(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、パワー半導体装置の絶縁信頼性を低下させることなく生産性を向上させることである。【解決手段】  本発明に係るパワー半導体装置は、パワー半導体素子と、複数の端子と、前記複数の端子のそれぞれの一部と前記パワー半導体素子を封止するモールド樹脂部と、を備え、前記モールド樹脂部は、  当該モールド樹脂部の一面から他面に貫通する貫通部を形成し、前記複数の端子は、前記貫通部内であって前記一面から前記他面への方向を横切る方向に設けられかつ当該貫通部内であって当該複数の端子の少なくとも２つの端子が向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面を設け、さらに前記複数の端子は、前記モールド封止部の一側面から突出し、前記モールド樹脂部は、前記一側面とは異なる側面に当該モールド樹脂部の樹脂材料を注入した後に残るゲート部を形成する。【選択図】  図６
2019021823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子と、
複数の端子と、
前記複数の端子のそれぞれの一部と前記パワー半導体素子を封止するモールド樹脂部と、を備え、
前記モールド樹脂部は、  当該モールド樹脂部の一面から他面に貫通する貫通部を形成し、
前記複数の端子は、前記貫通部内であって前記一面から前記他面への方向を横切る方向に設けられかつ当該貫通部内であって当該複数の端子の少なくとも２つの端子が向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面を設け、  
さらに前記複数の端子は、前記モールド封止部の一側面から突出するパワー半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたパワー半導体装置であって、
前記モールド樹脂部は、前記一側面とは異なる側面に当該モールド樹脂部の樹脂材料を注入した後に残るゲート部を形成するパワー半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたパワー半導体装置であって、
前記複数の端子は、前記パワー半導体素子の導通と遮断を切り替える制御信号を伝達する制御端子であるパワー半導体装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載されたいずれかのパワー半導体装置であって、
前記モールド樹脂部は、前記一側面であって前記複数の端子の少なくとも２つの端子の対向部にスリット部を形成するパワー半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載されたパワー半導体装置を有する電力変換装置であって、
前記スリット部に挿入される樹脂部材を有する電力変換装置。
【請求項６】
パワー半導体素子と複数の端子を金型に配置する第１工程と、
モールド樹脂部を当該モールド樹脂部の一面から他面に貫通する貫通部を形成するようにかつ前記複数の端子が前記貫通部内であって前記一面から前記他面への方向を横切る方向に設けられるように前記金型によりモールド成型する第２工程と、
前記貫通部内であって前記複数の端子の少なくとも２つの端子が向き合う面のそれぞれにタイバーを切断する第３工程と、を備えるパワー半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体装置、それを用いた電力変換装置及びパワー半導体装置の製造方法に係り、特にハイブリッド自動車や電気自動車に用いられるパワー半導体装置及び電力変換装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載されるパワー半導体装置は、近年、環境対策等の観点から、小型化・軽量化が求められており、各部品がより高密度化している。そのため、複数の端子の断面積も小さくなり、より変形しやすくなっている。