JPS5999753A - 電力用トランジスタモジユ−ル - Google Patents

電力用トランジスタモジユ−ル

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JPS5999753A
JPS5999753A JP58209260A JP20926083A JPS5999753A JP S5999753 A JPS5999753 A JP S5999753A JP 58209260 A JP58209260 A JP 58209260A JP 20926083 A JP20926083 A JP 20926083A JP S5999753 A JPS5999753 A JP S5999753A
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transistor module
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BBC Brown Boveri France SA
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ケースの壁体として上下に開放したフレーム
と、ケースの底部としてのセラミック板とを有し、セラ
ミック板のケース内部に臨む側が構造模様の金属被覆を
有し、該金属被覆カ′市力用トランノスタ、ダイオード
、内部結線およびケースの上側で露出する外部接続部材
とのはんだ付けに利用されて成る電力用トランジスタモ
ジュールに関する。
上記の′電力用トランジスタモジュールは公知である。
このモノー−ルはたいていケース底部として分厚い鋼板
を有し、これを適当に前処理したセラミック板にはんだ
付けまたは接着する。
セラミック板のケース内部に臨む側の構造模様の金属被
覆にもはんだ伺けすることが多い。こノヨウな構造の電
力用トランジスタモジー−ルは製造に費用がかかり、高
価であり、電力用トランクスターはんだ層−金属被覆−
はんだ層−セラミック金属被覆−セラミ、り板−はんだ
層−銅低板という構造の３重のはんだ層が必要であるか
ら、熱抵抗がかなり高い。このためモジュールの熱負荷
容量が著しく制限される。
別の公知の構造は、セラミックの上に直接に１個の厚膜
金属被覆ヲ榎設しただけである。それによってはんだ層
が節約されるけれども、熱の放散が不十分なので、やは
り熱抵抗がすこぶる高い。
従って、この発明の目的は、熱抵抗が極めて低い電力用
トランジスタモジー−ルを提供することである。
この発明によると、ケース内部に臨む金属被覆がセラミ
ック板と直結され、半導体部品のはんだ伺は面より面積
が大きく、セラミ、り板のケース内部背き側もまた、内
側金属被覆と等しい厚みの金属被覆と直結され、電力用
トランジスタの主接続端子および制御接続端子が接続線
を介して轟該の内側金属被覆と結合される。
この発明においては、例えば西独時計出願Ｐ３０３６１
２８．５またはＰ　３２０４１６７．５の方法によシ金
属被覆とセラミック板を直結することによりて、′電力
用トランジスタと冷却体とのあいだの熱抵抗が公知の構
成に比して大幅に減少されることである。このことは、
中間層なしで金属被覆とセラミック板を結合し、金属被
覆に熱を放散することによって達成される。外側の全面
金属被覆は組立時や使用中に破損の危険を減少すること
によって、セラミック基板の機械的支持力を高める。電
力用トランジスタ、ダイオードおよび接続部材は１工程
ではんだ付けされ、続いて接続Ｍを介して接触させるこ
とができるように配列されておシ、このことは低床な製
造を可能にする。またはんだ付は工程で半導体部品をわ
ん曲接触片によって接触させることも可能である。
次に図面を参照してこの発明の詳細な説明する。
第１図に電力用トランジスタモジュールの第１変型を示
す。モジュールは、ケースの壁体の役割をする、上下に
開放したプラスチックフレームｌを有する。フレーム１
は底面の高さで両側に固定板２を備えている。一方の固
定板２は穴３を、他方の固定板２はＵ字形切欠部４を具
備する。穴３とＵ字形切欠部４は電力用トランノスタモ
ジュールを冷却体の上に取付けるために使用される。
電力用トランジスタモジュールのケースは、一方ではフ
レーム１１他方では開放したフレーム１の底面の周方向
凹陥部にはめ込まれた電気絶縁性セラミ、り板５（例え
ばＡ７２０５ｔ　ＢｅＯ。
