(57)【要約】      （修正有）【課題】固定に必要な工数を少なくでき、かつ耐振性に優れた半導体モジュールを提供する。【解決手段】半導体素子２を封止した本体部３を備える。半導体素子２に被制御電流を入出力するパワー端子４が、本体部３から突出している。また、半導体素子２に信号電流を入出力する互いに平行な複数本の制御端子５が、本体部３から突出している。また、半導体素子２に導通しない固定強化用端子６が、制御端子５と同一方向に本体部３から突出している。そして、複数本の制御端子５と固定強化用端子６とが、半導体素子２を制御する制御回路基板７に接続可能に構成されている。【選択図】図３
2011155171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を封止した本体部と、
該本体部から突出し、上記半導体素子に被制御電流を入出力するパワー端子と、
上記本体部から突出し、上記半導体素子に信号電流を入出力する互いに平行な複数本の制御端子と、
該制御端子と同一方向に上記本体部から突出し、上記半導体素子に導通しない固定強化用端子と、
を備え、上記複数本の制御端子と上記固定強化用端子とが、上記半導体素子を制御する制御回路基板に接続可能に構成されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１において、２本の上記固定強化用端子を有し、該２本の固定強化用端子の間に上記複数本の制御端子が設けられ、上記２本の固定強化用端子と上記複数本の制御端子とが一列に配列していることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項３】
半導体素子を封止した本体部と、
該本体部から突出し、上記半導体素子に被制御電流を入出力するパワー端子と、
上記本体部から突出し、上記半導体素子に信号電流を入出力し、一列に配列された互いに平行な複数本の制御端子と、
該複数本の制御端子のうち、両端に位置する上記制御端子から分岐すると共に、該制御端子と同一方向に延びる固定強化用端子とを備え、
上記複数本の制御端子と上記固定強化用端子とが、上記半導体素子を制御する制御回路基板に接続可能に構成されていることを特徴とする半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電力変換装置等に用いる半導体モジュールとして、図１０に示すごとく、半導体素子を封止した本体部９２を有し、該本体部９２からエミッタ端子９３０、コレクタ端子９４０、ゲート端子９５０が突出したものが知られている（下記特許文献１参照）。この半導体モジュール９１を外部機器に接続する際には、本体部９２に形成された取付部９０にボルト等を挿入して本体部９２を他の部材に固定した後、バスバー（図示しない）を介してエミッタ端子９３０等を外部機器に接続する。
【０００３】
また、図１１に示す形状の半導体モジュール９６も知られている。この半導体モジュール９６は、半導体素子を封止した本体部９８を有し、該本体部９３からエミッタ端子９３１、コレクタ端子９４１と、複数本の制御端子９５１が突出している。複数本の制御端子９５１は、制御回路基板９７に接続されている。また、エミッタ端子９３１、コレクタ端子９４１には、図示しないバスバーが溶接される。図１１の半導体モジュール９６は、本体部９８を固定するための取付部（図１０参照）を有しておらず、制御端子９５１と、エミッタ端子９３１と、コレクタ端子９４１のみを使って半導体モジュール９６を固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４３２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１０に示す半導体モジュール９１は、取付部９０にボルト等を挿入して本体部９２を固定するため、本体部９２をしっかりと固定できるものの、固定するための工程が必要になるという問題があった。そのため、簡単に固定できる半導体モジュールが望まれていた。
【０００６】
また、図１１に示す半導体モジュール９６は、本体部９８に取付部（図１０参照）を有しておらず、制御端子９５１と、エミッタ端子９３１と、コレクタ端子９４１のみを使って半導体モジュール９６を固定している。そのため、半導体モジュール９６を固定するための工程が少なくてすむ。しかしながら、この半導体モジュール９６は、取付部がないため、図１０の半導体モジュール９１と比較して耐振性が低いという問題がある。すなわち、半導体モジュール９６と制御回路基板９７との間の相対的な振動によって、制御端子９５１が曲がったり、制御端子９５１を制御回路基板９７に接続するためのはんだ９９にクラックが入ったりしやすい。
そのため、固定に必要な工数を少なくでき、かつ耐振性に優れた半導体モジュールが望まれている。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、固定に必要な工数を少なくでき、かつ耐振性に優れた半導体モジュールを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、半導体素子を封止した本体部と、
