(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱用金属ベース，主回路の外部導出端子をインサート成形した端子一体形の外囲ケース，および上蓋からなるパッケージに、パワー回路および制御回路を二階建て式に内装し、かつ前記各回路をパッケージ内に注入したゲル状充填剤で封止した半導体装置であり、回路基板にパワー半導体素子を実装したパワー回路を金属ベース上に搭載し、制御回路はプリント基板にパワー半導体素子の駆動用ＩＣを含む回路部品を実装してパワー回路の上方に配置した構成になるものにおいて、
制御回路に対する外部導出端子を、ピン端子として独立部品になる端子ブロックにインサート形成したうえで、該制御端子ブロックを外囲ケースの上面中央寄りに架け渡して固定するとともに、制御端子ブロックからケース内方に突き出た制御端子リードと、外囲ケースの内側に配した中継端子ブロックから起立する中継端子リードとの間に制御回路のプリント基板を担持，接続し、前記中継端子リードを介してパワー回路と制御回路の間を相互接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、制御回路のプリント基板に実装したＩＣにベアチップを採用したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置において、制御回路のプリント基板に実装したＩＣを、パワー回路のパワー半導体素子の配列に合わせてレイアウトしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置において、主回路の外部導出端子をピンないし板端子として外囲ケースの一側辺に集約して配列し、かつ該端子列と平行して制御端子ブロックを外囲ケースの上面中央寄りに設置したうえで、制御回路を制御端子ブロックと前記端子列と反対側の外囲ケース側辺との間の領域に配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置において、ケース上蓋に端子引出穴を開口し、かつ該端子引出穴を制御端子ブロックの頂部輪郭よりも一回り大きく設定したことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置において、ケース上蓋の裏面に、先端が制御回路プリント基板の上面と対峙する間隔保持用の突起を設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置において、間隔保持用の突起を、ケース上蓋の上面側に形成した凹面部の裏面に分散して設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置において、制御端子ブロックに、制御回路のプリント板を位置決め支持するガイドピンを設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置において、制御端子ブロックの両端に形成した支持部を、パッケージの外囲ケースの内面側に形成した凹溝部に嵌入して接着剤で接合したことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体装置において、制御端子ブロックの両端支持部に、その上面に開放した接着剤注入穴を設けるとともに、外囲ケースの凹溝部の内面，およびブロックの支持部外面には前記注入穴より注入した接着剤を接合面に導く接着剤誘導溝を形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体装置を用いたインバータ装置において、
前記半導体装置、冷却フィンおよび前記インバータ装置の制御，保護回路を構成するインバータ装置側のプリント基板を組み合わせて組み立てた装置であって、
前記半導体装置の金属ベースに放熱フィンを重ね合わせ、
インバータ装置側のプリント基板の端子挿入孔に、前記半導体装置の主端子を差し込んではんだ付けし、インバータ装置側のプリント基板側に装備したコネクタに、前記半導体装置の制御端子を差込接続するようにし、
前記半導体装置の主端子を、曲げ加工可能な材質で作られたピンまたは板状のリード端子としてパッケージ上面に一列に配列し、かつ該リード端子を当該半導体装置に組み合わせる装置側のプリント基板の取り付け姿勢に対応した形状にフオーミングしたうえで、端子先端をインバータ装置側のプリント基板の端子挿入孔に挿入してはんだ接合することを特徴とするインバータ装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のインバータ装置において、前記半導体装置の主端子を銅製のリード端子とし、かつ該リード端子にニッケルメッキ,はんだメッキ、又は金メッキ処理を施したことを特徴とするインバータ装置。
【請求項１３】
請求項１１記載のインバータ装置において、前記半導体装置の主端子の先端をＬ形にフオーミングし、該主端子を装置側のプリント基板の端縁に沿って穿孔した端子挿入孔に側方から差込接合してプリント基板を半導体装置と垂直姿勢に取り付けたことを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置などに適用するインテリジェントパワーモジュール（Intelligent Power Module) を対象とした半導体装置に関し、詳しくはその組立構造に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
まず、インバータ装置に適用するインテリジェントパワーモジュールを例に、その従来例の組立構造を図１２，および図１３に示す。
