JPH09121019A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH09121019A JP27758795A JP27758795A JPH09121019A JP H09121019 A JPH09121019 A JP H09121019A JP 27758795 A JP27758795 A JP 27758795A JP 27758795 A JP27758795 A JP 27758795A JP H09121019 A JPH09121019 A JP H09121019A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 主電流端子の高い耐圧とインダクタンスの低
減とを両立して実現する。 【解決手段】 パワー基板３０に搭載されたＩＧＢＴ素
子２７の主電極に電気的に結合する主電流端子３１，３
２は、ケース２１の側壁から外部へと突出している。主
電流端子３１，３２は、主要部において同一平面視輪郭
を有する平板状であって、互いに平行にしかも重なり合
うように配設されている。このため、主電流端子３１，
３２のインダクタンスが低く抑えられる。ケース２１か
ら外部へ突出する主電流端子３１，３２の部分には絶縁
部材３３が介挿され、しかも絶縁部材３３は主電流端子
３１，３２の平面視輪郭から外方へと張り出している。
このため、主電流端子３１，３２におけるこの部分の耐
圧が高く維持される。ケース２１の内部には電気絶縁性
の充填材４３が充填されるので、ケース２１内に収納さ
れる主電流端子３１，３２の部分の耐圧も高く維持され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、パワースイッチ
ング素子を備えたパワー半導体装置に好適な、半導体装
置、及びその製造方法に関し、特に、主電流端子の耐圧
の向上とインダクタンスの低減とを両立的に実現するた
めの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４は従来のパワー半導体装置の正面
断面図である。この装置では、電気絶縁性の箱状のケー
ス１の底部に、放熱板として機能する金属ベース板２が
はめ込まれており、これらのケース１と金属ベース板２
とによって、内部に収納室３が形成されている。金属ベ
ース板２の上面すなわち収納室３に面する主面には、絶
縁基板４が固定されている。
【０００３】絶縁基板４の下面すなわち金属ベース板２
に対向する主面には、図示しない銅箔が形成されてお
り、この銅箔と金属ベース板２とをハンダ付けすること
によって、絶縁基板４は金属ベース板２へと固定されて
いる。絶縁基板４の上面、すなわち金属ベース板２へ対
向する側とは反対側の主面には、パターニングされた銅
箔すなわち配線パターン５が形成されている。そして、
この配線パターン５に、ベアチップ（樹脂モールドされ
ない半導体チップ）状のパワースイッチング素子（図示
を略する）が接続されている。
【０００４】ケース１には、電気良導性の一対の主電流
端子６，７が固定されている。そして、主電流端子６，
７の上端部はケース１の外部に露出し、下端部は配線パ
ターン５に接続されている。主電流端子６，７は、配線
パターン５を介して、パワースイッチング素子の主電極
（例えば、トランジスタ素子のエミッタ電極とコレクタ
電極）と電気的に結合している。すなわち、主電流端子
６，７は、外部とパワースイッチング素子の主電極とを
中継する役割を果たしている。したがって、一対の主電
流端子６，７には、パワースイッチング素子によってス
イッチングされる主電流が流れる。
【０００５】主電流端子６，７は、ケース１の上面に開
口する溝８に介挿され、この溝８を蓋９で閉塞すること
によって、ケース１へと固定される。そして、外部に露
出する上端部を除く、主電流端子６，７の主要部は、収
納室３に収納される。収納室３は、電気絶縁性の充填材
１０で満たされており、そのことによって、収納室３内
におけるパワースイッチング素子等の保護を行うととも
に、一対の主電流端子６，７の相互間の耐圧を高めてい
る。
【０００６】収納室３が充填材１０で満たされているた
めに十分な耐圧が得られるので、主電流端子６，７は、
ケース１の上面近傍を除く収納室３内では、互いに平行
となるようにしかも近接して配設される。そのことによ
って、主電流端子６，７に寄生的に発生するインダクタ
ンスが低く抑えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ケース
１の外部に露出する主電流端子６，７の上端部は、それ
らの間の耐圧を高く保証するために、互いに広い間隔を
もってケース１へ固定されている。このために、収納室
３内においても、ケース１の近傍では、主電流端子６，
７の互いの間隔は広く設定せざるを得なくなっている。
すなわち、ケース１に近接する部分すなわち上端部近傍
１１では、主電流端子６，７の相互の間隔が広くなって
おり、この部分でインダクタンスが高くならざるを得な
いという問題点があった。
【０００８】主電流の経路として機能する主電流端子
６，７のインダクタンスが高いと、主電流の高速スイッ
チングができないばかりでなく、スイッチング動作にと
もなって高いサージ電圧が発生するので、インダクタン
スの高い主電流端子６，７は、大きな主電流を高速でス
イッチングする半導体装置には適しない。
【０００９】この発明は、従来の装置における上記した
問題点を解消するためになされたもので、主電流端子相
互間の耐圧を確保しつつ、しかも主電流端子のインダク
タンスを低減して、高耐圧、大電流、かつ高速スイッチ
ングに適した半導体装置を得ることを目的としており、
さらにこの半導体装置の製造に適した方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明の装置は、主
面に沿って配線パターンが配設されるとともに、一対の
