(57)【要約】【課題】新規な構造により電極端子にバネ効果をもたせつつ、パワーモジュールの小型化を図ることを可能とするターミナル部の構成を提案する。【解決手段】電極端子１が絶縁部材１１にて覆われ、前記絶縁部材１１の一又は複数の箇所に、前記電極端子１の曲げを許容するための欠落部１１ａが設けられるターミナル部２を、電力回路基板１２上に設ける第一工程と、電力回路基板１２上の半導体回路素子１８・１８と、前記電極端子１とをボインディングワイヤ１９を介して接続する第二工程と、前記欠落部１１ａにおいて、前記電極端子１を曲げさせる第三工程と、電極端子１を曲げた状態において、前記制御基板１４と電力回路基板１２のハウジング１５とを固定部材２０・２０を介して固定する第四工程と、前記電極端子１を制御基板１４に対しはんだ接続する第五工程とを有する製造方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力回路基板と制御基板とを電極端子を介して電気的に接続して構成されるパワーモジュールであって、
前記電極端子は、絶縁部材にて覆われ、
前記絶縁部材の一又は複数の箇所には、前記絶縁部材の欠落部が設けられ、
前記欠落部において、前記電極端子の曲げが許容される構成とする、パワーモジュール。
【請求項２】
前記欠落部は、前記絶縁部材の一部が切り欠かれることにより形成される、ことを特徴とする、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記欠落部は、前記電極端子が前記絶縁部材にて間隔をあけて覆われることによって形成される、ことを特徴とする、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記欠落部は、前記電極端子の長手方向に対し、垂直方向、又は、斜め方向に形成される、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
電力回路基板と制御基板とを電極端子を介して電気的に接続して構成されるパワーモジュールの製造方法であって、
電極端子が絶縁部材にて覆われ、前記絶縁部材の一又は複数の箇所には、前記絶縁部材の欠落部が設けられ、前記欠落部において前記電極端子の曲げが許容される構成とするターミナル部を、前記電力回路基板上に設ける第一工程と、
前記電力回路基板上の半導体回路素子と、前記電極端子とをボインディングワイヤを介して接続する第二工程と、
前記欠落部において、前記電極端子を曲げさせる第三工程と、
前記電極端子を曲げた状態において、前記制御基板と前記電力回路基板とを固定部材を介して固定する第四工程と、
前記電極端子を前記制御基板に対し接続する第五工程と、を有するパワーモジュールの製造方法。
【請求項６】
前記第一工程で設置される前記ターミナル部の前記電極端子は、
前記第一工程において前記電力回路基板上に直立した状態で設置される、
ことを特徴とする、請求項５に記載のパワーモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力回路基板と制御基板を電極端子により電気的に接続してなるインバータ等のパワーモジュールに関するものであり、より詳しくは、前記電力回路基板と前記制御基板の電極端子による電気的な接続構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力回路基板と制御基板を互いに平行となるように重ねて配置するとともに、前記電力回路基板と制御基板とを電極端子を介して電気的に接続してなるインバータ等のパワーモジュールに関する技術について開示する文献が存在する（例えば、特許文献１〜３参照。）。
図９は、パワーモジュールの従来構成について示すものであり、前記電極端子５０・５０・・・は電力回路基板５２側から制御基板５４の方向に突設され、はんだ接合部５３・５３・・・にて前記制御基板５４に電気的に接続される構成としている。
また、前記電極端子５０・５０・・・は、それぞれ、樹脂モールド５１・５１・・・によって覆われ、これにより、制御基板５４と電力回路基板５２を電気的に接続するためのターミナル部６０・６０が構成されている。
また、電力回路基板５２においては、樹脂製のハウジング５５に絶縁基板５６が設けられ、該絶縁基板上５６の配線導体層５７に半導体回路素子５８・５８がはんだ付けされる。また、絶縁基板５６には電極端子５０・５０・・・が接続され、前記半導体回路素子５８・５８と電極端子５０・５０・・・とがボインディングワイヤ５９・５９を介して接続される。
また、前記制御基板５４とハウジング５５は、固定部材７０・７０により固定されるようにしている。