各図において、１は放熱用の金属ベース（銅ベース）、２は樹脂成形品になる端子一体形の外囲ケース、３は主端子（パワー回路に対する入，出力、およびブレーキ回路用の外部導出端子（ねじ端子））、４は制御端子（制御回路に対する制御信号入，出力用の外部導出端子（ピン端子））、５はパワー回路（回路組立体）、６は制御回路（回路組立体）、７はボンディングワイヤ（内部配線）である。ここで、パワー回路５は、回路基板５ａの上にＩＧＢＴなどのパワー半導体素子５ｂ，およびフリーホイーリングダイオード５ｃを実装したもので、パワー回路基板５ａにはアルミナ，窒化アルミニウムなどのセラミックス板の上面に銅回路パターン，下面に銅層を直接接合したDirect Bonding Copper 基板が採用されている。一方、制御回路６は、プリント基板６ａに前記パワー素子５ｂを駆動するＩＣ６ｂを含む各種回路部品を実装した構成になる。
【０００３】
そして、図１２(a),(b) の組立構造では、金属ベース１の上面に前記パワー回路５および制御回路６が並置して搭載されており、次に記す手順で組み立てる。まず、素子の実装されたパワー回路５はその回路基板５ａの銅層を下に向けて金属ベース板１に半田付し、同じく素子の実装された制御回路６はそのプリント基板６ａを接着剤で金属ベース板１に接着する。続いてパワー回路５と制御回路６との間にボンディングワイヤ７を接続して内部配線を施す。次に、金属ベース板１の上に端子一体形の外囲ケース２を被せて接着剤で接合した後に、外囲ケース２の内方に突き出した主回路端子３のインナーリード３ａの先端とパワー回路基板５ａの導体パターンとの間、および制御端子４と制御回路基板６ａの導体パターンとの間を半田付けして内部配線する。この組立状態で、パッケージ内にゲル状充填剤（例えばシリコーンゲル）を注入してパワー回路５，制御回路６を封止した上で、最後に外囲ケース２に上蓋（図示せず）を被せて接着固定する。
【０００４】
一方、図１３の組立構造では、パッケージにパワー回路５と制御回路６を二階建て式に組み込んだ構成になる。ここで、パワー回路５は図１２と同様に金属ベース板１の上に半田付けするのに対して、制御回路６は次記のように組付けられる。すなわち、パワー回路５を搭載した金属ベース板１に端子一体形の外囲ケース２を重ねて主回路端子３とパワー回路基板５ａの導体パターンとの間を半田付けした後、樹脂フレーム８ａに端子導体片８ｂを一体モールドした中継端子ブロック８をパワー回路５の上に重ねてその端子導体片８ｂと導体パターンとを半田付けし、この状態で中継端子ブロック８の上に制御回路６のプリント基板６ａを載置し、プリント基板６ａと端子導体片８ｂおよび制御端子４との間を半田付けする。その後、図１２で述べたと同様にパッケージ内にゲル状充填剤を注入し、最後に上蓋を被せて組み立てる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の組立構造になる従来の半導体装置では、次記のような問題点がある。すなわち、
(1) 図１２の構成では、パワー回路５と制御回路６が同一面上に並んでいるために、パッケージの占有面積が大きくなって半導体装置が大形化するほか、その組立工程で金属ベース板１にパワー回路５，制御回路６を装着した状態で行う製品の中間テストで、制御回路６のプリント基板６ａに実装したＩＣ６ｂなどの回路部品の不良が発見された場合には、既にプリント基板６ａが金属ベース板１に接着剤で強固に固着されているために、プリント基板６ａだけを金属ベース板１から剥がして不良部品を交換して再び組立ラインに投入することが不可能であることから、製品の中間組立体をそっくり廃棄処分せざるを得ず、部品のロスが大きくなる。
【０００６】
(2) また、図１３の構成では、二階建て方式としたことで、半導体装置の小型，コンパクト化、並びに組立工程の途中で行う中間テストで制御回路の実装部品に不良が発見された場合でも、制御回路を良品のものと簡単に交換できるなどの利点がある反面、従来構造では次のような問題点が残る。
まず、二階建て構造によりモジュールの外形高さ寸法が大きくなることが避けられない。また、パッケージ内でパワー回路５の上方に該パワー回路と略同形な制御回路６を組付けると、パワー回路５が制御回路６の裏側に隠れて外部から目視できなくなるため、パッケージ内部の構造チェックが行えなくなるほか、パッケージ内にゲル状充填剤を注入する工程では、外囲ケース２と制御回路６のプリント基板６ａの周縁との間には狭い隙間が残るだけであるため充填剤の注入に時間が掛かる。
【０００７】
さらに加えて、以前はパワーモジュールと周辺回路（インバータ装置）との接続について、主端子をバスバー，あるいは周辺回路のプリント基板にねじ止めし、制御端子は半田付け，あるいはコネクタ接続が主流であったが、昨今ではパワーモジュールの主端子をピン端子構造となし、パワーモジュールを周辺回路のプリント基板に直接搭載したうえで、その主端子（ピン端子）を半田フロー法などにより接合し、制御端子（ピン端子）は周辺回路側に設けたコネクタに差込み接続する方式が広く採用される傾向にある。これに対して、図１３の構造は制御端子４のリードピンが外囲ケース２と一体成形されていることから、そのピン端子の長さ，本数およびその配列順序などをユーザ側の仕様，コネクタの仕様に対応させるには、ユーザの要求仕様に合わせた端子一体形の外囲ケース２を新たに設計，製作する必要があってコスト高になる。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、パワー回路と制御回路を上下段に並べてパッケージに内装した二階建て方式の特長を生かしつつ、その組立性および信頼性が向上し、さらに制御回路に対する外部導出端子を付け替え可能にしてユーザの要求する仕様にも容易に対応できるように改良した半導体装置の組立構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、放熱用金属ベース，主回路の外部導出端子をインサート成形した端子一体形の外囲ケース，および上蓋からなるパッケージに、パワー回路および制御回路を二階建て式に内装し、かつ前記各回路をパッケージ内に注入したゲル状充填剤で封止した半導体装置であり、回路基板にパワー半導体素子を実装したパワー回路を金属ベース上に搭載し、制御回路はプリント基板にパワー半導体素子の駆動用ＩＣを含む回路部品を実装してパワー回路の上方に配置した構成になるものにおいて、