主電極を有するスイッチング素子が搭載された回路基板
と、前記回路基板を収納するケースと、一対の一端部の
一方と他方とが、前記一対の主電極の一方と他方とにそ
れぞれ電気的に結合するように前記配線パターンに接続
され、一対の他端部が前記ケースの外部へと突出する、
電気良導性の一対の主電流端子と、前記ケースの内部に
充填される電気絶縁性の充填材と、を備えた半導体装置
において、前記一対の主電流端子を、互いの電気的絶縁
を保ちつつ、互いに固定的に連結する電気絶縁性の絶縁
部材をさらに備え、前記一対の主電流端子は、前記一対
の一端部を除き前記一対の他端部を含むそれぞれの主要
部において、互いに同一平面視輪郭を有しており、前記
絶縁部材は、前記一対の主電流端子のそれぞれの前記主
要部が、互いに平行でしかもそれらの平面視輪郭が互い
に重なり合うように、前記一対の主電流端子を固定的に
連結しており、前記絶縁部材は、前記ケースの外部へと
突出する前記一対の他端部の全領域にわたってそれらの
間に介挿される、電気絶縁性の平板状部材を有してお
り、当該平板状部材は、前記全領域にわたって、それら
の平面視輪郭の外方へと張り出していることを特徴とす
る。
【００１１】第２の発明の装置は、第１の発明の半導体
装置において、前記絶縁部材は、前記一対の主電流端子
と一体的にモールドされた電気絶縁性の樹脂から成るこ
とを特徴とする。
【００１２】第３の発明の装置は、第１の発明の半導体
装置において、前記ケースは、上面と底面と側面とを有
する箱状であって、前記回路基板は、箱状の前記ケース
の前記底面に平行に設置されており、前記一対の主電流
端子のそれぞれの前記主要部は、前記ケースの前記底面
に平行な平板形状をなしており、前記一対の主電流端子
の前記一対の他端部は、前記ケースの前記側面から外部
へと突出していることを特徴とする。
【００１３】第４の発明の装置は、第３の発明の半導体
装置において、前記ケースは、前記上面を含むケース上
部と前記底面を含むケース下部とが接合されて成り、前
記一対の主電流端子が前記絶縁部材とともに、前記ケー
ス上部と前記ケース下部とに挟み込まれることによっ
て、前記一対の他端部が前記ケースの前記側面から外部
へと突出していることを特徴とする。
【００１４】第５の発明の装置は、第３の発明の半導体
装置において、前記一対の主電流端子は、それぞれの前
記主要部と前記一対の一端部とをそれぞれ連結する屈曲
した一対の連結部を有し、当該一対の連結部の一方と他
方は、前記一対の主電流端子のそれぞれの主要部の一方
と他方とそれぞれ同一平面内にあって、しかも、それら
の平面視輪郭が互いに重なり合っており、前記充填材
は、少なくとも前記連結部の周囲においては、当該連結
部の変形に干渉しない材料から成ることを特徴とする。
【００１５】第６の発明の装置は、第１の発明の半導体
装置において、前記一対の主電流端子は、それぞれの前
記主要部と前記一対の一端部とをそれぞれ連結する屈曲
した一対の連結部を有し、前記充填材は、少なくとも前
記連結部の周囲においては、当該連結部の変形に干渉し
ない材料から成ることを特徴とする。
【００１６】第７の発明の製造方法は、主面に沿って配
線パターンが配設される回路基板を準備する工程と、互
いに接合することによって、前記回路基板を収納するケ
ースを上面と底面と側面とを有する箱状に形成可能な２
つの部材、すなわち前記上面を含むケース上部と前記底
面を含むケース下部とを形成するケース準備工程と、電
気良導性の材料を、一対の一端部を除いたそれぞれの主
要部において互いに同一平面視輪郭を有する形状に形作
ることによって、一対の主電流端子を形成する端子形成
工程と、前記一対の主電流端子のそれぞれの前記主要部
が、互いに平行でかつそれらの平面視輪郭が互いに重な
り合うように、しかも、前記一対の主電流端子の相互間
の電気的絶縁を保つように、絶縁部材を用いて、前記一
対の主電流端子を互いに固定的に連結し、その結果、相
互に固定的に連結された当該一対の主電流端子と前記絶
縁部材とで構成される端子ユニットを形成するユニット
形成工程と、一対の主電極を有するスイッチング素子
を、前記配線パターンに固着することによって、当該ス
イッチング素子を前記回路基板へ搭載する工程と、前記
回路基板を前記ケース下部の内側に取り付ける工程と、
前記一対の主電流端子の一対の他端部が前記ケースの外
部へと突出するように前記端子ユニットを挟み込んで、
前記ケース上部と前記回路基板が取り付けられた前記ケ
ース下部とを互いに接合することによって、前記端子ユ
ニットを前記ケースに組み込む接合工程と、当該接合工
程の後または当該接合工程と同時に、前記一対の一端部
の一方と他方とを、前記スイッチング素子の前記一対の
主電極の一方と他方とにそれぞれ電気的に結合するよう
に、前記配線パターンに接続する工程と、前記ケースの
内部に電気絶縁性の充填材を充填する充填工程と、を備
え、前記ユニット形成工程において、前記ケースの外部
へと突出すべき前記一対の他端部の全領域にわたってそ
れらの間に介挿され、しかも、当該全領域にわたってそ
れらの平面視輪郭の外方へと張り出す電気絶縁性の平板
状部材を有するように、前記絶縁部材が形作られること
を特徴とする。
【００１７】第８の発明の製造方法は、第７の発明の半
導体装置の製造方法において、前記ユニット形成工程
は、形成すべき前記端子ユニット内での位置関係に前記
一対の主電流端子を保ちつつ、樹脂を前記絶縁部材の形
状にモールドすることによって、前記端子ユニットを一
体的に形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
＜１．装置の構成の概要＞図１は、実施の形態の半導体
装置の側面断面図である。この装置１００は、パワース
イッチング素子とその制御を行うための制御素子とを備
える、いわゆるインテリジェントパワーモジュール（In
teligent Power Module）として構成されている。その