該本体部から突出し、上記半導体素子に被制御電流を入出力するパワー端子と、
上記本体部から突出し、上記半導体素子に信号電流を入出力する互いに平行な複数本の制御端子と、
該制御端子と同一方向に上記本体部から突出し、上記半導体素子に導通しない固定強化用端子と、
を備え、上記複数本の制御端子と上記固定強化用端子とが、上記半導体素子を制御する制御回路基板に接続可能に構成されていることを特徴とする半導体モジュールにある（請求項１）。
【０００９】
また、第２の発明は、半導体素子を封止した本体部と、
該本体部から突出し、上記半導体素子に被制御電流を入出力するパワー端子と、
上記本体部から突出し、上記半導体素子に信号電流を入出力し、一列に配列された互いに平行な複数本の制御端子と、
該複数本の制御端子のうち、両端に位置する上記制御端子から分岐すると共に、該制御端子と同一方向に延びる固定強化用端子とを備え、
上記複数本の制御端子と上記固定強化用端子とが、上記半導体素子を制御する制御回路基板に接続可能に構成されていることを特徴とする半導体モジュールにある（請求項３）。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明の作用効果について説明する。本発明の半導体モジュールは、本体部から突出する複数本の制御端子と、該制御端子と同一方向に突出する固定強化用端子とを備える。制御端子は半導体素子に電気的に接続されている端子であり、固定強化用端子は半導体素子に接続されていない端子である。
このようにすると、固定強化用端子によって、本体部と制御回路基板との接続強度を高めることができる。これにより、半導体モジュールの耐振性を向上させることができる。すなわち、振動によって制御端子が曲がったり、折れたり、制御回路基板から制御端子が外れたりすることを防止できる。また、本発明の半導体モジュールは、制御端子と固定強化用端子が同一方向に突出しているため、制御端子を制御回路基板に接続する工程において、固定強化用端子も同時に制御回路基板に接続できる。そのため、半導体モジュールを固定するための専用の工程を別途行う必要がない。
【００１１】
次に、第２の発明の作用効果について説明する。本発明の半導体モジュールは、本体部から突出し、一列に配列した複数本の制御端子を備える。また、複数本の制御端子のうち、両端に位置する制御端子から分岐し、該制御端子と同一方向に延びる固定強化用端子を備える。これら制御端子と固定強化用端子とは、制御回路基板に接続可能に構成されている。
このようにすると、第１の発明と同様に、固定強化用端子によって、本体部と制御回路基板との接続強度を高めることができる。これにより、半導体モジュールの耐振性を向上させることができる。特に、制御端子を一列に配列した場合は、両端に位置する制御端子が振動による負荷を受けやすい。そのため、両端の制御端子に固定強化用端子を設けると、半導体モジュールの耐振性を一層、向上させることができる。
また、本発明の半導体モジュールは、制御端子と固定強化用端子が同一方向に延びているため、制御端子を制御回路基板に接続する工程において、固定強化用端子も同時に制御回路基板に接続できる。そのため、半導体モジュールを固定するための専用の工程を別途行う必要がない。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、固定に必要な工数を少なくでき、かつ耐振性に優れた半導体モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における、半導体モジュールの平面図であって、図２のＢ矢視図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図２のＣ−Ｃ断面図。
【図４】実施例１における、電力変換装置の平面図であって、図５のＦ−Ｆ矢視図。
【図５】図４のＥ−Ｅ断面図
【図６】図４のＤ−Ｄ断面図
【図７】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図８】実施例２における、半導体モジュールの断面図。
【図９】実施例３における、半導体モジュールの断面図。
【図１０】従来例における、半導体モジュールの平面図。
【図１１】図１０とは別の従来例における、半導体モジュールの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１の発明において、２本の上記固定強化用端子を有し、該２本の固定強化用端子の間に上記複数本の制御端子が設けられ、上記２本の固定強化用端子と上記複数本の制御端子とが一列に配列していることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、複数本の制御端子を一列に配列した場合でも、充分な耐振性を得ることができる。すなわち、複数本の制御端子を一列に配列すると、振動が発生した場合に、両端の制御端子に負荷がかかりやすい。そのため、両端の制御端子の配列方向外側に固定強化用端子を設けることで、両端の制御端子にかかる負荷を軽減することができる。これにより、半導体モジュールの耐振性を向上させることが可能になる。
