(57)【要約】【課題】接続構造の簡易化及びパワーモジュールの小型化が可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１０は、絶縁基板２１に実装された半導体素子２３と、回路基板２５と、接続端子２６と、ケース３１とを備えている。接続端子２６は、一部がケース３１に形成されたケース固定部３１ａに固定されると共に、ケース固定部３１ａから半導体素子２３との接続部までの間に、自在に可動する波線状の可動部２６ｄ、２６ｅが設けられている。【選択図】図１
2020102503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板に実装された半導体素子と、
前記半導体素子を制御する回路基板と、
前記半導体素子と前記回路基板とを接続する接続端子と、
前記絶縁基板と前記接続端子を収容するケースと、を備えた電力変換装置において、
前記接続端子は、一部が前記ケースに形成されたケース固定部に固定されると共に、前記ケース固定部から前記半導体素子との接続部までの間に自在に可動する波線状の可動部が設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子に接続された接続端子を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車などの車両には、複数のモータ及びこれらのモータを制御するインバータ等からなる電力変換装置が設けられている。電力変換装置は複数のパワーモジュールを備え、特にインバータを構成するパワーモジュールは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）などの電力用半導体素子を有して構成されていることが多く、この半導体素子には接続端子が接続される。このような、半導体素子に接続端子が接続されたパワーモジュールが、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１のパワーモジュールでは、ケース内にインバータの主回路を構成する複数の半導体素子を配置し、ボンディングワイヤによって接続端子への配線を施すと共にケース内を樹脂材等で封止している。ボンディングワイヤは、余裕を持たせるために接続部と接続部の間を上方に膨らむようにつなぐループ形状である。ループ形状の膨らみの頂上以上まで樹脂材等で封止して保護する必要があるため、パワーモジュールの薄型化には限界がある。
【０００４】
また、パワーモジュールのスイッチング動作により半導体素子が発熱し、その熱サイクルにより樹脂材が膨張収縮する。その際、ループ形状の膨らみ（湾曲）だけでは膨張収縮を吸収しきれず、パワーモジュール内部における接続部の最弱部分であるボンディングワイヤ、特に半導体素子と接続する部分が切断する虞がある。
【０００５】
さらに、半導体素子と接続端子は別途ボンディングワイヤで接続するため、ボンディングワイヤでの接続工程が必要となり加工コストが高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１９９４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、接続構造の簡易化及びパワーモジュールの小型化が可能な電力変換装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、絶縁基板に実装された半導体素子と、
前記半導体素子を制御する回路基板と、
前記半導体素子と前記回路基板とを接続する接続端子と、
前記絶縁基板と前記接続端子を収容するケースと、を備えた電力変換装置において、
前記接続端子は、一部が前記ケースに形成されたケース固定部に固定されると共に、前記ケース固定部から前記半導体素子との接続部までの間に自在に可動する波線状の可動部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明では、電力変換装置は、絶縁基板に実装された半導体素子と、回路基板と、接続端子と、ケースとを備えている。接続端子は、ケース固定部から半導体素子との接続部までの間に自在に可動する波線状の可動部が設けられているので、従来のボンディングワイヤのように上方に膨らむループ形状に制約されず、上方（ケースの厚み方向）への膨らみを抑えることができる。このため、ケースの厚みを薄くして樹脂充填量を減少させ、パワーモジュール全体を薄型化させ、電力変換装置の小型化を図ることができる。
【００１０】
さらに、接続端子の可動部を波線状の可動構造にすることで、従来の単純なループ形状に比較して、樹脂材の膨張収縮に伴う負荷の緩和機能を大きく働かせることができ、接続端子の切断を抑制できる。
