレイン電極)1b2a’(図17参照)と上側電極(ソース電極)1b2b’(図17参照)との間を大電流が流れるパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1b2’(図16(B)、図17および図20参照)とが設けられている。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、4個のパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)が設けられているが、第14の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、2個のパワー半導体チップ(Nチャネル縦型パワーMOSFET)1a2’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)を省略することも可能である。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、パワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)としてMOSFETが用いられているが、第15の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、パワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)として、例えばIGBT、サイリスタ、ダイオードなどのようなMOSFET以外の任意のパワー半導体チップを用いることも可能である。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、パワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)として同一種類のMOSFETが用いられているが、第16の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、パワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)として、例えばMOSFET、IGBT、サイリスタ、ダイオードなどのような複数種類のパワー半導体チップを組み合わせて用いることも可能である。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、例えば銅のような高熱伝導性材料によって形成されたヒートスプレッダ6a’(図18および図20参照)の上面に対して、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)の下側電極1a1a’,1a2a’(図17(B)参照)が、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、ヒートスプレッダ6a’(図18および図20参照)と同一形状に形成されたヒートスプレッダ6b’(図18および図20参照)の上面に対して、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)の下側電極1b1a’,1b2a’(図17(B)参照)が、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。詳細には、パワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)を位置決めするためのレジスト(図18(A)中のハッチング部分)が、ヒートスプレッダ6a’,6b’(図18(A)参照)の上面に形成されている。
更に、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、ヒートスプレッダ6a’(図18および図20参照)の下面が、ベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c1’(図19(A)および図19(B)参照)に対して、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、ヒートスプレッダ6b’(図18および図20参照)の下面が、ベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c2’(図19(A)および図19(B)参照)に対して、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
詳細には、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、例えばアルミニウムなどのような高熱伝導性材料により形成された例えば2mmの厚さを有する放熱用金属層2a’(図19(B)および図19(C)参照)上に、例えば0.12mmの厚さを有する電気絶縁層2b’(図19(A)および図19(B)参照)が形成されている。更に、電気絶縁層2b’(図19(A)および図19(B)参照)上に、例えば0.14mmの厚さを有する導体パターン2c1’,2c2’,2c3’,2c4’,2c5’,2c6’,2c8’,2c9’(図19(A)および図19(B)参照)が形成されている。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、導体パターン2c1’,2c2’,2c3’,2c4’,2c5’,2c6’,2c8’,2c9’(図19(A)および図19(B)参照)および電気絶縁層2b’(図19(A)および図19(B)参照)と、放熱用金属層2a’(図19(B)および図19(C)参照)とが一部材によって構成されているが、第17の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、導体パターン2c1’,2c2’,2c3’,2c4’,2c5’,2c6’,2c8’,2c9’(図19(A)および図19(B)参照)および電気絶縁層2b’(図19(A)および図19(B)参照)と、放熱用金属層2a’(図19(B)および図19(C)参照)とを、別個の部材によって構成することも可能である。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)の下側電極1a1a’,1a2a’(図17(B)参照)が、ヒートスプレッダ6a’(図18および図20参照)を介してベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c1’(図19(A)および図19(B)参照)に電気的に接続され、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)の下側電極1b1a’,1b2a’(図17(B)参照)が、ヒートスプレッダ6b’(図18および図20参照)を介してベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c2’(図19(A)および図19(B)参照)に電気的に接続されているが、第18の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、ヒートスプレッダ6a’,6b’(図18および図20参照)を省略し、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)の下側電極1a1a’,1a2a’(図17(B)参照)をベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c1’(図19(A)および図19(B)参照)に対して半田接合すると共に、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)の下側電極1b1a’,1b2a’(図17(B)参照)をベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c2’(図19(A)および図19(B)参照)に対して半田接合することも可能である。
