(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端が開放され内部に電力用半導体チップを配設したケースと、ケースの開口部を塞ぐ蓋を有し、電力用半導体チップと電気的に接続された電極端子を外部に引き出した半導体パワーモジュールにおいて、
上記電極端子は、ケースから引き出され蓋の上面に沿うように折り曲げられ、
上記蓋は、ケースの開口端に沿ってスライドさせることでケースに装着するように構成され、
更に、上記蓋内には、上記電極端子を貫通し外部配線を該電極端子に締め付ける螺子と螺合するナットを支持するナット支持部が設けてあることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項２】
上端が開放され内部に電力用半導体チップを配設したケースと、ケースの開口部を塞ぐ蓋とを有し、電力用半導体チップと電気的に接続された複数の電極端子を外部に引き出した半導体パワーモジュールにおいて、
上記複数の電極端子は、ケースの開口部を囲む上壁の一辺から引き出され蓋の上面に沿うように折り曲げられ、
上記蓋は、ケースの開口端に沿って電極端子側に向けてスライドさせることでケースに装着するように構成され、
更に、上記蓋内には、上記電極端子を貫通し外部配線を該電極端子に締め付ける螺子と螺合するナットを支持するナット支持部が設けてあることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項３】
上記蓋は、ナット支持部をスライド方向に関し複数の電極端子とケース内の収納部品との間に位置するようにケース開口端上に配置した状態で、電極端子側に向けてスライドさせることでケースに装着することを特徴とする請求項２に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項４】
上記蓋及びケースの形状は、ナット支持部をスライド方向に関しケース内の収納部品を挟んで複数の電極端子と反対側に位置するようにボックス開口端上に配置した状態で、蓋を電極端子側に向けてスライドさせる際に、ナット支持部と収納部品との干渉を防止するように設計されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項５】
上記ケースの開口部を囲む上壁は、第１の高さを有する第１の部分と、第１の高さよりも所定の高さだけ高い第２の部分とを備え、
蓋は、ナット支持部がスライド方向に関してケース内の収納部品の上流側から下流側に移動する際に第２の部分上をスライドし、その後、第１の部分上をスライドしてケースに装着されることを特徴とする請求項４の半導体パワーモジュール。
【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用いる半導体パワーモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体パワーモジュールとして、ケース内に電力用半導体チップを配設し、上面を蓋で覆う構造のものがある。
【０００３】
図１１（ａ），（ｂ）に示す上記従来例である半導体パワーモジュール１００は、矩形状に形成されており、電力用半導体チップなど各種部品が矩形状の放熱板１０２上に積み重ねられ、放熱板１０２を囲むように枠状の樹脂ケース１０４が設けてある。なお、図において、符号１０６は、放熱板１０４の各頂点部に設けた穴であって、放熱板１０４を外部の冷却部材にボルトで締め付けるための取付けボルト用穴である。
【０００４】
ケース１０４は、上端が開放されており、ケース１０４の開口部は蓋１１０により閉じられる。蓋１１０は、上から押し込むようにしてケース１０４に装着する。開口部の周縁部を形成するケース１０４の一辺から、ケース１０４内に収納された半導体チップとボンディングワイヤを介して電気的に接続された電極端子１１２が引き出されるとともに、ケース内側に折り曲げられている。電極端子１１２には貫通孔１１４が設けてある。ケース１０４内には、貫通孔１１４と位置合わせされ、貫通孔１１４と同軸上にナット挿入用穴（図示せず）が形成されており、該穴内にナット(図示せず）が挿入されるようになっている。貫通孔１１４の内径は、ナットの内径と略等しいかあるいは僅かに大きく設定されており、電極端子１１２上にバスバー（外部配線）を配置した状態でナットに螺子(図示せず）を螺合することで、バスバーを電極端子１１２に固定できるようになっている。
【０００５】
図１２（ａ），（ｂ）に示す別の従来例である半導体パワーモジュール２００では、電極端子２１２は、ケース２０４外側に折り曲げられ、開口部の周縁部を形成するケース２０４部分に対向する点で半導体モジュール１００と異なり、蓋２１０が上から押し込むようにしてケース２０４に装着する点は半導体モジュール１００と同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように電極端子１１２、２１２を折り曲げた構成では、電極端子と接合するためのナットを収容するケース１０４、２０４部分が必要となり、モジュールが大型化する。
【０００７】
そこで、図１３（ａ），（ｂ）に示す半導体モジュール３００では、蓋３１０側にナットを配置し、電極端子３１２を折り曲げない状態（図の実線位置３１２ａ）で、蓋３１０を上から押し込むようにしてケース３０４に装着し、その後電極端子３１２をケース３０４内側（図の点線位置３１２ｂ）に折り曲げることにより、電極端子３１２の貫通孔３１４を蓋３１０のナットに位置合わせするようになっている。
【０００８】
この構成では、図１１、１２の場合に比べてモジュールを小型化することができる。しかしながら、電極端子３１２が立ったままでワイヤボンディングを行う必要があるため、電極端子を折り曲げた状態でワイヤボンディングを行う場合に比べて、ボンディングツールを長くする必要があり、その結果ボンディングの精度が低下する。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、小型化が実現できるとともにワイヤボンディングが高精度で行える半導体パワーモジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る半導体パワーモジュールは、