【実施例】
【００１５】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる半導体モジュールにつき、図１〜図７を用いて説明する。
図１〜図３に示すごとく、本例の半導体モジュール１は、半導体素子２を封止した本体部３を備える。半導体素子２に被制御電流Ｉ１を入出力するパワー端子４が、本体部３から突出している。また、半導体素子２に信号電流Ｉ２を入出力する互いに平行な複数本の制御端子５が、本体部３から突出している。
【００１６】
図３に示すごとく、半導体素子２に導通しない固定強化用端子６が、制御端子５と同一方向に本体部３から突出している。
そして、複数本の制御端子５と固定強化用端子６とが、半導体素子２を制御する制御回路基板７（図５参照）に接続可能に構成されている。
以下、詳説する。
【００１７】
図３に示すごとく、本体部３には、ＩＧＢＴ素子２ａと、フリーホイールダイオード２ｂと、温度センスダイオード２ｃとの、３個の半導体素子２が封止されている。また、本体部３から５本の制御端子５が突出している。これら５本の制御端子５のうち、３本の制御端子５は、導線１７によってＩＧＢＴ素子２ａに接続しており、２本の制御端子５は温度センスダイオード２ｃに接続している。
【００１８】
また、本例の半導体モジュール１は、２本の固定強化用端子６ａ，６ｂを有する。そして、２本の固定強化用端子６ａ，６ｂの間に複数本の制御端子５が設けられ、該２本の固定強化用端子６ａ，６ｂと複数本の制御端子５とが一列に配列している（図４参照）。
【００１９】
また、図２に示すごとく、本例の半導体モジュール１は、本体部３の表面に露出した２枚の金属板４０ａ，４０ｂを有する。ＩＧＢＴ素子２ａとフリーホイールダイオード２ｂは、これら２枚の金属板４０ａ，４０ｂに挟持され、電気的に接続している。２枚の金属板４０ａ，４０ｂのうち、一方の金属板４０ａはパワー端子４ａに導通しており、他方の金属板４０ｂはパワー端子４ｂに導通している。
【００２０】
次に、図４〜図７を用いて、本例の半導体モジュール１を用いた電力変換装置１０の説明をする。図４〜図６に示すごとく、本例の電力変換装置１は、複数個の半導体モジュール１と冷却チューブ１１とを積層して構成されている。積層方向Ｘに隣り合う２個の冷却チューブ１１の間には、２個の半導体モジュール１が介在している。
図５に示すごとく、パワー端子４には、直流電源の正電極に接続される正極端子４ａと、直流電源の負電極に接続される負極端子４ｂ’と、交流負荷に接続される交流端子４ｂ，４ａ’がある。これらのパワー端子４には、バスバー（図示しない）が溶接される。
【００２１】
また、複数本の制御端子５と固定強化用端子６とは、制御回路基板７に接続されている。この制御回路基板７によって、ＩＧＢＴ素子２ａ（図２参照）のスイッチング動作を制御している。すなわち、制御回路基板７からＩＧＢＴ素子２ａのゲート端子にゲート電圧が印加されると、ＩＧＢＴ素子２ａがオンし、ゲート電圧が印加されないと、ＩＧＢＴ素子２ａがオフする。このスイッチング動作により、直流電力を交流電力に変換している。
【００２２】
また、温度センスダイオード２ｃ（図２参照）に流れる電流の量により、半導体モジュール１内の温度を検出できるようになっている。温度が一定の値を超えた場合には、半導体モジュール１に流れる被制御電流Ｉ１の量を減少させるように、制御回路基板７が制御を行う。
【００２３】
このように、半導体モジュール１の制御端子５には、ＩＧＢＴ素子２ａのゲート電流や、温度センスダイオード２ｃの順方向電流が流れる。上述した信号電流Ｉ２には、これらのゲート電流や順方向電流が含まれる。
なお、ＩＧＢＴ素子２ａに接続されている３本の制御端子５のうち、１本の制御端子５は、上述したように、ＩＧＢＴ素子２ａのゲート端子に接続されている。他の１本の制御端子５は、ＩＧＢＴ素子２ａのグランド端子に接続されている。また、残りの制御端子５は、ＩＧＢＴ素子２ａのコレクタ電流の一部を分流して制御回路基板７で測定するための端子である。
【００２４】
次に、電力変換装置１０の電気回路の説明をする。図７に示すごとく、電力変換装置１０は、コンバータ部１０ａとインバータ部１０ｂとを備える。コンバータ部１０ａによって、直流電源１５の電圧を昇圧する。昇圧した直流電圧は、インバータ部１０ｂの正極端子４ａと負極端子４ｂ’の間に印加される。そして、ＩＧＢＴ素子２ａのスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子４ｂ，４ａ’から出力する。
本例の電力変換装置１０は、車両に搭載して用いるものである。車両には、電力変換装置１０の他に、三相交流モータ１６が搭載されている。電力変換装置１０によって得られた交流電力を使って三相交流モータ１６を駆動し、車両を走行させている。
【００２５】
本例の作用効果について説明する。図３に示すごとく、本例の半導体モジュール１は、本体部３から突出する複数本の制御端子５と、該制御端子５と同一方向に突出する固定強化用端子６とを備える。制御端子５と固定強化用端子６とは、図５に示すごとく、それぞれ制御回路基板７に接続可能に構成されている。
