(57)【要約】【課題】引っ張りや横方向の曲げに対して、振動に強いインナー方式の完全ロック機能のピンヘッダーを用いる端子構造とするとともに、必要な絶縁沿面距離や絶縁空間距離を保つように、前記ピンヘッダーに特徴を持たせることにより、振動に強く、規定の絶縁沿面距離及び絶縁空間距離を確保したパワーモジュールを達成する。【解決手段】制御端子が少なくとも２つのピンヘッダーで構成され、ピンヘッダー内部のピンが抜きピンされている。【選択図】  図１
2004221366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面が金属基板，側面及び上面が有機樹脂で構成され、内部に複数個の半導体素子を搭載し、前記底面の金属基板上とモジュール内部に搭載する半導体素子との間に絶縁基板を配置し、少なくとも１つの交流端子、及び少なくとも２つ以上の直流端子を配置し、さらに少なくとも１相の半導体素子を駆動する制御端子を具備するパワー半導体装置において、
制御端子が少なくとも２つのピンヘッダーで構成されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項２】
底面が金属基板，側面及び上面が有機樹脂で構成され、内部に複数個の半導体素子を搭載し、前記底面の金属基板上とモジュール内部に搭載する半導体素子との間に絶縁基板を配置し、少なくとも１つの交流端子、及び少なくとも２つ以上の直流端子を配置し、さらに少なくとも１相の半導体素子を駆動する制御端子を具備するパワー半導体装置において、
制御端子がピンヘッダーで構成され、ピンヘッダー内部のピンが抜きピンされていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項３】
底面が金属基板，側面及び上面が有機樹脂で構成され、内部に複数個の半導体素子を搭載し、前記底面の金属基板上とモジュール内部に搭載する半導体素子との間に絶縁基板を配置し、３つの交流端子及び６つの直流端子を配置し、さらに３相の半導体素子を駆動する制御端子を具備するパワー半導体装置において、
制御端子が少なくとも４つのピンヘッダーで構成されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項４】
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３の半導体装置において、
ピンヘッダーが、インナー方式の完全ロック機能を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３の半導体装置において、
２つのピンヘッダー間に、少なくとも１ｍｍ以上の壁を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３の半導体装置において、
ピンヘッダーが制御回路基板と半田接着され、制御回路基板がシリコーンゲルで囲われていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワー半導体装置に関する。特に、高耐圧用半導体モジュールの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からＩＧＢＴ，ダイオード，ＧＴＯ，トランジスタ等のパワー半導体素子を絶縁容器内に密封して構成したパワー半導体モジュールが知られている。これらの素子はその耐圧や電流容量に応じて各種インバータ装置などに応用されている。中でもＩＧＢＴは電圧制御型の素子であるので制御が容易であり、大電流の高周波動作が可能であるなどの利点を有している素子である。
【０００３】
高耐圧用半導体モジュールでは、特開平１０−８４０７８号公報のようなパワー半導体装置がある。本モジュールでは１アームの半導体素子が装置に内蔵されており、制御端子と主端子は、必要な絶縁沿面距離を確保している。制御端子は、１対のゲート端子，エミッタ端子、及びコレクタ端子で構成されており、ねじ止めする構造となっている。本構造では、１アームの半導体素子が装置に内蔵されているために、制御端子は、主端子間の絶縁沿面距離を確保すれば良い。
【０００４】