ＳｉＣ製）カλら成る。熱透過を改善するために、セラ
ミック板５は極めて薄く形成されている（厚さ約０．５
　ｔｔｒｒｈ以下）。ケース内部に臨む面に良電導性の
金属被覆６ａｙｂ、ｃ’ｉ有する（６ａ−エミッタ金属
被覆、６ｂ＝コレクタ金属被堕、６ｃｍベース金属被覆
）、この金ＦＡ被覆は、例えば西独特許出願Ｐ　３０３
６１２８．５またはＰ３２０４１６７．５で公知の方法
によシ、中間層（はんだおよびセラミックの金属化）な
しで直接にセラミック板５に覆設した銅箔によって実現
される。金属被覆は、外部に露出している接続部材、電
力用トランジスタおよび内部結線のはんだ伺けのための
帯状導体および接触面として、また電力用トランジスタ
のための熱放散体として利用される。熱放散を可能にす
るために、特にコレクタ金属被６ｆ６ｂは、はんだ付け
される電力用トランジスタの面積より大きな面積を有す
る。
セラミック板５の機械的安定化のために、同じく西独特
許出願Ｐ　３０２．６．．１．２．８．５またはＰ３２
０４．１６７゜５の方法により金属被覆７が、セラミッ
ク板５のケース内部背き側に直接覆設される。好゛まし
くけ同じく銅箔である金属被覆７の厚みは、金属被覆６
　ａ　２．、ｂ　＊　ｃの厚みに相当する。それによっ
て製造工程およびセラミック板５のケース内部に臨む側
の片面はんだ付は工程の結果ひずみが生じることが、効
果的に防止される。また金、属被覆７は、モジュールと
結合される冷却体への良好な熱接触を可能にする。
更に冷却体の凹凸と汚れによる、組立時および使用中の
セラミックの破損の危険が大幅に減少　。
する。
フレーム１とセラミック板５は互いに接着される。板５
の正確な固定のだめに、フレームｌは底面に、前述のよ
うに周方向凹陥部を有する。
該凹陥部の深さは、最大でセラミック板５と金属被覆７
の総厚に相当する。フレーム１のこの凹陥部に設、け、
た周方向溝８は、例えば流出する接着剤を受けるために
使用される。過剰の接着剤が溝８の中に移動し、セラミ
ック板５の縁を越えて冷却面に噴出することはない・も
し噴出すれば１．冷却体の熱伝達を阻害する恐れがある
訳である。
エミッタ金属被覆６ＩＬにエミック平形プラ〆の大きな
基部９が、はんだ層１ノを介して結合される。切欠部を
具備する平形プラダ１０蝶、ケースの上面の上に露出す
る。拡大された基部９は、金属被覆６ａの上のはんだ付
は個所の機械的安定のために役立つ。基部９に曲折部が
、そして曲折部に伸縮わん曲部１０が接続する（この点
については第３図による実施例を参照）。
伸縮わん曲片の上端は本来の差込接続端子に移行する。
伸縮わん曲片は横断面が上側の差込接続端子および下側
の基部９の横断面よシ小さく、基部９とセラミック板５
の金属奨覆６ａのあいだのはんだ継手に対する引張応力
を補償する。
金属被ｅｉ６　ｃにベース平形プラグ１２が、また金属
被覆６ｂにコレクタ平形プラグ（弗２図に参照番号Ｊ２
で示す）が結合される。ベース平形プラグ１２もまた拡
大された基部１３を有し、誤接続（接続端子の取９違え
）を回避するためにエミ、りおよびコレクタ平形プラグ
より細幅に構成されている。その他の点では上記の３個
の接続／ラグは同様の構造を有する。
金属被弾６ｂに単数個戸たは複数個、の電力用トランジ
スタ１４が悼んだ付けされる。本実施例では第２図が示
すように、並列接続の２個のトランジスタ１４が配しさ
れている。その場合、シリ、コンテ、ノとして構成され
たトランジスタ１４のコレクク電極がコレクタ金属被ａ
６ｂにはんだ伺けされ、一方１．トランジスタ１４のエ
ミッタまたはベー・ス接続端子はアルミニウム線または
銅線（第２図に参照番号）８で示す）を介してエミッタ
またはペーそ金栖被覆６ａまたは６ｃと結合される。
セラミ２．り板５を接着し、平形プラグとトランジスタ
全装着し、配線したケースの下部に、敏感な作動部Ω保
譚のために軟質流し込樹脂（例えばシリコンゴム）を注
入し、平形プラグの前述の伸縮わん曲片全軟質流し込樹
脂で完全に埋め込む。ケースの閉鎖は硬質流し込樹脂１
６（例えばエポキシ樹脂）で行う。硬質流し込樹脂１６
によって、特に平形グラブがその切欠部によシ槻械的に
安定化される。
第２図に第１変型の切開したモジュールの平面図を示す
。特にフレーム１に突設され、穴３およびＵ字形切欠部
４全備えた固定板２が認められる。またセラミック板５
の内側の金属被覆６ａ、ｂ、ｃと、その上にはんだ付け
