JPWO2016117015A1 - パワーモジュール - Google Patents

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Abstract

パワーモジュール（１）は、パッケージ（１０）の側面から突出した外部接続用の接続端子（１１）と、パッケージ（１０）の側面から突出し、接続端子（１１）よりも短いダミー端子（１２）とを備える。ダミー端子（１２）は、底面に傾斜を有するように加工されている。つまり、パッケージ（１０）の放熱面（１０ａ）を含む平面（Ｐ）とダミー端子（１２）との間の距離は、ダミー端子（１２）の先端に近い部分ほど遠くなっている。よって、放熱面（１０ａ）に放熱フィンが取り付けられた状態では、ダミー端子（１２）の先端は、他の部分よりも放熱フィンから遠くなる。

Description

本発明は、パワーモジュールの構造に関し、特に、パワーモジュールに設けられるダミー端子の構造に関する。
電力用半導体装置（パワーモジュール）では、内部構造の最適化および基板上での簡易配線化を目的として、制御回路に接続する接地ピン（ＧＮＤピン）と電源ピンを短くカットして形成したダミー端子が設けられることにある。ダミー端子は、パワーモジュールの組み立て工程で「吊りリード」として用いられ、製造上の安定性を確保することができる。
パワーモジュールは、実使用時に高電圧が印加されるため温度の上昇が大きく、多くの場合、冷却用のフィンの取り付けが必要となる。一般的に、パワーモジュールの放熱フィンは、接地電位に接続されて使用されることが多い。そのため、パワーモジュールの各端子とフィンとの間には高い絶縁耐圧が必要とされ、それはダミー端子でも例外ではない。
通常、パワーモジュールの端子は、リードフレームの打ち抜きの加工によって作成される。そのため、端子の側面にダレが生じるので、端子の両サイドのエッジは鋭角にはならない。一方、端子の先端には３方向の角が集まるため鋭角に加工されやすい。端子に鋭角の部分があると、その部分に電界が集中しやすいので、耐圧劣化を招く原因となる場合がある。
また、パワーモジュールの端子と放熱フィンとの絶縁耐圧を向上させる種々の技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１，２）。
特開平９−１５３５７４号公報 特開２００８−１６６６４２号公報
通常の接続端子の先端がパワーモジュールのパッケージの側面から離れている場合、ダミー端子の先端の鋭角部とパッケージの底面（放熱面）に取り付けられた放熱フィンとの間で放電が起きやすく、それが絶縁耐圧向上のネックとなる。
特許文献１，２の技術を用いれば、ダミー端子と放熱フィンとの間の絶縁耐圧を改善できる。しかし、それらの技術では、端子と放熱フィンとの間に新たな絶縁部材を設ける必要がある上、その絶縁部材を適切な位置に配設するためにパッケージまたは放熱フィンの形状を加工する必要があるため、部品点数の増加および製造工程数の増加による製造コストの上昇が懸念される。
また、ダミー端子をパッケージの側面に沿って切断することで、ダミー端子の先端がパッケージから突出しないようにするという対策も考えられる。しかし、その方法では、ダミー端子の切断時にパッケージに加わる応力によってパッケージが割れる問題や、ダミー端子の切断位置のバラツキにより、ダミー端子の先端を確実にパッケージから突出しないようにすることが困難であるという問題がある。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、製造コストの増加を抑えつつ、ダミー端子と放熱フィンとの間の高い絶縁耐圧を確保できるパワーモジュールを提供することを目的とする。
本発明に係るパワーモジュールは、放熱面を底面とするパッケージと、前記パッケージの側面から突出した外部接続用の接続端子と、前記パッケージの側面から突出し、前記接続端子よりも短いダミー端子と、を備え、前記ダミー端子の少なくとも先端部は、先端に近い部分ほど前記放熱面を含む平面から遠くなる形状となっている。
本発明に係るパワーモジュールでは、放熱フィンを放熱面に取り付けたとき、電界が集中しやすいダミー端子の先端が他の部分よりも放熱フィンから遠くなる。よって、ダミー端子と放熱フィンとの絶縁耐圧を向上させることができる。部品点数を増やすことなく、パッケージまたは放熱フィンの形状を加工も不要であるため、製造コストの上昇も抑えられる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの上面図である。 実施の形態１に係るパワーモジュールのダミー端子の構造を示す図である。 実施の形態１に係るパワーモジュールのダミー端子の拡大図である。 実施の形態２に係るパワーモジュールのダミー端子の構造を示す図である。 ダミー端子の折り曲げ加工の方法の例を説明するための図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールのダミー端子の構造を示す図である。 実施の形態４に係るパワーモジュールのダミー端子の構造を示す図である。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの上面図である。パワーモジュール１は、半導体素子（不図示）を封止したモールド樹脂からなるパッケージ１０と、パッケージ１０の側面から突出するように設けられた接続端子１１およびダミー端子１２を備えている。接続端子１１は、外部接続用の端子である。ダミー端子１２は、実使用時には使用されない端子であり、例えば組み立て工程で「吊りリード」として用いられる。ダミー端子１２は、外部との接続を想定したものではないため、接続端子１１よりも短くなっている（パッケージ１０からの突出量が接続端子１１よりも小さくなっている）。
