(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内側で絶縁基板上に形成された複数の回路パターンうちの１つに載置される電力用半導体素子から、ケース外側で露出する外部接続用端子まで電極を取り出す電極構造を備えた電力用半導体装置において、
上記外部接続用端子が、ケース本体にインサート成形され、その一端側でケース外側に露出する一方、その他端側で上記電力用半導体素子が載置される回路パターンとは別の回路パターンに接合されるとともに、その接合側の面と反対の面にボンディングされたワイヤ部材を介して、上記電力用半導体素子と接続配線されており、
上記外部接続用端子が、上記回路パターンに対して不連続に接合されていることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
ケース内側で絶縁基板上に形成された複数の回路パターンうちの１つに載置される電力用半導体素子から、ケース外側で露出する外部接続用端子まで電極を取り出す電極構造を備えた電力用半導体装置において、
上記外部接続用端子が、ケース本体にインサート成形され、その一端側でケース外側に露出する一方、その他端側で上記電力用半導体素子が載置される回路パターンとは別の回路パターンに接合されるとともに、その接合側の面と反対の面にボンディングされたワイヤ部材を介して、上記電力用半導体素子と接続配線されており、
上記外部接続用端子と回路パターンとが、それらの接合面の一部が導電性材料により接合され、他の部分が互いに絶縁されていることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項３】
ケース内側で絶縁基板上に形成された複数の回路パターンうちの１つに載置される電力用半導体素子から、ケース外側で露出する外部接続用端子まで電極を取り出す電極構造を備えた電力用半導体装置において、
上記外部接続用端子が、ケース本体にインサート成形され、その一端側でケース外側に露出する一方、その他端側で上記電力用半導体素子が載置される回路パターンとは別の回路パターンに接合されるとともに、その接合側の面と反対の面にボンディングされたワイヤ部材を介して、上記電力用半導体素子と接続配線されており、
上記外部接続用端子が、上記回路パターンに接合される面にて、該回路パターンの表面よりも大きなサイズを有していることを特徴とする電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高電圧・高電流を制御・変換する電力用半導体装置は、電力，交通，家電等のパワーエレクトロニクス分野で広範囲に渡って利用されており、そのさらなる高性能化，小型化が求められている。現在、これらの要求を満たすための研究・開発が盛んに行われている。
【０００３】
図７及び８は、それぞれ、従来知られた電力用半導体装置の内部構造を示す平面図及び断面説明図である。この電力用半導体装置４０では、絶縁基板４１，４２の上面に複数の回路パターン４３，４４，４５が形成されており、また、１つの回路パターン４４の上面には、複数の電力用半導体素子４６が搭載されている。各半導体素子４６の電極と回路パターン４３との間及び回路パターン４４，４５の間には、それぞれ、ワイヤ４７，４８が接続配線されている。
更に、この電力用半導体装置４０では、外部接続用端子として、外装ケース４９内にインサート成形された電極端子５０，５１が設けられ、これらは、それぞれ、ワイヤ５２，５３を介して、回路パターン４３，４５に接続されている。
【０００４】
図８からよく分かるように、外装ケース４９の下端部が、絶縁基板４１，４２がその上面に設けられた金属ベース５４の外周縁に接着されており、特に図示しないが、この外装ケース４９の内部に樹脂を注入して、ケース内の各構成が封止される。この電力用半導体装置４０では、例えば、電極端子５０に印加された電流が、ワイヤ５２，絶縁基板４１上の回路パターン４３，ワイヤ４７を経由して、半導体素子４６へ導かれ、該半導体素子４６により電流制御された上で、更に、回路パターン４４，ワイヤ４８，回路パターン４５，ワイヤ５３を経由して、電極端子５１へ導かれる構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる構造を備えた従来の電力用半導体装置４０において、絶縁基板４１，４２上に形成される回路パターン４３，４５に大きな電流を流すには、これら回路パターン４３，４５の幅を大きくする必要があり、その結果、装置全体の幅が大きくなるという問題があった。