【０００３】
そして、以上のように構成するパワーモジュールは、車載されて使用される場合等、温度変化の激しい状況下で使用される場合には、前記はんだ接合部５３・５３・・・には、制御基板の熱変形等によって大きな荷重がかかるため、劣化が生じ、信頼性が低下するという問題があった。
この点に関し、特許文献１では、前記電極端子をＵベンド状、或いは、Ｓベンド状とすることで、前記電極端子にいわゆるバネ効果を持たせることとする技術を提案しており、はんだ接合部に発生する荷重を抑制することで、弾性破壊等に伴うはんだ接合の劣化を防ぎ、接合品質の信頼性の向上を図ることとしている。
【０００４】
また、前記電極端子の接続において、はんだ接合によらず、緩衝機能を有する専用のコネクタで接続する構成についても実用化がされている。
【特許文献１】特開平５−２５９３３４号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３９０５号公報
【特許文献３】特開２００２−９３９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１のように、前記電極端子とＵベンド状、或いは、Ｓベンド状とする場合は、電極端子のベンディング箇所が互いに接触しないようにスペースを確保する必要がある。
また、半導体回路素子と電極端子のボインディングワイヤによる接続の際には、工具を挿入するスペースが必要となるため、前記ベンディング個所の間のスペースは、このボインディングワイヤの接続工程を考慮した上で、十分に確保する必要があった。
このように、ベンディング個所が存在すると、スペースを確保する必要が生じるため、パワーモジュールの小型化の支障となってしまう。
【０００６】
他方、専用のコネクタを設ける構成の場合では、該コネクタが必要となる点でコスト上不利になるという問題があり、低コスト化の支障となってしまう。
【０００７】
そこで、本発明では、新規な構造により前記電極端子にバネ効果をもたせつつ、パワーモジュールの小型化を図ることを可能とするターミナル部の構成を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１に記載のごとく、電力回路基板と制御基板とを電極端子を介して電気的に接続して構成されるパワーモジュールであって、前記電極端子は、絶縁部材にて覆われ、前記絶縁部材の一又は複数の箇所には、前記絶縁部材の欠落部が設けられ、前記欠落部において前記電極端子の曲げが許容される構成とすることとする。
【００１０】
また、請求項２に記載のごとく、前記欠落部は、前記絶縁部材の一部が切り欠かれることにより形成されることとする。
【００１１】
また、請求項３に記載のごとく、前記欠落部は、前記電極端子が前記絶縁部材にて間隔をあけて覆われることによって形成されることとする。
【００１２】
また、請求項４に記載のごとく、前記欠落部は、前記電極端子の長手方向に対し、垂直方向、又は、斜め方向に形成されることとする。
【００１３】
また、請求項５に記載のごとく、電極端子が絶縁部材にて覆われ、前記絶縁部材の一又は複数の箇所には、前記絶縁部材の欠落部が設けられ、前記欠落部において前記電極端子の曲げが許容される構成とするターミナル部を、前記電力回路基板上に設ける第一工程と、前記電力回路基板上の半導体回路素子と、前記電極端子とをボインディングワイヤを介して接続する第二工程と、前記欠落部において、前記電極端子を曲げさせる第三工程と、前記電極端子を曲げた状態において、前記制御基板と前記電力回路基板とを固定部材を介して固定する第四工程と、前記電極端子を前記制御基板に対し接続する第五工程と、を有するパワーモジュールの製造方法とする。
【００１４】
また、請求項６に記載のごとく、前記第一工程で設置される前記ターミナル部の前記電極端子は、前記第一工程において前記電力回路基板上に直立した状態で設置されることとする。
【発明の効果】
【００１５】
