JPWO2019215806A1 - 配線部材及びこれを備えた半導体モジュール - Google Patents

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Abstract

配線部材（５Ａ）において、素子接続部（５２）、プレート接続部（５３）、及び上面部（５１）は、それぞれ異なる高さ位置である。素子接続部（５２）は貫通穴（５５）を有し、プレート接続部（５３）は、貫通穴（５５）と切り欠き（５６）を有している。また、他の部位と接続されない部位である上面部（５１）は、両側面に非対称に配置された突起部（５７）を有している。これらにより、配線部材の種類、向き、及び表裏を容易に判別することができるため、半導体モジュールにおける配線部材の誤組み付けを防止することが可能である。

Description

本願は、配線部材及びこれを備えた半導体モジュールに関するものである。
従来、半導体モジュールにおいては、半導体素子相互間、または半導体素子とプレート等を、ワイヤ及びクリップ等の配線部材で接続している。また、特許文献１には、３箇所を電気的に接続する配線部材として、第１導電部、第２導電部、及び第３導電部のそれぞれに接続される第１脚部、第２脚部、及び第３脚部と、第１脚部と第２脚部を連結する第１連結部、及び第２脚部と第３脚部とを連結する第２連結部が一体に形成された立体的な配線部材が開示されている。
この先行例では、第１脚部、第２脚部、及び第３脚部を非直線上に配置することにより、３箇所の接続部が三角形を形成するようにし、１つの配線部材で３つの導電部を確実に接続するようにしている。また、３点で接続することにより、配線部材が倒れる不良が発生するのを抑制している。
特許第５５６９５５５号公報
半導体モジュールに内蔵された回路では、類似あるいは同一形状の複数の配線部材が用いられることがある。そのため、配線部材を装着する工程では、配線部材の種類、向き、さらには裏表の区別をする必要があり、作業効率の低下を招く原因となっていた。また、配線部材をカメラにより検出可能な自動化ラインにおいても、類似した配線部材の区別が困難な場合があり、配線部材の種類、または向き、または表裏を誤って組み付けてしまうという問題があった。特許文献１に開示された配線部材には、類似した複数の配線部材を見分けるための工夫はなされていない。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、配線部材の種類、向き、及び表裏を容易に判別することを可能とし、半導体モジュールにおける配線部材の誤組み付けを防止することを目的とする。
本願に開示される配線部材は、少なくとも第１導電部と第２導電部とを電気的に接続する配線部材であって、第１導電部に接続される第１接続部と、第２導電部に接続される第２接続部と、第１接続部と第２接続部の間に配置された上面部と、上面部と第１接続部の間、及び上面部と第２接続部の間にそれぞれ配置された脚部とを含み、第１接続部、第２接続部、上面部、及び脚部は一体に形成され、上面部は、突起部及び凹部のいずれか一方または両方を有するものである。
また、本願の開示される半導体モジュールは、本願に開示される配線部材と、複数の半導体素子と、半導体素子が装着される金属製のプレートとを備え、第１導電部は半導体素子であり、第２導電部はプレートである。
本願に開示される配線部材によれば、上面部に突起部及び凹部のいずれか一方または両方を設けることにより、配線部材の種類、向き、及び表裏を容易に判別することができるため、半導体モジュールにおける配線部材の誤組み付けを防止することが可能である。また、上面部は、他の部位と接続されない部位であるため、突起部及び凹部の大きさ及び配置に関し、設計の自由度が高い。
本願の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
実施の形態１による半導体モジュールの回路構成を示す図である。 実施の形態１による半導体モジュールの内部構造を示す図である。 実施の形態１による配線部材を示す断面図である。 実施の形態１による別の配線部材を示す断面図である。 実施の形態１によるさらに別の配線部材を示す上面図及び側面図である。 実施の形態２による配線部材を示す上面図である。 実施の形態２による別の配線部材を示す上面図である。