また、電極端子５０及び回路パターン４３、また、電極端子５１及び回路パターン４５は、それぞれ、ワイヤ５２，５３によってワイヤボンディングされているので、これらの間に大きな電流を流すには、多数のワイヤが必要となり、ワイヤボンディング作業に要する時間が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、大きな電流の取扱いが可能でありつつ、小型にまたより簡単に製造可能である電力用半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、ケース内側で絶縁基板上に形成された複数の回路パターンうちの１つに載置される電力用半導体素子から、ケース外側で露出する外部接続用端子まで電極を取り出す電極構造を備えた電力用半導体装置において、上記外部接続用端子が、外装ケースにインサート成形され、その一端側でケース外側に露出する一方、その他端側で上記電力用半導体素子が載置される回路パターンとは別の回路パターンに接合されるとともに、その接合側の面と反対の面にボンディングされたワイヤ部材を介して、上記電力用半導体素子と接続配線されており、上記外部接続用端子が、上記回路パターンに対して不連続に接合されていることを特徴としたものである。
【０００８】
また、本願の第２の発明は、ケース内側で絶縁基板上に形成された複数の回路パターンうちの１つに載置される電力用半導体素子から、ケース外側で露出する外部接続用端子まで電極を取り出す電極構造を備えた電力用半導体装置において、
上記外部接続用端子が、ケース本体にインサート成形され、その一端側でケース外側に露出する一方、その他端側で上記電力用半導体素子が載置される回路パターンとは別の回路パターンに接合されるとともに、その接合側の面と反対の面にボンディングされたワイヤ部材を介して、上記電力用半導体素子と接続配線されており、上記外部接続用端子と回路パターンとが、それらの接合面の一部が導電性材料により接合され、他の部分が互いに絶縁されていることを特徴としたものである。
【０００９】
更に、本願の第３の発明は、ケース内側で絶縁基板上に形成された複数の回路パターンうちの１つに載置される電力用半導体素子から、ケース外側で露出する外部接続用端子まで電極を取り出す電極構造を備えた電力用半導体装置において、
上記外部接続用端子が、ケース本体にインサート成形され、その一端側でケース外側に露出する一方、その他端側で上記電力用半導体素子が載置される回路パターンとは別の回路パターンに接合されるとともに、その接合側の面と反対の面にボンディングされたワイヤ部材を介して、上記電力用半導体素子と接続配線されており、上記外部接続用端子が、上記回路パターンに接合される面にて、該回路パターンの表面よりも大きなサイズを有していることを特徴としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１及び２は、それぞれ、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の内部構造を示す平面図及び断面説明図である。この電力用半導体装置１０は、金属ベース８上に電力用半導体素子７及びその周辺の電極配線が設けられ、その周囲を外装ケース１により取り囲まれた上で、ケース内部の各構成が樹脂封止される構造を有している。外装ケース９の内部では、金属ベース８上に第１及び第２の絶縁基板２，３が設けられ、第１の絶縁基板２に第１及び第２の回路パターン４，５が形成される一方、第２の絶縁基板３には第３の回路パターン６が形成される。第２の回路パターン５には、複数の（この実施の形態では３つ）電力用半導体素子７が載置されている。
【００１４】
この実施の形態１では、第１及び第２の外部接続用端子１，１３が、外装ケース９にインサート成形され、その一端側でケース外側に露出する一方、その他端側で電力用半導体素子７が載置される第２の回路パターン５とは別の回路パターンに接合されている。具体的には、第１の外部接続用端子１が、第１の回路パターン４に導電性の接合材１４を介して接合され、また、第２の外部接続用端子１３が、第３の回路パターン６に導電性の接合材１６を介して接合されている。図では、第１の外部接続用端子１の外部露出部分及び接合部位を、それぞれ、符号１ａ及び１ｂであらわし、また、第２の外部接続用端子１３の露出部位及び接合部位を、それぞれ、符号１３ａ及び１３ｂであらわす。
【００１５】
