(57)【要約】【課題】半導体装置と外部の電源との接続部位に接触端子を設けることにより、これらの接続部位に応力が加わるのを防止する。【解決手段】インバータ装置１のベース金属板２には、絶縁材６を介して積層金属板５，７を積層し、これらの金属板５，７にはＭＯＳＦＥＴ８，９を実装してインバータ回路１１を構成する。また、ベース金属板２は、電源１２に接続される端子金属板１４，１７と、絶縁材４，１５，１８とを介して取付部材２３に締着する。そして、接触端子１６，１９を撓み変形させた状態でベース金属板２、積層金属板５にそれぞれ弾性的に接触させる。これにより、例えば取付部材２３側に外力等が加わる場合でも、ベース金属板２、積層金属板５、接触端子１６，１９等の接続部位に応力が作用するのを防止でき、耐久性や信頼性を向上させることができる。【選択図】　　　　図３
2004055830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料により板状に形成され表面と裏面とに開口する開口部が設けられると共に裏面側が取付部材に取付けられる第１の金属板と、
該第１の金属板の表面側に前記開口部と面した位置で絶縁材を介して積層された第２の金属板と、
該第２の金属板の表面側に実装され前記第１，第２の金属板間に接続された半導体素子と、
該半導体素子を外部の電源に接続するため前記第１の金属板の裏面側に位置して前記取付部材に取付けられ前記第１の金属板と接触する第１の接触端子と、
該第１の接触端子と絶縁した状態で前記取付部材に取付けられ前記第１の金属板の開口部を介して前記第２の金属板と接触する第２の接触端子とから構成してなる半導体装置。
【請求項２】
前記第１の金属板は前記第１の接触端子を介して電源の低電圧側に接続し、前記第２の金属板は、前記第２の接触端子を介して前記電源の高電圧側に接続される高電圧側金属板と、前記半導体素子を介して前記第１の金属板と前記高電圧側金属板との間に接続され外部に電流を出力する出力側金属板とにより構成してなる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
金属材料により板状に形成され表面と裏面とに開口する開口部が設けられると共に裏面側が取付部材に取付けられる第１の金属板と、
該第１の金属板の表面側に絶縁材を介して積層された第２の金属板と、
前記第１の金属板の表面側に前記開口部と面した位置で絶縁材を介して積層され該第２の金属板と接続された第３の金属板と、
前記第１の金属板の表面側に前記開口部と面した位置で絶縁材を介して積層され該第３の金属板と絶縁された第４の金属板と、
前記第２の金属板の表面側に実装され前記第３，第４の金属板間に接続された半導体素子と、
該半導体素子を外部の電源に接続するため前記第１の金属板の裏面側に位置して前記取付部材に取付けられ前記第１の金属板の開口部を介して前記第３の金属板と接触する第１の接触端子と、
該第１の接触端子と絶縁した状態で前記取付部材に取付けられ前記第１の金属板の開口部を介して前記第４の金属板と接触する第２の接触端子とから構成してなる半導体装置。
【請求項４】
前記第３の金属板は前記第１の接触端子を介して電源の低電圧側に接続し、前記第４の金属板は前記第２の接触端子を介して前記電源の高電圧側に接続し、前記第２の金属板は、前記第４の金属板と接続される高電圧側金属板と、前記半導体素子を介して該高電圧側金属板と前記第３の金属板との間に接続され外部に電流を出力する出力側金属板とにより構成してなる請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の金属板の裏面側には、前記第１の接触端子が板厚方向に変位可能に設けられた第１の端子金属板と、前記第２の接触端子が板厚方向に変位可能に設けられた第２の端子金属板とを配置し、これら第１，第２の端子金属板を絶縁材を介して積層した状態で前記取付部材に取付ける構成としてなる請求項１，２，３または４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１，第２の接触端子は前記第１，第２の端子金属板となる板材の一部を折曲げることにより板厚方向に撓み変形可能に形成してなる請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体素子は、前記電源の高電圧側に接続される複数の高電圧側素子と、前記電源の低電圧側に接続され該各高電圧側素子と共にインバータ回路を形成する複数の低電圧側素子とにより構成し、前記複数の高電圧側素子と複数の低電圧側素子とを互いに並行な位置関係をもって並べる構成としてなる請求項１，２，３，４，５または６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の金属板は前記絶縁材となるセラミックス層に固着された金属層によって形成し、前記セラミックス層と金属層とはセラミックス基板として構成してなる請求項３，４，５，６または７に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば大電流を出力するインバータ装置等として好適に用いられるの半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置としては、基板に半導体素子を搭載し、これらを素子ケース内に収容する構成としたパッケージ部品が知られている（例えば、特開昭６１−２８０６４４号公報等）。
【０００３】