制御回路に対する外部導出端子をピン端子として、外囲ケースとは分離独立部品になる端子ブロック（樹脂成形品）にインサート形成したうえで、該制御端子ブロックを外囲ケースの上面中央寄りに架け渡してこの位置に固定するように組付けるとともに、この制御端子ブロックからケース内方に突き出た制御端子リードと外囲ケースの内側に配した中継端子ブロックから起立する中継端子リードとの間に担持して制御回路のプリント基板を半田付けして接続し、前記中継端子リードを介してパワー回路と制御回路の間を相互接続するように構成する（請求項１）。
【００１０】
上記した半導体装置の組立構造によれば、パワー回路，外囲ケース，制御端子ブロック，制御回路，ケース上蓋の組付けを全て上方からの積み上げ操作で行うことができて組立ロボットなどにより自動組立方式にも容易に対応できる。また、主回路端子／パワー回路，パワー回路／制御回路、および制御回路／制御端子の間の配線経路を最短距離で接続することができ、これにより配線インダクタンスの影響を低く抑えて誤動作が防げる。さらに、パッケージ内へのゲル状充填剤の注入も短時間で隅々までスムーズに行える。
【００１１】
また、組立工程の途中で行う中間検査で制御回路に実装したＩＣなどの部品に不良が発見された場合でも、制御回路のプリント板と端子リードとの半田接合部を外すことで制御回路を良品と簡単に交換することが可能である。さらに、制御端子ブロックを独立部品として外囲ケースに組付けるようにした構成により、外囲ケースを共通部品として、これにユーザ側の仕様に適合する制御端子ブロックを組合せるだけで、ユーザの要求する仕様にも簡単に対応できる。
【００１２】
また、本発明によれば、前記した半導体装置の各部構造は、具体的に次記のような態様で構成することができる。
(1) 制御回路のプリント基板に実装するＩＣとして薄形のベアチップを採用し、このプリント基板を内装した半導体装置のパッケージを薄型化できるようにする（請求項２）。
【００１３】
(2) 制御回路のプリント基板に実装したＩＣを、パワー回路の回路基板上に実装したパワー半導体素子の配列に合わせてレイアウトしてパワー半導体素子とＩＣとが上下に対応して並ぶようにし、両者間の配線経路を最短化して配線インダクタンスの影響を低く抑えるとともに、回路基板，プリント基板の回路パターンも単純化を図る（請求項３）。
【００１４】
(3) 主回路の外部導出端子をピンないし板端子とし、方形状の外囲ケースの一側辺に集約して一列に配列し、かつ該外部導出端子列と平行に並べて制御端子ブロックを外囲ケースの上面中央寄りに設置したうえで、制御回路を制御端子ブロックと前記端子列と反対側の外囲ケース側辺との間の領域に配置し、制御端子ブロックと外囲ケースの主端子配列側の側辺との間にパワー回路側に通じるゲル状充填剤の広い注入路を確保するようにする（請求項４）。
【００１５】
(4) ケース上蓋に端子引出穴を開口し、かつ該端子引出穴を制御端子ブロックの頂部輪郭よりも一回り大きく設定しておき、この制御端子に装置側のプリント板に設けたコネクタを差込み接続する際に、ケース上蓋に相手のコネクタ先端部が当たって接続を邪魔しないようにしてコネクタと制御端子とが確実に接続できるようにする（請求項５）。
【００１６】
(5) ケース上蓋の裏面に、先端が制御回路プリント基板の上面と対峙する間隔保持用の突起を設けておき、周囲温度変化などによりケース上蓋に反りが生じた場合でも、前記突起がスペーサの役目を果してプリント基板上に配線したボンディングワイヤがケース上蓋に当たって変形したり，押し潰されたりするのを防止する（請求項６）。
【００１７】
(6) ケース上蓋の上面側に凹面部を形成したうえで、前項(5) における間隔保持用の突起を、ケース上蓋の板面に形成した凹面部の裏面側域に分散して設け、前記の凹面部（平坦な上蓋に比べて曲げ強度が増す）でケース上蓋に反り，撓みが生じるのを抑えるようにするとともに、この凹面部の凹み空間を利用して当該半導体装置の上に重ねて載置する装置側のプリント板の裏面側に実装された電子部品との干渉を防ぐようにする（請求項７）。
【００１８】
(7) 制御端子ブロックに、制御端子列（ピン端子）と並べて制御回路のプリント板を嵌合式に支持する位置決め用のガイドピンを設けておき、制御端子ブロックをケースに取付けた状態で制御回路のプリント板をケース内に組み込む際に、該プリント板を前記ガイドピンに嵌挿して定位置に支持し、続くプリント板と制御端子との半田付け作業を楽に行えるようにする（請求項８）。
【００１９】
(8) 制御端子ブロックは、その両端に形成した支持部をパッケージの外囲ケースの内面側に形成した凹溝部に上方から嵌入して接着剤で接合する（請求項９）ものとし、ここで制御端子ブロックの支持部にはその上面に開放した接着剤注入穴を設けて接着剤の塗布をディスペンサを使って能率よく行えるようにするとともに、ケースの凹溝部の内面，およびブロックの支持部外面に接着剤誘導溝を形成し、前記注入穴より注入した接着剤がブロックと凹溝部の間の接合面に満遍なく行き渡るようにする（請求項１０）。
【００２０】
(9) 前記半導体装置、冷却フィンおよび前記インバータ装置の制御，保護回路を構成するインバータ装置側のプリント基板を組み合わせて組み立てた装置であって、前記半導体装置の金属ベースに放熱フィンを重ね合わせ、インバータ装置側のプリント基板の端子挿入孔に、前記半導体装置の主端子を差し込んではんだ付けし、インバータ装置側のプリント基板側に装備したコネクタに、前記半導体装置の制御端子を差込接続するようにし、