実施の形態１．
以下に、実施の形態１による半導体モジュールについて、図面に基づいて説明する。図１は、実施の形態１による半導体モジュールの回路構成を示す図であり、図２は、実施の形態１による半導体モジュールの内部構造を示す上面透視図である。各図において、同一または相当部分には、同一符号を付している。実施の形態１による半導体モジュール１は、モータを駆動するブリッジ回路２相分（所謂Ｈブリッジ回路）を内蔵している。
実施の形態１による半導体モジュール１の回路構成について、図１を用いて説明する。なお、図１において、丸印（１００ａ、１００ｂ等）は、半導体モジュール１の端子を示している。Ｈブリッジ回路は、電源３ａ、３ｂに接続された端子１００ａ、１００ｂから高電位側のスイッチング素子１０ａ、１０ｂ及び低電位側のスイッチング素子１１ａ、１１ｂに接続され、さらに下流にシャント抵抗１３ａ、１３ｂを介してグランド端子である端子１０５ａ、１０５ｂに接続されている。スイッチング素子１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂとして、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子が用いられる。
図１中、左側のブリッジ回路は、スイッチング素子１０ａとスイッチング素子１１ａの中間点から延びたラインにリレー機能のスイッチング素子１２ａが配置され、モータ出力用の端子１０７ａに接続されている。また、端子１０８ａは３個のスイッチング素子１０ａ、１１ａ、１２ａの接続点である。端子１０８ａの電圧をモニタすることにより、スイッチング素子１０ａ、１１ａ、１２ａの故障を検出することができる。一方、右側のブリッジ回路は、リレー機能のスイッチング素子を有しておらず、スイッチング素子１０ｂとスイッチング素子１１ｂの中間点から延びたラインは、モータ出力用の端子１０７ｂに接続されている。
高電位側のスイッチング素子１０ａ、１０ｂのゲートは、ゲート信号用の端子１０１ａ、１０１ｂに接続されている。同様に、低電位側のスイッチング素子１１ａ、１１ｂのゲートは端子１０２ａ、１０２ｂに接続され、リレー機能のスイッチング素子１２ａのゲートは端子１０６ａに接続されている。また、端子１０３ａ、１０４ａは、シャント抵抗１３ａの両端の電位差を検出するための端子である。同様に、端子１０３ｂ、１０４ｂは、シャント抵抗１３ｂの両端の電位差を検出するための端子である。
以上の回路を構成する半導体モジュール１の内部構造について、図２を用いて説明する。なお、図２において、一点鎖線はモールド樹脂７で覆われる領域を示している。半導体モジュール１は、図中、上下方向に複数の端子が延出されており、上側には制御信号の入出力用の制御端子、下側には大電流が通電されるパワー端子が配列されている。これらの端子は、スイッチング素子を搭載するプレート３０により形成されている。プレート３０は、電気抵抗が極力小さい金属、例えば銅または銅合金からなる導電板である。
図２中、左側のブリッジ回路について説明する。電源端子である端子１００ａが延びたプレート３０上に、高電位側のスイッチング素子１０ａが搭載されている。スイッチング素子１０ａ、１１ａ、１２ａは、上面にソースとゲートが配置され、底面がドレインである。配線部材４Ａは、スイッチング素子１０ａのソース、リレー機能のスイッチング素子１２ａのソース、及びプレート３０の３箇所を接続している。
また、配線部材４Ａが接続されたプレート３０には、低電位側のスイッチング素子１１ａが搭載されている。配線部材５Ａは、スイッチング素子１１ａのソースとプレート３０とを接続している。これにより、スイッチング素子１１ａとシャント抵抗１３ａの一端部が接続されている。また、シャント抵抗１３ａの他端部は、グランド端子である端子１０５ａが延びたプレート３０と接続されている。
スイッチング素子１２ａのドレインは、モータ出力用の端子１０７ａが延びたプレート３０に接続されている。スイッチング素子１０ａ、１１ａ、１２ａのゲートは、ワイヤボンド６を介してゲート制御用の端子１０１ａ、１０２ａ、及び１０６ａにそれぞれ接続されている。シャント抵抗１３ａの両端は、端子１０３ａ、１０４ａに接続されている。端子１０８ａは、３個のスイッチング素子１０ａ、１１ａ、１２ａの接続点である。