この種の従来技術によるパッケージ部品は、半導体素子の各電極と接続される複数のリード端子が素子ケースに設けられ、これらのリード端子は、素子ケースの外部に引出されると共に、例えば半田付け等の手段を用いて外部の回路基板等と接続されている。
【０００４】
また、他の半導体装置として、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の半導体素子を金属板等に実装し、これらを素子ケース内に収容する構成としたインバータ装置がある。
【０００５】
この場合、インバータ装置は、例えば電動モータ等を駆動するために電気機械のハウジング等に取付けられるものである。また、インバータ装置には、例えば細長い導体板等により形成されたバスバが設けられ、このバスバは、一端側が素子ケース内で各半導体素子や金属板等に接続されると共に、他端側が素子ケースの外部に突出している。
【０００６】
そして、バスバの突出端側は、例えば電気機械のハウジング側に固定された導体板にねじ止め等の手段を用いて取付けられ、この導体板等を介して電源側に接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、例えば半田付け等の手段によってパッケージ部品のリード端子と外部との間を接続したり、ねじ止め等の手段によってインバータ装置のバスバと外部との間を接続する構成としている。
【０００８】
しかし、これらの半導体装置には、その使用環境等に応じて振動や衝撃等の外力が加わることがあり、例えばインバータ装置においては、外力によってバスバのねじ止め部位に大きな応力が加わり易い。
【０００９】
このため、従来技術では、半導体装置を長期間にわたって使用するうちに、その半田付け部位やねじ止め部位等が応力集中によって損傷したり、これらの部位から装置内に応力が伝わることによって内部の回路等が接続不良となることがあり、信頼性が低下するという問題がある。
【００１０】
この場合、例えば樹脂モールド等の手段により半導体装置のリード端子やバスバを素子ケースに固定し、その強度を高める方法も考えられる。しかし、この場合には、例えば素子ケースの肉厚等を必要な強度に応じて大きく形成しなければならず、装置が大型化し易いという問題がある。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、半導体素子と外部との接続部位に振動、衝撃等によって応力が加わるのを防止でき、この応力から装置内の回路等を保護できると共に、装置全体を小型化しつつ、耐久性、信頼性を向上できるようにした半導体装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために請求項１の発明は、金属材料により板状に形成され表面と裏面とに開口する開口部が設けられると共に裏面側が取付部材に取付けられる第１の金属板と、該第１の金属板の表面側に前記開口部と面した位置で絶縁材を介して積層された第２の金属板と、該第２の金属板の表面側に実装され前記第１，第２の金属板間に接続された半導体素子と、該半導体素子を外部の電源に接続するため前記第１の金属板の裏面側に位置して前記取付部材に取付けられ前記第１の金属板と接触する第１の接触端子と、該第１の接触端子と絶縁した状態で前記取付部材に取付けられ前記第１の金属板の開口部を介して前記第２の金属板と接触する第２の接触端子とからなる構成を採用している。
【００１３】
このように構成することにより、第１の金属板の表面側には、第２の金属板、絶縁材等を介して半導体素子を実装でき、第１の金属板の裏面側には、第１の接触端子を接続することができる。また、第２の金属板の裏面側には、第１の金属板の開口部を介して第２の接触端子を接続できるから、これら第１，第２の接触端子を介して電源から半導体素子に通電することができる。
【００１４】
この場合、第１，第２の接触端子は、第１，第２の金属板に対して変位可能に接触した状態で接続できるから、例えば取付部材側の振動、衝撃等が接触端子に伝わる場合でも、第１，第２の金属板と接触端子との接続部位に応力が加わるのを防止でき、これらの部材を外力から保護することができる。
【００１５】
また、請求項２の発明によると、第１の金属板は第１の接触端子を介して電源の低電圧側に接続し、第２の金属板は、第２の接触端子を介して前記電源の高電圧側に接続される高電圧側金属板と、半導体素子を介して前記第１の金属板と前記高電圧側金属板との間に接続され外部に電流を出力する出力側金属板とにより構成している。
【００１６】
これにより、第１の金属板と高電圧側金属板とを第１，第２の接触端子によって電源に接続し、これらの金属板間に半導体素子を介して出力側金属板を接続できるから、例えば配線構造等を上部側に引出す必要がなくなり、薄型のインバータ回路等を容易に構成することができる。
【００１７】
また、請求項３の発明では、金属材料により板状に形成され表面と裏面とに開口する開口部が設けられると共に裏面側が取付部材に取付けられる第１の金属板と、該第１の金属板の表面側に絶縁材を介して積層された第２の金属板と、前記第１の金属板の表面側に前記開口部と面した位置で絶縁材を介して積層され該第２の金属板と接続された第３の金属板と、前記第１の金属板の表面側に前記開口部と面した位置で絶縁材を介して積層され該第３の金属板と絶縁された第４の金属板と、前記第２の金属板の表面側に実装され前記第３，第４の金属板間に接続された半導体素子と、該半導体素子を外部の電源に接続するため前記第１の金属板の裏面側に位置して前記取付部材に取付けられ前記第１の金属板の開口部を介して前記第３の金属板と接触する第１の接触端子と、該第１の接触端子と絶縁した状態で前記取付部材に取付けられ前記第１の金属板の開口部を介して前記第４の金属板と接触する第２の接触端子とから構成している。