代表的な定格値は、耐圧において4.2kV、主電流の大き
さにおいて1200Aという、先例にない大きさである。
【００１９】図１に示すように、底板２０を有し、上面
すなわち底板２０とは反対側が開口する電気絶縁性の箱
状のケース２１と、上面を覆う蓋４４とによって、内部
に収納室２２が形成されている。ケース２１は、例えば
ＢＭＣ（Bulk Molding Compound）樹脂から成ってい
る。不飽和ポリエステル樹脂に、充填材、ガラス繊維、
その他の添加剤を混成してなる材料であるＢＭＣ樹脂
は、熱硬化性であるため金型を用いたモールド加工に適
しており、また、寸法精度、機械的強度、耐熱性、耐水
性にも優れている。すなわち、ＢＭＣ樹脂は、大電力用
の装置１００のケース２１の材料として適している。
【００２０】底板２０の上面すなわち収納室２２へ面す
る主面の上に、放熱のための箱状の冷却フィン２３が設
置されている。冷却フィン２３は銅などの熱良導性の金
属で構成され、その内部には冷媒としての水などの流体
を流すための迷路状の流路（図示を略する）が形成され
ている。さらに、冷却フィン２３の側壁には冷媒の流入
口および流出口が開口しており、これらの流入口および
流出口には、冷媒を供給する外部装置との接続を可能に
する一対のプラグ２４（図１には一方のみを示してい
る）が、ケース２１の側壁から外部へと突出するように
取り付けられている。
【００２１】冷却フィン２３の上面には、パワー基板
（回路基板）３０が固定されている。パワー基板３０が
備える電気絶縁性の基板本体（絶縁基板）２５の下面す
なわち冷却フィン２３に対向する主面には、銅箔（図示
を略する）が配設されており、この銅箔と冷却フィン２
３とをハンダ付けすることによって、パワー基板３０は
冷却フィン２３の上面へと固定されている。
【００２２】基板本体２５の上面、すなわち冷却フィン
２３へ対向する側とは反対側の主面には、パターニング
された銅箔すなわち配線パターン２６が形成されてい
る。そして、この配線パターン２６に、パワースイッチ
ング素子としてのベアチップ状のＩＧＢＴ素子２７が、
ハンダ付けによって固着されている。なお、基板本体２
５は、好ましくは、耐熱性に優れるセラミクスから成っ
ている。
【００２３】ケース２１の側壁には、絶縁部材３３を介
して互いに固定された電気良導性の一対の主電流端子３
１，３２が固定されている。そして、主電流端子３１，
３２の内側端部（一端部）は配線パターン２６にハンダ
付けされており、外側端部（他端部）はケース２１の外
部に露出している。
【００２４】主電流端子３１，３２は、後述するよう
に、配線パターン２６を介して、ＩＧＢＴ素子２７の主
電極であるエミッタ電極およびコレクタ電極にそれぞれ
電気的に結合している。すなわち、主電流端子３１，３
２は、外部とＩＧＢＴ素子２７の主電極とを中継する役
割を果たしている。したがって、これらの主電流端子３
１，３２には、ＩＧＢＴ素子２７によってスイッチング
される主電流が流れる。
【００２５】ケース２１の内側には、収納室２２を上部
領域と下部領域とに分割するように仕切板３６が取り付
けられている。ただし、仕切板３６には後述する充填材
４３の充填を容易化するための開口部３７が設けられて
おり、この開口部を通じて上部領域と下部領域とは互い
に連通している。そして、仕切板３６の上面には、制御
基板３８が固定されている。所定の配線パターン（図示
を略する）を有するこの制御基板３８の上面には、制御
素子３９が搭載されている。
【００２６】また、制御基板３８には、配線パターン２
６との電気的接続を行うための中継ピン４０、および、
外部との電気的接続を行うための信号端子４１が接続さ
れている。これらの中継ピン４０および信号端子４１
は、制御基板３８を介して制御素子３９へと接続されて
いる。信号端子４１はケース２１の側壁を貫通してお
り、その外側端部が外部へと露出している。
【００２７】制御素子３９は、信号端子４１から入力さ
れる外部信号に応答して、中継ピン４０を介してゲート
信号を送出することによってＩＧＢＴ素子２７のスイッ
チング動作を実現する。また、制御素子３９は、ＩＧＢ
Ｔ素子２７の加熱、過電流等の異常を中継ピン４０を介
して検出し、ＩＧＢＴ素子２７を緊急遮断するなど、Ｉ
ＧＢＴ素子２７を保護する機能をも果たしている。
【００２８】収納室２２は、電気絶縁性の充填材４３で
満たされている。そのことによって、ＩＧＢＴ素子２７
などの収納室２２内に収納される回路部品を、水分その
他から保護するとともに、一対の主電流端子３１，３２
の相互間の耐圧を高めている。充填材４３のために十分
な耐圧が得られるので、主電流端子３１，３２は、収納
室２２内において、互いに平行となるようにしかも近接
して配設されている。そのことによって、主電流端子
６，７に寄生的に発生するインダクタンスが低く抑えら
れている。
【００２９】さらに、ケース２１の側壁から外部へ突出
する主電流端子３１，３２の部分では、後述するよう
に、絶縁部材３３によって、これらの主電流端子３１，
３２の相互間が十分な耐圧をもって電気的に絶縁されて
いるので、この部分においても主電流端子３１，３２は
互いに平行となるようにしかも近接して配設されてい
る。このため、主電流端子３１，３２に発生するインダ
クタンスが、主電流端子３１，３２の全体を通じて低減
される。すなわち、従来装置における主電流端子６，７
に比べて、同一の耐圧の下でインダクタンスがさらに低
く抑えられている。
【００３０】充填材４３としては、例えば、ゲル状のシ
リコーン樹脂が用いられる。あるいは、仕切板３６の下
方の下部領域にはゲル状のシリコーン樹脂が充填され、
上方領域にはエポキシ樹脂が充填されてもよい。この場
合には、蓋４４は設けられなくてもよい。あるいは、収
納室２２の全体に、六フッ化珪素（ＳＦ6）などの絶縁
ガスを充填してもよい。
【００３１】装置１００では、主電流端子３１，３２、