前記半導体装置の主端子を、曲げ加工可能な材質で作られたピンまたは板状のリード端子としてパッケージ上面に一列に配列し、かつ該リード端子を当該半導体装置に組み合わせる装置側のプリント基板の取り付け姿勢に対応した形状にフオーミングしたうえで、端子先端をインバータ装置側のプリント基板の端子挿入孔に挿入してはんだ接合するようにする（請求項１１）。
【００２１】
このように、半導体装置（モジュール）のパッケージ上面から引き出した主端子を一直線状に並べて配列し、かつそのリード端子の材料をリード曲げ加工が容易な材質とすることで、当該モジュールに装置のプリント基板，冷却フィンを組み合わせてインバータ装置などを構成する場合に、ユーザの設計要求によってモジュールと装置側のプリント基板とを異なる向きに布設する要求がある場合でも、そのレイアウトに合わせてモジュールの主端子をフォーミングし、端子先端の向きを変えることにより、モジュールの主端子をプリント基板に穿孔した端子挿入孔に直接挿入して接続することができる。
【００２２】
また、前記半導体装置の主端子を銅製のリード端子とし、かつ該リード端子にニッケルメッキ,はんだメッキ、又は金メッキ処理を施して、銅製リード端子に対するはんだ付け性およびワイヤのボンデイング性およびコネクタとのコンタクト性を高めるようにする（請求項１２）。
また、前記半導体装置の主端子の先端をＬ形にフオーミングし、該主端子を装置側のプリント基板の端縁に沿って穿孔した端子挿入孔に側方から差込接合してプリント基板を半導体装置と垂直姿勢に取り付けるようにする（請求項１３）。
【００２３】
この組立構造を採用することにより、ユニットケースの背面側に冷却フィンおよび半導体装置（モジュール）を配置し、装置側のプリント基板はユニットケースの奥行き方向に布設して半導体装置（モジュール）の前方に配置するようなレイアウトで装置を構成する場合でも、Ｌ字形に曲げ加工した主端子（リード端子）に側方からプリント基板の端子挿入孔を合わせて差し込むことにより、プリント基板を半導体装置（モジュール）と垂直姿勢に取り付けることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、インバータ（三相）装置に適用するパワーモジュールを例に、本発明の実施の形態を図１〜図１１に示す実施例に基づいて説明する。
なお、各実施例において、図１２，図１３に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。また、実施例の図において、符号９は本発明により外囲ケース２の上面側に組付けた独立部品としてなる制御端子ブロック、１０は外囲ケース２の内周側縁に沿って配した中継端子ブロック、１１は外囲ケース２の上面に被着したケース上蓋である。また、図４(a) のケース上蓋にマーキングした端子記号について、Ｐ，Ｎは直流の入力端子、Ｕ，Ｖ，Ｗは各相の交流出力端子、Ｂはブレーキ部の端子、NO.1〜１９は制御端子の端子番号を表している。
【００２５】
先ず、図１(a),(b) に本発明実施例の全体構造を示す。すなわち、図示実施例の組立構造においては、図１２で述べた二階建て方式のモジュールと同様に、金属ベース１，長方形の外囲ケース（樹脂ケース）２，およびケース上蓋１１を組合せてなるパッケージにパワー回路５および制御回路６が二階建て方式に組み込まれており、ここで、制御回路６のプリント基板６ａに実装したＩＣ６ｂには、モジュールを薄形にするためにベアチップを採用し、かつその配列はパワー回路５の回路基板５ａに一列に並べて実装したパワー半導体素子（ＩＧＢＴ）５ｂの配列と対応するようにレイアウトしてパワー回路５と制御回路６との間の配線経路長を短小化して配線インダクタンスの影響を低く抑えるようにしている。
【００２６】
ここで、外囲ケース２については、その周囲四辺のうち、長辺の片方側には銅フレームで作られた主端子（Ｐ，Ｎ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，およびＢ）がケースと一体にインサート成形されており、そのピン形端子が外囲ケース２から上方に突き出している。さらに図３(a) で示すように外囲ケース２の短辺の上面には、前記の主端子列から間隔を隔てた中央寄り位置に後記する制御端子ブロックを嵌入支持する段付き形状の凹溝２ａ（図３，図９参照）が形成されている。
【００２７】
また、制御端子ブロック９は独立部品として前記凹溝２ａの間に架け渡して外囲ケース２の上面側に架設されている。すなわち、横長な樹脂ブロック体の両端に形成した支持部９ａを外囲ケース２の内縁に形成した前記の凹溝２ａに嵌入し、後記のように接着剤により接合固定する。また、ブロック体の上面側に台形状に膨出した頂部９ｂにはピン端子としてなる制御端子４が左右一列に並んで上方に突き出すようにインサート成形されており、該制御端子４の端子リード（インナーリード）４ａをＬ字形に曲げてブロック側方（主端子３の配列と反対側）に引出し、その先端脚部を上向きに屈曲させている。なお、９ｃは制御端子ブロック９の両端部に植設したコネクタのガイドピンである。
【００２８】
また、外囲ケース２の内側に設けた中継端子ブロック１０は、樹脂ブロックにＬ字形の端子リード１０ａをインサート成形し、かつ端子リード１０ａの一端がブロックの上面から上方に起立するように突き出した構造になり、前記の制御端子ブロック９と対峙して外囲ケース２の内面（主端子３を配列した長辺と反対側の長辺側）に沿って接着されている。なお、中継端子ブロック１０のブロック頂面は制御端子ブロック９からケース内方に引出した端子リードの先端脚部４ａと同じ高さ位置に並ぶように設定されている。
【００２９】
そして、前記した制御端子ブロック９からケース内方に引き出した制御端子４の端子リード４ａと中継端子ブロック１０から起立した端子リード１０ａとの間に跨がって制御回路６のプリント基板６ａを架け渡すようにして支持し、各端子リード４ａと１０ａの先端をプリント基板６のスルーホールに差し込んで半田付けする。
【００３０】