図２は、実施の形態１に係るパワーモジュール１のダミー端子１２の構造を示す図であり、パワーモジュール１におけるダミー端子１２が設けられた部分の拡大側面図である。ここで、パワーモジュール１においては、パッケージ１０の底面（図１では不図示の面）が、冷却フィンが取り付けられる放熱面１０ａとなっている。
図２のように、実施の形態１では、ダミー端子１２は、先端部が底面に傾斜を有するように加工されている。つまり、パッケージ１０の放熱面１０ａを含む平面Ｐとダミー端子１２との間の距離は、ダミー端子１２の先端に近い部分ほど遠くなっている。ここで、放熱面１０ａを含む平面Ｐは、パッケージ１０の放熱面１０ａと平行で且つ高さが同じ平面である。例えば、パッケージ１０よりも幅が広く上面が平坦な放熱フィンを放熱面１０ａに取り付けた場合、平面Ｐは放熱フィンの上面と一致することになる。よって、放熱面１０ａに放熱フィンが取り付けられた状態では、ダミー端子１２の先端は、他の部分よりも放熱フィンから遠くなる。
図３に、ダミー端子１２の拡大図を示す。ダミー端子１２の底面に設けられた傾斜部の傾斜角θ１は、０°＜θ１＜９０°の範囲に設定される。よって、ダミー端子１２における傾斜部と非傾斜部とのなす角θ２は、９０°＜θ２＜１８０°の範囲、つまり鈍角となる。
本実施の形態によれば、ダミー端子１２の先端部に鋭角となる部分が無くなるため、ダミー端子１２の先端に電界が集中することを抑制でき、ダミー端子１２と放熱フィンとの間の絶縁耐圧を改善することができる。また、電界が集中しやすいダミー端子１２の先端部と放熱フィンとの距離が長くなることによっても、ダミー端子１２と放熱フィンとの間の絶縁耐圧を改善する効果が得られる。さらに、従来のパワーモジュールに比べて、部品点数を増やすことなく、パッケージまたは放熱フィンの形状を加工も不要であるため、製造コストの上昇も抑えられている。
なお、図２および図３では、ダミー端子１２の先端部にのみ傾斜部が設けられた構成を示したが、ダミー端子１２全体の底部に傾斜部が設けられていてもよい。
なお、ダミー端子１２に傾斜部を設ける方法としては、例えば、研磨装置でダミー端子１２の底面を削って加工する方法や、リードフレームの打ち抜き加工の際に、予めダミー端子１２の部分に傾斜をつけた金型で打ち抜く方法などが考えられる。
＜実施の形態２＞
図４は、実施の形態２に係るパワーモジュール１のダミー端子１２の構造を示す図であり、パワーモジュール１におけるダミー端子１２が設けられた部分の拡大側面図である。
図４のように、実施の形態２では、ダミー端子１２は、途中で上方向（放熱面１０ａを含む平面Ｐから遠ざかる方向）へ曲がるように加工されている。それにより、パッケージ１０の放熱面１０ａを含む平面Ｐとダミー端子１２との間の距離は、ダミー端子１２の先端に近い部分ほど遠くなる。よって、放熱面１０ａに放熱フィンが取り付けられた状態では、ダミー端子１２の先端は、他の部分よりも放熱フィンから遠くなる。従って、実施の形態１と同様に、ダミー端子１２と放熱フィンとの間の絶縁耐圧を改善する効果が得られる。
なお、ダミー端子１２の折り曲げ加工は、例えば図５のように、ダミー端子１２の根元部分の上面に押さえ型２０ａを当てた状態で、傾斜面を有する押さえ型２０ｂをダミー端子１２の下面に圧接することによって行うとよい。
＜実施の形態３＞
図６は、実施の形態３に係るパワーモジュール１のダミー端子１２の構造を示す図であり、パワーモジュール１におけるダミー端子１２が設けられた部分の拡大側面図である。
図６のように、ダミー端子１２は、実施の形態２と同様に途中で上方向（放熱面１０ａを含む平面Ｐから遠ざかる方向）へ曲がるように加工されている。また、実施の形態３では、ダミー端子１２の屈曲部は曲線状に曲がっている。それにより、実施の形態２の場合よりも、ダミー端子１２における角部の数が減り、電界集中がさらに抑制される。従って、実施の形態２よりもさらにダミー端子１２と放熱フィンとの間の絶縁耐圧を改善する効果が期待できる。
なお、ダミー端子１２を曲線状に折り曲げ加工する方法は、図５と同様でよく、押さえ型２０ａ，２０ｂの角部を曲線状に変更すればよい。
＜実施の形態４＞
図７は、実施の形態４に係るパワーモジュール１のダミー端子１２の構造を示す図であり、パワーモジュール１におけるダミー端子１２が設けられた部分の拡大側面図である。
図７のように、ダミー端子１２は、実施の形態３と同様に途中で上方向（放熱面１０ａを含む平面Ｐから遠ざかる方向）へ曲がるように加工され、その屈曲部は曲線状に曲がっている。また、実施の形態４では、ダミー端子１２を実施の形態３の場合よりも長くしており、ダミー端子１２の屈曲部を、接続端子１１の屈曲部に対応する位置に配設している。
本実施の形態では、実施の形態３と同様の効果が得られる他、ダミー端子１２の屈曲部を、接続端子１１の屈曲部と同じ方法で同時に形成することができるので、製造工程を簡略化できる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
１０ パッケージ、１０ａ 放熱面、１１ 接続端子、１２ ダミー端子、２０ａ，２０ｂ 押さえ型。