信号端子４１、プラグ２４など、ケース２１から外部へ
突出する部材は、すべて側壁に取り付けられている。こ
のため、装置１００の形状が、全高の小さい省スペース
化の要請に対応可能な形状となっている。
【００３２】＜２．端子ユニットの構成＞主電流端子３
１，３２、およびこれらを互いに電気的に絶縁しつつ固
定的に連結する絶縁部材３３は、端子ユニット３５を構
成する。ケース２１の外部へと突出する端子ユニット３
５の部分には、外部装置としてのコネクタが着脱自在に
嵌合する。そうして、このコネクタに備わる一対の電極
板が、主電流端子３１，３２の露出面にそれぞれ圧接す
ることによって、電気的な接続が得られる。
【００３３】以下に、端子ユニット３５の構成について
詳細に説明する。図２は、端子ユニット３５の平面図で
ある。図２におけるＡ−Ａ切断線に沿った端子ユニット
３５の断面構造は、図１にすでに描かれている。また、
図３は、図２におけるＢ−Ｂ切断線に沿った断面図であ
る。さらに、図４は、端子ユニット３５の部分斜視図で
ある。そして、図５は、図２に示す端子ユニット３５の
内側端部付近Ｆの斜視図である。
【００３４】図２〜図５に示すように、一対の主電流端
子３１，３２は、配線パターン２６に固着される内側端
部とこれに連結する限られた部分を除くすべての部分で
ある主要部において、同一平面視輪郭を有する平板状で
ある。そして、これらの主電流端子３１，３２は、互い
に電気的に絶縁されるとともに、それぞれの主要部にお
いて、主面同士が平行で、しかも互いの平面視輪郭が重
なり合うように、絶縁部材３３によって相互に固定され
ている。絶縁部材３３は、主電流端子３１，３２を、ケ
ース２１の側壁から外部へ突出する外側端部およびその
近傍において固定している。
【００３５】絶縁部材３３は、主電流端子３１，３２の
相互間に介挿され、それらを互いに電気的に絶縁すると
ともに、平行な位置関係を保持するための平板状部材４
５と、この平板状部材４５と一体的に連結するとともに
主電流端子３１，３２のそれぞれを挟み込んで平板状部
材４５へと固定する一対の挟持部材４６，４７とを有し
ている。
【００３６】そして、端子ユニット３５は、図１に示し
たように、主電流端子３１，３２だけでなく絶縁部材３
３もケース２１を貫通するように、ケース２１へと固定
される。すなわち、主電流端子３１，３２は、ケース２
１の外側だけでなく収納室２２内のケース２１の近傍に
おいても、平板状部材４５によって互いに電気的に絶縁
されている。
【００３７】また、平板状部材４５の平面視輪郭は、主
電流端子３１，３２の平面視輪郭の外方に位置するよう
に設定されている。すなわち、平板状部材４５は、主電
流端子３１，３２の外側端部およびその近傍部分にわた
って、それらの平面視輪郭に沿って外方へと張り出して
いる。そのことによって、主電流端子３１，３２の相互
間の沿面距離を長くして、それらの間の耐圧を高く維持
している。
【００３８】さらに、好ましくは、平板状部材４５にお
いて主電流端子３１，３２を横断する端縁面には、この
端縁面に沿って延在するように突起４８が形成される。
この突起４８は、この端縁面に沿った主電流端子３１，
３２の間の沿面距離を長くして、主電流端子３１，３２
の相互間の耐圧をさらに向上させる機能を果たす。
【００３９】図５に示すように、主電流端子３１，３２
は、収納室２２に収納される部分において、それらの主
要部と同一平面内で「Ｕ字」状に突起したＵ状屈曲部５
５，５６をそれぞれ有している。そして、これらのＵ状
屈曲部５５，５６の先端部には、それらと直角に折れ曲
がった脚部５３，５４が一体的に連結している。さら
に、脚部５３，５４の先端部には、配線パターン２６へ
固着される内側端部５１，５２が一体的に連結してい
る。
【００４０】そして、内側端部５１，５２および脚部５
３，５４を除いて、Ｕ状屈曲部５５，５６を含めた主電
流端子３１，３２のすべての部分において、互いの主面
同士が平行でしかも互いの平面視輪郭が重なり合ってい
る。このように、主電流端子３１，３２は、インダクタ
ンスを最小限に抑えるように構成されている。
【００４１】主電流端子３１，３２の平板状の主要部か
ら突起したＵ状屈曲部５５，５６、脚部５３，５４、お
よび内側端部５１，５２は、配線パターン２６との接続
部位に対応して６箇所に設けられている（図２）。Ｕ状
屈曲部５５，５６は、装置１００の動作中の発熱にとも
なう熱歪を吸収し、そのことによって、内側端部５１，
５２と配線パターン２６との接続部への熱応力の集中を
解消ないし緩和し、熱応力に起因する接続部の損傷を防
止している。
【００４２】Ｕ状屈曲部５５，５６が所定の機能を発揮
し得るように、収納室２２の少なくともＵ状屈曲部５
５，５６の周囲、例えば、仕切板３６の下方の領域にお
いては、充填材４３としてＵ状屈曲部５５，５６の変形
に干渉しない材料、例えばゲル状のシリコーン樹脂など
が選択される。
【００４３】主電流端子３１，３２の材料としては、電
気良導性の銅がもっとも適している。また、絶縁部材３
３の材料として、好ましくは、電気絶縁性、機械的強度
に優れるとともにモールド加工が可能で、しかも、モー
ルド加工の過程で気泡ができにくいために耐圧が保証さ
れるとともに、精密なモールド加工に適したエポキシ樹
脂が用いられる。
【００４４】端子ユニット３５を製造するには、まず、
銅板を打ち抜いて輪郭を形成し、その後、内側端部５
１，５２および脚部５３，５４に相当する部分を折り曲
げ加工することによって、主電流端子３１，３２を作成
する。その後、主電流端子３１，３２を一定の間隔をも
って平行に重ねた状態で、所定の金型へ設置する。そし
て、この金型へ、例えばエポキシ樹脂を注入し加熱硬化
させることによって、主電流端子３１，３２を固定的に
連結する絶縁部材３３をモールド加工する。
【００４５】このように、平板状部材４５および挟持部
材４６，４７は、互いに一体的に連結したものとして、
同時に形成される。しかも、絶縁部材３３がモールド加