一方、１相分のモジュールを駆動するための制御端子は、下アーム駆動用のゲート端子，エミッタ端子と、上アーム駆動用のゲート端子，エミッタ端子とを２対必要とする。この場合、２対のゲート端子，エミッタ端子には、必要な絶縁空間距離及び絶縁沿面距離を保つように距離を離すことが必要である。この必要な距離を保つようにしたモジュールとして、日立ＩＧＢＴモジュールカタログの１相モジュール、及び３相モジュール等がある。この制御端子の構造は、ファストン端子構造となっており、自動車や電車などに使用する場合は、引っ張りや横方向の曲げに対して、振動設計等の注意が必要である。
【０００５】
この問題を解決するために、実開平６−８８１３６号公報がある。本実用新案では、コネクタハウジングをケースに一体成型し、コネクタハウジングを保持するためのロック機構を設けている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−８４０７８号公報
【特許文献２】
実開平６−８８１３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例の如く、高耐圧用半導体モジュールに適用した場合、２対のゲート端子，エミッタ端子間には、必要な絶縁空間距離及び絶縁沿面距離を保つように距離を離すことが必要である。しかし、従来、絶縁沿面距離や絶縁空間距離については、考慮されていなかった。
【０００８】
そこで、かかる問題を解決するために、引っ張りや横方向の曲げに対して、振動に強いインナー方式の完全ロック機能のピンヘッダーを用いる端子構造とするとともに、必要な絶縁沿面距離や絶縁空間距離を保つように、前記ピンヘッダーに特徴を持たせる。
【０００９】
本発明では、より振動に強く、規定の絶縁沿面距離及び絶縁空間距離を確保したパワーモジュールを得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる問題を解決するための第１の手段は、底面が金属基板，側面及び上面が有機樹脂で構成され、内部に複数個の半導体素子を搭載し、前記底面の金属基板上とモジュール内部に搭載する半導体素子との間に絶縁基板を配置し、少なくとも１つの交流端子、及び少なくとも２つ以上の直流端子を配置し、さらに少なくとも１相の半導体素子を駆動する制御端子を具備するパワー半導体装置において、制御端子が少なくとも２つのピンヘッダーで構成されていることを特徴とする。
【００１１】
かかる問題を解決するための第２の手段は、底面が金属基板，側面及び上面が有機樹脂で構成され、内部に複数個の半導体素子を搭載し、前記底面の金属基板上とモジュール内部に搭載する半導体素子との間に絶縁基板を配置し、少なくとも１つの交流端子、及び少なくとも２つ以上の直流端子を配置し、さらに少なくとも１相の半導体素子を駆動する制御端子を具備するパワー半導体装置において、制御端子がピンヘッダーで構成され、ピンヘッダー内部のピンが抜きピンされていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１３】
（実施例１）
実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、パワー半導体装置の第１の実施の形態を示した斜視図、図２はＡ−Ａ断面図である。モジュールの底面は、底面金属基板７によって構成しており、この底面金属基板７は、Ｃｕ，Ａｌ−ＳｉＣ，Ｍｏ、あるいはＣｕの複合物（Ｃｕ−ＭｏやＣｕ−Ｃｕ２Ｏ  ）により構成している。この底面金属基板７上には、Ａｌ２Ｏ３やＡｌＮの絶縁基板１４を介して、パワー半導体素子１３を半田接着している。さらに、本構造では、交流端子２，Ｐ端子３，Ｎ端子４，内部制御端子１２及びインナー方式の完全ロック機能付きのピンヘッダー９ａを半田付けした制御回路基板１０は、端子ブロック６に端子固定用熱硬化型エポキシ樹脂によって固着する。この端子ブロック６の交流端子２，Ｐ端子３，Ｎ端子４，内部制御端子１２を絶縁基板１４に半田接着を実施し、樹脂ケース８を接合する。さらに、樹脂ケース８と端子ブロック６はモジュールの全周で熱硬化型のエポキシ樹脂によって一体化し、モジュール内部を密封する。次に、端子ブロック６のいずれかに配置した樹脂注入口よりシリコーンゲル１１を注入した後に、硬化し、注入口にシリコーンゴム性のキャップをしてモジュール内部を密封する。シリコーンゲル１１はモジュール内部での絶縁を確保するために端子露出部がないように注入する。