更に、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)のゲート抵抗として用いられるチップ抵抗8a’,8b’(図20参照)の下面が、ベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c4’(図19(A)および図19(B)参照)に対して、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)のゲート抵抗として用いられるチップ抵抗8d’,8e’(図20参照)の下面が、ベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c5’(図19(A)参照)に対して、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。更に、パワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)の温度を検出するためのサーミスタ7(図16(B)および図20参照)が、ベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c8’,2c9’(図19(A)参照)に対して、例えば半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
また、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の下端部と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)とが、例えば接着剤(図示せず)などを介して接合されている。つまり、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の下端部が、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)によって覆われている。
更に、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図20に示すように、外部導出端子3b1(図6、図7(B)、図7(C)、図8(A)、図9(A)、図10(A)、図15(A)、図15(B)および図16参照)の下端水平部3b1b(図6(A)、図7(B)および図9(A)参照)と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c1’(図19(A)および図19(B)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、外部導出端子3b2(図6、図7、図8(B)、図9(B)、図10(B)、図15(A)、図15(B)および図16参照)の下端水平部3b2b(図6(A)、図7(B)および図9(B)参照)と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c2’(図19(A)および図19(B)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。更に、外部導出端子3b3(図6、図7(A)、図7(C)、図9(C)、図15(A)、図15(B)および図16参照)の下端水平部3b3b(図6(A)、図7(C)および図9(C)参照)と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c3’(図19(A)および図19(B)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
また、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図20に示すように、端子3b4(図6(A)、図7(A)、図7(B)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)の下端水平部と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c9’(図19(A)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。更に、端子3b5(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)の下端水平部と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c8’(図19(A)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
更に、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図20に示すように、端子3b7(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)の下端水平部と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c4’(図19(A)および図19(B)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。更に、端子3b8(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)の下端水平部と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c6’(図19(A)および図19(B)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
また、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図20に示すように、端子3b9(図6(A)、図7(A)、図7(C)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)の下端水平部と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c5’(図19(A)参照)とが、半田(図示せず)を介して電気的に接続されている。