【００１１】
さらに、例えば接続端子をジグ等で押圧すると可動部から曲がるので、接続端子の先端部を半導体素子に押し付け、いわゆるリフローによるはんだ付けで接続端子の先端部を半導体素子に接続できる。このため、ボンディングワイヤとして使われてきたアルミワイヤが必要なくなり、部品点数を削減することができる。
【００１２】
さらに、例えばケースに接続端子を固定して接続端子（信号ピン）一体構造とする。この接続端子一体構造とＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）との接続は、接続端子をジグ等で押圧して可動部から曲げて先端部を半導体素子に押し付ける、リフローによるはんだ付けが可能となる。このため、通常の工程で必要なワイヤボンディング接続工程を廃止し、ＩＧＢＴと絶縁基板、接続端子を全て一括でリフローすることができる。
【００１３】
さらに、パワーモジュールの薄型化のみならず、上述したように、樹脂充填量の削減、ワイヤボンディング接続工程の廃止に伴う部品点数の削減、製造工程の削減が可能とするため、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電力変換装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明に係るパワーモジュールの製造工程を説明する要部断面図、図２（ｂ）は本発明に係る接続端子の接続工程を説明する要部断面図、図２（ｃ）は本発明の別態様に係る接続端子を説明する要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１に示すように、パワーモジュール２０は、電力変換装置１０を構成する部品である。電力変換装置１０は、パワーモジュール２０と、このパワーモジュール２０を冷却する冷却装置４０とを主要素とする装置である。
【００１７】
パワーモジュール２０は、絶縁基板２１と、金属層２２ａ，２２ｂと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）などの半導体素子２３と、信号パット２４と、回路基板２５と、接続端子２６と、リードフレーム２７と、バスバー２８とを備えている。また、パワーモジュール２０は、絶縁基板２１等を収納するケース３１と、ベース３２と、ケース３１内に充填されている樹脂材３３とを備えている。
【００１８】
ケース３１は、一対の対向する面が開口しており、一方の開口はベース３２に塞がれ、他方の開口は回路基板２５塞がれている。パワーモジュール２０は、冷却装置４０の上面に設けられたベース３２と、このベース３２にボードはんだ３４を介して設けられた金属層２２ａと、この金属層２２ａに設けられた絶縁基板２１と、この絶縁基板２１に設けられた金属層２２ｂと、この金属層２２ｂにダイはんだ３５を介して実装された半導体素子２３と、半導体素子２３に設けられた信号パット２４とを備えている。
【００１９】
回路基板２５は、半導体素子２３を制御するものであり、信号ピン２６ａと一体になった接続端子２６が接続されている。接続端子２６は、信号ピン２６ａに続く一部２６ｂがケース３１に形成されたケース固定部３１ａに固定されている。さらに、接続端子２６は、ケース３１に固定された一部２６ｂからケース３１内方に若干湾曲して延びるリード部２６ｃと、リード部２６ｃに形成され自在に可動する波線状の可動部２６ｄ、２６ｅとを備えている。
【００２０】
接続端子２６の可動部２６ｄ、２６ｅは、ケース固定部３１ａから半導体素子２３との接続部（信号パット２４）までの間に設けられている。可動部２６ｄはリード部２６ｃの基端側に形成され、可動部２６ｅはリード部２６ｃの先端側に形成されると共に信号パット２４を介して半導体素子２３に接続されている。
【００２１】
また、リードフレーム２７は、一部分がケース３１に設けられてこの一部分からケースの内方に延び、先端部分が無鉛はんだ３６を介して半導体素子２３に接続されている。ケース３１に設けられたリードフレーム２７の一部分には、バスバー２８がバスバーはんだ３７を介して接続されている。
【００２２】
また、ケース３１内は、リードフレーム２７の頂上及び接続端子２６の頂上以上まで樹脂材３３が充填されている。樹脂材３３によりケース３１内の絶縁基板２１、金属層２２ａ，２２ｂ、半導体素子２３、接続端子２６、接続端子２６と半導体素子２３との接続部、リードフレーム２７、リードフレーム２７と半導体素子２３との接続部等が保護される。
【００２３】