図２中、右側のブリッジ回路は、左側のブリッジ回路と回路構成が類似しているので、同じ部分については説明を省略する。右側のブリッジ回路は、リレー機能のスイッチング素子１２ａに該当するスイッチング素子を備えていない。このため、右側の配線部材４Ｂの形状は、左側の配線部材４Ａとは異なっている。一方、右側の配線部材５Ｂは、左側の配線部材５Ａと同一形状である。端子１０８ｂは、２個のスイッチング素子１０ｂ、１１ｂの接続点である。
実施の形態１による配線部材４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂは、少なくとも第１導電部と第２導電部とを電気的に接続するものであり、例えば銅製の板により形成されている。第１導電部は例えばスイッチング素子であり、第２導電部は例えばプレートであるが、第１導電部と第２導電部の組み合わせはこれに限定されるものではなく、スイッチング素子相互間、またはプレート相互間を接続する場合もある。さらに、第１導電部、第２導電部、及び第３導電部を含む３箇所以上が接続される場合、それぞれにスイッチング素子またはプレートのいずれであっても良く、組み合わせは自在である。
配線部材４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂはいずれも、第１導電部に接続される第１接続部と、第２導電部に接続される第２接続部と、第１接続部と第２接続部の間に配置された上面部と、上面部と第１接続部の間、及び上面部と第２接続部の間にそれぞれ配置された脚部とを含み、第１接続部、第２接続部、上面部、及び脚部は一体に形成されている。さらに、上面部は突起部を有し、第１接続部及び第２接続部は貫通穴を有している。
配線部材４Ａ、４Ｂについて、図３及び図４を用いて詳細に説明する。図３は、図２中Ａ−Ａで示す箇所で切断した断面図、図４は、図２中Ｂ−Ｂで示す箇所で切断した断面図である。配線部材４Ａは、図３に示すように、２つのスイッチング素子１０ａ、１２ａとプレート３０の３箇所を接続している。
配線部材４Ａは、２つの上面部４１と、第１導電部であるスイッチング素子１０ａのソースに接続された第１接続部である素子接続部４２と、第２導電部であるプレート３０に接続された第２接続部であるプレート接続部４３と、第３導電部であるスイッチング素子１２ａのソースに接続された第３接続部である素子接続部４２とを有している。上面部４１と素子接続部４２の間、及び上面部４１とプレート接続部４３の間にはそれぞれ脚部４４が配置され、上面部４１、素子接続部４２、プレート接続部４３、及び脚部４４は一体に形成されている。
一方、配線部材４Ｂは、図４に示すように、１つのスイッチング素子１０ｂと２箇所のプレート３０の３箇所を接続している。配線部材４Ｂは、２つの上面部４１と、第１導電部であるスイッチング素子１０ｂに接続された第１接続部である素子接続部４２と、第２導電部及び第３導電部である２箇所のプレート３０に接続された第２接続部及び第３接続部である２つのプレート接続部４３とを有している。上面部４１と素子接続部４２の間、及び上面部４１とプレート接続部４３の間にはそれぞれ脚部４４が配置され、上面部４１、素子接続部４２、プレート接続部４３、及び脚部４４は一体に形成されている。
配線部材４Ａ、４Ｂにおいて、上面部４１は、素子接続部４２のスイッチング素子１０ａとの接続面、及びプレート接続部４３のプレート３０との接続面に対して、反対側の方向に突出している。また、上面部４１は、素子接続部４２及びプレート接続部４３と平行に設けられ、素子接続部４２、プレート接続部４３、及び上面部４１は、それぞれ異なる高さ位置である。
また、素子接続部４２は、スイッチング素子１０ａ、１０ｂ、１２ａとの接続面に対して垂直な方向に形成された貫通穴４５を有している。同様に、プレート接続部４３は、プレート３０との接続面に対して垂直な方向に形成された貫通穴４５を有している。貫通穴４５を有することにより、配線部材４Ａ、４Ｂをスイッチング素子１０ａ、１０ｂ、１２ａまたはプレート３０とはんだ等の接合部材で接続する際に、接合部材が貫通穴４５を抜けて配線部材４Ａ、４Ｂの上面まで塗布されるため、接続強度が向上する。