このようにすると、固定強化用端子６によって、本体部３と制御回路基板７との接続強度を高めることができる。これにより、半導体モジュール１の耐振性を向上させることができる。すなわち、半導体モジュール１が振動した場合でも、制御端子５が曲がったり、折れたり、制御端子５と制御回路基板７とを接続するはんだ（図示しない）にクラックが入ったりしにくくなる。
【００２６】
また、本例の半導体モジュール１は、制御端子５と固定強化用端子６とが同一方向に突出している。そのため、制御端子５を制御回路基板７に接続する工程において、固定強化用端子６も同時に制御回路基板７に接続できる。したがって、半導体モジュール１を固定するための専用の工程を別途行う必要がない。
【００２７】
また、本例の半導体モジュール１は、図３、図４に示すごとく、２本の固定強化用端子６ａ，６ｂの間に複数本の制御端子５が配置されている。そして、２本の固定強化用端子６ａ，６ｂと複数本の制御端子５とが、一列に配列している。
このようにすると、複数本の制御端子５を一列に配列した場合でも、充分な耐振性を得ることができる。すなわち、仮に、固定強化用端子６を設けず、複数本の制御端子５を一列に配列したとすると、振動が発生した場合に、両端の制御端子５に負荷がかかりやすくなる。そのため、両端の制御端子５の配列方向外側に固定強化用端子６を設けることで、両端の制御端子５にかかる負荷を軽減することができる。これにより、半導体モジュール１の耐振性を一層、向上させることが可能になる。
【００２８】
以上のごとく、本例によれば、固定に必要な工数を少なくでき、かつ耐振性に優れた半導体モジュール１を提供することができる。
【００２９】
（実施例２）
本例は、固定強化用端子の形状を変更した例である。図８に示すごとく、本例の半導体モジュール１は、半導体素子２を封止した本体部３を備える。そして、半導体素子２に被制御電流Ｉ１を入出力するパワー端子４が本体部３から突出している。また、半導体素子２に信号電流Ｉ２を入出力し、一列に配列された互いに平行な複数本の制御端子５が本体部３から突出している。
【００３０】
複数本の制御端子５のうち、両端に位置する制御端子５から、制御端子５と同一方向に延びる固定強化用端子６が分岐している。そして、複数本の制御端子５と固定強化用端子６とが、半導体素子２を制御する制御回路基板７に接続可能に構成されている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００３１】
本例の作用効果について説明する。
上記構成にすると、固定強化用端子６によって、本体部３と制御回路基板７との接続強度を高めることができる。これにより、半導体モジュール１の耐振性を向上させることができる。特に、制御端子５を一列に配列した場合は、両端に位置する制御端子５が振動の影響を受けやすい。そのため、両端の制御端子５に固定強化用端子６を設けると、半導体モジュール１の耐振性を一層、向上させることができる。
また、本例の半導体モジュール１は、制御端子５と固定強化用端子が同一方向に延びているため、制御端子５を制御回路基板７に接続する工程において、固定強化用端子６も同時に制御回路基板７に接続できる。そのため、半導体モジュール１を固定するための専用の工程を別途行う必要がない。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３２】
（実施例３）
本例は、固定強化用端子６の配置位置を変更した例である。図９に示すごとく、本例では、複数本の制御端子５と２本の固定強化用端子６とを一列に配列し、固定強化用端子６を、配列方向における制御端子５の内側に設けた。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００３３】
本例の作用効果について説明する。
上記構成にすると、固定強化用端子６によって半導体モジュール１の耐振性を向上できるとともに、制御端子５と固定強化用端子６の、配置位置のバリエーションを増やすことができる。これにより、制御回路基板７や半導体モジュール１の設計自由度を高めることが可能になる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【符号の説明】
【００３４】
１  半導体モジュール
２  半導体素子
３  本体部
４  パワー端子
５  制御端子
６  固定強化用端子
７  制御回路基板
Ｉ１  被制御電流
Ｉ２  信号電流
【図１】
2011155171.tif 000003
【図２】
2011155171.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011155171.tif 000008
【図７】
2011155171.tif 000009
【図８】
2011155171.tif 000010
【図９】
2011155171.tif 000011
【図１０】
2011155171.tif 000012
【図１１】
2011155171.tif 000013