さらに、図４で示すように、外囲ケース２に被着したケース上蓋１１には、前記した制御端子ブロック９に対応した端子引出穴１１ａを開口しており、かつこの端子引出穴１１ａは制御端子４が左右に並ぶ制御端子ブロック９の台形状頂部９ｂの輪郭よりも一回り大きく設定し、図示のように上蓋１１を被着した状態では、端子引出穴１１ａと制御端子ブロックの頂部９ｂとの間に凹溝部が残るようにしている。なお、上蓋１１を被着した状態では、上蓋１１の裏面に制御端子ブロック９の周縁部が重なり合って穴を内面側から閉塞している。このようにケース上蓋１１に端子引出穴１１ａを形成しておくことで、図４(b) で示すように当該パワーモジュールの上に装置側のプリント基板１２を組み合わせてそのプリント基板に設けたコネクタ１３を制御端子４に差込み接続する際に、プリント基板１２の裏面側に突き出すコネクタの端子１３ａの足がモジュール側の上蓋１１に接触してコネクタの接続を邪魔するのを防ぐことができる。
【００３１】
次に、前記構成になる半導体装置の組立手順について説明する。まず、図２のように金属ベース１の上に、パワー回路５の各素子を搭載した回路基板５ａを半田付する。次に図３(a),(b) で示すように外囲ケース２を金属ベース１の上に被せて接着剤で接合したうえで、パワー半導体素子５ｂ，ダイオード５ｃと回路基板５ａの導体パターンの間、および回路基板５ａと外囲ケースに設けた主端子３，および中継端子ブロック１０の端子リード１０ａとの間にボンディングワイヤ７を配線する。
【００３２】
次に、外囲ケース２に上方から制御端子ブロック９を組付け、その両端の支持部９ａをケース側に形成した左右の凹溝２ａ（図３参照）に嵌合して仮固定し、該部を後記のように接着剤で接合する。次の組立工程では、制御回路６のプリント基板６ａを上方から外囲ケース２の内方に挿入し、制御端子ブロック９からケース内に突き出した制御端子４の端子リード４ａと中継端子ブロック１０から上方に起立した端子リード１０ａとの間に架け渡した後、プリント基板６ａと端子リード４ａ，１０ａとを半田付けする。これで、主端子３とパワー回路５、パワー回路５と制御回路６、および制御回路６と制御端子４との間が最短の配線経路で相互接続されたことになる。
【００３３】
続いて、充填剤の注入工程に移り、外囲ケース２にゲル状充填剤（シリコーンゲル）を注入する。この場合に充填剤は制御端子ブロック９と主端子３が配列した外囲ケースの周枠との間に残る開口部を注入通路としてパワー回路５と制御回路６との間の隙間に流入し、ケース内の隅々まで充填してパワー回路５，制御回路６を封止する。そして、最後の組立工程で外囲ケース２の上に、ケース上蓋１１に開口した端子引出穴１１ａと制御端子ブロック９とを位置合わせして上方から被せ、接着剤で外囲ケース２との間を接合する。これにより、図４(c) に示したパワーモジュールの製品が完成する。
【００３４】
次に、前記したケース上蓋１１に関する本発明の応用実施例を図５〜図７で説明する。すなわち、図４に示したモジュール組立状態では、外囲ケース２の上面に被せたケース上蓋１１とケース内に組み込んだ制御回路６のプリント基板６ａとの間には、所定の間隔を確保して制御回路６に実装したＩＣ，各種部品およびそのボンディングワイヤ７と干渉しないようにすることが必要である。
【００３５】
ところで、樹脂製になるケース上蓋１１を図４で示すように端子引出穴１１ａを開口した平坦な樹脂板で製作し、その板厚をパッケージの薄形化から薄くすると、ヒートサイクルなどの周囲温度変化によって反り，撓みが発生し易くなる。しかも、上蓋１１に反りなどにより凹状の変形が生じると、このままでは制御回路のプリント基板６ａとの間の間隔が縮まり、上蓋１１がボンディングワイヤを押し潰して不測の短絡事故を引き起こすおそれがある。
【００３６】
そこで、この実施例では図５(a) 〜(c) で示すように、ケース上蓋１１に端子引出穴１１ａの側方で制御回路５のプリント基板６ａと対峙する面域に下面側に凹んだ凹面部１１ｂを形成するとともに、この凹面部１１ｂの裏面には先端がプリント基板６ａと対峙するように突き出た間隔保持用の突起１１ｃが左右に分散形成されている。なお、この突起１１ｃは、モジュールの組立状態でプリント基板６ａの上面との間に僅かな遊び間隙を残して対峙するような長さ寸法に設定している。
【００３７】
かかる構成により、ヒートサイクルによりケース上蓋１１に反りが生じた場合でも、前記の突起１１ｃがプリント基板６ａの上面に当たって上蓋１１とプリント基板６a との間に所定の間隔を保持する。したがって、ボンディングワイヤが上蓋１１で押し潰されるおそれはない。また、ケース上蓋１１に凹面部１１ｂを形成しておくことにより、断面係数が増して上蓋の曲げ強度が高くなるほか、図７で示すようにモジュールの上に周辺回路のプリント板１２を重ね合わせて搭載する場合に、そのプリント板１２の裏面側に電子部品１２ａが実装されていても、電子部品１２ａと上蓋１１との不要な干渉を避けてプリント板１２をモジュールに取付けることができる利便性が得られる。
【００３８】
次に、先記した制御端子ブロック９に関する本発明の応用実施例を図８，図９で説明する。すなわち、図１に示したモジュールの組立構造では、制御回路６のプリント基板６ａは制御端子ブロック９にインサート成形して内側に引出した制御端子（ピン端子）４の端子リード４ａと中継端子ブロック１０から上方に起立したリード端子１０ａとの間に跨がって支持したうえで、リード端子の先端をプリント基板６ａに穿孔したスルーホールに差し込んで半田付けを行うようにしているが、これら端子リード４ａ，１０ａは強度的に変形し易く、プリント基板６ａの組込み工程でその基板が端子リードに当たると、簡単に変形してプリント基板６ａのスルーホールにうまく嵌まり合わず、続く半田付け工程に支障を来すことがある。
【００３９】