された２個の電力用トランジスタ１４の平形フラグ１０
゜１７．１２およびベース金属被覆６ｂとトランジスタ
のベースのあいだ、並びにエミ、り金属被ｉ６ａとトラ
ンジスタのエミッタのあいだの電線１８が明らかである
。
モジュールの製造の際に平形プラグ１０゜１２．１７と
トランジスタ１４は１工程で金属化セラミック板５の上
にはんだ付けされる。はんだ付は工程のために、金属被
覆６ａ、ｂ、ｃを適当に前処理、例えばニッケルメッキ
する。
次の段階でトランジスタ１４のエミッタまたはベース電
極とセラミック板５の上の金属被覆６ａまたは６ｃとの
あいたに接続線１８を超音波圧着法、はんだ付けまたは
点溶接によって取付ける。直径０．２ないしＱ、５ｍ＋
ｎのアルミニウム線を使用することが好ましい。
場所の都合や超音波圧着工具のための近寄シやずさの関
係上、必要であるならば、上記の代案として電線１８の
超音波圧う甜の後に初めて平形プラグ接続端子をはんだ
−付けしてもよい。必要ならば、その上で別の補助結合
を行うこともできる。
次の加工段階はすべてカプセル封じの範囲に含まれる。
まず初めに、部品をはんだ付けしたセラミック板５をフ
レーム１の開口部に接層する。続いてケースの内部を流
し込樹脂で埋める。
第３図に電力用トランジスタモジュールの第２変型例の
断面図を示す。このモジュールには主接続端子としてエ
ミッタ接続端子、コレクタ接続端子およびフリーランニ
ング・ダイオード接続端すが、また補助接続端子として
ベース接続端子および補助エミッタ接続端子が設けられ
ている。モ・ジュールにトランジスタのは力１にフリー
２ンニング・ダイオードが一体化され、ダイオードの陰
極は内部でトランジスタのエミッタと結合される。この
モジュールも、横に固定板２θを突設し、上下に開放し
たフレーム１９を有し、固定板２０はモジュールを冷却
体上に固定するだめの穴２ノを備えている。モジュール
の機械的安定性を改善するために、固定板２０とフレー
ム１９のあいだに補強縁２２を設けた。フレーム１９の
底部にやはりセラミック板２３が接層されている。セラ
ミック板２３はエミッタ金属被覆２４ｈと、熱放散のた
めに拡張されたコレクタ金属被覆２４ｂと、ペース金属
被覆２４Ｃ（この点については第４図を参照）と、フリ
ーランニング・ダイオード金属被覆２４ｄとを、ケース
内部に臨む側に備えている。
セラミック板５０ケース内部背き側は金属被覆２５を具
備する。
モジュールの主接続端子すなわちエミッタ接続端子、コ
レクタ接続端子およびフリーランニング・ダイオード接
続端子を番号２６，２７゜２８で示し、補助接続端子す
なわち補助エミッタ接続端子とベース接続端子を番号２
９および３０で示す（第４図を参照）。各接続端子は当
該の金属被覆に接続するための、拡大された基部３１を
有する。なおノ・ング層を３２で示す。
拡張された基部３１に曲折部と伸縮わん曲部３３が接続
する。主接続端子はケース上縁の高さに、ねじ穴３４の
ある曲折部を有し、ねじ付接続端子を形成する。補助接
続端子はこれと違って、平形グラブ３５として形成され
ている。
モノニールは３個の並列接続の電力用トランジスタ３６
を有し、そのコレクタ′電極はそれぞれコレクタ金属被
覆２４ｂにはんだ付けされている。また２個の並列接続
の７リーランニング・ダイオード３７が設けてあり、そ
の陰極はエミッタ金属被覆２４ａにはんだ付けされる。
ダイオード３７を７リーランニング・ダイオード金属被
覆２４ｄに接続するために、接続線３８またはわん曲接
触片が使用される。ケースの閉鎖のために、やは９軟質
流し込樹脂３９と硬質流し込樹脂４０が使用される。
第４図に第２変型例の切開したモジュールの平面図を示
す。この図で特に、突設された固定板２０と補強縁２２
を有する細い長方形のフレーム１９が明らかである。ま
たセラミック板２３のケース内部に臨む側の金属被覆の
構造が分かる。トランジスタ３６のエミッタまたはペー
ス電極を細いエミッタまたはペース金属被覆２４ａまた
は２４ｃに接続するだめに、接続線３８が使用される。
別の接続線３８がフリーランニング・ダイオード金属被
覆２４ｄとダイオード３７の陽極のあいだに設けられて
いる。
第５図は第３図および第４図による変型例の内部配線を
示す〇 第６図は第３の変型例の内部配線を示す。この変型例の
構造は第３図および第４図による変型例と同様であるが
、内部配線においてはフリーランニング・ダイオード３