【００１４】
本実施例では、インナー方式の完全ロック機能付きのピンヘッダー９ａを４個設けており、さらに、端子ブロック６に壁５を設けている。図５には、本実施例１の回路図を示す。主端子部は、交流端子２，Ｐ端子３，Ｎ端子４である。制御端子部は、上アーム用のゲート制御端子４３と上アーム用のエミッタ制御端子
４４と上アーム用のコレクタ制御端子４５，下アーム用のゲート制御端子４６と下アーム用のエミッタ制御端子４７と下アーム用のコレクタ制御端子４８を具備している。絶縁空間距離及び絶縁沿面距離を確保するため、図１に示すように、下アーム用のゲート制御端子４６及び下アーム用のエミッタ制御端子４７と、下アーム用のコレクタ制御端子４８及び上アーム用のゲート制御端子４３及び上アーム用のエミッタ制御端子４４との間に凸の壁を設け、さらに、上アーム用のコレクタ制御端子４５及び上アーム用のゲート制御端子４３及び上アーム用のエミッタ制御端子４４と、上アーム用のコレクタ制御端子４５との間に凸の壁を設けている。このことで、規定の絶縁空間距離及び絶縁沿面距離を確保することができた。
【００１５】
尚、端子ブロック６に設けている壁５は、絶縁空間距離や、絶縁沿面距離を確保するために設けているものであり、規定の絶縁空間距離や、絶縁沿面距離が小さい場合、設けなくても良い。また、本実施例では、ピンヘッダーへの配線は、内部制御端子１２及び制御回路基板１０を用いているが、ジャンパー線を用いることによっても対応できる。
【００１６】
従来の実施例を、図１１に示す。従来は、ファストン構造の制御ピン１０５を設けている構造であり、この場合、ファストン構造の制御ピン１０５に、凹型の端子を接続するか、半田付けを実施していた。この場合、振動に対し、凹型の端子が抜けたり、半田付け部に亀裂を生じたりして、接続部の信頼性が充分に確保できないという問題があった。
【００１７】
図６に、実施例１で用いたインナー方式の完全ロック機能付きのピンヘッダー９ａの詳細を説明する。図６（ａ）は、このピンヘッダー９ａの上面図、図３
（ｂ）は側面図を示す。本実施例のピンヘッダー９ａは２極の端子を有しており端子間をガラス強化樹脂製壁１７で隔てている。また、インナー方式の完全ロック機構部１６を有している。
【００１８】
次に、図７に、図６で示したピンヘッダー９ａに嵌合するソケット１８の詳細を説明する。図７（ｃ）は、このソケット１８の側面図、図７（ｄ）は底面図を示す。ピンヘッダー９ａと同様にインナーロック方式のソケットロック機構部
１９を有し、端子隣接間のショート防止と端子間絶縁を確保するために端子ボックス２０を設けている。このソケット１８を前記、ピンヘッダー９ａの内部に押し込むことによりピンヘッダー９ａのピンヘッダーロック機構部１６とソケット１８のソケットロック機構部１９が完全にロックされる構造になっている。
【００１９】
本実施例では、インナー方式の完全ロック機能付きのピンヘッダー９ａが端子ブロック６と一体化されており、前述の従来のモジュールに比べ引っ張りや横方向の曲げに対して強い構造になっている。さらに、２つ以上のピンヘッダーを用いることで、規定の絶縁空間距離及び絶縁沿面距離を確保することができた。
【００２０】
（実施例２）
図３は、パワー半導体装置の、第２の実施の形態を示した斜視図、図４はＡ−Ａ断面図である。モジュールの内部構造は、実施例１の図２と同じである。
【００２１】
本実施例では、インナー方式の完全ロック機能付きの抜きピン型ピンヘッダーを設けている。本構造では、図５の下アーム用のゲート制御端子４６及び下アーム用のエミッタ制御端子４７と、上アーム用のコレクタ制御端子４５及び上アーム用のゲート制御端子４３及び上アーム用のエミッタ制御端子４４との間に、必要な絶縁沿面距離，絶縁空間距離を確保するように抜きピンする。同様に、下アーム用のコレクタ制御端子４８及び上アーム用のゲート制御端子４３及び上アーム用のエミッタ制御端子４４と、上アーム用のコレクタ制御端子４５との間に、必要な絶縁沿面距離，絶縁空間距離を確保するように抜きピンする。もちろん、上アーム用のコレクタ制御端子４５を使用しないモジュールの場合は、上アーム用のコレクタ制御端子４５との間に抜きピンする必要はない。