そこで、この実施例では、図８(a),(b) で示すように制御端子ブロック９の長手方向に沿って、その下端側から側方に樹脂ブロックが迫り出すように形成したうえで、この迫り出し部から上方に向けて起立するように引出した制御端子４の端子リード４ａと並置して、その左右両側から上方に起立するガイドピン９ｄ（ガイドピンは端子リード４ａの脚部よりも長く設定しておく）を樹脂ブロックと一体成形するとともに、該ガイドピン９ｄに対応してプリント基板６ａの左右両端部にはガイドピン穴を穿孔しておく。
【００４０】
そして、制御回路６のプリント基板６ａの組立工程では、前記ガイドピン９ｄを頼りに上方からプリント基板６ａをガイドピン９ｄに嵌挿すると、ガイドピン９ｄに誘導されてプリント基板６ａが定位置に位置決めされ、その基板に穿孔した端子用のスルーホールが制御端子４，および中継端子ブロック１０の各端子リード４ａ，１０ａに正しく嵌まり合うようになる。これにより、続く端子の半田付け作業を支障なく行える。しかも、プリント基板６ａの裏面側には制御端子ブロック９が迫り出しているので、半田付けの際に溶融した半田ボールがパワー回路５（図８(b) 参照）の上にこぼれ落ちるおそれがない。
【００４１】
また、この実施例においては、制御端子ブロック９を外囲ケース２の凹溝２ａに嵌入し、接着剤で接合する際の工程を改善するために、次記のような施策を講じている。すなわち、凹溝２ａの内面に接着剤を先に塗布してから制御端子ブロックの支持部９ａを嵌入して接合する方法では、凹溝２ａの寸法が小さいためにディスペンサ（ロボット操作）を使って接着剤を溝内壁面に均一に塗布することが極めて困難である。
【００４２】
そこで、この実施例では、図９(a),(b) で示すように制御端子ブロック９の支持部９ａには、上下方向に貫通した接着剤注入穴９ａ-1を穿孔しておくとともに、外周面には凹状の接着剤誘導溝９ａ-2を刻印形成するとともに、さらに外囲ケース２に形成した段付き状凹溝２ａに対しても、その底面および内側面に接着剤誘導溝２ａ-1を刻印形成しておく。
【００４３】
そして、制御端子ブロック９を外囲ケース２に装着する組立工程では、最初に端子ブロック９の両端の支持部９ａを外囲ケース側に形成した左右の凹溝２ａに跨がって上方から嵌入する。続いて前記の接着剤注入穴９ａ-1にロボット操作により接着剤のディスペンサノズルを位置合わせし、ディスペンサより定量の接着剤を加圧注入する。これにより、接着剤は注入穴９ａ-1から凹溝２ａの底面側に流出し、ここから前記した接着剤誘導溝２ａ-1および９ａ-2を通じて接合面の全域に接着剤が満遍なく広がって端子ブロック９を確実に接合することができる。
【００４４】
なお、接着剤注入穴９ａ-1は、図１に示したソケットのガイドピン９ｃの取付穴を兼用しており、接着剤の注入後にガイドピン９ｃを圧入して接着固定するものとする。
次に、冷却フィンおよび装置側周辺回路のプリント基板を組み合わせて組み立てたインバータ装置に関する本発明の応用実施例を図１０〜図１１で説明する。図１０において、２１はインバータ回路を構成するＩＰＭ、２３はＩＰＭ２１に組合せた装置側の回路（インバータ装置の制御，保護回路）を構成するプリント基板、２４は前記の各部品を収容し、前面に入，出力のソケット，表示パネルなどを設けたユニットケース、２５はユニットケース２４の背面に装着してＩＰＭ２１に伝熱結合した放熱用の冷却フィンである。また、前記のＩＰＭ２１は、図１(a),(b) で示すように金属ベース１，樹脂成形品の外囲ケース２，上蓋からなるパッケージにパワー回路である主回路５および制御回路６を二階建て方式で内装し、さらにパッケージには主回路５の入，出力用外部導出端子となる主端子３，制御回路６の外部導出端子となる制御端子（信号端子）４，および主回路５と制御回路６との間を接続する中継端子１０aなどを設けた構成になる。
【００４５】
ここで、主回路５は回路基板にパワー半導体素子（例えばＩＧＢＴ）をフリーホイーリングダイオードと組合せて実装した回路組立体で、金属ベース１の上にはんだマウントされている。また、制御回路６はその回路基板にパワー半導体素子の駆動ＩＣなどの回路部品を実装し、制御端子４のリ一ド脚部と上向きに起立する中継端子１０aとの間に架け渡して主回路５の上方に配置されている。
【００４６】
一方、主端子３は外囲ケース２の周壁部と一体にインサート成形し、その端子先端を上方に直立させてパッケージの上面側に引出している。また、制御端子４はピン端子として樹脂成形品になる単独部品の制御端子ブロック９にインサート成形したうえで、外囲ケース２の上面中央寄りに跨がって組付け、ケース上蓋を貫通してその上面側に引き出し、その両端にはガイドピンが植設してある。なお、７は主回路５と主端子３，および中継端子１１との間に配線したボンディングワイヤである。
【００４７】
前記のインバータ装置を構成する場合に、従来の組立構造ではＩＰＭ２１に対して装置側のプリント基板２３をモジュールのパッケージ上面に面が平行となるように重ね合わせ、パッケージ上面から直立した主端子３をプリント基板に穿孔した端子挿入孔に直接差し込んで接合するようにしていることから、ユニットケース２４に組付けるＩＰＭ２１，装置側のプリント基板３．冷却フィン２５の配置は必然的に限定されてしまう。
【００４８】
これに対して、ユーザ側が指定する構成によっては前記したＩＰＭとプリント基板の配置が適合しない場合がある。例えば、制御盤内でユニットケース２４の側面に配置していた冷却フィン２５を、ケース２４の背面側に変更するユーザーの設計要求がある場合に、この要求に合わせて冷却フィン２５と一緒にＩＰＭ２１をユニットケース２４の後面側に移すと、ＩＰＭ２１のパッケージから前方に直立した主端子３の向きと、装置の前後の向きに布設したプリント基板２３に穿孔した端子挿入孔の向きとが直交してしまい、このままでは主端子３をプリント基板２３へ直接挿入してはんだ接合することができない。
【００４９】