【００１８】
これにより、第２の金属板は、例えば半導体素子や配線等を介して第３，第４の金属板間に接続でき、これら第３，第４の金属板の裏面側には、第１の金属板の開口部を介して第１，第２の接触端子を接続することができる。従って、これら第１，第２の接触端子を介して電源から半導体素子に通電でき、例えば取付部材側の振動、衝撃等が接触端子に伝わる場合でも、第３，第４の金属板と接触端子との接続部位に応力が加わるのを防止することができる。また、例えば半導体装置内に配置された複数の金属板を必要に応じて容易に外部へと引出すことができ、設計自由度を高めることができる。
【００１９】
また、請求項４の発明によると、第３の金属板は第１の接触端子を介して電源の低電圧側に接続し、第４の金属板は第２の接触端子を介して電源の高電圧側に接続し、第２の金属板は、前記第４の金属板と接続される高電圧側金属板と、半導体素子を介して該高電圧側金属板と前記第３の金属板との間に接続され外部に電流を出力する出力側金属板とにより構成している。
【００２０】
これにより、第３の金属板と高電圧側金属板とを第１，第２の接触端子等によって電源に接続し、これらの金属板間に半導体素子を介して出力側金属板を接続できるから、例えば薄型のインバータ回路等を容易に構成することができる。
【００２１】
また、請求項５の発明では、第１の金属板の裏面側には、第１の接触端子が板厚方向に変位可能に設けられた第１の端子金属板と、第２の接触端子が板厚方向に変位可能に設けられた第２の端子金属板とを配置し、これら第１，第２の端子金属板を絶縁材を介して積層した状態で取付部材に取付ける構成としている。
【００２２】
これにより、例えば第１，第２の金属板（または、第３，第４の金属板）と第１，第２の端子金属板とを絶縁状態で積層して取付部材に取付けることができる。従って、これらの部材による配線構造を幅広で短く形成でき、その形状を簡略化できるから、配線の寄生インダクタンスを低減させることができ、また半導体装置を薄型でコンパクトに形成することができる。また、これらの金属板を広い面積で接触させることができ、半導体素子の放熱性を高めることができる。
【００２３】
また、請求項６の発明によると、第１，第２の接触端子は第１，第２の端子金属板となる板材の一部を折曲げることにより板厚方向に撓み変形可能に構成している。
【００２４】
これにより、第１，第２の接触端子を端子金属板と一体化して容易に形成することができる。また、これらの接触端子は板厚方向に撓み変形することにより、第１，第２の金属板（または第３，第４の金属板）に対して弾性的に接触できるから、両者の接続状態を振動、衝撃等に対して安定的に保持することができる。
【００２５】
また、請求項７の発明によると、半導体素子は、電源の高電圧側に接続される複数の高電圧側素子と、前記電源の低電圧側に接続され該各高電圧側素子と共にインバータ回路を形成する複数の低電圧側素子とにより構成し、前記複数の高電圧側素子と複数の低電圧側素子とを互いに並行な位置関係をもって並べる構成としている。
【００２６】
これにより、例えば第２の金属板を構成する２個の金属板のうち一方の金属板に配置した複数の高電圧側素子と、他方の金属板に配置した複数の低電圧側素子とを並行に配置でき、これらの金属板を介した電流経路を幅広に形成することができる。これにより、電流経路の寄生インダクタンスを低減して素子がサージ電圧等により損傷するのを防止することができる。また、個々の素子に通電される電流量を均等に分散でき、各素子を電流の集中等から保護することができる。
【００２７】
さらに、請求項８の発明によると、第２の金属板は絶縁材となるセラミックス層に固着された金属層によって形成し、前記セラミックス層と金属層とはセラミックス基板として構成している。これにより、汎用的なセラミックス基板を用いて半導体装置を構成できるから、絶縁材等の部品点数を削減して組立作業を効率よく行うことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による半導体装置を、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２９】
ここで、図１ないし図５は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、半導体装置としてインバータ装置を例に挙げて述べる。
【００３０】
１は後述の取付部材２３に取付けられるインバータ装置で、該インバータ装置１は、後述のベース金属板２、積層金属板５，７、ＭＯＳＦＥＴ８，９、端子金属板１４，１７、接触端子１６，１９等によって大略構成されている。
【００３１】
２はインバータ装置１の本体部分を構成する第１の金属板としてのベース金属板で、該ベース金属板２は、図１ないし図４に示す如く、例えば金属材料等により四角形の平板状に形成され、表面２Ａと裏面２Ｂとを有している。また、ベース金属板２の四隅には、後述の取付ねじ２１が挿通されるねじ挿通孔２Ｃが穿設されている。
【００３２】
また、ベース金属板２には、後述の接触端子１９が挿通される四角形状の端子用開口部３が設けられ、該端子用開口部３は、後述する高電圧側の積層金属板５に面した位置でベース金属板２の表面２Ａと裏面２Ｂとに開口している。また、ベース金属板２の裏面２Ｂ側には、例えば高い熱伝導性を有する絶縁性のフィルム材料等からなる絶縁材４が設けられ、該絶縁材４には、図３に示す如く、端子用開口部３に対応する部位と、後述の接触端子１６等に対応する部位とを除去することにより、２個の開口部４Ａ，４Ｂが設けられている。
