(57)【要約】【課題】本発明は、端子同士をアーク溶接によって接合する場合であってもパッケージの小型化が可能な電力用半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による電力用半導体装置は、高さ方向に壁部を有する樹脂ケース１と、樹脂ケース１の壁部に固定され、壁部の内壁面上に露出した露出部を有する外部出力端子２と、主電極端子４を突出させてモールド樹脂２１で封止されたトランスファーモールド型モジュール３とを備える電力用半導体装置であって、外部出力端子２と主電極端子４とは、外部出力端子２の露出部と対向するように、壁部から所定の間隔位置で高さ方向に重ね合わせて接合されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高さ方向に壁部を有する樹脂ケースと、
前記樹脂ケースの前記壁部に固定され、前記壁部の内壁面上に露出した露出部を有する外部出力端子と、
電極端子を突出させてモールド樹脂で封止された半導体モジュールと、
を備える電力用半導体装置であって、
前記外部出力端子と前記電極端子とは、前記外部出力端子の前記露出部と対向するように、前記壁部から所定の間隔位置で前記高さ方向に重ね合わせて接合されていることを特徴とする、電力用半導体装置。
【請求項２】
前記外部出力端子は、前記樹脂ケースの前記壁部から外部に向かって横方向に突出して形成されることを特徴とする、請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記外部出力端子の前記露出部は、前記壁部の壁面に沿ったＬ字形状であることを特徴とする、請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記外部出力端子の前記露出部は、少なくとも一箇所に前記樹脂ケースの樹脂で埋め込まれた貫通孔を有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用半導体装置に関し、特に、トランスファーモールド型モジュールの主電極端子と樹脂製ケース内に設けた外部出力端子とをアーク溶接によって接合された電力用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御、業務用エアコン等のインバータ、昇圧用のコンバータ、ＮＣ制御等に用いられる電力用半導体装置において、銅やアルミ等の金属製の放熱板上にシリコン系のグリスを介してトランスファーモールド型モジュール（Ｔ−ＰＭ）の放熱面を圧接し、トランスファーモールド型モジュールの主電極端子と樹脂製のケース（以下、樹脂ケースとする）内に設けた外部出力端子とを水平方向に重ね合わせて、半田付け等によって接合された電力用半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、樹脂ケースの壁部から所定の間隔位置において、端子同士を垂直方向に重ね合わせてアーク溶接によって接合したものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２６３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、端子同士が水平方向に重ね合わせて接合されているため、接合部の裏面側の接合状態が確認できないという問題がある。また、冷熱サイクル時の熱膨張によって端子の接合部分に応力がかかるという問題がある。
【０００５】
また、端子同士を垂直方向に重ね合わせてアーク溶接によって接合する場合では、アーク溶接時に発生する熱によって樹脂ケースの壁部が溶融してしまい、外観が悪くなるという問題がある。このような問題の対策として、溶接部と樹脂ケースの壁部との距離をある程度離す必要があり、パッケージ（電力用半導体装置全体）の小型化に限度があった。
【０００６】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、端子同士をアーク溶接によって接合する場合であってもパッケージの小型化が可能な電力用半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明による電力用半導体装置は、高さ方向に壁部を有する樹脂ケースと、樹脂ケースの壁部に固定され、壁部の内壁面上に露出した露出部を有する外部出力端子と、電極端子を突出させてモールド樹脂で封止された半導体モジュールとを備える電力用半導体装置であって、外部出力端子と電極端子とは、外部出力端子の露出部と対向するように、壁部から所定の間隔位置で高さ方向に重ね合わせて接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、樹脂ケースの壁部に固定され、壁部の内壁面上に露出した露出部を有する外部出力端子と、電極端子を突出させてモールド樹脂で封止された半導体モジュールとを備え、外部出力端子と電極端子とは、外部出力端子の露出部と対向するように、壁部から所定の間隔位置で高さ方向に重ね合わせて接合されているため、端子同士をアーク溶接によって接合する場合であってもパッケージの小