Claims (6)

  1. 放熱面（１０ａ）を底面とするパッケージ（１０）と、
    前記パッケージ（１０）の側面から突出した外部接続用の接続端子（１１）と、
    前記パッケージ（１０）の側面から突出し、前記接続端子（１１）よりも短いダミー端子（１２）と、を備え、
    前記ダミー端子（１２）の少なくとも先端部は、先端に近い部分ほど前記放熱面（１０ａ）を含む平面（Ｐ）から遠くなる形状となっている
    ことを特徴とするパワーモジュール（１）。
  2. 前記ダミー端子（１２）の少なくとも先端部は、先端に近い部分ほど前記放熱面（１０ａ）を含む平面（Ｐ）から遠くなるように、底面に傾斜部を有している
    請求項１に記載のパワーモジュール（１）。
  3. 前記傾斜部の傾斜角は０°より大きく９０°より小さい
    請求項２に記載のパワーモジュール（１）。
  4. 前記ダミー端子（１２）は、前記放熱面（１０ａ）を含む平面（Ｐ）から遠くなる方向へ曲がる屈曲部を有している
    請求項１に記載のパワーモジュール（１）。
  5. 前記ダミー端子（１２）の屈曲部は曲線状に曲がっている
    請求項４に記載のパワーモジュール（１）。
  6. 前記ダミー端子（１２）の屈曲部は、前記接続端子（１１）の屈曲部に対応する位置に配設されている
    請求項４に記載のパワーモジュール（１）。
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