すなわち、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図20に示すように、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)の下側電極1a1a’,1a2a’(図17(B)参照)と、外部導出端子3b1(図6、図7(B)、図7(C)、図8(A)、図9(A)、図10(A)、図15(A)、図15(B)および図16参照)とが電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)の下側電極1b1a’,1b2a’(図17(B)参照)と、外部導出端子3b2(図6、図7、図8(B)、図9(B)、図10(B)、図15(A)、図15(B)および図16参照)とが電気的に接続されている。また、サーミスタ7(図16(B)および図20参照)と、端子3b4,3b5(図6(A)、図7(A)、図7(B)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)とが電気的に接続されている。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の製造時には、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)の下側電極1a1a’,1a2a’(図17(B)参照)とヒートスプレッダ6a’(図18および図20参照)の上面との間の例えば半田(図示せず)による接合と、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)の下側電極1b1a’,1b2a’(図17(B)参照)とヒートスプレッダ6b’(図18および図20参照)の上面との間の例えば半田(図示せず)による接合と、ヒートスプレッダ6a’(図18および図20参照)の下面とベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c1’(図19(A)および図19(B)参照)との間の例えば半田(図示せず)による接合と、ヒートスプレッダ6b’(図18および図20参照)の下面とベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c2’(図19(A)および図19(B)参照)との間の例えば半田(図示せず)による接合と、チップ抵抗8a’,8b’(図20参照)の下面とベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c4’(図19(A)および図19(B)参照)との間の例えば半田(図示せず)による接合と、チップ抵抗8d’,8e’(図20参照)の下面とベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c5’(図19(A)参照)との間の例えば半田(図示せず)による接合と、サーミスタ7(図16(B)および図20参照)とベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c8’,2c9’(図19(A)参照)との間の例えば半田(図示せず)による接合と、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の下端部とベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)との間の例えば接着剤(図示せず)による接合と、外部導出端子3b1(図6、図7(B)、図7(C)、図8(A)、図9(A)、図10(A)、図15(A)、図15(B)および図16参照)の下端水平部3b1b(図6(A)、図7(B)および図9(A)参照)とベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c1’(図19(A)および図19(B)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、外部導出端子3b2(図6、図7、図8(B)、図9(B)、図10(B)、図15(A)、図15(B)および図16参照)の下端水平部3b2b(図6(A)、図7(B)および図9(B)参照)とベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c2’(図19(A)および図19(B)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、外部導出端子3b3(図6、図7(A)、図7(C)、図9(C)、図15(A)、図15(B)および図16参照)の下端水平部3b3b(図6(A)、図7(C)および図9(C)参照)とベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c3’(図19(A)および図19(B)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b4(図6(A)、図7(A)、図7(B)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)の下端水平部とベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c9’(図19(A)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b5(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)の下端水平部とベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c8’(図19(A)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b7(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)の下端水平部とベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c4’(図19(A)および図19(B)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b8(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)の下端水平部とベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c6’(図19(A)および図19(B)参照)との間の半田(図示せず)による接合と、端子3b9(図6(A)、図7(A)、図7(C)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)の下端水平部とベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c5’(図19(A)参照)との間の半田(図示せず)による接合とが、1つの工程において行われる。
第19の実施形態のパワー半導体モジュール100の製造時には、代わりに、上記の接合工程を、複数に分割して実行することも可能である。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の製造時には、次いで、図21に示すように、ワイヤボンディングが行われる。具体的には、図21に示すように、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)の上側電極1a1b’,1a2b’(図17(A)参照)と、ベース部材2’(図19および図20参照)の導体パターン2c3’(図19(A)および図19(B)参照)とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。また、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)の上側電極1a1b’,1a2b’(図17(A)参照)と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c6’(図19(A)および図19(B)参照)とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。更に、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)のゲート電極1a1c’,1a2c’(図17(A)参照)と、チップ抵抗8a’,8b’(図20参照)の上面とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。