図２からよく分かるように、第１及び第２の外部接続用端子１，１３は、全体として段付き形状に形成され、これらの露出部位１ａ，１３ａおよび接合部位１ｂ，１３ｂは、金属ベース８に対し平行をなして延びるように、外装ケース９に固定されている。更に、第１の外部接続用端子１の接合部位１ｂには、その接合側の面と反対の面（すなわち上面側）に複数本のワイヤ１１がボンディングされ、これらのワイヤ１１を介して電力用半導体素子７と接続されている。他方、第２の外部接続用端子の接合部位１３ｂには、その接合側の面と反対の面（すなわち上面側）に複数本のワイヤ１２がボンディングされ、これらのワイヤ１２を介して第２の回路パターン５と接続されている。
【００１６】
かかる構成を備えた電力用半導体装置１０では、例えば外部接続用端子１の露出部位１ａに印加された電流が、その接合部位１ｂに流れ、該接合部位１ｂと接合された第１の回路パターン４に供給される。電流は、更に、ワイヤ１１を経由して、第２の回路パターン５上に載置された電力用半導体素子７へ導かれ、該半導体素子７により電流制御された上で、更に、第２の回路パターン５，ワイヤ１２を経由して、電極端子１３へ送られるようになっている。
【００１７】
また、この実施の形態１では、第１の外部接続用端子１の接合部位１ｂが、第１の回路パターン４の表面よりも小さなサイズを有している。この場合には、第１の回路パターン４と外部接続用端子１の接合部位１ｂとの間の熱膨張差で生じる応力を緩和することができる。その結果、装置１０の信頼性を向上させることが可能である。
【００１８】
図３は、電力用半導体装置１０内の第１の外部接続用端子１を拡大して示す斜視図である。この図からよく分かるように、電力用半導体素子７と外部接続用端子１とを接続するワイヤ１１が、外部接続用端子１に対して、それが第１の回路パターン４に接合される領域内で、すなわち接合部位１ｂにて、ボンディングされている。この場合、第１の外部接続用端子１の接合部位１ｂにおける移動が防止され、これにより、複数本のワイヤ１１のボンディング強度を高めることができる。また、この場合には、接合部位１ｂが水平面をなすため、ボンディング作業に際して、それらのボンディング強度のばらつきを低減させることができる。
【００１９】
以上のように、外装ケース９の本体にインサート成形された第１及び第２の外部接続用端子１，１３を、それぞれ、ケース内部にて、第１及び第２の絶縁基板２，３上に形成された第１及び第３の回路パターン４，６に直接に接合させることにより、多数のワイヤをボンディングする必要なしに、大きな電流を流すことができる構造を簡単に製造することができる。また、この場合には、第１及び第３の回路パターン４，６にボンディングされるワイヤがないため、第１及び第３の回路パターン４，６の平面寸法を小さく設定することができる。その結果、小型で電流容量が大きい電力用半導体装置１０を提供することが可能となる。
更に、第１及び第３の回路パターン４上に第１及び第２の外部接続用端子１，１３を接合させたので、各外部接続用端子１，１３用の接合パターンを絶縁基板２，３上に設ける必要がなく、装置１０の小型化及びコスト低減を図ることができる。
【００２０】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。なお、以下では、上記実施の形態１における場合と同一のものには同じ符号を付し、それ以上の説明を省略する。
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置１０内の第１の外部接続用端子１を拡大して示す断面説明図である。この実施の形態２では、第１の外部接続用端子１が、その接合部位１ｂにて、第１の回路パターン４に対し、不連続な導電性の接合材２１により接合されている。これによって、回路パターン４に対する外部接続用端子１の接合は不連続となり、回路パターン４と第１の外部接続用端子１との熱膨張差で生じる応力を緩和することができる。その結果、装置の信頼性を向上させることができる。
なお、ここでは、第１の外部接続用端子１のみを取り上げて説明したが、この態様は第２の外部接続用端子１３の接合構造にも適用可能である。
【００２１】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置内の外部接続用端子の接続構造を拡大して示す断面説明図である。この実施の形態３では、第１の外部接続用端子１が、その接合部位１ｂにて、第１の回路パターン４に対し、それらの接合面の一部について絶縁性材料３１により、また、その他の一部について導電性材料２１により接合されている。このように、回路パターン４と外部接続用端子１との電気的接続箇所を限定することで、外部接続用端子１に流れる電流に関係なく、回路パターン４での電圧検出を容易に行なうことが可能となる。