７の陰極が接続端子２８と、また１姑極が電力用トラン
ジスタ３６のコレクタ並びに接続端子２７と結合される
。
トランジスタ半ブリ７ノを構成するために、第５回およ
び第６図による回路金偏えたモジュールが対で必要であ
る。外部へ導き出した接続端子の図示の順序は、パス接
続による簡単な連結全可能にする。
【図面の簡単な説明】
第１図は′心力用トランジスタモノニールの第１変型例
の断面図、第２図は第１変型による、切開したモノー−
ルの平面図、第３図は′電力用トランジスタの第２変型
例の断面図、第４図は第２変型例による、切開したモジ
ュールの平面図、第５図は第２変型例の内部配線図、そ
して第６図は第３変型例の内部配線図を示す。 ５・・・セラミック板、６ａ・・・エミ、り金属被覆、
６ｂ・・・コレクタ金属被ｔｊｔ　、６ｃ・・・ベース
金属被覆、７・・・金属被覆、１４・・・電力用トラン
ジスタ、１８・・・接続線、２３・・・セラミック板、
２４ａ・・・エミッタ金属被覆、２４ｂ・・・コレクタ
金属被覆、２４ｃ・・・ペース金属被覆、２５・・・金
属被覆、３６・・・電力用トランジスタ、３８・・・接
続線。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦２ Ｚｊ Ｆｉｇ、　３ Ｆｉｇ、　４ Ｆｉｇ、６

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）ケースの壁体として上下に開放したフレームと、ケ
    ースの底部としてセラ、ミック板とを有し、セラミ、り
    板のケース内部に臨む側が構造模様の金属被覆を有し、
    該金属被覆が電力用トランジスタ、ダイオード、内部結
    線およびケースの上側に露出する外部接続部材とのはん
    だ付けに利用されて成る電力用トランジスタモジュール
    において、 ケース内部に臨む金属被覆（６ａ　ｇ　ｂ　＋　ｅ〜２
    ４＆Ｈｂ、Ｃｐｄ）がセラミック板（５，２３）と直結
    され、半尋体部品のはんだ付は面上シ面積が大きく、 セラミック板＜ｓ、２ｓ’）のケース内部背き側もまた
    、内（＋１１金属被覆と等しい厚みの金属被覆（７，２
    ５）と直結され、。 電力用トランジスタ（７４、’　ａ　ｅ　）の主接続端
    子および制御接続端子が接続線（ｌｓ　ｐ　ｓ　ｓ、）
    を介して当該の内側金属被ａｔ（６ａｐ　ｃ、　２４ａ
    。 Ｃ）と結合されること全特徴とする電力用トランジスタ
    モノニール。 ２）フレーム（、１、１，’ｊ）が冷却体の害に取付け
    るイこめの固定板（２，２θ）を具備するこ　。 と全特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電力用１
    ′ランジスタモジェ、−ル。　　　　。 ３）セラミック板（５，２３）をフレーム（Ｊ、　、　
    ７９）の底部側の周方向凹陥部の中に接層したことを特
    徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の電
    力用トランジスタモソユール。 ４）フレーム（）、　、　Ｊ　９）の底部側の凹陥部が
    、接着剤の残余を受ける各めの周方向溝（８）を有する
    こと全箭徴とする特許請求の範す第３項に記載空電内用
    トランジスタモノニール。 ５）接熔部埜（１ｏ、ｚ２．ｘｙ、２ｅないし３０）が
    それぞれ拡大された基部（９，，１’３゜３１）を有す
    ることを特徴とする特許請求の範間第１項ないし第４項
    のいずれか１に記載の電力用トランジスタモジュール。 ６）接続部材（１０，１２，１７，２６ないし３ｏ）が
    それぞれ横断面を縮少した伸縮わん曲部（，３３）ｋ有
    することを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５
    項のいずれか１に記載の電力用トランジスタモジュール
    。 ７）ケースの下部を軟質流し込樹脂（１５゜３９）で、
    まだ中間部全硬質流し込樹脂（１６゜４０）で充填した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項の
    いずれか１に記載の電力用トランジスタモジュール。
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