そこで、モジュールのパッケージ上面から引出した主回路端子を一直線状に並べて配列し、かつそのリード端子の材料をリード曲げ加工が容易な材質とすることで、当該モジュールに装置のプリント基板，冷却フィンを組み合わせてインバータ装置などを構成する場合に、ユーザの設計要求によってモジュールと装置側のプリント基板とを異なる向きに布設する要求がある場合でも、そのレイアウトに合わせてモジュールの主回路端子をフォーミングし、端子先端の向きを変えることにより、モジュールの主回路端子をプリント基板に穿孔した端子挿入孔に直接挿入して接続することができる。
【００５０】
そのためには、
(1) モジュールの主端子を銅製のリード端子とし、かつ該リード端子にニッケルメッキ，はんだメッキ，金メッキなどのメッキ処理を施して、銅製リード端子に対するはんだ付け性，およびワイヤのボンディング性，およびコネクタとのコンタクト性を高めるようにする。
【００５１】
(2) モジュールの主端子の先端をＬ形にフォーミングし、該端子にプリント基板の端縁に穿孔した端子挿入孔に差込み接合して装置側のプリント基板をパワーモジュールと垂直姿勢に取付ける。この組立構造を採用することにより、ユニットケースの背面側に冷却フィンおよびモジュールを配置し、装置側のプリント基板はユニットケースの奥行き方向に布設してモジュールの前方に配置するようなレイアウトで装置を構成する場合でも、Ｌ字形に曲げ加工したモジュールの主端子（リード端子）に側方からプリント基板の端子挿入孔を合わせて差し込むことにより、プリント基板をモジュールと垂直姿勢に取付けることができる。
【００５２】
すなわち、ＩＰＭ２１の構造は、特に主端子３については、ピンあるいは板状になるリード端子として、曲げ加工が可能な材料（ＪＩＳ  Ｃ１１００，Ｃ１０２０，Ｃ２６００，Ｃ２６８０など）で作り、かつその端子にははんだの濡れ性，およびボンディングワイヤとの接合性を高めるように膜厚１０μｍ以下のニッケルメッキ，膜厚１０μｍ以下のはんだメッキ，あるいは膜厚２μｍ以下の金メッキ（金メッキの場合はＮｉメッキの上に金メッキする）を施しておくものとする。
【００５３】
そして、このＩＰＭ２１に冷却フィン２５，装置側のプリント基板２３を組合せてインバータ装置を組立て構成する場合には、ユーザ側の設計要求によるレイアウトに合わせて、ＩＰＭ２１のパッケージ上面から直立している主端子３を、当該モジュールに組合せるプリント基板２３の姿勢に対応する形状にフオーミング（曲げ加工）したうえで、プリント基板２３に穿孔した端子挿入孔に直接差込んではんだ付けして装置を組立てるようにする。
【００５４】
ここで、図１１で示すように、冷却フィン２５をユニットケース２４の背面側に設置し、その前面にモジュールの金属ベースを重ね合わせてＩＰＭ２１をケース内に組付けるとともに、装置側のプリント基板２３は二枚に分割したうえで、その分割基板２３Ａ，２３Ｂをケース内で前後の向きに布設してＩＰＭ２１の主端子３に取付けるようレイアウトしたインバータ装置を例に、その組立手順を図１０(a),(b) で説明する。まず、図１０(a) における拡大図で表すようにＩＰＭ２１の主端子３について、各リード端子の先端を揃えてＬ字形にフオーミング（曲げ加工）する。一方、主端子３に接続するプリント基板２３Ａには基板の端縁に沿って主端子３の配列に対応した端子挿入孔３３ａを一列に並べて穿孔しておき、制御端子４に接続するプリント基板２３Ｂにはその端緑に制御端子（ピン端子）に接続するコネクタ１３を装着しておく。
【００５５】
ここで、ＩＰＭ２１にプリント基板２３Ａ，２３Ｂを取付けるには、プリント基板２３Ａを図示のように垂直姿勢に立てた状態で、側方からＩＰＭ２１の主端子３にプリント基板２３Ａの下縁に穿孔した端子挿入孔３３ａを側方から挿入し、主端子３とプリント基板２３Ａの導体パターンとをはんだ付けする。一方、プリント基榎２３Ｂはそのコネクタ１３を横一列に並ぶ制御端子４に位置を合わせ、上方から押し込んで差込み接続する。これにより、図１０(b) で示すようにＩＰＭ２１に２枚に分けたプリント基板２３Ａ，２３Ｂが垂直姿勢に接続される。そして、上記の回路組立体に冷却フィン２５を組合せた上で、これをユニットケース２４に組み込んで図１１のインバータ装置を構成する。このようにして、ＩＰＭ２１にプリント基板２３Ａ，２３Ｂを垂直姿勢に接続，保持させることにより、ＩＰＭ２１の上面がプリント基板で塞がれることがないので、ＩＰＭ自体の上面側への放熱性が高まるし、またプリント基板２３からＩＰＭ２１へ侵入するノイズも低減する。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１〜１３の各項に記した構成によれば次記の効果を奏する。
(1) 半導体装置の小型，薄形化と併せて、主端子−パワー回路−制御回路−制御端子の間の配線経路を最短化でき、これにより配線インダクタンスの影響による装置の誤動作を起こり難くして信頼性の向上が図れる。
【００５７】
(2) 制御回路のプリント基板の組付けおよび取り外しが容易であり、組立工程の中間チエックでＩＣの不良が発見された場合でも、制御回路のみを取り外して簡単に交換できる。
(3) 半導体装置の組立状態で外囲ケースと制御端子ブロックとの間で全幅に亘って開口している隙間を通じて、ゲル状充填剤を制御回路のプリント基板に阻害されることなくパッケージ内の隅々まで容易に注入できる。
【００５８】
(4) 制御端子ブロックを独立部品として外囲ケースに組付けるようにしたことにより、外囲ケースを共通部品として、制御端子ブロックのピン端子の長さ，配列などをユーザーの仕様に合わせて製作することにより、顧客の個々の要求にも低コストで対応できる。
(5) ケース上蓋に開口した端子引出穴を、制御端子ブロックの頂部輪郭よりも一回り大きく設定して制御端子の周域に凹み部分を形成した請求項５の構成により、制御端子ブロックのピン端子に周辺回路側のプリント板に取付けたコネクタを差込む際に、コネクタと上蓋との不要な干渉を防いでコネクタを制御端子に確実に差込み接続できる。