工されると同時に、主電流端子３１，３２は絶縁部材３
３へ固定される。すなわち、端子ユニット３５は、銅板
のプレス加工と絶縁部材３３のモールド加工とを用い
て、簡単に製造可能である。しかも、主電流端子３１，
３２の相互間の高い平行度、それらの平面視輪郭の精密
な重なりが、簡単な方法で得られるという利点がある。
【００４６】＜３．端子ユニットのケースへの組み込み
の構造＞つぎに、端子ユニット３５のケース２１への組
み込みの構造について説明する。図６は、装置１００の
正面図である。図６に示すように、ケース２１は、底板
２０を有し上部が開放されたケース下部６１と、底部お
よび上部がともに開放された枠状のケース上部６２と
が、互いに接着されて成る。ケース上部６２は、その内
部に仕切板３６（図１）を有している。
【００４７】そして、端子ユニット３５は、ケース下部
６１とケース上部６２の間に形成される間隙に挿入され
ている。言い替えると、端子ユニット３５は、ケース下
部６１とケース上部６２とによって挟まれることによっ
て、ケース２１を貫通している。端子ユニット３５と、
ケース下部６１およびケース上部６２との間は、接着剤
によって互いに固定されている。なお、ケース上部６２
の正面側壁には、装置１００を、外部装置あるいは端子
ユニット３５に嵌合する外部のコネクタ等にネジで固定
するための孔６４が設けられている。
【００４８】図７は、ケース上部６２が取り外された装
置１００の平面図であり、ケース下部６１にパワー基板
３０が設置され、ケース下部６１およびパワー基板３０
のそれぞれに端子ユニット３５が固定されている様子を
示している。図７に示すように、端子ユニット３５は、
絶縁部材３３において、ケース下部６１の側壁の上端縁
に固定されている。さらに、端子ユニット３５は、６対
の内側端部５１，５２において、冷却フィン２３の上面
に島状に分離して配設される６枚のパワー基板３０の所
定の部位に、それぞれ固着されている。
【００４９】図８は、冷却フィン２３の上面に配設され
たパワー基板３０等を示す平面図である。図８におい
て、ハッチングが付された矩形部分は、内側端部５１，
５２との接続部位を示している。冷却フィン２３の上面
には、島状に孤立した６枚のパワー基板３０が配設され
ている。各パワー基板３０の上には、配線パターン２６
を構成する島状に孤立した２枚の配線パターン２６ａ，
２６ｂが配設されている。
【００５０】一方の配線パターン２６ａの上には、ベア
チップ状の２つのＩＧＢＴ素子２７と、同じくベアチッ
プ状の２つのダイオード６３とが固着されている。ま
た、配線パターン２６ａ，２６ｂには、それぞれ内側端
部５１，５２が固着されている。
【００５１】冷却フィン２３の上面には、さらに、パワ
ー基板３０に隣接して４枚の中継用基板（回路基板）７
０が配設されている。中継用基板７０は、パワー基板３
０と同様に、セラミクスなどの電気絶縁性の材料から成
る基板本体７１の下面に形成されている銅箔（図示を略
する）が冷却フィン２３の上面にハンダ付けされること
によって、固定されている。
【００５２】基板本体７１の上には、銅箔７２が形成さ
れている。そして、この銅箔７２の上には、その一部領
域を覆うように、電気絶縁性の絶縁板７３が固着されて
いる。この絶縁板７３の上面には、パターニングされた
銅箔すなわち配線パターン７４が形成されている。配線
パターン７４には、中継ピン４０（図１）の下端部がハ
ンダ付けによって接続される。また、各配線パターン２
６ａ，２６ｂ、７４、銅箔７２、ＩＧＢＴ素子２７、お
よび、ダイオード６３の相互間が適宜、ワイヤｗによっ
て電気的に接続されている。
【００５３】図９は、パワー基板３０および中継用基板
７０の上に展開される回路、すなわちＩＧＢＴ素子２７
を含むパワー回路の主要部を示す回路図である。図９に
示すように、主電流端子３１が接続される配線パターン
２６ａにはＩＧＢＴ素子２７のコレクタ電極Ｃが接続さ
れており、主電流端子３２が接続される配線パターン２
６ｂにはＩＧＢＴ素子２７のエミッタ電極Ｅが接続され
ている。すなわち、一対の主電流端子３１，３２の間に
は、１２個のＩＧＢＴ素子２７が並列に接続されてい
る。
【００５４】ＩＧＢＴ素子２７の各１には、ダイオード
６３が並列に接続されている。ダイオード６３のアノー
ド電極がＩＧＢＴ素子２７のエミッタ電極Ｅに接続さ
れ、カソード電極がコレクタ電極Ｃに接続される。この
ため、ダイオード６３は、ＩＧＢＴ素子２７の保護を目
的としたフリーホイールダイオードとして機能する。
【００５５】ＩＧＢＴ素子２７のゲート電極Ｇは、ワイ
ヤｗを介して配線パターン７４へと接続されている。な
お、図示を略するが、ＩＧＢＴ素子２７には、その主電
流の大きさを電圧信号に変換して出力するセンス電極が
付随しており、このセンス電極もワイヤｗを介して配線
パターン７４へと接続されている。
【００５６】制御素子３９（図１）から送出されるゲー
ト電圧信号が、中継ピン４０、配線パターン７４、およ
び、ワイヤｗを中継してＩＧＢＴ素子２７のゲート電極
Ｇへと入力される。そうして、ゲート電極Ｇへ入力され
たゲート電圧信号に応答して、ＩＧＢＴ素子２７がスイ
ッチング動作を行う。すなわち、コレクタ電極Ｃとエミ
ッタ電極Ｅの間が、ゲート電圧信号に応答してオン（導
通）、およびオフ（遮断）する。その結果、主電流端子
３１，３２の間には、主電流が断続的に流れる。
【００５７】＜４．装置の製造方法＞つぎに、装置１０
０を製造する方法について説明する。図１０〜図１２
は、装置１００の製造工程図である。装置１００を製造
するには、はじめに、図１０に示すように、モールド加
工によってあらかじめ準備されたケース下部６１の上
に、別途あらかじめ準備された冷却フィン２３を搭載
し、ネジ止めによって固定する。その後、冷却フィン２
３の上面にパワー基板３０および中継用基板７０をハン
ダ付けする。
【００５８】パワー基板３０および中継用基板７０に