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１による電力用半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施形態１による樹脂ケースおよび外部出力端子の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態２による電力用半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の実施形態３による樹脂ケースおよび外部出力端子の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態４による樹脂ケースおよび外部出力端子の斜視図である。
【図６】前提技術による電力用半導体装置の断面図である。
【図７】前提技術によるトランスファーモールド型モジュールの断面図である。
【図８】前提技術による電力用半導体装置の断面図である。
【図９】前提技術による樹脂ケースおよび外部出力端子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
【００１１】
まず初めに、本発明の前提となる技術について説明する。
【００１２】
図６は、前提技術による電力用半導体装置の断面図であり、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＦＷＤｉ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等のパワーデバイス素子を搭載した２素子インバータ結線における電力用半導体装置の１相分の断面図である。図６に示すように、銅やアルミ等の放熱板１３上にシリコン系のグリス１４を介してトランスファーモールド型モジュール３の放熱面がネジまたは金属製の板によって圧接されている。そして、トランスファーモールド型モジュール３に設けられた銅等の金属からなる主電極端子４と、放熱板１３上に固定されたＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｓｕｌｆｉｄｅ）等からなる樹脂ケース１０の壁内にインサート成形によって形成された銅等の金属からなる外部出力端子１１とが、垂直方向に重ね合わせてアーク溶接によって接合部５のように接合されている。
【００１３】
図７は、前提技術によるトランスファーモールド型モジュール３の断面図である。図７に示すように、トランスファーモールド型モジュール３には半導体素子１５が２つ備えられており、各半導体素子１５には共通して主電極端子４が半田１９によって電気的に接続されている。また、一方の半導体素子１５は、Ａｌワイヤー２０によって信号端子１２と電気的に接続されている。各半導体素子１５の裏面側（図１のグリス１４側）には半田を介してヒートスプレッダ１６、絶縁シート１７、銅箔１８が順に設けられている。そして、主電極端子４および信号端子１２の一端を露出してモールド樹脂２１によって封止して形成されている。
【００１４】
図８は前提技術による電力用半導体装置の断面図であり、図９は樹脂ケース１０の一壁面および当該一壁面に埋め込まれた外部出力端子１１の斜視図である。図８に示すように、主電極端子４と外部出力端子１１との接合部５は、溶接電極２２によるアーク溶接によって接合されている。ここで、αは樹脂ケース１０の内壁と、主電極端子４に接合された外部出力端子１１との距離を示し、βは樹脂ケース１０の壁内にインサート形成された外部出力端子１１と、樹脂ケース１０の内壁との距離を示し、Ｘ１は樹脂ケース１０にインサート形成された外部出力端子１１と主電極端子４に接合された外部出力端子１１との距離を示している。なお、ここでは、グリス１４は図示していないが形成されているものとする（以下、他図においてもグリス１４は形成されているものとする）。
【００１５】
前提技術による電力用半導体装置では、主電極端子４と外部出力端子１１とが垂直（高さ）方向に重ね合わせて接合されているため、両端子の溶接部分が上方から容易に確認できる。また、冷熱サイクル時の熱膨張によって接合部分にかかる応力が軽減される。しかしながら、図８に示すように、アーク溶接時に発生する熱で樹脂ケース１０の壁部が溶融することによる外観の不良を防ぐために、接合部５は樹脂ケース１０の内壁から距離αの間隔を空けて形成する必要がある。従って、距離Ｘ１はα＋β分の間隔を設ける必要があり、パッケージの小型化に限度があった。
【００１６】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、以下に詳細を説明する。
【００１７】
〈実施形態１〉
図１は本発明の実施形態１による電力用半導体装置の断面図であり、図２は樹脂ケース１の一壁面および当該一壁面に固定された外部出力端子２の斜視図である。図１に示すように、電力用半導体装置は、垂直（高さ）方向に壁部を有する樹脂ケース１と、樹脂ケース１の壁部に固定され、壁部の内壁面上に露出した露出部を有する外部出力端子２と、主電極端子４（電極端子）を突出させてモールド樹脂２１で封止されたトランスファーモールド型モジュール３（半導体モジュール）とを備えている。なお、トランスファーモールド型モジュール３の構成は、図７に示す前提技術による構成と同様である。