【００２２】
本実施例では、インナー方式の完全ロック機能付きの抜きピン型ピンヘッダー９ａが端子ブロックと一体化されており、前述の従来のモジュールに比べ引っ張りや横方向の曲げに対して強い構造になっている。さらに、抜きピンを実施することで、規定の絶縁空間距離及び絶縁沿面距離を確保することができた。
【００２３】
（実施例３）
図８は、本実施例にて製作したモジュールの第３の実施の形態を示した斜視図である。モジュールの内部構造は、実施例１の図２と同じである。
【００２４】
図９には、本実施例の図８のモジュールの回路図を示す。本モジュールに内蔵しているパワー半導体素子は、ＩＧＢＴ４１と、フリーホイルダイオード４２である。図６ではソケットロック機能を設けたピンヘッダー構造の外部制御端子１５を具備しているが、その制御端子の内訳は、１相分で、上アーム用のゲート制御端子４３と上アーム用のエミッタ制御端子４４と下アーム用のゲート制御端子４６と下アーム用のエミッタ制御端子４７であり、３相分の端子を具備している。また、前記、実施例３の図８ではソケットロック機能を設けたピンヘッダー９ａは交流端子２の下側に設けているが、本実施例では下アームのピンヘッダー構造の外部制御端子１５を一括して設けることにより交流端子２，Ｐ端子３，Ｎ端子４の横に具備している。
【００２５】
本実施例では、インナー方式の完全ロック機能付きのピンヘッダー９ａが端子ブロックと一体化されており、前述の従来のモジュールに比べ引っ張りや横方向の曲げに対して強い構造になっている。さらに、２つ以上のピンヘッダーを用いることで、規定の絶縁空間距離及び絶縁沿面距離を確保することができた。
【００２６】
また、端子ブロックと一体化した外部制御端子にインナー方式の完全ロック機能のピンヘッダーを用いることにより、引っ張りや横方向の曲げに対して強く、さらに振動に強い制御端子構造ができた。また、抜きピン型ピンヘッダーにすることにより規定の絶縁空間距離及び絶縁沿面距離を確保することができた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、より振動に強く、規定の絶縁沿面距離及び絶縁空間距離を確保したパワーモジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の半導体モジュールの斜視図。
【図２】第１の実施例の半導体モジュールのＡ−Ａ断面図。
【図３】第２の実施例の半導体モジュールの斜視図。
【図４】第２の実施例の半導体モジュールのＡ−Ａ断面図。
【図５】第１の実施例の半導体モジュールの回路図。
【図６】ピンヘッダーの平面図。
【図７】ピンヘッダーに嵌合するソケットの平面図。
【図８】第３の実施例の半導体モジュールの斜視図。
【図９】第３の実施例の半導体モジュールの回路図。
【図１０】半導体モジュールの斜視図。
【符号の説明】
２…交流端子、３…直流端子（Ｐ端子）、４…直流端子（Ｎ端子）、５…壁、６…端子ブロック、７…底面金属基板、８…樹脂ケース、９ｂ…インナー方式の完全ロック機能付きの抜きピン型ピンヘッダー、１０…制御回路基板、１１…シリコーンゲル、１２…内部制御端子、１４…絶縁基板、１５…外部制御端子、１６…ピンヘッダーロック機構部、１７…ガラス強化樹脂製壁、１８…ソケット、１９…ソケットロック機構部、２０…端子ボックス、４１…ＩＧＢＴ、４２…フリーホールダイオード、４３…上アーム用ゲート制御端子、１０５…ファストン構造の制御ピン。
【図１】
2004221366.tif 000003
【図２】
2004221366.tif 000004
【図３】
2004221366.tif 000005
【図４】
2004221366.tif 000006
【図５】
2004221366.tif 000007
【図６】
2004221366.tif 000008
【図７】
2004221366.tif 000009
【図８】
2004221366.tif 000010
【図９】
2004221366.tif 000011
【図１０】
2004221366.tif 000012