は、所定の配線パターン２６，７４があらかじめ形成さ
れており、さらに、半導体素子２７，６３が搭載されて
いる。あるいは、半導体素子２７，６３の搭載は、パワ
ー基板３０および中継用基板７０を冷却フィン２３の上
面に固着した後に行われてもよい。パワー基板３０と中
継用基板７０の固定、ならびに半導体素子２７，６３の
搭載が完了した後に、ワイヤｗ（図８）によるボンディ
ングが行われる。
【００５９】その後、あるいは、以上の工程と並行し
て、あらかじめ準備されたケース上部６２へ、同じくあ
らかじめ準備された端子ユニット３５が組み込まれる。
図１１は、ケース上部６２に端子ユニット３５が取り付
けられた様子を示す側面断面図である。ケース上部６２
に備わる仕切板３６の底面の所定の部位には、端子ユニ
ット３５を固定するためのボス８１が形成されている。
そして、このボス８１にはネジ孔が形成されている。
【００６０】このネジ孔へ主電流端子３２に形成されて
いる貫通孔を位置合わせして、ネジ止めすることによっ
て、端子ユニット３５がケース上部６２の所定の位置へ
と固定される。同時に、ケース上部６２の側壁あるいは
仕切板３６の底面の中で、絶縁部材３３に当接する部位
には、接着剤が塗布され、当接し合うそれらの部材が互
いに接着固定される。また、仕切板３６には、複数の中
継ピン４０があらかじめ嵌挿されている。これらの中継
ピン４０も、主電流端子３１，３２と同様に、「Ｕ字」
型の屈曲部を有している（図１０を参照）。
【００６１】図１０に戻って、ワイヤｗによるボンディ
ングが終了し、端子ユニット３５のケース上部６２への
組み込みが終了した後に、ケース上部６２とケース下部
６１との接合が行われる。このとき、主電流端子３１，
３２の内側端部５１，５２と配線パターン２６ａ，２６
ｂとの間のハンダ付け、および、中継ピン４０の下端部
と中継用基板７０に形成される配線パターン７４との間
のハンダ付けが同時に行われる。
【００６２】ケース下部６１とケース上部６２の接合
は、接着剤を用いて行われる。このとき、端子ユニット
３５の絶縁部材３３とケース下部６１との間の当接部に
も、同様に接着が施される。その結果、図１２に示すよ
うに、ケース下部６１、端子ユニット３５、およびケー
ス上部６２が一体となる。
【００６３】その後、制御素子３９および信号端子４１
があらかじめ接続された制御基板３８がケース上部６２
に備わる仕切板３６の上面に固定される。このとき、仕
切板３６の上面から突出する中継ピン４０の上端部と制
御基板３８との間のハンダ付けによる接続も、同時に行
われる。
【００６４】その後、ケース下部６１とケース上部６２
とで内部に形成される収納室２２（図１）に、例えばゲ
ル状のシリコーン樹脂が注入される。仕切板３６には開
口部が形成されており、そのため、シリコーン樹脂はこ
の開口部を通じて仕切板３６の下方へと容易に注入され
る。樹脂面が仕切板３６に達するまで注入が行われる
と、つづいて、エポキシ樹脂の注入が行われる。ケース
上部６２の上面付近まで注入を行った後に、蓋４４をケ
ース上部６２の上面を覆うように取り付ける。そうし
て、注入されたエポキシ樹脂の加熱硬化を行うと、装置
１００が完成する。
【００６５】なお、図１２に示すように、ケース上部６
２の正面側壁に設けられた孔６４へのネジの取付を容易
化するために、ケース上部６２の側面側壁には、孔６４
へと挿入されるネジを導く細長状の溝８２が形成されて
いる。孔６４および溝８２は、ケース上部６２をモール
ド加工する際に、同時に形成される。
【００６６】以上のように、装置１００は、特別に複
雑、困難な工程を要せず、容易に製造可能である。
【００６７】＜５．変形例＞ （１） 装置１００では、端子ユニット３５はケース２
１の側壁から水平方向すなわち底面に沿った方向に突出
するように取り付けられていた。そうすることで、装置
１００を、省スペース化に即した平坦な形状とすること
ができた。しかしながら、省スペース化が特に求められ
ない条件下で使用される装置では、端子ユニット３５は
必ずしもケース２１の側壁から突出しなくてもよい。
【００６８】図１３に示す装置２００は、このような装
置の一例である。図１３において、図１に示した装置１
００と同一部分または相当部分については、同一符号を
付してその詳細な説明を略する。この装置２００では、
端子ユニット３５は蓋４４から外部へと鉛直に（すなわ
ち、底板２０あるいは蓋４４に直角に）突出している。
すなわち、主電流端子３１，３２は、絶縁部材３３に固
定されない仕切板３６よりも下方の部分において直角に
折れ曲がっており、直立する絶縁部材３３が、ケース２
１の側壁の代わりに、仕切板３６および蓋４４に固着さ
れている。
【００６９】この装置２００においても、主電流端子３
１，３２の相互間の耐圧を高く維持したままで、それら
のインダクタンスを低減するという効果は、装置１００
と同様に得られる。
【００７０】（２） 装置１００、２００では、パワー
回路が展開されるパワー基板３０および中継用基板７０
は、冷媒が循環する冷却フィン２３の上に設置されてい
た。しかしながら、定格出力が、これらの装置よりも低
い装置では、冷却フィン２３の代わりに、図１４に示し
た従来装置と同様に金属ベース板２を用いてもよい。こ
の場合には、ケース２１に底板２０は取り付けられず、
金属ベース板２の底面は外部に露出する。
【００７１】
【発明の効果】第１の発明の装置では、一対の主電流端
子のそれぞれの主要部が、互いに同一平面視輪郭を有
し、しかも、それらの平面視輪郭が重なり合うように互
いに平行に配置されるので、これら一対の主電流端子の
インダクタンスが低く抑えられる。そして、これら一対
の主電流端子の間で、ケースの内部においては電気絶縁
性の充填材が介在するので高い耐圧が保証され、一方、
ケースの外部においては、外部に突出する部分の平面視
輪郭の外方に張り出した電気絶縁性の板状部材が介挿さ
れるので、やはり高い耐圧が保証される。すなわち、こ