また、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)の上側電極1b1b’,1b2b’(図17(A)参照)と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c3’(図19(A)および図19(B)参照)とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。更に、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)の上側電極1b1b’,1b2b’(図17(A)参照)と、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の導体パターン2c6’(図19(A)および図19(B)参照)とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。また、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)のゲート電極1b1c’,1b2c’(図17(A)参照)と、チップ抵抗8d’,8e’(図20参照)の上面とが、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。
すなわち、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図21に示すように、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)の上側電極1a1b’,1a2b’(図17(A)参照)と、外部導出端子3b3(図6、図7(A)、図7(C)、図9(C)、図15(A)、図15(B)および図16参照)とが電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)の上側電極1b1b’,1b2b’(図17(A)参照)と、外部導出端子3b3(図6、図7(A)、図7(C)、図9(C)、図15(A)、図15(B)および図16参照)とが電気的に接続されている。
更に、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図21に示すように、パワー半導体チップ1a1’(図16(B)、図17および図20参照)のゲート電極1a1c’(図17(A)参照)と、端子3b7(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)とが、チップ抵抗8a’(図20参照)を介して電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1a2’(図16(B)、図17および図20参照)のゲート電極1a2c’(図17(A)参照)と、端子3b7(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)とが、チップ抵抗8b’(図20参照)を介して電気的に接続されている。また、パワー半導体チップ1b1’(図16(B)、図17および図20参照)のゲート電極1b1c’(図17(A)参照)と、端子3b9(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)とが、チップ抵抗8d’(図20参照)を介して電気的に接続されている。更に、パワー半導体チップ1b2’(図16(B)、図17および図20参照)のゲート電極1b2c’(図17(A)参照)と、端子3b9(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)とが、チップ抵抗8e’(図20参照)を介して電気的に接続されている。
また、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図21に示すように、パワー半導体チップ1a1’,1a2’(図16(B)、図17および図20参照)の上側電極1a1b’,1a2b’(図17(A)参照)と、端子3b8(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)とが電気的に接続されている。更に、パワー半導体チップ1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)の上側電極1b1b’,1b2b’(図17(A)参照)と、端子3b8(図6(A)、図7(A)、図8、図15(A)、図15(C)および図16参照)とが電気的に接続されている。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の製造時には、次いで、図21に示す組立体に対し、ゲル剤(図示せず)の充填が行われる。具体的には、ベース部材2’(図15、図16(A)、図19および図20参照)の上側であって、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の前側壁部3a1(図6および図8参照)、後側壁部3a2(図6(A)、図6(C)および図7(B)参照)、左側壁部3a3(図6(A)、図6(C)、図7(B)、図7(C)および図8参照)および右側壁部3a4(図6(A)、図6(C)および図7(A)参照)の内側にゲル剤(図示せず)が充填され、それにより、パワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図16(B)、図17および図20参照)、チップ抵抗8a’,8b’,8d’,8e’(図20参照)およびサーミスタ7(図20参照)が保護されると共に、それらの相互間の電気的絶縁が確保される。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100の製造時には、次いで、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の上端部が、蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)によって覆われ、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100(図15および図16参照)が完成する。
詳細には、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)、図15(A)、図19(A)および図20に示すように、ナット収容部3a2a(図6(A)および図15(A)参照)の真下にパワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図20参照)、チップ抵抗8a’,8b’,8d’,8e’(図20参照)あるいはサーミスタ7(図20参照)が配置されることなく、ナット収容部3a2a(図6(A)および図15(A)参照)の下面3a2a2(図9(A)および図10(A)参照)とベース部材2’(図15(A)、図19(A)および図20参照)の上面とが対向せしめられている。そのため、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b1(図6(A)、図9(A)および図15(A)参照)の上端水平部3b1a(図6(A)および図9(A)参照)とベース部材2’(図15(A)、図19(A)および図20参照)とを近付けることができる。