このように、配線部材４Ａ、４Ｂは、上面から見た形状は非常に似ているが、断面形状は微妙に異なっている。このため、配線部材４Ａ、４Ｂの誤組み付けを防止するために、両者を区別して使用しなければならない。通常、組立用ロボットは、図２に示すように上面視で配線部材４Ａ、４Ｂを掴み（あるいは吸着し）、所定の位置に配置する。また、人手で組み立てる場合も同様に、配線部材４Ａ、４Ｂを上面視で選択する。そこで、上面視で配線部材４Ａ、４Ｂを区別するために、突起部４７を利用する。
配線部材４Ａ、４Ｂは、上面部４１と一体に形成された突起部４７を有している。上面部４１は、他の部位と接続されない部位であり、且つ最も高い位置に配置されるため、突起部４７の大きさ及び配置に関し設計の自由度が高いという利点がある。また、上面部４１に突起部４７を形成するための特別な工程は必要なく、配線部材４Ａ、４Ｂの他の部位と同時に導電板を切断し、曲げ加工することによって、突起部４７を有する配線部材４Ａ、４Ｂを製作することができる。
図２に示すように、配線部材４Ａ、４Ｂの突起部４７は、上面部４１の両側面に対称に設けられているが、配線部材４Ａと配線部材４Ｂとでは、突起部４７の位置が異なっている。配線部材４Ａは、中央のスイッチング素子１２ａの近傍の上面部４１に突起部４７を有している。一方、配線部材４Ｂは、スイッチング素子１０ｂの近傍の上面部４１に突起部４７を有している。このように、突起部４７の位置の違いにより、配線部材４Ａと配線部材４Ｂを区別することができる。
なお、配線部材４Ａ、４Ｂは、配線部材５Ａ、５Ｂと比較して倍以上の長さを有しており、さらにプレート接続部４３、素子接続部４２、及び上面部４１は、それぞれ異なる高さ位置に形成されている。このため、配線部材４Ａ、４Ｂは、裏表の判別が容易であり、裏返しになっていても認識可能である。
次に、配線部材５Ａ、５Ｂについて、図５を用いて詳細に説明する。図５において、右側の図は、左側の上面図を矢印Ｃで示す方向から見た側面図であり、一点鎖線はモールド樹脂７を示している。なお、配線部材５Ａ、５Ｂは同一形状であるため、図５では配線部材５Ａのみを示している。配線部材５Ａは、上面部５１と、第１導電部であるスイッチング素子１１ａのソースに接続された第１接続部である素子接続部５２と、第２導電部であるプレート３０に接続された第２接続部であるプレート接続部５３とを有している。上面部５１と素子接続部５２の間、及び上面部５１とプレート接続部５３の間にはそれぞれ脚部５４が配置され、上面部５１、素子接続部５２、プレート接続部５３、及び脚部５４は一体に形成されている。
配線部材５Ａにおいて、上面部５１は、素子接続部５２のスイッチング素子１１ａとの接続面、及びプレート接続部５３のプレート３０との接続面に対して、反対側の方向に突出している。また、上面部５１は、素子接続部５２及びプレート接続部５３と平行に設けられ、素子接続部５２、プレート接続部５３、及び上面部５１は、それぞれ異なる高さ位置である。さらに、素子接続部５２は、スイッチング素子１１ａとの接続面に対して垂直な方向に形成された貫通穴５５を有し、プレート接続部５３は、プレート３０との接続面に対して垂直な方向に形成された貫通穴５５を有している。
また、プレート接続部５３の角部には、切り欠き５６が形成されている。配線部材５Ａは、幅寸法がスイッチング素子１１ａの幅よりも小さく例えば数ミリメートル程度の小型部品であるが、カメラまたは目視により切り欠き５６が認識可能な場合、切り欠き５６によって配線部材５Ａの向きを判別することができる。例えば、図５では、切り欠き５６のある方がプレート接続部５３、切り欠きの無い方が素子接続部５２であると判別することができる。
なお、切り欠き５６は、視認性の観点からは大きい方が好ましいが、切り欠き５６を大きくするとプレート接続部５３の面積が小さくなるため、接続強度の観点からは小さい方が望ましい。また、切り欠き５６は、図５に示すような直線的な形状に限らず、曲線的な形状あってもよい。さらに、図５ではプレート接続部５３の両方の角部に切り欠き５６を形成しているが、片方の角部のみに形成してもよい。