の装置は、高い耐圧の維持とインダクタンスの低減とを
両立的に実現する。
【００７２】第２の発明の装置では、一対の主電流端子
を固定的に連結する絶縁部材が、これら一対の主電流端
子と一体的にモールドされた樹脂から成るので、これら
一対の主電流端子と絶縁部材との連結体である端子ユニ
ットの製造が容易である。
【００７３】第３の発明の装置では、一対の主電流端子
の他端部が、箱状のケースの側面から突出し、回路基板
は底面に平行に設置されるので、装置を全高の低いコン
パクトな形状とすることができる。また、一対の主電流
端子のそれぞれの主要部が単純な平板形状であるため、
これら一対の主電流端子の製造が容易である。
【００７４】第４の発明の装置では、ケース上部とケー
ス下部とが、一対の主電流端子および絶縁部材を挟み込
んで接合されているので、これら一対の主電流端子の他
端部がケースの側面から突出した構造を容易に構成可能
である。
【００７５】第５の発明の装置では、一対の主電流端子
のそれぞれの主要部とそれぞれの一端部とが、屈曲した
一対の連結部のそれぞれによって連結され、その周囲に
は連結部の変形に干渉しない材料が充填されるので、装
置の使用時において、スイッチング素子等の発熱に起因
する熱歪がこれらの連結部で吸収される。その結果、一
対の一端部と配線パターンとの接続部への熱応力の集中
が解消ないし緩和されので、熱応力に起因するこの部分
の破損が防止される。さらに、これら一対の連結部は、
一対の主電流端子のそれぞれの主要部とそれぞれ同一平
面内にあって、それらの平面視輪郭が互いに重なり合っ
ているので、連結部においてもインダクタンスが低く抑
えられる。
【００７６】第６の発明の装置では、一対の主電流端子
のそれぞれの主要部とそれぞれの一端部とが、屈曲した
一対の連結部のそれぞれによって連結され、その周囲に
は連結部の変形に干渉しない材料が充填されるので、装
置の使用時において、スイッチング素子等の発熱に起因
する熱歪がこれらの連結部で吸収される。その結果、一
対の一端部と配線パターンとの接続部への熱応力の集中
が解消ないし緩和されので、熱応力に起因するこの部分
の破損が防止される。
【００７７】第７の発明の製造方法では、ユニット形成
工程において、一対の主電流端子の主要部同士が平行で
しかも重なり合うように、端子ユニットが形成されるの
で、これら一対の主電流端子のインダクタンスが低減さ
れる。しかも、ケースの内部に電気絶縁性の充填材が充
填されるので、ケースの内部においてこれら一対の主電
流端子の相互間に高い耐圧が得られる。また、ユニット
形成工程で、ケースの外部に突出する一対の主電流端子
の部分の全領域にわたって、電気絶縁性の平板状部材が
介挿され、しかも、この全領域にわたってその平面視輪
郭の外方に張り出すように平板状部材が形成されるの
で、ケースの外部においても一対の主電流端子の相互間
に高い耐圧が得られる。すなわち、高い耐圧の維持とイ
ンダクタンスの低減とを両立的に実現する装置が製造さ
れる。しかも、接合工程において、端子ユニットを挟み
込むようにケース上部とケース下部との接合が行われる
ので、一対の主電流端子の他端部がケースの外部に突出
した構造を容易に得ることができる。
【００７８】第８の発明の製造方法では、ユニット形成
工程において、形成すべき端子ユニット内での位置関係
に一対の主電流端子を保ちつつ、樹脂を絶縁部材の形状
にモールドすることによって、端子ユニットが一体的に
形成されるので、端子ユニットの製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態の半導体装置の側面断面図であ
る。
【図２】 図１の装置の端子ユニットの平面図である。
【図３】 図２のＢ−Ｂ切断線に沿った端子ユニットの
断面図である。
【図４】 端子ユニットの部分斜視図である。
【図５】 端子ユニットの内側端部付近の斜視図であ
る。
【図６】 図１の装置の正面図である。
【図７】 図１の装置の分解平面図である。
【図８】 図１の装置のパワー基板等を示す平面図であ
る。
【図９】 図１の装置の電力回路の主要部の回路図であ
る。
【図１０】 図１の装置の製造工程図である。
【図１１】 図１の装置の製造工程図である。
【図１２】 図１の装置の製造工程図である。
【図１３】 変形例の半導体装置の側面断面図である。
【図１４】 従来の半導体装置の正面断面図である。
【符号の説明】
２１ ケース、２６，７４ 配線パターン、２７ ＩＧ
ＢＴ素子（スイッチング素子）、３０ パワー基板（回
路基板）、３１，３２ 主電流端子、３３ 絶縁部材、
３５ 端子ユニット、４３ 充填材、４５ 平板状部
材、５５，５６Ｕ状屈曲部（連結部）、６１ ケース下
部、６２ ケース上部、７０ 中継用基板（回路基
板）、１００，２００ 半導体装置、Ｃ コレクタ電極
（主電極）、Ｅ エミッタ電極（主電極）。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主面に沿って配線パターンが配設される
    とともに、一対の主電極を有するスイッチング素子が搭
    載された回路基板と、 前記回路基板を収納するケースと、 一対の一端部の一方と他方とが、前記一対の主電極の一
    方と他方とにそれぞれ電気的に結合するように前記配線
    パターンに接続され、一対の他端部が前記ケースの外部
    へと突出する、電気良導性の一対の主電流端子と、 前記ケースの内部に充填される電気絶縁性の充填材と、 を備えた半導体装置において、 前記一対の主電流端子を、互いの電気的絶縁を保ちつ
    つ、互いに固定的に連結する電気絶縁性の絶縁部材をさ
    らに備え、 前記一対の主電流端子は、前記一対の一端部を除き前記
    一対の他端部を含むそれぞれの主要部において、互いに
    同一平面視輪郭を有しており、 前記絶縁部材は、前記一対の主電流端子のそれぞれの前
    記主要部が、互いに平行でしかもそれらの平面視輪郭が