複数の端子をモールド樹脂で絶縁することが必要となるが、モールド成形する際に、成形機の保圧により前記複数の端子が変形する恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０３２０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、パワー半導体装置の絶縁信頼性を低下させることなく生産性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るパワー半導体装置は、パワー半導体素子と、複数の端子と、前記複数の端子のそれぞれの一部と前記パワー半導体素子を封止するモールド樹脂部と、を備え、前記モールド樹脂部は、  当該モールド樹脂部の一面から他面に貫通する貫通部を形成し、前記複数の端子は、前記貫通部内であって前記一面から前記他面への方向を横切る方向に設けられかつ当該貫通部内であって当該複数の端子の少なくとも２つの端子が向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面を設け、さらに前記複数の端子は、前記モールド封止部の一側面から突出する。
【０００６】
また本発明に係る電力変換装置は、前記パワー半導体装置の前記モールド樹脂部が前記一側面であって前記複数の端子の少なくとも２つの端子の対向部にスリット部を形成する。
【０００７】
また本発明に係るパワー半導体装置の製造方法は、パワー半導体素子と複数の端子を金型に配置する第１工程と、モールド樹脂部を当該モールド樹脂部の一面から他面に貫通する貫通部を形成するようにかつ前記複数の端子が前記貫通部内であって前記一面から前記他面への方向を横切る方向に設けられるように前記金型によりモールド成型する第２工程と、前記貫通部内であって前記複数の端子の少なくとも２つの端子が向き合う面のそれぞれにタイバーを切断する第３工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、パワー半導体装置の絶縁信頼性を低下させることなく生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る回路体１００の斜視図である。
【図２】回路体１００のモールド樹脂部１０５を取り除いた電気回路部２００の斜視図である。
【図３】図２に示された電気回路部２００の展開斜視図である。
【図４】本実施形態に係る回路体１００の正面図及び下面図である。
【図５】本実施形態に係る回路体１００の正面図及び一点鎖線部の部分拡大図である。
【図６】タイバーの切断前の回路体１００の正面図である。
【図７】図６のＡＡ面の矢印方向から見た場合におけるモールド成形時の断面図である。
【図８】本実施形態に係る回路体１００を搭載するパワー半導体装置６００の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る電力変換装置の実施の形態について説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る回路体１００の斜視図である。
【００１２】
回路体１００は、後述する電気回路部を樹脂で封止したもので、直流電力を交流電力に変換する機能を有する。制御端子１０１、正極主端子１０２、負極主端子１０３及び交流主端子１０４は、  同一方向に向かって突出する。
【００１３】
モールド樹脂部１０５は、  後述する導体板や素子を絶縁している。また、モールド樹脂部１０５から導体板２０４や導体板２０５の一部が露出している。貫通部１０６ａ及び貫通部１０６ｂは、  後述するタイバーを設けて成形後に切断するために設けられている。
【００１４】
切断面１０７は、  成形後にタイバーを切断した面である。ゲート部１０８は、  モールド樹脂部１０５の成形時に樹脂を流し込む入口となる部分で離型時に切断されて回路体１００に残った部分である。
【００１５】
図２は、回路体１００のモールド樹脂部１０５を取り除いた電気回路部２００の斜視図である。
【００１６】
正極主端子１０２は、導体板２０１に接続されている。交流主端子１０４は、導体板２０２に接続されている。負極主端子１０３は、導体板２０３を介して導体板２０４に接続されている。導体板２０５は、中間端子部２０８が設けられており、この中間端子部２０８を介して導体板２０４と接続されている。
【００１７】
図３は、図２に示された電気回路部２００の展開斜視図である。
【００１８】
導体板２０１は、ＩＧＢＴ２０６とダイオード２０９を介して導体板２０５と接続されている。導体板２０２は、ＩＧＢＴ２０７とダイオード２１０を介して導体板２０４と接続されている。
【００１９】
ＩＧＢＴ２０６とダイオード２０９はインバータ回路の上アームを構成し、一方ＩＧＢＴ２０７とダイオード２１０は下アームを構成する。
【００２０】