また、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)、図15(A)、図19(A)および図20に示すように、ナット収容部3a2b(図6(A)および図15(A)参照)の真下にパワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図20参照)、チップ抵抗8a’,8b’,8d’,8e’(図20参照)あるいはサーミスタ7(図20参照)が配置されることなく、ナット収容部3a2b(図6(A)および図15(A)参照)の下面3a2b2(図9(B)および図10(B)参照)とベース部材2’(図15(A)、図19(A)および図20参照)の上面とが対向せしめられている。そのため、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b2(図6(A)、図9(A)および図15(A)参照)の上端水平部3b2a(図6(A)および図9(B)参照)とベース部材2’(図15(A)、図19(A)および図20参照)とを近付けることができる。
更に、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)、図15(A)、図19(A)および図20に示すように、ナット収容部3a4a(図6(A)および図15(A)参照)の真下にパワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図20参照)、チップ抵抗8a’,8b’,8d’,8e’(図20参照)あるいはサーミスタ7(図20参照)が配置されることなく、ナット収容部3a4a(図6(A)および図15(A)参照)の下面3a4a2(図9(C)参照)とベース部材2’(図15(A)、図19(A)および図20参照)の上面とが対向せしめられている。そのため、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b3(図6(A)、図9(A)および図15(A)参照)の上端水平部3b3a(図6(A)および図9(C)参照)とベース部材2’(図15(A)、図19(A)および図20参照)とを近付けることができる。
その結果、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、パワー半導体モジュール100全体の高さ寸法(上下方向寸法)を抑制することができる。
また、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(A)に示すように、外部導出端子3b1の上端水平部3b1aと下端水平部3b1bとの間の中間部3b1cに、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)から露出せしめられている露出部分3b1c2と、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分3b1c1とが設けられている。更に、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2が、ナット収容部3a2aの下面3a2a2から鉛直方向下向き(図9(A)の下向き)に延ばされている。また、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(A)に示すように、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2に、水平方向(図9(A)の左右方向)に延びている水平部が存在せず、鉛直方向(図9(A)の上下方向)に延びている鉛直部のみが存在する。
詳細には、例えば特許文献1(特開2011−54896号公報)に記載されたパワー半導体モジュールのような従来のパワー半導体モジュールにおいては、外部導出端子の中間部の露出部分の熱膨張・熱収縮に伴う熱応力が、外部導出端子の下端水平部と導体パターンとの間の半田接合部にかかってしまうのを抑制するために、水平方向に延びている水平部と鉛直方向に延びている鉛直部とを外部導出端子の中間部の露出部分に設けることにより、外部導出端子の中間部の露出部分の水平部と鉛直部との境界に位置する屈曲部にバネ性が設けられていた。
このような構成により、従来のパワー半導体モジュールにおいては、半田接合部にかかる熱応力を抑制することができる。ところが、従来のパワー半導体モジュールにおいては、外部導出端子の中間部の露出部分にバネ性を設けるために、外部導出端子の中間部の露出部分に、鉛直部の他に、水平部も設けなければならない。そのため、従来のパワー半導体モジュールにおいては、水平部の分だけ外部導出端子の中間部の露出部分が不必要に長くなってしまい、その結果、外部導出端子全体の低インダクタンス化を達成することができなかった。
本発明者は、鋭意研究において、図9(A)に示すように、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2を十分に短くすれば、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2の熱膨張量・熱収縮量がさほど大きくならず、それゆえ、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2にバネ性を設けなくても、半田接合部にかかる熱応力を十分に抑制できると予測し、その検証を行った。その結果、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2に水平部を設けることなく、鉛直部のみによって外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2を構成する、つまり、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2の全体を鉛直面内に配置することによって、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2を十分に短くした場合に、半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子3b1全体の低インダクタンス化を達成できることを見い出したのである。
すなわち、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bと導体パターン2c1’(図19(A)参照)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子3b1全体の低インダクタンス化を達成することができる。
同様に、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(B)に示すように、外部導出端子3b2の上端水平部3b2aと下端水平部3b2bとの間の中間部3b2cに、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)から露出せしめられている露出部分3b2c2と、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分3b2c1とが設けられている。また、外部導出端子3b2の中間部3b2cの露出部分3b2c2が、ナット収容部3a2bの下面3a2b2から鉛直方向下向き(図9(B)の下向き)に延ばされている。更に、外部導出端子3b2の中間部3b2cの露出部分3b2c2の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(B)に示すように、外部導出端子3b2の中間部3b2cの露出部分3b2c2に、水平方向(図9(B)の左右方向)に延びている水平部が存在せず、鉛直方向(図9(B)の上下方向)に延びている鉛直部のみが存在する。