次に電力変換装置１０の製造方法について説明する。図２（ａ）に示すように、ケース３１のケース固定部３１ａに接続端子２６の一部２６ｂが固定されている。接続端子２６の基端側の可動部２６ｄからリード部２６ｃを起こした状態で、金属層２２ａ，２２ｂ、絶縁基板２１、金属層２２ｂ及び半導体素子２３を、ケース３１内に設置する。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、接続端子２６を倒し、矢印のようにジグ等でリード部２６ｃを押圧し、可動部２６ｅの先端部を半導体素子２３に押し付け、いわゆるリフローによるはんだ付けで可動部２６ｅの先端部を半導体素子に接続する。
【００２５】
次に、以上に述べた構成による効果を説明する。接続端子２６は、ケース固定部３１ａから半導体素子２３との接続部までの間に自在に可動する波線状の可動部２６ｄ，２６ｅが設けられているので、従来のボンディングワイヤのように上方に膨らむループ形状に制約されず、上方（ケース３１の厚み方向）への膨らみを抑えることができる。このため、ケース３１の厚みを薄くして樹脂充填量を減少させ、パワーモジュール２０全体を薄型化させ、電力変換装置１０の小型化を図ることができる。
【００２６】
さらに、接続端子２６の可動部２６ｄ，２６ｅを波線状の可動構造にすることで、従来の単純なループ形状に比較して、樹脂材３３の膨張収縮に伴う負荷の緩和機能を大きく働かせることができ、接続端子２６の切断を抑制できる。
【００２７】
さらに、例えば接続端子２６をジグ等で押圧すると可動部２６ｄから曲がるので、接続端子２６の先端部を半導体素子２３に押し付け、いわゆるリフローによるはんだ付けで接続端子２６の先端部を半導体素子２３に接続できる。このため、ボンディングワイヤとして使われてきたアルミワイヤが必要なくなり、部品点数を削減することができる。
【００２８】
さらに、例えばケース３１に接続端子２６を固定して接続端子２６（信号ピン２６ａ）一体構造とする。この接続端子２６一体構造とＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）としての半導体素子２３との接続は、接続端子２６をジグ等で押圧して可動部２６ｄから曲げて先端部を半導体素子２３に押し付ける、リフローによるはんだ付けが可能となる。このため、通常の工程で必要なワイヤボンディング接続工程を廃止し、半導体素子２３と絶縁基板２１、接続端子２６を全て一括でリフローすることができる。
【００２９】
さらに、パワーモジュール２０の薄型化のみならず、上述したように、樹脂充填量の削減、ワイヤボンディング接続工程の廃止に伴う部品点数の削減、製造工程の削減が可能とするため、製造コストを低減することができる。
【００３０】
次に接続端子２６の別態様を説明する。図２（ｃ）に示すように、接続端子２６は、ケース固定部３１ａからリード部２６ｃが半導体素子２３側にまっすぐ延びており、その途中に波線状の可動部２６ｆが形成されている。このような構成であれば、可動部２６ｆが一か所であるので、接続端子２６を容易に成形することができる。
【００３１】
尚、実施例では、接続端子２６に１つまたは２つの可動部２６ｄ，２６ｅ，２６ｆを形成したが、これに限定されず、可動部は３つ以上であっても差し支えない。さらに、可動部２６ｄ，２６ｅ，２６ｆの位置も接続端子２６のリード部２６ｃの基端部、中間部、先端部に限定されず、基端部から先端部までの（３／４）の位置など途中のいずれの位置に可動部２６ｄ，２６ｅ，２６ｆが位置してもよい。
【００３２】
さらに、可動部２６ｄ，２６ｅ，２６ｆの形状を波線状としたが、この波線状には、折れ曲がるような。ジグザク形状も含むものとする。さらに、可動部２６ｄ，２６ｅ，２６ｆは、側面視で波線状であるが、奥行がある波板状であってもよい。さらに、リード部２６ｃは、若干湾曲しているが、真っすぐに延びる形状であってもよい。
【００３３】
さらに、実施例では、パワーモジュール２０をモールディング樹脂などの樹脂材３３で覆う構成としたが、これに限定されず、いわゆるポッティング等、ケース内部をゲル封止する構成でも差し支えない。さらに、はんだ３５，３６，３７は、導電焼結材としても差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、半導体素子に接続された接続端子を有する電力変換装置に好適である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…電力変換装置、２０…パワーモジュール、２１…絶縁基板、２３…半導体素子、２５…回路基板、２６…接続端子、２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ…可動部、３１…ケース、３１ａ…ケース固定部。
【図１】
2020102503.tif 000003
【図２】
2020102503.tif 000004