また、配線部材５Ａの表裏の判別には、上面部５１の両側面に非対称に設けられた突起部５７を利用することができる。前述のように、配線部材５Ａは小さい部品であるため、表裏が反転することがあり、切り欠き５６のみでは表裏の判別が難しい。非対称に配置された２つの突起部５７は、配線部材５Ａが裏返しになると位置が入れ替わるため、２つの突起部５７の位置によって表裏を判別することができる。
以上のように、実施の形態１に係る配線部材４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂによれば、上面部４１、５１に突起部４７、５７を設けることにより、配線部材の種類、向き、及び表裏を容易に判別することができるため、半導体モジュールにおける配線部材の誤組み付けを防止することが可能である。また、上面部４１、５１は、他の部位と接続されない部位であるため、突起部４７、４７の大きさ及び配置に関し設計の自由度が高いという利点がある。また、突起部４７、５７は、上面部４１、５１と一体に形成されるため、配線部材４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂの他の部位と同時に、容易に製作することができる。
実施の形態２．
実施の形態２では、上記実施の形態１による配線部材４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂの変形例について説明する。実施の形態２による半導体モジュールの回路構成は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する（図１参照）。実施の形態２による配線部材は、Ｈブリッジ回路を内蔵した半導体モジュール１（図２参照）の他、ブリッジ回路１相分を内蔵した半導体モジュール、あるいはその他の回路構成及び部品構成の半導体モジュールに用いることができる。
図６及び図７は、実施の形態２による配線部材を示している。実施の形態２による配線部材５Ｃ、４Ｃはいずれも、上記実施の形態１による配線部材４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂと同様に、上面部５１、４１、素子接続部５２、４２、プレート接続部５３、４３、及び脚部５４、４４を有している。また、素子接続部５２、４２及びプレート接続部５３、４３は、貫通穴４５を有している。
図６に示す配線部材５Ｃは、上面部５１に凹部５８を有している。配線部材５Ｃの表裏の判別には、上面部５１の両側面に非対称に設けられた凹部５８を利用することができる。すなわち、非対称に配置された２つの凹部５８は、配線部材５Ｃが裏返しになると位置が入れ替わるため、２つの凹部５８の位置によって表裏を判別することができる。また、凹部５８を上面部５１の両側面に対称に設けることにより、配線部材５Ｃの向きの判別に利用することも可能である。
このように、凹部５８は、上記実施の形態１で説明した配線部材５Ａの突起部５７（図５参照）と同様に用いられるが、特に、突起部５７ではワイヤボンド６または他の部品に接触しやすい場合、または突起部５７により配線部材の安定性が低下する場合に、凹部５８を用いるとよい。なお、凹部５８の形状は、図６に示す半円状に限定されるものではなく、矩形、三角形等であってもよい。凹部５８を形成するために特別な工程は必要なく、配線部材５Ｃの他の部位と同時に導電板を切断し、曲げ加工することによって、凹部５８を有する配線部材５Ｃを製作することができる。
また、図７に示す配線部材４Ｃは、上面部４１に突起部４７と凹部４８を有している。図７に示す例では、１つの上面部４１の両側面に突起部４７の対を対称に設け、別の上面部４１の両側面に凹部４８の対を対称に設けているが、これらは非対称であってもよい。あるいは、突起部４７と凹部４８を対にして、対称または非対称に設けてもよい。このように、様々なパターンで突起部４７と凹部４８を配置することにより、多種類の配線部材を用いる複雑な回路構成の半導体モジュールにおいても、配線部材の種類の判別が容易に行える。
実施の形態２に係る配線部材５Ｃ、４Ｃによれば、上面部５１、４１に凹部５８、４８を設けることにより、配線部材の種類、向き、及び表裏を容易に判別することができるため、半導体モジュールにおける配線部材の誤組み付けを防止することが可能である。さらに、突起部４７と凹部４８を組み合わせて配置することにより、さらに多種類の配線部材の判別が可能となる。また、上面部５１、４１は、他の部位と接続されない部位であるため、凹部５８、４８の大きさ及び配置に関し設計の自由度が高いという利点がある。