そのため、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bと導体パターン2c2’(図19(A)参照)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子3b2全体の低インダクタンス化を達成することができる。
また、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(C)に示すように、外部導出端子3b3の上端水平部3b3aと下端水平部3b3bとの間の中間部3b3cに、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)から露出せしめられている露出部分3b3c2と、外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)の樹脂本体部3a(図6〜図8参照)を構成する樹脂材料によって覆われている非露出部分3b3c1とが設けられている。更に、外部導出端子3b3の中間部3b3cの露出部分3b3c2が、ナット収容部3a4aの下面3a4a2から鉛直方向下向き(図9(C)の下向き)に延ばされている。また、外部導出端子3b3の中間部3b3cの露出部分3b3c2の全体が鉛直面内に配置されている。
つまり、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(C)に示すように、外部導出端子3b3の中間部3b3cの露出部分3b3c2に、水平方向(図9(C)の左右方向)に延びている水平部が存在せず、鉛直方向(図9(C)の上下方向)に延びている鉛直部のみが存在する。
そのため、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、外部導出端子3b3の下端水平部3b3bと導体パターン2c3’(図19(A)参照)との間の半田接合部にかかる熱応力を抑制しつつ、外部導出端子3b3全体の低インダクタンス化を達成することができる。
詳細には、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図9(A)に示すように、外部導出端子3b1の中間部3b1cの非露出部分3b1c1に、樹脂材料の食いつきを向上させるための貫通穴を有する鉛直部3b1c1aと、屈曲部3b1c1bとが設けられている。また、外部導出端子3b1の中間部3b1cの露出部分3b1c2にも、ゲル剤(図示せず)のガス抜きをするための貫通穴(図示せず)が形成されている。同様に、図9(B)に示すように、外部導出端子3b2の中間部3b2cの非露出部分3b2c1に、樹脂材料の食いつきを向上させるための貫通穴を有する鉛直部3b2c1aと、屈曲部3b2c1bとが設けられている。更に、外部導出端子3b2の中間部3b2cの露出部分3b2c2にも、ゲル剤(図示せず)のガス抜きをするための貫通穴(図示せず)が形成されている。また、図9(C)に示すように、外部導出端子3b3の中間部3b3cの非露出部分3b3c1に、樹脂材料の食いつきを向上させるための貫通穴を有する鉛直部3b3c1aと、屈曲部3b3c1bとが設けられている。更に、外部導出端子3b3の中間部3b3cの露出部分3b3c2にも、ゲル剤(図示せず)のガス抜きをするための貫通穴(図示せず)が形成されている。
更に、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、ナット収容部3a2aおよびナット収容部3a2bが、外囲樹脂ケース3の後側壁部3a2と一体的に形成されると共に、左右方向(図6(A)の左右方向)に配列されている。
その上、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bが、ナット収容部3a2aの左側(図6(A)の左側)に配置されている。更に、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bが、ナット収容部3a2bの左側(図6(A)の左側)に配置されている。それにより、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bと、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bと、ナット収容部3a2aと、ナット収容部3a2bとが、左右方向(図6(A)の左右方向)に配列されている。
詳細には、例えば特許文献1(特開2011−54896号公報)の図16に記載されたパワー半導体モジュールのような従来のパワー半導体モジュールにおいても、第1ナット収容部および第2ナット収容部が、外囲樹脂ケースの後側壁部と一体的に形成されると共に、左右方向に配列されている。ところが、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の中間部の露出部分にバネ性を設けるために、鉛直部に加えて、水平部が第1外部導出端子の中間部の露出部分に設けられている。その結果、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部とが水平方向にかなり離れた位置に配置されている。同様に、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第2外部導出端子の下端水平部と第2ナット収容部とが水平方向にかなり離れた位置に配置されている。
従って、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の下端水平部と第2外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部と第2ナット収容部とを左右方向に配列すると、パワー半導体モジュール全体の左右方向寸法がかなり大型化してしまうため、第1外部導出端子の下端水平部と第2外部導出端子の下端水平部と第1ナット収容部と第2ナット収容部とを左右方向に配列することができなかった。
すなわち、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1ナット収容部および第2ナット収容部が、外囲樹脂ケースの後側壁部と一体的に形成されると共に、左右方向に配列されている場合、第1外部導出端子の下端水平部を第1ナット収容部の前側に配置せざるを得ず、第2外部導出端子の下端水平部を第2ナット収容部の前側に配置せざるを得なかった。
その結果、従来のパワー半導体モジュールにおいては、パワー半導体チップを第1ナット収容部の前側に配置する場合に、導体パターンに半田接合される第1外部導出端子の下端水平部の位置を避けてパワー半導体チップを配置しなければならない、というレイアウトの制約が生じていた。
更に、従来のパワー半導体モジュールにおいては、第1外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下、あるいは、第2外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下にボンディングワイヤが配置される場合に、第1外部導出端子の下端水平部の半田接合工程および第2外部導出端子の下端水平部の半田接合工程の前に、第1外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下あるいは第2外部導出端子の中間部の露出部分の水平部の真下のボンディングワイヤのボンディング工程を行わなければならない、という制約が生じていた。