【００３３】
５は第２の金属板を構成する高電圧側金属板としての積層金属板で、該高電圧側の積層金属板５は、ベース金属板２の表面２Ａ側に絶縁材６を介して積層され、図１中の左，右方向に伸長する細長い金属板として形成されている。この場合、絶縁材６には、端子用開口部３に対応する部位に開口部６Ａが設けられ、積層金属板５は、その一部が端子用開口部３と絶縁材４，６の開口部４Ａ，６Ａとを介してベース金属板２の裏面２Ｂ側に露出している。
【００３４】
７は第２の金属板を構成する出力側金属板としての例えば３個の積層金属板で、該各出力側の積層金属板７は、ベース金属板２の表面２Ａ側に各絶縁材６を介して積層され、積層金属板５の伸長方向にほぼ一定の間隔で並べて配置されると共に、積層金属板５と隙間をもって絶縁されている。この場合、３個の積層金属板７は、後述の図５に示すインバータ回路１１の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応し、これらの各相の出力端子（図示せず）と個別に接続されるものである。
【００３５】
８は積層金属板５の表面側に実装された例えば６個の高電圧側素子としてのＭＯＳＦＥＴで、該各ＭＯＳＦＥＴ８は、図１に示す如く、例えばベアチップ型の半導体素子等からなり、インバータ回路１１の３相に対応して積層金属板５の左側，中央，右側に２個ずつ配置されている。そして、各ＭＯＳＦＥＴ８は、その裏面側に位置するドレインＤが積層金属板５に接続され、その表面側に位置するソースＳは、例えばワイヤボンディング等の手段により金属線８Ａを介して出力側の積層金属板７に接続されている。また、各ＭＯＳＦＥＴ８のゲートＧは、インバータ制御用の制御回路（図示せず）等に接続されている。
【００３６】
９は各積層金属板７の表面側に実装された例えば６個の低電圧側素子としてのＭＯＳＦＥＴで、該各ＭＯＳＦＥＴ９は、ＭＯＳＦＥＴ８とほぼ同様に、例えばベアチップ型の半導体素子等からなり、インバータ回路１１の３相に対応して図１中の左側，中央，右側に位置する積層金属板７にそれぞれ２個ずつ配置されている。そして、各ＭＯＳＦＥＴ９は、そのドレインＤが積層金属板７に接続され、ソースＳが金属線９Ａを介して低電圧側のベース金属板２に接続されると共に、ゲートＧが制御回路等に接続されている。
【００３７】
また、高電圧側と低電圧側のＭＯＳＦＥＴ８，９には、図５に示す如く、複数のダイオード１０がそれぞれ並列に接続され、これらは３相交流式のインバータ回路１１を構成している。そして、インバータ回路１１は、ＭＯＳＦＥＴ８のドレインＤ側が後述する高電圧側の接触端子１９等を介して電源１２のプラス極側に接続され、ＭＯＳＦＥＴ９のソースＳ側が低電圧側の接触端子１６等を介して電源１２のマイナス極側に接続されると共に、各積層金属板７に接続された出力端子から電動モータ等の負荷１３に対して３相交流を出力するものである。
【００３８】
ここで、高電圧側と低電圧側のＭＯＳＦＥＴ８，９は、例えば図１中の左，右方向に対して互いに並行な位置関係をもつように並べて配置されている。これにより、インバータ装置１１は、ベース金属板２と積層金属板５，７とにわたって流れる大電流の電流経路を積層金属板５の伸長方向に対して均等に形成すると共に、この電流を個々のＭＯＳＦＥＴ８，９に分散する構成となっている。
【００３９】
１４はベース金属板２の裏面２Ｂ側に配置された第１の端子金属板で、該第１の端子金属板１４は、図２、図３に示す如く、例えば四角形状の平板として形成され、例えば接着等の手段により絶縁材１５を介して後述の取付部材２３に取付けられている。また、端子金属板１４は、ベース金属板２によって第２の端子金属板１７と一緒に取付部材２３に押付けられている。
【００４０】
１６は端子金属板１４の周縁側に板厚方向に撓み変形可能に設けられた第１の接触端子で、該第１の接触端子１６は、例えばばね性を有する細長い金属片として端子金属板１４と一体に形成され、端子金属板１４の幅方向（図１中の左，右方向）のほぼ中間部位から外向きに張出している。また、接触端子１６は、端子金属板１４となる板材の一部を板厚方向に折曲げることにより、例えば長さ方向の途中部位がベース金属板２に向けて山形状（逆Ｖ字状）に突出した折曲げ部１６Ａとなっている。
【００４１】
そして、接触端子１６は、図３に示す如く、端子金属板１４を介して取付部材２３に取付けられ、ベース金属板２が取付部材２３に締着された状態では、ベース金属板２によって板厚方向に押圧されている。これにより、接触端子１６は、端子金属板１４に沿って延びた自由状態から取付部材２３に向けて撓み変形し、折曲げ部１６Ａは、その復元力（ばね力）によって絶縁材４の開口部４Ｂ内でベース金属板２の裏面２Ｂに弾性的に接触した状態となっている。
【００４２】
このため、インバータ装置１の使用時には、例えば取付部材２３側に振動、衝撃等の外力が加わったとしても、接触端子１６がベース金属板２に対して変位（摺動）可能に接続されているため、これらの接続部位に応力が加わるのを防止できる構成となっている。また、接触端子１６は、図５に示す如く、端子金属板１４を介して電源１２のマイナス極側に接続され、インバータ装置１の低電圧側の接続端子を構成している。
【００４３】
１７はベース金属板２の裏面２Ｂ側に配置された第２の端子金属板で、該第２の端子金属板１７は、端子金属板１４とほぼ同様に、例えば四角形状の平板として形成され、例えば接着等の手段により絶縁材１８を介して端子金属板１４と積層された状態で取付部材２３に取付けられている。