【００１８】
外部出力端子２と主電極端子４とは、外部出力端子２の露出部と対向するように、樹脂ケース１の壁部から所定の間隔位置（Ｘ２＝α）で垂直方向に重ね合わせて、溶接電極２２によるアーク溶接によって接合部５のように接合されている。このように、外部出力端子２と接合部５との距離（Ｘ２＝α）は、図８に示す前提技術による電力用半導体装置と比較すると、樹脂ケース１０の壁部から幅β分が取り除かれているため、前提技術（Ｘ１＝α＋β）よりも短くなっている。また、接合部５の近傍（アーク溶接によって高温になる範囲）において、接合部５に対向して樹脂ケース１の壁部に固定された外部出力端子２は、樹脂ケース１の壁部の内壁面上に露出して露出部を形成している。
【００１９】
以上のことから、前提技術（図８）と比較すると、外部出力端子２と接合部５との距離が幅β分だけ短くなっているため、パッケージの小型化が可能となる。また、少なくとも接合部５の近傍において、接合部５に対向して樹脂ケース１の壁部に固定された外部出力端子２を露出させることによって、アーク溶接による樹脂ケース１の溶融を防ぐことができる。
【００２０】
〈実施形態２〉
図３は、本発明の実施形態２による電力用半導体装置の断面図である。図３に示すように、本実施形態２では、外部出力端子６が樹脂ケース１の壁部から外部に向かって水平（横）方向に突出して形成されていることを特徴としている。その他の構成は実施形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２１】
図３に示すように、外部出力端子６は、溶接電極２２によるアーク溶接によって接合部５を形成する時に樹脂ケース１の溶融を回避する位置から外部に向かって水平方向に突出している。
【００２２】
以上のことから、外部出力端子６を樹脂ケース１の壁部から外部に向かって水平方向に突出して形成しているため、外部出力端子６を強固に固定することが可能となる。また、外部出力端子６の露出部により、実施形態１と同様の効果が得られる。
【００２３】
〈実施形態３〉
図４は、本発明の実施形態３による樹脂ケース１の一壁面および当該一壁面に固定された外部出力端子７の斜視図である。図４に示すように、本発明の実施形態３では、外部出力端子７の露出部が樹脂ケース１の壁面に沿ったＬ字形状であることを特徴としている。その他の構成は実施形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２４】
図４に示すように、外部出力端子７は、樹脂ケース１の壁部の壁面に沿ったＬ字形状となっている。
【００２５】
以上のことから、外部出力端子７を樹脂ケース１の壁部の壁面に沿ったＬ字形状としているため、外部出力端子７を強固に固定することが可能となるとともに、外部出力端子７の位置決めが容易となる。
【００２６】
なお、外部出力端子７を実施形態２に示すように水平方向に折り曲げて形成してもよく、その場合はさらに強固に固定される。
【００２７】
〈実施形態４〉
図５は、本発明の実施形態４による樹脂ケース１の一壁面および当該一壁面に固定された外部出力端子８の斜視図である。図５に示すように、本発明の実施形態４では、外部出力端子８の露出部は、少なくとも一箇所に樹脂ケース１の樹脂で埋め込まれた貫通孔９を有することを特徴としている。その他の構成は実施形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２８】
図５に示すように、外部出力端子８に形成された貫通孔（カシメ用の穴）９は、外部出力端子８の設置時に樹脂ケース１の樹脂によって塞がれる。なお、貫通孔９は一箇所に形成されてもよく、複数箇所に形成されてもよい。
【００２９】
以上のことから、外部出力端子８の露出部の少なくとも一箇所に樹脂ケース１の樹脂で埋め込まれた貫通孔９を形成することによって、外部出力端子８を強固に固定することが可能となる。
【００３０】
なお、外部出力端子８を実施形態２に示すように水平方向に折り曲げて形成してもよく、その場合はさらに強固に固定される。
【００３１】
また、外部出力端子８を実施形態３に示すようにＬ字形状にしてもよく、その場合は更に強固に固定されるとともに、外部出力端子８の位置決めが容易となる。
【符号の説明】
【００３２】
１  樹脂ケース、２  外部出力端子、３  トランスファーモールド型モジュール、４  主電極端子、５  接合部、６，７，８  外部出力端子、９  貫通孔、１０  樹脂ケース、１１  外部出力端子、１２  信号端子、１３  放熱板、１４  グリス、１５  半導体素子、１６  ヒートスプレッダ、１７  絶縁シート、１８  銅箔、１９  半田、２０  Ａｌワイヤー、２１  モールド樹脂、２２  溶接電極。
【図１】
2011103367.tif 000003
【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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