それに対し、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bと外部導出端子3b2の下端水平部3b2bとナット収容部3a2aとナット収容部3a2bとを左右方向(図6(A)の左右方向)に配列することができるため、ナット収容部3a2aおよびナット収容部3a2bの前側(図6(A)の下側)にパワー半導体チップ1a1’,1a2’,1b1’,1b2’(図20参照)を自由に配置することができる。更に、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bの半田接合工程および外部導出端子3b2の下端水平部3b2bの半田接合工程の後に、図21に示すように、ナット収容部3a2a(図6(A)参照)およびナット収容部3a2b(図6(A)参照)の前側(図6(A)および図21の下側)のボンディングワイヤのボンディング工程を行うことができる。
すなわち、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、ナット収容部3a2a(図6(A)参照)およびナット収容部3a2b(図6(A)参照)の前側(図6(A)の下側)におけるレイアウトの制約および工程の順序の制約を低減することができる。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bが、ナット収容部3a2aの左側(図6(A)の左側)に配置されているが、第20の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、外部導出端子3b1(図6(A)参照)の下端水平部3b1b(図6(A)参照)を、ナット収容部3a2a(図6(A)参照)の右側(図6(A)の右側)に配置することも可能である。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bが、ナット収容部3a2bの左側(図6(A)の左側)に配置されているが、第21の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、外部導出端子3b2(図6(A)参照)の下端水平部3b2b(図6(A)参照)を、ナット収容部3a2b(図6(A)参照)の右側(図6(A)の右側)に配置することも可能である。
詳細には、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図6(A)に示すように、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bが、ナット収容部3a2aとナット収容部3a2bとの間に配置されると共に、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bが、ナット収容部3a2aを隔てて、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bの反対側(図6(A)の左側)に配置されるように、外部導出端子3b1の下端水平部3b1bと、外部導出端子3b2の下端水平部3b2bと、ナット収容部3a2aと、ナット収容部3a2bとが左右方向(図6(A)の左右方向)に配列されている。そのため、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、必要な沿面距離を確保しつつ、パワー半導体モジュール100全体の左右方向(図6(A)の左右方向)寸法を小型化することができる。
代わりに、第22の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外部導出端子3b1(図6(A)参照)の下端水平部3b1b(図6(A)参照)が、ナット収容部3a2a(図6(A)参照)とナット収容部3a2b(図6(A)参照)との間に配置されると共に、外部導出端子3b2(図6(A)参照)の下端水平部3b2b(図6(A)参照)が、ナット収容部3a2b(図6(A)参照)を隔てて、外部導出端子3b1(図6(A)参照)の下端水平部3b1b(図6(A)参照)の反対側(図6(A)の右側)に配置されるように、外部導出端子3b1(図6(A)参照)の下端水平部3b1b(図6(A)参照)と、外部導出端子3b2(図6(A)参照)の下端水平部3b2b(図6(A)参照)と、ナット収容部3a2a(図6(A)参照)と、ナット収容部3a2b(図6(A)参照)とを左右方向(図6(A)の左右方向)に配列することも可能である。
また、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図10(A)に示すように、樹脂材料の成形によって形成される外囲樹脂ケース3(図6〜図8参照)のナット収容部3a2aの前側面3a2a4から前側(図10(A)の下側)に、外部導出端子3b1の中間部3b1c(図9(A)参照)の露出部分3b1c2(図9(A)参照)が延ばされていない。更に、図10(B)に示すように、ナット収容部3a2bの前側面3a2b4から前側(図10(B)の下側)に、外部導出端子3b2の中間部3b2c(図9(B)参照)の露出部分3b2c2(図9(B)参照)が延ばされていない。
更に、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図10(A)に示すように、前側(図10(A)の下側)に突出した係止突起3a2a4bが、ナット収容部3a2aの前側面3a2a4に形成されている。また、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の上端部に対する蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)の取り付け中に蓋体4の後側面4c(図14(A)参照)に当接する前側面3a2a4b1,3a2a4b3(図10(A)参照)と、外囲樹脂ケース3の上端部に対する蓋体4の取り付け完了後に蓋体4の上面4a(図14(A)参照)に対向する下面3a2a4b2(図10(A)参照)とが、係止突起3a2a4b(図10(A)参照)に形成されている。更に、係止突起3a2a4b(図10(A)参照)の前側面3a2a4b1(図10(A)参照)の上端部3a2a4b1a(図10(A)参照)が、係止突起3a2a4b(図10(A)参照)の前側面3a2a4b1(図10(A)参照)の下端部3a2a4b1b(図10(A)参照)よりも後側(図10(A)の上側)に位置するように、係止突起3a2a4b(図10(A)参照)の前側面3a2a4b1(図10(A)参照)がテーパ状に形成されている。また、係止突起3a2a4b(図10(A)参照)の下面3a2a4b2(図10(A)参照)が、蓋体4(図14(A)参照)の上面4a(図14(A)参照)と平行な面によって構成されている。
つまり、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、スナップフィットが、ナット収容部3a2a(図10(A)参照)の前側面3a2a4(図10(A)参照)の係止突起3a2a4b(図10(A)参照)の前側面3a2a4b1,3a2a4b3(図10(A)参照)および下面3a2a4b2(図10(A)参照)と、蓋体4(図14(A)参照)の後側面4c(図14(A)参照)および上面4a(図14(A)参照)とによって構成されている。