制御端子１０１は、ＵＭＥ（Ｕｐｐｅｒ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）制御端子１０１ａ、ＵＫＥ（Ｕｐｐｅｒ  Ｋｅｌｖｉｎ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）制御端子１０１ｂ、ＵＧ（Ｕｐｐｅｒ  Ｇａｔｅ）制御端子１０１ｃ、ＬＭＥ（Ｌｏｗｅｒ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）制御端子１０１ｄ、ＬＫＥ（Ｌｏｗｅｒ  Ｋｅｌｖｉｎ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）制御端子１０１ｅ、ＬＧ（Ｌｏｗｅｒ  Ｇａｔｅ）制御端子１０１ｆ、Ａ（Ａｎｏｄｅ）制御端子１０１ｇ、Ｋ（Ｋａｔｈｏｄｅ）制御端子１０１ｈで構成され、ＩＧＢＴ２０６とＩＧＢＴ２０７の導通と遮断を切り替える制御信号を伝達する。
【００２１】
ＵＭＥ制御端子１０１ａは、上アームのミラーエミッタ用であり、ＩＧＢＴ２０６と接続される。ＵＫＥ制御端子１０１ｂは、上アームのケルビンエミッタ用であり、ＩＧＢＴ２０６と接続される。ＵＧ制御端子１０１ｃは、上アームのゲート用であり、ＩＧＢＴ２０６と接続される。ＬＭＥ制御端子１０１ｄは、下アームのミラーエミッタ用であり、ＩＧＢＴ２０７と接続される。ＬＫＥ制御端子１０１ｅは、下アームのケルビンエミッタ用であり、ＩＧＢＴ２０７と接続される。ＬＧ制御端子１０１ｆは、下アームのゲート用であり、ＩＧＢＴ２０７と接続される。Ａ制御端子１０１ｇは、温度測定素子の正極用であり、ＩＧＢＴ２０７と接続される。Ｋ制御端子１０１ｈは、温度測定素子の負極用であり、ＩＧＢＴ２０７と接続される。
【００２２】
図４は、本実施形態に係る回路体１００の正面図及び下面図である。
【００２３】
モールド樹脂部１０５には、一方の面１０５ａから他方の面１０５ｂに貫通する貫通部１０６ａ及び貫通部１０６ｂが形成されている。
【００２４】
また、制御端子１０１は、貫通部１０６ａ又は貫通部１０６ｂの空間であって一方の面１０５ａから他方の面１０５ｂへの方向１２０を横切る方向１２１に設けられ、かつ貫通部１０６内であって制御端子１０１が向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面１０７ａないし１０７ｒが設けられている。
【００２５】
貫通部１０６ａ内には、ＵＭＥ制御端子１０１ａ、ＵＫＥ制御端子１０１ｂ、正極主端子１０２の一部が配置されている。
【００２６】
貫通部１０６ｂ内には、交流主端子１０４の一部、ＬＭＥ制御端子１０１ｄ、ＬＫＥ制御端子１０１ｅ、ＬＧ制御端子１０１ｆ、Ａ制御端子１０１ｇ、Ｋ制御端子１０１ｈが配置されている。
【００２７】
制御端子１０１ａと制御端子１０１ｂの向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面１０７ａ、１０７ｂが、制御端子１０１ｂと制御端子１０１ｃの向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面１０７ｃ、１０７ｄが、制御端子１０１ｃと正極主端子１０２の向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面１０７ｅ、１０７ｆが、交流主端子１０４と制御端子１０１ｄの向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面１０７ｇ、１０７ｈが、制御端子１０１ｄと制御端子１０１ｅの向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面１０７ｉ、１０７ｊが、制御端子１０１ｅと制御端子１０１ｆの向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面１０７ｋ、１０７ｍが、制御端子１０１ｆと制御端子１０１ｇの向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面１０７ｎ、１０７ｐが、制御端子１０１ｇと制御端子１０１ｈの向き合う面のそれぞれにタイバーの切断面１０７ｑ、１０７ｒが形成されている。
【００２８】
図５は、本実施形態に係る回路体１００の正面図及び一点鎖線部の部分拡大図である。
【００２９】
制御端子１０１、正負極主端子１０２、負極主端子１０３、交流主端子１０４の間は、絶縁体３００で絶縁される。
【００３０】