【００４４】
１９は端子金属板１７に板厚方向に撓み変形可能に設けられた第２の接触端子で、該第２の接触端子１９は、接触端子１６とほぼ同様に、細長い金属片として端子金属板１７と一体に形成され、端子金属板１７の幅方向のほぼ中間部位から張出して延びると共に、接触端子１６と重なり合わない位置に配置されている。また、接触端子１９には、例えば積層金属板５に向けて板厚方向へと山形状に折曲げられた折曲げ部１９Ａが形成されている。
【００４５】
そして、接触端子１９は、ベース金属板２の裏面２Ｂ側から端子用開口部３と絶縁材４，６の開口部４Ａ，６Ａとを介して積層金属板５に当接し、この積層金属板５によって板厚方向に押圧されている。これにより、接触端子１９は取付部材２３に向けて撓み変形し、折曲げ部１９Ａは、その復元力によって積層金属板５の裏面側に弾性的に接触した状態で接続されている。また、接触端子１９は、端子金属板１７を介して電源１２のプラス極側に接続され、インバータ装置１の高電圧側の接続端子を構成している。
【００４６】
２０は後述の取付ねじ２１を用いてベース金属板２の表面２Ａ側に取付けられた略箱形状の素子ケースで、該素子ケース２０は、積層金属板５，７、ＭＯＳＦＥＴ８，９等を覆うものである。
【００４７】
２１はインバータ装置１を取付部材２３に締着する例えば４個の取付ねじで、該各取付ねじ２１は、素子ケース２０とベース金属板２のねじ挿通孔２Ｃ等を介して取付部材２３のねじ穴２３Ａに螺着されている。
【００４８】
これにより、ベース金属板２は、素子ケース２０と一緒に取付部材２３に固定されると共に、例えば端子金属板１４，１７を取付部材２３に押付けた状態で固定している。この場合、各取付ねじ２１の外周側には、ベース金属板２と取付部材２３との間に所定の隙間を確保するスペーサ２２が設けられている。
【００４９】
２３はインバータ装置１が取付けられる外部の取付部材で、該取付部材２３は、例えば負荷１３が搭載される電気機械のハウジング等からなり、金属材料等によって形成されると共に、その表面側にはねじ穴２３Ａが穿設されている。そして、取付部材２３は、ＭＯＳＦＥＴ８，９から発生する熱をベース金属板２、端子金属板１４，１７等を介して放熱する放熱器として機能するものである。
【００５０】
本実施の形態によるインバータ装置１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００５１】
まず、インバータ装置１を取付部材２３に搭載するときには、図４に示す如く、端子金属板１４，１７を取付部材２３の表面側に配置した後に、積層金属板５，７、ＭＯＳＦＥＴ８，９、素子ケース２０等を組付けたベース金属板２を端子金属板１４，１７の上側から取付部材２３にねじ止めする。また、端子金属板１４，１７を取付部材２３側に配置された電源１２と接続する。
【００５２】
そして、インバータ装置１の作動時には、各ＭＯＳＦＥＴ８，９が所定のタイミングでＯＮ，ＯＦＦされることにより、ベース金属板２と積層金属板５，７とにわたって大電流が流れ、各積層金属板７に接続された出力端子から負荷１３に交流電流が出力される。
【００５３】
この場合、取付部材２３側の端子金属板１４，１７等には、例えば電気機械から振動、衝撃等の外力が伝わることがある。しかし、端子金属板１４，１７の接触端子１６，１９は、インバータ装置１のベース金属板２、積層金属板５に対して弾性的に接触した状態で変位可能に接続されているから、これらの間に大きな応力が加わるのを防止でき、また接触端子１６，１９のばね力により振動等に対して両者の接続状態を安定的に保持することができる。
【００５４】
一方、ベース金属板２、積層金属板５，７、端子金属板１４，１７等は、高い熱伝導性を有する絶縁材４，６，１５，１８を介して積層され、互いに大きな面積で接触しているため、これらの積層構造を介してＭＯＳＦＥＴ８，９から発生する熱を取付部材２３側に効率よく逃すことができる。
【００５５】
かくして、本実施の形態では、ベース金属板２の表面２Ａ側に積層金属板５，７を介してＭＯＳＦＥＴ８，９を実装し、ベース金属板２の裏面２Ｂ側に第１の接触端子１６を接続し、積層金属板５の裏面側に第２の接触端子１９を接続する構成としたので、例えば取付部材２３側の振動、衝撃等が端子金属板１４，１７に伝わる場合でも、金属板２，５と接触端子１６，１９との接続部位に応力が加わるのを防止することができる。
【００５６】
また、接触端子１６，１９を、そのばね力等により金属板２，５に対して安定的に押付けた状態で接続でき、両者の接続状態が振動等によって不安定となるのを確実に防止することができる。
【００５７】
従って、本実施の形態によれば、例えば樹脂モールド等の手段により端子金属板１４，１７等を素子ケースに固定することなく、ベース金属板２、積層金属板５、接触端子１６，１９等の部材を応力集中による損傷等から保護でき、インバータ装置１を小型化しつつ、耐久性、信頼性を向上させることができる。
【００５８】
この場合、接触端子１６，１９は、端子金属板１４，１７となる板材の一部を折曲げることにより該金属板１４，１７と一体に形成したので、これらを一体化して容易に形成でき、板厚方向に撓み変形する接触端子１６，１９を簡単に加工成形することができる。
【００５９】