詳細には、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の上端部に対する蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)の取り付け完了後に、蓋体4の下面4b(図14(A)参照)が、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)のナット収容部3a2a(図6(A)、図8(A)および図10(A)参照)の前側面3a2a4(図10(A)参照)に形成された肩部3a2a4a(図6(A)および図10(A)参照)に当接する。
同様に、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図10(B)に示すように、前側(図10(B)の下側)に突出した係止突起3a2b4bが、ナット収容部3a2bの前側面3a2b4に形成されている。また、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の上端部に対する蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)の取り付け中に蓋体4の後側面4c(図14(B)参照)に当接する前側面3a2b4b1,3a2b4b3(図10(B)参照)と、外囲樹脂ケース3の上端部に対する蓋体4の取り付け完了後に蓋体4の上面4a(図14(B)参照)に対向する下面3a2b4b2(図10(B)参照)とが、係止突起3a2b4b(図10(B)参照)に形成されている。更に、係止突起3a2b4b(図10(B)参照)の前側面3a2b4b1(図10(B)参照)の上端部3a2b4b1a(図10(B)参照)が、係止突起3a2b4b(図10(B)参照)の前側面3a2b4b1(図10(B)参照)の下端部3a2b4b1b(図10(B)参照)よりも後側(図10(B)の上側)に位置するように、係止突起3a2b4b(図10(B)参照)の前側面3a2b4b1(図10(B)参照)がテーパ状に形成されている。また、係止突起3a2b4b(図10(B)参照)の下面3a2b4b2(図10(B)参照)が、蓋体4(図14(B)参照)の上面4a(図14(B)参照)と平行な面によって構成されている。
つまり、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、スナップフィットが、ナット収容部3a2b(図10(B)参照)の前側面3a2b4(図10(B)参照)の係止突起3a2b4b(図10(B)参照)の前側面3a2b4b1,3a2b4b3(図10(B)参照)および下面3a2b4b2(図10(B)参照)と、蓋体4(図14(B)参照)の後側面4c(図14(B)参照)および上面4a(図10(B)参照)とによって構成されている。
詳細には、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の上端部に対する蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)の取り付け完了後に、蓋体4の下面4b(図14(B)参照)が、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、、図15および図16(A)参照)のナット収容部3a2b(図6(A)、図8(B)および図10(B)参照)の前側面3a2b4(図10(B)参照)に形成された肩部3a2b4a(図6(A)および図10(B)参照)に当接する。
更に詳細には、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の上端部に対して蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)が取り付けられる時に、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の前側壁部3a1(図6および図8参照)の穴3a1b(図6(A)参照)と蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)の下面4b(図13(C)および図14参照)の突起4b2(図13(B)および図13(C)参照)とが嵌合すると共に、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の前側壁部3a1(図6および図8参照)の穴3a1c(図6(A)参照)と蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)の下面4b(図13(C)および図14参照)の突起4b3(図13(B)および図13(C)参照)とが嵌合し、それにより、外囲樹脂ケース3(図15および図16(A)参照)に対する蓋体4(図15および図16(A)参照)の水平方向の位置決めが行われる。
また、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、図13(C)および図14に示すように、例えば樹脂材料の成形によって形成される蓋体4の下面4bに、厚肉のリブ4b1が設けられている。そのため、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、蓋体4が樹脂材料の成形によって形成される場合であっても、蓋体4の反りを抑制することができる。
すなわち、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、スナップフィットの構成要素として、外囲樹脂ケース3(図6〜図8、図15および図16(A)参照)の下端部まで延びている係止爪を蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)に設ける必要がない。そのため、第13の実施形態のパワー半導体モジュール100によれば、スナップフィットの構成要素として外囲樹脂ケース3の下端部まで延びている係止爪が蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)に設けられる場合よりも、蓋体4(図13、図14、図15および図16(A)参照)の製造コストを削減することができる。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、ナット収容部3a2a(図10(A)参照)の係止突起3a2a4b(図10(A)参照)に、テーパ状の前側面3a2a4b1(図10(A)参照)と、鉛直面内に位置する前側面3a2a4b3(図10(A)参照)とが設けられているが、第23の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、鉛直面内に位置する前側面3a2a4b3(図10(A)参照)を省略し、テーパ状の前側面3a2a4b1(図10(A)参照)と下面3a2a4b2(図10(A)参照)とを隣接させることも可能である。
第13の実施形態のパワー半導体モジュール100では、ナット収容部3a2b(図10(B)参照)の係止突起3a2b4b(図10(B)参照)に、テーパ状の前側面3a2b4b1(図10(B)参照)と、鉛直面内に位置する前側面3a2b4b3(図10(A)参照)とが設けられているが、第24の実施形態のパワー半導体モジュール100では、代わりに、鉛直面内に位置する前側面3a2b4b3(図10(B)参照)を省略し、テーパ状の前側面3a2b4b1(図10(B)参照)と下面3a2b4b2(図10(B)参照)とを隣接させることも可能である。
第25の実施形態では、上述した第1から第24の実施形態を適宜組み合わせることも可能である。