【００５９】
(6) ケース上蓋の裏面側に間隔保持用の突起を設け、その先端を制御回路のプリント基板に対峙させたことにより、ヒートサイクルなどにより上蓋に反り，撓みが生じても、上蓋がプリント板上に配線したボンディングワイヤに触れたり、押し潰すおそれがなく安全である。また、この突起に併せて上蓋の上面側に凹面部を形成しておくことで、当該半導体装置の上面に重ねて搭載する周辺回路プリント板の裏面に実装した電子部品との不要な干渉を避けることができる。
【００６０】
(7) 制御端子ブロックに、制御回路のプリント基板を定位置に位置決めするガイドピンを設けたことにより、前記プリント板の組付け，およびこれに続く制御端子との半田付けを的確に行うことができる。
(8) 制御端子ブロックの両端を外囲ケースに形成した凹溝に嵌合して接着剤により接合するようにし、ここで端子ブロックの両端支持部に接着剤注入穴を開口し、さらに該支持部の周面，および外囲ケース側の凹溝内面に接着剤誘導溝を形成したことにより、端子ブロックを外囲ケースに嵌着した仮組立状態で、接着剤をＸ−Ｙ軸ロボットによるディスペンサ操作で接合面に満遍なく塗布して接合できる。
【００６１】
(9) ＩＰＭなどの半導体パワーモジュールに冷却フィンおよび装置側のプリント基板を組合せて構成するインバータ装置などを実施対象に、前記モジュールのパッケージ上面から引出した主端子をプリント基板の端子挿入孔に差し込んではんだ付けし、制御端子をプリント基板側に装備したコネクタに差込み接続して組立てた半導体装置で、前記モジュールの主端子を、曲げ加工可能な材質で作られたピンないし板状のリード端子として直線上に並べて配列し、かつ該リード端子を、当該モジュールに組合せる装置側のプリント基板の取付け姿勢に対応する形状にフォーミングしたうえで、そのリード端子をプリント基板の端子挿入孔に挿入してはんだ接合するようにしたことにより、従来装置のようにユニットケースに組み込むモジュール，プリント基板．冷却フィンのレイアウトが一義的に限定されることがなく、モジュールに対して装置のプリント基板を異なる向きに布設するようにしたレイアウトでも、プリント基板の向きに合わせてモジュールの主端子を曲げ加工することで、プリント基板をモジュールに直接挿入してはんだ接合することができ、これによりモジュールのパッケージ構造を変えずに、ユーザ側の個々の設計要求への対応化が図れる。
【００６２】
これらにより、半導体装置の信頼性，および組立性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による半導体装置の組立構造図で、(a) はケース上蓋を外した状態での平面図、(b) は(a) の矢視Ｘ−Ｘ断面図
【図２】図１におけるパワー回路を金属ベースに搭載した状態の平面図
【図３】図２の組立体に外囲ケースを組合せてパワー回路との間にワイヤボンディングを施した状態図で、(a) は平面図、(b) は(a) の矢視Ｘ−Ｘ断面図
【図４】図１の組立体にケース上蓋を被着した製品の完成図で、(a) は平面図、(b) は(a) の矢視Ｘ−Ｘ断面図、(c) は外観斜視図
【図５】本発明の応用実施例によるケース上蓋の構成図で、(a) は平面図、(b) は側面図、(c) は(a) の矢視Ａ−Ａ断面図
【図６】図５のケース上蓋を被着した半導体装置の外観斜視図
【図７】本発明の応用実施例による半導体装置の組立構造の断面図
【図８】制御端子ブロックについての応用実施例を示し、(a) はケース上蓋を外した状態での平面図、(b) は(a) の側視断面図
【図９】図８の要部構成図で、(a) は外囲ケースと制御端子ブロックの分解斜視図、(b) は(a) における外囲ケースに形成した凹溝部分の拡大平面図
【図１０】本発明の応用実施例によるモジュールとプリント基板との組立手順を説明する図で、（a），（b）はそれぞれ組立前,組立後の状態を表す斜視図
【図１１】図１０に対応するインバータ装置の組立構成図
【図１２】従来例の半導体装置の組立構造図で、(a) は分解斜視図、(b) は組立状態の斜視図
【図１３】図１２とは別な二階建て式半導体装置の従来例の組立構造図で、(a) は分解斜視図、(b) は組立状態の斜視図
【符号の説明】
１    金属ベース
２    外囲ケース
２ａ  端子ブロック取付用の凹溝
２ａ-1  接着剤誘導溝
３    主端子
４    制御端子
４ａ  端子リード
５    パワー回路
５ａ  パワー回路基板
５ｂ  パワー半導体素子
６    制御回路
６ａ  プリント基板
６ｂ  ＩＣ
７    ボンディングワイヤ
９    制御端子ブロック
９ａ  両端の支持部
９ａ-1  接着剤注入穴
９ａ-2  接着剤誘導溝
９ｂ  頂部
９ｄ  制御回路支持用のガイドピン
１０    中継端子ブロック
１０ａ  端子リード
１１    ケース上蓋
１１ａ  端子引出穴
１１ｂ  凹面部
１１ｃ  間隔保持用の突起
２１    ＩＰＭ
２３    装置側のプリント基板
２４    ユニットケース
２５    冷却フィン
２６    パッケージ
【図１】
0003901038.tif 000002
【図２】
0003901038.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003901038.tif 000005
【図５】
0003901038.tif 000006
【図６】
0003901038.tif 000007
【図７】
0003901038.tif 000008
【図８】
0003901038.tif 000009
【図９】
0003901038.tif 000010
【図１０】
0003901038.tif 000011
【図１１】
0003901038.tif 000012
【図１２】
0003901038.tif 000013
【図１３】
0003901038.tif 000014