以上の請求項１に記載の発明では、制御基板や、絶縁基板（電力回路基板）が熱の影響を受けて変形した場合には、欠落部において電極端子が曲がることによって、電極端子に加わる荷重を吸収することができ、前記接制御基板と電極端子の接合部における荷重の発生を抑制できる。これにより、接合部の弾性破壊等に伴う劣化を防止でき、接合品質の長寿命化が図られ、信頼性を向上させることができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、絶縁部材の一部を切り欠くことによって欠落部が形成できるものである。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明では、電極端子を絶縁部材にて間隔を空けて覆うことにより、欠落部が形成できるものである。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明では、電極端子を所望の方向に曲げさせることができる。また、曲げられる前の電極端子間の距離を短く構成することが可能となるので、パワーモジュールの小型化を図ることができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明では、制御基板や、絶縁基板（電力回路基板）が熱の影響を受けて変形した場合には、欠落部において電極端子が曲がることによって、電極端子に加わる荷重を吸収することができ、前記接制御基板と電極端子の接合部における荷重の発生を抑制できる。これにより、接合部の弾性破壊等に伴う劣化を防止でき、接合品質の長寿命化が図られ、信頼性を向上させることができる。
また、前記第二工程の時点においては、電極端子は直立した状態であり、ボインディングワイヤを接続する際において必要となる工具スペースを確保できる。
また、このことから、各ターミナル部の間の距離を狭く構成することができ、パワーモジュール全体としての小型化を図ることが可能となる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明では、電極端子と、制御基板の端子挿入孔との間の位置決めを、容易かつ高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明に係るパワーモジュール１０の電極端子１の構造を採用したものについて示している。
前記電極端子１・１・・・は、電力回路基板１２から突設され、はんだ等による接合部１３・１３・・・にて制御基板１４に接続される構成としている。
また、前記電極端子１・１・・・は、それぞれ、絶縁部材１１・１１・・・によって覆われており、これら電極端子１と絶縁部材１１によって、制御基板１４と電力回路基板１２を電気的に接続するターミナル部２・２・・・が構成される。
また、前記絶縁部材１１は、例えば、電気絶縁性を有する樹脂を電極端子１にモールドすることにより構成される。
また、電力回路基板１２においては、樹脂製のハウジング１５に絶縁基板１６が設けれ、該絶縁基板上１６の配線導体層１７に半導体回路素子１８・１８がはんだ付けされる。
また、絶縁基板１６には電極端子１・１・・・が接続され、前記半導体回路素子１８・１８と電極端子１・１・・・とがボインディングワイヤ１９・１９を介して接続される。
また、前記制御基板１４とハウジング１５は、固定部材２０・２０により固定されるようにしている。
【００２２】
そして、図２に示すごとく、前記電極端子１は、絶縁部材１１にて覆われ、前記絶縁部材１１の一又は複数の箇所には、前記絶縁部材１１の欠落部１１ａ・１１ａ・・・が設けられ、前記欠落部１１ａ・１１ａ・・・において、前記電極端子１の曲げが許容される構成としている。この欠落部１１ａは、電極端子１が局部的に絶縁部材１１で覆わないことにより形成されるものである。
この構成により、前記欠落部１１ａ・１１ａ・・・において電極端子１の曲げが許容されるため、図１に示す構成において、制御基板１４や、絶縁基板１６（電力回路基板１２）が熱の影響を受けて変形した場合には、電極端子１が曲がることによって、電極端子１に加わる荷重を吸収することができる。このように、電極端子１の曲げが許容されることにより、該電極端子１にてバネ効果を呈することができ、このバネ効果によって前記接合部１３・１３・・・での荷重の発生を抑制できる。
このように、接合部１３・１３・・・での荷重の発生が抑制されることにより、接合部１３・１３・・・の弾性破壊等に伴う劣化を防止でき、接合品質の長寿命化が図られ、信頼性を向上させることができる。
【００２３】
また、前記欠落部１１ａ・１１ａ・・・について、図３（ａ）に示す構成では、前記欠落部１１ａ・１１ａ・・・は、前記絶縁部材１１の一部を切り欠くことにより形成する構成としており、この場合、絶縁部材１１を構成する各部位１１ｈ・１１ｌ・１１ｍ・１１ｎは、つなぎ部分１１ｐ・１１ｐ・・・によって連結されることとなっている。
また、図３（ｂ）に示す構成では、前記欠落部１１ａ・１１ａ・・・は、前記電極端子１１が前記絶縁部材１１の各部位１１ｈ・１１ｌ・１１ｍ・１１ｎにて間隔をあけて覆われることによって形成される構成としている。この場合、各部位１１ｈ・１１ｌ・１１ｍ・１１ｎは互いに連結されないこととなる。また、各部位１１ｈ・１１ｌ・１１ｍ・１１ｎ間の間隔は、電極端子１の曲げを所定の範囲（隣接する電極端子同士が接触しない範囲）で許容すべく、適宜設定される。