モールド樹脂部１０５には、モールド樹脂部１０５の上面１０５ｃよりも下側に凹部１０５ｄが設けられている。絶縁体３００は、絶縁体３００の先端部３０１が、モールド樹脂部１０５の上面１０５ｃを越えて凹部１０５ｄ内にあるように配置され、端子間の絶縁沿面距離を確保している。
【００３１】
図６は、タイバーの切断前の回路体１００の正面図である。
【００３２】
制御端子１０１は、タイバー１１０によって互いに接続され、正極主端子１０２または交流主端子１０４に固定されている。これにより、モールド成形時の保圧による変形を抑制する。
【００３３】
そしてタイバー１１０は、モールド成形後に切断され、対向する切断面１０７を形成する。タイバー１１０により複数の端子が固定され、モールド成形する際に、成形機の保圧による変形を抑えることができる。
【００３４】
一方で制御端子１０１が突出する部分には、モールド樹脂部１０５が設けられており、端子間の絶縁性を確保している。これにより、端子の絶縁性を確保し、生産信頼性の低下を抑制することができる。特に、タイバー１１０は、制御端子１０１のような断面積の小さな方の端子に設けると生産信頼性低下の抑制効果が高い。
【００３５】
モールド樹脂部１０５において貫通部１０６ａと貫通部１０６ｂの間のつなぎ部１１１とゲート部１０８は、ゲート部１０８のゲート面１０８ａに直角な方向１２２から見た場合、重なる位置に形成されている。そのため、モールド樹脂材が回り込みやすくなっている。ゲート部１０８とは、モールド樹脂材の注入として機能する部分である。
【００３６】
図７は、図６のＡＡ面の矢印方向から見た場合におけるモールド成形時の断面図である。
【００３７】
タイバー１１０は、モールド成形時に、金型４００と金型４０１により保持される。これにより、貫通部１０６ａ及び貫通部１０６ｂが形成される。
【００３８】
モールド成形時、金型４００の第１突出部４０２と金型４０１の第２突出部４０３の頂面同士が接触する。第２突出部４０３の頂面には凹み部が設けられており、その凹み部にタイバー１１０がはめこまれる。
【００３９】
モールド樹脂材が冷却された後、金型４００と金型４０１が開く際に、接触していた第１突出部４０２と第２突出部４０３の頂面が離れ、第２突出部４０３の頂面の凹み部からタイバー１１０が抜けることにより、貫通部１０６ａ及び貫通部１０６ｂが形成される。
【００４０】
図８は、本実施形態に係る回路体１００を搭載するパワー半導体装置６００の断面図である。
【００４１】
パワー半導体装置６００は、回路体１００をケース５０１に収納し、隙間に絶縁樹脂５００を充填することで形成される。絶縁樹脂５００は、融点以上に温められた液体の状態で上部のケース５０１と回路体１００の隙間から充填される。充填時に絶縁樹脂５００がケース５０１に接触し、冷却されることによって固体となり、未充填部が形成されることを防止する為、ケース５０１は、絶縁樹脂５００の融点以上に温められる。また貫通部１０６ａ及び貫通孔１０６ｂは、絶縁樹脂５００で充填され、絶縁される。
【符号の説明】
【００４２】
１００…回路体、１０１…制御端子、１０１ａ…ＵＭＥ制御端子、１０１ｂ…ＵＫＥ制御端子、１０１ｃ…ＵＧ制御端子、１０１ｄ…ＬＭＥ制御端子、１０１ｅ…ＬＫＥ制御端子、１０１ｆ…ＬＧ制御端子、１０１ｇ…Ａ制御端子、１０１ｈ…Ｋ制御端子、１０２…正極主端子、１０３…負極主端子、１０４…交流主端子、１０５…モールド樹脂部、１０５ａ…面、１０５ｂ…面、１０５ｃ…上面、１０５ｄ…凹部、１０６ａ…貫通部、１０６ｂ…貫通部、１０７…切断面、１０７ａ〜１０７ｒ…切断面、１０８…ゲート部、１０８ａ…ゲート面、１１０…タイバー、１１１…つなぎ部、１２０…方向、１２１…方向、１２２…方向、２００…電気回路部、２０１…導体板、２０２…導体板、２０３…導体板、２０４…導体板、２０５…導体板、２０６…ＩＧＢＴ、２０７…ＩＧＢＴ、２０８…中間端子部、２０９…ダイオード、２１０…ダイオード、３００…絶縁体、３０１…先端部、４００…金型、４０１…金型、４０２…第１突出部、４０３…第２突出部、５００…絶縁樹脂、５０１…ケース、６００…パワー半導体装置
【図１】
2019021823.tif 000003
【図２】
2019021823.tif 000004
【図３】
2019021823.tif 000005
【図４】
2019021823.tif 000006
【図５】
2019021823.tif 000007
【図６】
2019021823.tif 000008
【図７】
2019021823.tif 000009
【図８】
2019021823.tif 000010