なお、ここでは、絶縁性材料３１を設けることにより、回路パターン４と外部接続用端子１との電気的接続箇所を限定したが、絶縁性材料３１を設ける代わりに、例えば空気絶縁を用いてもよい。第１の外部接続用端子１のみを取り上げて説明したが、この態様は第２の外部接続用端子１３の接合構造にも適用可能である。
【００２２】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係る電力用半導体装置の内部構造を示す平面図である。この実施の形態４では、第１の外部接続用端子３５が、回路パターン３４に接合される部位３５ｂにて、回路パターン３４の表面よりも大きなサイズを有している。この場合、外部接続用端子３５に対してより大きな電流を流すことができる。
【００２３】
なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ケース内側で絶縁基板上に形成された複数の回路パターンのいずれかに載置される電力用半導体素子から、ケース外側で露出する外部接続用端子まで電極を取り出す電極構造を備えた電力用半導体装置において、上記外部接続用端子が、ケース本体にインサート成形され、その一端側でケース外側に露出する一方、その他端側で上記電力用半導体素子が載置される回路パターンとは別の回路パターンに接合されるとともに、その接合側の面と反対の面にボンディングされたワイヤ部材を介して、上記電力用半導体素子と接続配線されているので、外装ケースの本体にインサート成形された外部接続用端子を、ケース内部にて、絶縁基板上に形成された回路パターンに直接に接合させ、多数のワイヤをボンディングする必要なしに、大きな電流を流すことができる構造を簡単に製造することができる。また、この場合には、回路パターンの平面寸法を小さく設定することができ、小型で電流容量が大きい電力用半導体装置を提供することが可能となる。更に、回路パターン上に外部接続用端子を接合させたので、各外部接続用端子用の接合パターンを絶縁基板上に設ける必要がなく、装置の小型化及びコスト低減を図ることができる。
【００２６】
また、上記外部接続用端子が、上記回路パターンに対して不連続に接合されているので、絶縁基板と外部接続用端子との間の熱膨張差で生じる応力を緩和することができる。その結果、装置の信頼性を向上させることが可能である。
【００２７】
また、上記外部接続用端子と回路パターンとが、それらの接合面の一部が導電性材料により接合され、他の部分が互いに絶縁されており、回路パターンと外部接続用端子との電気的接続箇所を限定することで、外部接続用端子に流れる電流に関係なく、回路パターンでの電圧検出を容易に行なうことが可能となる。
【００２９】
また、上記外部接続用端子が、上記回路パターンに接合される面にて、該回路パターンの表面よりも大きなサイズを有しているので、より大きな電流を外部接続用端子に印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の内部構造を示す平面図である。
【図２】  上記電力用半導体装置の内部構造を示す断面説明図である。
【図３】  上記電力用半導体装置内の外部接続用端子を拡大して示す斜視図である。
【図４】  本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置内の外部接続用端子の接続構造を拡大して示す断面説明図である。
【図５】  本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置内の外部接続用端子の接続構造を拡大して示す断面説明図である。
【図６】  本発明の実施の形態４に係る電力用半導体装置の内部構造を示す平面図である。
【図７】  従来の電力用半導体装置の内部構造を示す平面図である。
【図８】  従来の電力用半導体装置の内部構造を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１，１３  外部接続用端子，２，３  絶縁基板，４，５，６  回路パターン，７  電力用半導体素子，８  金属ベース，１０  電力用半導体装置，１１，１２ワイヤ，２１  不連続な接合材，３１  絶縁性接合材
【図１】
0004150508.tif 000002
【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】
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【図８】
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