以上に述べた図３（ａ）、又は（ｂ）のいずれかの形態にて欠落部１１ａ・１１ａ・・・を構成することにより、前記電極端子１の曲げを許容できる。
尚、絶縁部材は、例えば、電気絶縁性の樹脂を電極端子１のモールドさせることにより構成されるものであり、前記欠落部１１ａの形成については、モールドの過程において形成させるほか、モールド後において、切削加工等により形成させることとしてもよく、特に限定されるものではない。
【００２４】
また、前記絶縁部材１１については、図４に示すごとく、電極端子１・１・・・の本数や配列に合わせて、棒状の絶縁部材１１Ａに構成されたり、板状の絶縁部材１１Ｂに構成されるものであり、いずれの形態のものについても、欠落部１１ａ・１１ａ・・・を構成することにより、上記の効果を得ることができる。
尚、図４の構成では、絶縁部材１１Ａ・１１Ｂの下部に、それぞれ、ランド３１ａ・３１ｂが形成されるワイヤボンディングエリア３１Ａ・３１Ｂが構成されている。
【００２５】
また、図５に示すごとく、絶縁部材１１Ｃ・１１Ｄの欠落部１１ｂ〜１１ｇにおいて、その断面は、前記電極端子１の長手方向に対し、垂直方向、又は、斜め方向、即ち、図において斜め方向に形成されることとしている。
この構成では、絶縁部材１１Ｃにおける欠落部１１ｂでは、図において上側の断面は水平とし、下側の断面の方向を左下がりとしている。また、欠落部１１ｃでは、図において上側の断面は左下がり、下側の断面は右下がりとしている。また、欠落部１１ｄでは、図において上側の断面は右下がり、下側の断面は水平としている。
また、同様に、絶縁部材１１Ｄについては、欠落部１１ｅでは、図において上側の断面は水平とし、下側の断面の方向を右下がりとしている。また、欠落部１１ｆでは、図において上側の断面は右下がり、下側の断面は左下がりとしている。また、欠落部１１ｇでは、図において上側の断面は左下がり、下側の断面は水平としている。
【００２６】
このように、斜め方向に断面が形成されることにより、図のように制御基板１４が上から押し付けられて、電極端子１・１を圧縮させる方向の荷重が生じると、各欠落部１１ｂ〜１１ｇの断面が互いに当着する方向に電極端子１・１が曲げられる。
そして、この電極端子１・１の曲げにおいては、上記の断面の傾斜の構成により、電極端子１・１の互いの中途部が離れ合うようになる。
以上のように、電極端子１・１の曲がる方向は、上記の断面の傾斜の方向により決定されるものである。
そして、以上から解るように、欠落部１１ｂ〜１１ｇの断面に所定の傾斜をつけることにより、電極端子１・１を所望の方向に曲げさせることができるのである。
【００２７】
また、このように、所望の方向に電極端子１・１を曲げられることによれば、電極端子１・１を曲げる前において、隣接する電極端子１・１間の距離を短く構成した場合であっても、電極端子１・１を曲げた後においては、曲げられた箇所において一定の距離を保つことができるため、互いの接触を避けることができるようになる。
そして、曲げられる前の電極端子１・１間の距離を短く構成することが可能となるので、パワーモジュール１０の小型化を図ることができる。
【００２８】
また、図５に示す構成では、絶縁部材１１Ｄにおいて、３つの欠落部１１ｂ〜１１ｄを設けることにより、３つの屈曲点が形成されることとしたが、図６に示すごとく、４つの欠落部１１ｈ〜１１ｋを設けることにより、４つの屈曲点が形成されることとしてもよい。
また、この構成では、上下の欠落部１１ｉ・１１ｊに挟まれる部位１１ｍについては、その上下の断面を水平とするとともに、該断面にそれぞれ対向する部位１１ｌ・１１ｎの断面については、傾斜をさせることにより、該部位１１ｍについては、上下方向の垂直部分が形成されることとすることができる。
このように、欠落部の数や、断面の勾配（水平、傾斜とその方向）により、屈曲後の電極端子１の形状を所望の形状とすることができるのである。
そして、このように電極端子１の屈曲後の形状を所望の形状とすることができれば、半導体回路素子１８等の他の構成部材を避けるように曲げさせることも可能となり、これら構成部材の配置の自由度を向上させることができる。
【００２９】
そして、図１に示すように、以上の絶縁部材１１・１１・・・の形態を利用したターミナル部２・２・・・を形成し、パワーモジュール１０を構成するものとする。
このパワーモジュール１０の製造は、図７に示すフローにより実施できる。