また、端子金属板１４，１７とを絶縁材４，１５，１８等を介して積層したので、ベース金属板２、積層金属板５，７及び端子金属板１４，１７を絶縁状態で積層して取付部材２３に取付けることができ、この状態で接触端子１６，１９をベース金属板２、積層金属板５と容易に接続することができる。従って、これらの部材による配線構造を平坦、かつ幅広で短い寸法に形成でき、その形状を簡略化できる上に、例えば配線構造を素子ケースの上部側等に引出す必要がなくなり、配線の寄生インダクタンスを確実に低減させることができる。これにより、寄生インダクタンスによるサージ電圧等を低減してＭＯＳＦＥＴ８，９を保護でき、またインバータ装置１をより薄型でコンパクトに形成することができる。
【００６０】
しかも、金属板２，５，７，１４，１７を積層することにより、これらの間に大きな接触面積を確保して熱抵抗を小さく抑えることができる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ８，９から取付部材２３側への放熱効率を高めることができ、例えばＭＯＳＦＥＴ８，９の発熱量が過渡的に増大する場合でも、端子金属板１４，１７の熱容量によってＭＯＳＦＥＴ８，９の温度上昇を抑制することができる。
【００６１】
さらに、積層金属板５に配置した複数のＭＯＳＦＥＴ８と、各積層金属板７に配置した複数のＭＯＳＦＥＴ９とが並行な位置関係をもつように配置したので、ＭＯＳＦＥＴ８，９の通電時には、これらの積層金属板５，７を介した電流経路を電流と直交する方向（図１中の左，右方向）に対して幅広に形成することができる。これにより、電流経路の寄生インダクタンスをより低減でき、ＭＯＳＦＥＴ８，９を安定的に作動させることができると共に、個々のＭＯＳＦＥＴ８，９に通電される電流量を均等に分散でき、各ＭＯＳＦＥＴ８，９を電流の集中等から保護することができる。
【００６２】
この場合、端子金属板１４，１７の幅方向（図１中の左，右方向）のほぼ中央に接触端子１６，１９を配置しているので、左，右方向に並んだ各ＭＯＳＦＥＴ８，９に通電される電流量をより確実に均等化することができる。
【００６３】
次に、図６は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、第１，第２の端子金属板と取付部材側の構造物との干渉を避ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６４】
３１はインバータ装置で、該インバータ装置３１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、ベース金属板２、積層金属板５，７、ＭＯＳＦＥＴ８，９、端子金属板１４′，１７′、接触端子１６，１９等によって大略構成され、取付ねじ２１を用いて取付部材２３′のねじ穴２３Ａ′にねじ止めされている。
【００６５】
しかし、取付部材２３′には、その表面側に突出したねじ部材等の突起物２３Ｂが設けられているため、端子金属板１４′，１７′と絶縁材１５′，１８′には、この突起物２３Ｂ′との干渉を避ける干渉防止穴３２が設けられている。
【００６６】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、端子金属板１４′，１７′と絶縁材１５′，１８′とに干渉防止穴３２を設ける構成としたので、突起物２３Ｂが設けられた取付部材２３′に対しても、端子金属板１４′，１７′を面接触状態で配置でき、これらの間の熱伝導経路を容易に確保することができる。
【００６７】
次に、図７及び図８は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、第１，第２の接触端子を両方とも半導体装置内に配置された金属板に接続する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６８】
４１はインバータ装置で、該インバータ装置４１は、後述のベース金属板４２、積層金属板４６，４７，４８，４９，５１、ＭＯＳＦＥＴ５２，５３、端子金属板５４，５７、接触端子５６，５９等によって大略構成されている。
【００６９】
４２はインバータ装置４１の本体部分を構成する第１の金属板としてのベース金属板で、該ベース金属板４２は、図７、図８に示す如く、例えば金属材料、または絶縁性の樹脂材料、セラミックス材料等により四角形の平板状に形成され、表面４２Ａと裏面４２Ｂとを有している。
【００７０】
また、ベース金属板４２には、積層金属板４９，５１に面した位置でベース金属板４２の表面４２Ａと裏面４２Ｂとに開口する２個の端子用開口部４３が設けられている。また、ベース金属板４２の裏面４２Ｂ側には、各端子用開口部４３に対応する位置に２個の開口部４４Ａが形成された絶縁材４４が設けられている。そして、ベース金属板４２は、各取付ねじ２１を用いて素子ケース２０と一緒に取付部材２３に固定され、例えば端子金属板５４，５７を取付部材２３に押付けた状態で固定している。
【００７１】
４５はベース金属板４２の表面４２Ａ側に設けられた例えば３個のセラミックス基板で、該各セラミックス基板４５は、例えば汎用的な積層基板等により構成され、絶縁材となるセラミックス層４５Ａの表面側に２個の金属層４５Ｂ，４５Ｃが積層されると共に、裏面側に金属層４５Ｄが積層されている。この場合、３個のセラミックス基板４５は、例えばインバータ回路のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応しているものである。
【００７２】
４６は第２の金属板を構成する高電圧側金属板としての例えば３個の積層金属板で、該各高電圧側の積層金属板４６は、各セラミックス基板４５の金属層４５Ｂにより構成され、金属線４６Ａを用いて後述する高電圧端子用の積層金属板５１に互いに並列に接続されている。