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１ 半導体モジュール、２ モータ、３ａ、３ｂ 電源、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 配線部材、６ ワイヤボンド、７ モールド樹脂、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ スイッチング素子、１３ａ、１３ｂ シャント抵抗、３０ プレート、４１、５１ 上面部、４２、５２ 素子接続部、４３、５３ プレート接続部、４４、５４ 脚部、４５、５５ 貫通穴、５６ 切り欠き、４７、５７ 突起部、４８、５８ 凹部、１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａ、１０７ａ、１０７ｂ、１０８ａ、１０８ｂ 端子

Claims (11)

  1. 少なくとも第１導電部と第２導電部とを電気的に接続する配線部材であって、
    前記第１導電部に接続される第１接続部と、
    前記第２導電部に接続される第２接続部と、
    前記第１接続部と前記第２接続部の間に配置された上面部と、
    前記上面部と前記第１接続部の間、及び前記上面部と前記第２接続部の間にそれぞれ配置された脚部とを含み、
    前記第１接続部、前記第２接続部、前記上面部、及び前記脚部は一体に形成され、
    前記上面部は、突起部及び凹部のいずれか一方または両方を有することを特徴とする配線部材。
  2. 前記上面部は、前記第１接続部の前記第１導電部との接続面、及び前記第２接続部の前記第２導電部との接続面に対して、反対側の方向に突出していることを特徴とする請求項１記載の配線部材。
  3. 前記上面部は、前記第１接続部及び前記第２接続部と平行に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配線部材。
  4. 前記第１接続部、前記第２接続部、及び前記上面部は、それぞれ異なる高さ位置であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の配線部材。
  5. 前記突起部及び前記凹部のいずれか一方または両方は、前記上面部の両側面に対称に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の配線部材。
  6. 前記突起部及び前記凹部のいずれか一方または両方は、前記上面部の両側面に非対称に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の配線部材。
  7. 前記第１接続部は、前記第１導電部との接続面に対して垂直な方向に形成された貫通穴を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の配線部材。
  8. 前記第２接続部は、前記第２導電部との接続面に対して垂直な方向に形成された貫通穴を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の配線部材。
  9. 前記突起部は、前記上面部と一体に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の配線部材。
  10. 前記第１接続部または前記第２接続部は、角部に切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の配線部材。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の配線部材と、複数の半導体素子と、前記半導体素子が装着される金属製のプレートとを備え、前記第１導電部は前記半導体素子であり、前記第２導電部は前記プレートであることを特徴とする半導体モジュール。
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