即ち、図１及び図７に示すごとく、電極端子１・１・・・が絶縁部材１１・１１・・・にて覆われ、前記絶縁部材１１・１１・・・の一又は複数の箇所に、前記電極端子１・１・・・の曲げを許容するための欠落部１１ａ・１１ａ・１１ａが設けられるターミナル部２・２・・・を、電力回路基板１２上に設ける第一工程４１と、電力回路基板１２上の半導体回路素子１８・１８と、前記電極端子１・１・・・とをボインディングワイヤ１９を介して接続する第二工程４２と、前記制御基板１４と電力回路基板１２との距離を前記絶縁部材１１・１１・・・の長手方向の長さ（第一工程４１での設置状態における高さ）よりも短くし、前記欠落部１１ａ・１１ａ・１１ａにおいて、前記電極端子１・１・・・を曲げさせる第三工程４３と、電極端子１・１・・・を曲げた状態において、前記制御基板１４と電力回路基板１２のハウジング１５とを固定部材２０・２０を介して固定する第四工程４４と、前記電極端子１・１・・・を制御基板１４に対しはんだ接続する第五工程４５と、によりパワーモジュール１０を製造することとするものである。
【００３０】
また、前記第一工程４１で設置されるターミナル部２・２・・・の前記電極端子１・１・・・は、前記第一工程４１において前記電力回路基板１２上に直立した状態で設置されることとしている。
【００３１】
以上の各工程を経てパワーモジュール１０を製造することによれば、前記欠落部１１ａ・１１ａ・・・において電極端子１の曲げが許容されるため、図１に示す構成において、制御基板１４や、絶縁基板１６（電力回路基板１２）が熱の影響を受けて変形した場合には、電極端子１が曲がることによって、電極端子１に加わる荷重を吸収することができる。このように、電極端子１の曲げが許容されることにより、該電極端子１にてバネ効果を呈することができ、このバネ効果によって前記接合部１３・１３・・・での荷重の発生を抑制できる。
このように、接合部１３・１３・・・での荷重の発生が抑制されることにより、接合部１３・１３・・・の弾性破壊等に伴う劣化を防止でき、接合品質の長寿命化が図られ、信頼性を向上させることができる。
【００３２】
また、前記第二工程の時点においては、図８に示すごとく、電極端子１は直立した状態であり、全体として屈曲していない状態であることから、ボインディングワイヤ１９を接続する際において必要となる工具スペースを確保できる。
また、このことから、図１に示すごとく、各ターミナル部２・２・・・の間の距離を狭く構成することができ、パワーモジュール１０全体としての小型化を図ることが可能となる。
【００３３】
また、前記第二工程の時点においては、電極端子１は直立した状態であるから、電極端子１・１・・・を設計通りの位置に配置することができる。これにより、該電極端子１・１・・・と、制御基板１４の端子挿入孔１４ａ・１４ａ・・・との間の位置決めを、容易かつ高精度に行うことができる。
【００３４】
尚、前記電極端子１を曲げさせる具体的な方法については、前記製造方法の第三工程において、制御基板１４を電力回路基板１２の方向へ押し下げる際に、制御基板１４の下面で、絶縁部材１１の上端面を下方へ押し下げることにより電極端子１が曲げられることとしてもよいし、制御基板１４と電力回路基板１２の間に棒状の部材を横方向から挿入して絶縁部材１１をつつくようにして電極端子１を曲げさせることとしてもよく、特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るパワーモジュールの構成について示す側面断面図。
【図２】ターミナル部の絶縁部材について示す側面断面図。
【図３】（ａ）は、絶縁部材の一部を切り欠いて欠落部を構成する例について示す図。（ｂ）は、絶縁部材にて間隔をあけて電極端子を覆うことで欠落部を構成する例について示す図。
【図４】ターミナル部の絶縁部材の構成例について示す図。
【図５】欠落部を３箇所に設けた構成例について示す図。
【図６】欠落部を４箇所に設けた構成例について示す図。
【図７】本発明に係るパワーモジュールの製造方法のフローを示す図。
【図８】電極端子を屈曲させる工程について説明する図。
【図９】従来のパワーモジュールの構成について示す側面断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１      電極端子
２      ターミナル部
１０    パワーモジュール
１１    絶縁部材
１２    電力回路基板
１３    接合部
１４    制御基板
１８    半導体回路素子
１９    ボインディングワイヤ
２０    固定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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