【００７３】
４７は第２の金属板を構成する出力側金属板としての例えば３個の積層金属板で、該各出力側の積層金属板４７は、各セラミックス基板４５の金属層４５Ｃにより構成され、金属線４７Ａを用いて他の出力側の積層金属板４８と接続されている。
【００７４】
４９は第３の金属板としての低電圧端子用の積層金属板で、該低電圧端子用の積層金属板４９は、ベース金属板４２の表面４２Ａ側に絶縁材５０を介して積層され、各セラミックス基板４５に沿って延びる細長い板状に形成されている。そして、積層金属板４９は、後述する低電圧側の接触端子５６等を介して電源（図示せず）のマイナス極側に接続されるものである。また、絶縁材５０には、端子用開口部４３に対応する部位に開口部５０Ａが設けられている。
【００７５】
５１は第４の金属板としての高電圧端子用の積層金属板で、該高電圧端子用の積層金属板５１は、ベース金属板４２の表面４２Ａ側に絶縁材５０を介して積層され、各セラミックス基板４５を挟んで積層金属板４９と並行に延びている。そして、積層金属板５１は、後述する高電圧側の接触端子５９等を介して電源のプラス極側に接続されるものである。
【００７６】
５２は高電圧側の各積層金属板４６に２個ずつ実装された例えば６個の高電圧側素子としてのＭＯＳＦＥＴで、該各ＭＯＳＦＥＴ５２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えばベアチップ型の半導体素子等によって構成されている。そして、ＭＯＳＦＥＴ５２は、その裏面側に位置するドレインＤが積層金属板４６に接続され、その表面側に位置するソースＳは、金属線５２Ａを介して出力側の積層金属板４７に接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ５２のゲートＧは制御回路（図示せず）等に接続されている。
【００７７】
５３は出力側の各積層金属板４７に２個ずつ実装された例えば６個の低電圧側素子としてのＭＯＳＦＥＴで、該各ＭＯＳＦＥＴ５３は、そのドレインＤが積層金属板４６に接続され、ソースＳが金属線５３Ａを介して低電圧端子用の積層金属板４９に接続されると共に、ゲートＧが制御回路等に接続されている。
【００７８】
そして、高電圧側と低電圧側のＭＯＳＦＥＴ５２，５３には、第１の実施の形態とほぼ同様に、複数のダイオード（図示せず）がそれぞれ並列に接続され、これらは３相交流式のインバータ回路を構成している。また、高電圧側と低電圧側のＭＯＳＦＥＴ５２，５３は、例えば図７中の左，右方向に対して互いに並行な位置関係をもつように並べて配置されている。
【００７９】
５４はベース金属板４２の裏面４２Ｂ側に配置された第１の端子金属板で、該第１の端子金属板５４は、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えば接着等の手段により絶縁材５５を介して取付部材２３に面接触状態で取付けられ、ベース金属板４２によって端子金属板５７と一緒に取付部材２３に押付けられている。
【００８０】
５６は端子金属板５４の周縁側に板厚方向に撓み変形可能に設けられた第１の接触端子で、該第１の接触端子５６は、第１の実施の形態とほぼ同様に、ばね性を有する細長い金属片として端子金属板５４と一体に形成され、端子金属板５４の幅方向（図７中の左，右方向）のほぼ中間部位から外向きに張出している。また、接触端子５６は、例えば長さ方向の途中部位が積層金属板４９に向けて山形状に折曲げられた折曲げ部５６Ａとなっている。
【００８１】
そして、接触端子５６は、端子金属板５４を介して取付部材２３に取付けられ、ベース金属板４２の裏面４２Ｂ側から端子用開口部４３と絶縁材４４，５０の開口部４４Ａ，５０Ａとを介して積層金属板４９に当接すると共に、この積層金属板４９によって板厚方向に押圧されている。これにより、接触端子５６は、自由状態から取付部材２３に向けて撓み変形し、折曲げ部５６Ａは、その復元力により積層金属板４９の裏面側に弾性的に接触した状態となっている。
【００８２】
５７はベース金属板４２の裏面４２Ｂ側に配置された第２の端子金属板で、該第２の端子金属板５７は、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えば接着等の手段により絶縁材５８を介して端子金属板５４と積層された状態で取付部材２３に取付けられている。
【００８３】
５９は端子金属板５７に板厚方向に撓み変形可能に設けられた第２の接触端子で、該第２の接触端子５９は、接触端子５６とほぼ同様に、端子金属板５７の幅方向のほぼ中間部位から張出した細長い金属片として形成され、積層金属板５１に向けて山形状に折曲げられた折曲げ部５９Ａを有している。
【００８４】
そして、接触端子５９は、ベース金属板４２の裏面４２Ｂ側から端子用開口部４３と絶縁材４４，５０の開口部４４Ａ，５０Ａとを介して積層金属板５１に当接し、この積層金属板５１によって板厚方向に押圧されている。これにより、接触端子５９は取付部材２３に向けて撓み変形し、折曲げ部５９Ａは、積層金属板５１の裏面側に弾性的に接触した状態で接続されている。
【００８５】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、ベース金属板４２に２個の端子用開口部４３を設け、これらの端子用開口部４３を介して接触端子５６，５９を積層金属板４９，５１に接触させる構成としたので、インバータ装置４１内に配置された複数の積層金属板４９，５１等を必要に応じて容易に外部へと引出すことができ、設計自由度を高めることができる。また、汎用的なセラミックス基板４５を用いてインバータ装置４１を構成できるから、絶縁材等の部品点数を削減したり、コストダウンを図ることができる。