    互いに重なり合うように、前記一対の主電流端子を固定
    的に連結しており、 前記絶縁部材は、前記ケースの外部へと突出する前記一
    対の他端部の全領域にわたってそれらの間に介挿され
    る、電気絶縁性の平板状部材を有しており、 当該平板状部材は、前記全領域にわたって、それらの平
    面視輪郭の外方へと張り出していることを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置において、 前記絶縁部材は、前記一対の主電流端子と一体的にモー
    ルドされた電気絶縁性の樹脂から成ることを特徴とする
    半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体装置において、 前記ケースは、上面と底面と側面とを有する箱状であっ
    て、 前記回路基板は、箱状の前記ケースの前記底面に平行に
    設置されており、 前記一対の主電流端子のそれぞれの前記主要部は、前記
    ケースの前記底面に平行な平板形状をなしており、 前記一対の主電流端子の前記一対の他端部は、前記ケー
    スの前記側面から外部へと突出していることを特徴とす
    る半導体装置。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の半導体装置において、 前記ケースは、前記上面を含むケース上部と前記底面を
    含むケース下部とが接合されて成り、 前記一対の主電流端子が前記絶縁部材とともに、前記ケ
    ース上部と前記ケース下部とに挟み込まれることによっ
    て、前記一対の他端部が前記ケースの前記側面から外部
    へと突出していることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の半導体装置において、 前記一対の主電流端子は、それぞれの前記主要部と前記
    一対の一端部とをそれぞれ連結する屈曲した一対の連結
    部を有し、 当該一対の連結部の一方と他方は、前記一対の主電流端
    子のそれぞれの主要部の一方と他方とそれぞれ同一平面
    内にあって、しかも、それらの平面視輪郭が互いに重な
    り合っており、 前記充填材は、少なくとも前記連結部の周囲において
    は、当該連結部の変形に干渉しない材料から成ることを
    特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の半導体装置において、 前記一対の主電流端子は、それぞれの前記主要部と前記
    一対の一端部とをそれぞれ連結する屈曲した一対の連結
    部を有し、 前記充填材は、少なくとも前記連結部の周囲において
    は、当該連結部の変形に干渉しない材料から成ることを
    特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項７】 主面に沿って配線パターンが配設される
    回路基板を準備する工程と、 互いに接合することによって、前記回路基板を収納する
    ケースを上面と底面と側面とを有する箱状に形成可能な
    ２つの部材、すなわち前記上面を含むケース上部と前記
    底面を含むケース下部とを形成するケース準備工程と、 電気良導性の材料を、一対の一端部を除いたそれぞれの
    主要部において互いに同一平面視輪郭を有する形状に形
    作ることによって、一対の主電流端子を形成する端子形
    成工程と、 前記一対の主電流端子のそれぞれの前記主要部が、互い
    に平行でかつそれらの平面視輪郭が互いに重なり合うよ
    うに、しかも、前記一対の主電流端子の相互間の電気的
    絶縁を保つように、絶縁部材を用いて、前記一対の主電
    流端子を互いに固定的に連結し、その結果、相互に固定
    的に連結された当該一対の主電流端子と前記絶縁部材と
    で構成される端子ユニットを形成するユニット形成工程
    と、 一対の主電極を有するスイッチング素子を、前記配線パ
    ターンに固着することによって、当該スイッチング素子
    を前記回路基板へ搭載する工程と、 前記回路基板を前記ケース下部の内側に取り付ける工程
    と、 前記一対の主電流端子の一対の他端部が前記ケースの外
    部へと突出するように前記端子ユニットを挟み込んで、
    前記ケース上部と前記回路基板が取り付けられた前記ケ
    ース下部とを互いに接合することによって、前記端子ユ
    ニットを前記ケースに組み込む接合工程と、 当該接合工程の後または当該接合工程と同時に、前記一
    対の一端部の一方と他方とを、前記スイッチング素子の
    前記一対の主電極の一方と他方とにそれぞれ電気的に結
    合するように、前記配線パターンに接続する工程と、 前記ケースの内部に電気絶縁性の充填材を充填する充填
    工程と、 を備え、 前記ユニット形成工程において、前記ケースの外部へと
    突出すべき前記一対の他端部の全領域にわたってそれら
    の間に介挿され、しかも、当該全領域にわたってそれら
    の平面視輪郭の外方へと張り出す電気絶縁性の平板状部
    材を有するように、前記絶縁部材が形作られることを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の半導体装置の製造方法
    において、 前記ユニット形成工程は、形成すべき前記端子ユニット
    内での位置関係に前記一対の主電流端子を保ちつつ、樹
    脂を前記絶縁部材の形状にモールドすることによって、
    前記端子ユニットを一体的に形成する工程を備えること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
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