【００８６】
なお、前記各実施の形態では、山形状に折曲げられた接触端子１６，１９，５６，５９を端子金属板１４，１７，５４，５７に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第１，第２の接触端子を図９に示す第１の変形例のように構成してもよい。この場合、端子金属板６１には、例えば山形状の折曲げ部６２Ａを有する２個の接触端子６２が一体に形成されている。
【００８７】
また、本発明による接触端子は、例えば図１０に示す第２の変形例のように構成してもよい。この場合、端子金属板６３には、例えば鋸歯状（蛇腹状）に折曲げられた複数の折曲げ部６４Ａを有する接触端子６４が一体に形成されている。さらに、接触端子は、山形状の折曲げ形状に限るものではなく、例えばコ字状、Ｕ字状等に折曲げる構成としてしてもよい。
【００８８】
また、第１の実施の形態では、第１の接触端子１６，５６を電源１２のマイナス極側に接続し、第２の接触端子１９，５９をプラス極側に接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第１，第２の接触端子の極性を逆にして第１の接触端子を電源のプラス極側に接続し、第２の接触端子をマイナス極側に接続する構成としてもよい。
【００８９】
また、実施の形態では、インバータ回路１１のＵ相、相、Ｗ相となる各相の回路を、それぞれ２組のＭＯＳＦＥＴ８，９（ＭＯＳＦＥＴ５２，５３）によって構成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばインバータ回路の各相を１組のＭＯＳＦＥＴにより構成してもよく、３組以上のＭＯＳＦＥＴにより構成してもよい。
【００９０】
また、実施の形態では、インバータ回路の３相分の回路を構成する全てのＭＯＳＦＥＴ８，９，５２，５３をインバータ装置１，３１，４１に搭載する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばインバータ回路を各相毎に分割して３個のインバータ装置として構成し、これらのインバータ装置を電源に対して互いに並列に接続することによりインバータ回路を構成してもよい。
【００９１】
また、実施の形態では、高電圧側素子と低電圧側素子とをＭＯＳＦＥＴ８，９，５２，５３等により構成した。しかし、本発明はＭＯＳＦＥＴに限らず、例えば高電圧側素子や低電圧側素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や通常のバイポーラトランジスタ等を用いる構成としてもよい。
【００９２】
さらに、実施の形態では、半導体装置としてインバータ装置１，３１，４１を例に挙げて述べた。しかし、本発明はこれに限らず、大電流を通電する各種の半導体装置に適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるインバータ装置を一部破断して示す正面図である。
【図２】図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみたインバータ装置の断面図である。
【図３】図１中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみたインバータ装置の断面図である。
【図４】インバータ装置を組立てる前の状態で示す分解斜視図である。
【図５】インバータ装置を示す回路図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるインバータ装置を図２と同様位置からみた断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態によるインバータ装置を一部破断して示す正面図である。
【図８】図７中の矢示ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向からみた断面図である。
【図９】第１の変形例によるインバータ装置の接触端子を示す部分拡大斜視図である。
【図１０】第２の変形例によるインバータ装置の接触端子を示す部分拡大斜視図である。
【符号の説明】
１，３１，４１　インバータ装置（半導体装置）
２，４２　ベース金属板（第１の金属板）
２Ａ，４２Ａ　表面
２Ｂ，４２Ｂ　裏面
３，４３　端子用開口部
４，６，１５，１５′，１８，１８′，４４，５０，５５，５８　絶縁材
５，７，４６，４７　積層金属板（第２の金属板）
８，５２　ＭＯＳＦＥＴ（高電圧側素子）
９，５３　ＭＯＳＦＥＴ（低電圧側素子）
１１　インバータ回路
１２　電源
１４，１４′，１７，１７′，５４，５７，６１，６３　第１，第２の端子金属板
１６，１９，５６，５９，６２，６４　第１，第２の接触端子
２３，２３′　取付部材
４５　セラミックス基板
４５Ａ　セラミックス層
４５Ｂ，４５Ｃ，４５Ｄ　金属層
４９，５１　積層金属板（第３，第４の金属板）
【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】
2004055830.tif 000009
【図８】
2004055830.tif 000010
【図９】
2004055830.tif 000011
【図１０】
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