上端が開放され内部に電力用半導体チップを配設したケースと、ケースの開口部を塞ぐ蓋とを有し、電力用半導体チップと電気的に接続された電極端子を外部に引き出した半導体パワーモジュールにおいて、
電極端子は、ケースから引き出され蓋の上面に沿うように折り曲げられ、
蓋は、ケースの開口端に沿ってスライドさせることでケースに装着するように構成され、
蓋内には、電極端子を貫通し外部配線を該電極端子に締め付ける螺子と螺合するナットを支持するナット支持部が設けてあることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る半導体パワーモジュールは、
上端が開放され内部に電力用半導体チップを配設したケースと、ケースの開口部を塞ぐ蓋とを有し、電力用半導体チップと電気的に接続された複数の電極端子を外部に引き出した半導体パワーモジュールにおいて、
複数の電極端子は、ケースの開口部を囲む上壁の一辺から引き出され蓋の上面に沿うように折り曲げられ、
蓋は、ケースの開口端に沿って電極端子側に向けてスライドさせることでケースに装着するように構成され、
蓋内には、電極端子を貫通し外部配線を該電極端子に締め付ける螺子と螺合するナットを支持するナット支持部が設けてあることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る半導体パワーモジュールは、請求項２に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
蓋は、ナット支持部をスライド方向に関し複数の電極端子とケース内の収納部品との間に位置するようにケース開口端上に配置した状態で、電極端子側に向けてスライドさせることでケースに装着することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る半導体パワーモジュールは、請求項２に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
蓋及びケースの形状は、ナット支持部をスライド方向に関しケース内の収納部品を挟んで複数の電極端子と反対側に位置するようにボックス開口端上に配置した状態で、蓋を電極端子側に向けてスライドさせる際に、ナット支持部と収納部品との干渉を防止するように設計されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る半導体パワーモジュールは、請求項４に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
ケースの開口部を囲む上壁は、第１の高さを有する第１の部分と、第１の高さよりも所定の高さだけ高い第２の部分とを備え、
蓋は、ナット支持部がスライド方向に関してケース内の収納部品の上流側から下流側に移動する際に第２の部分上をスライドし、その後、第１の部分上をスライドしてケースに装着されることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、本願明細書では、方向を表す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、およびこれらの用語を含む別の用語）を適宜用いるが、説明に用いる図面中の方向を示すだけのものであって、これらの用語によって本発明が限定的に解釈されるべきでない。
【００１８】
実施の形態１．
図１〜３を参照して本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモジュールを説明する。この半導体パワーモジュール２は、２つの電源端子、Ｐ端子及びＮ端子を介して外部電源から供給された電力を、内部の回路によりＵ、Ｖ、Ｗ相のいずれかの相に対応して制御し、制御された電力を１つの出力端子を介して外部へ出力するものである。このような半導体パワーモジュール２を３つ利用してインバータ装置に適用する。
【００１９】
具体的に、半導体パワーモジュール２は、矩形状に形成されており、以下に示す各種部品が矩形状の放熱板４上に積み重ねられ、放熱板４を囲むように枠状の樹脂ケース６が設けてある。ケース６の上側に設けた開口部は、蓋８で閉じられるようになっている。後で詳述するように、蓋８は、ケース６に対しスライド式に装着されるようになっている。放熱板４の各頂点部には、放熱板４を外部の冷却部材にボルトで締め付けるための取付けボルト用穴９が設けてある。
【００２０】
放熱板４の表面には、絶縁基板１０が半田などのろう材１１を介して接合されている。絶縁基板１０の上面には、銅からなる所定の回路パターン１２が形成されている。回路パターン１２には、半導体パワーモジュール２の用途、目的に応じて設けられた複数の半導体チップ１６（例えばＩＧＢＴ、ダイオード）が、ろう材（図示せず）で接合され、実装されている。半導体チップ１６同士は、アルミなどの金属細線１８を介して互いに接続されている。
【００２１】
ケース６の側面には制御用コネクタ２０が配置されている。制御用コネクタ２０は、外部回路と内部回路との間で制御信号のやりとりをするためのコネクタである。具体的には、制御用コネクタ２０のコネクタピン２２は、ケース６内の上方空間に配置された制御基板２４上に形成された所定の回路パターン（図示せず）に、金属細線（図示せず）を介して電気的に接続されている。制御基板２４上には半田（図示せず）を介して、半導体チップ１６を制御するための制御用チップ２５が搭載されている。なお、図２では、制御基板２４上に配設された各種部品は図示が省略されている。制御基板２４上の回路パターンは、上下方向に伸びた中継端子２６の一端に接続されている。中継端子２６の他端は、絶縁基板１０近傍に設けた導体パッド２８に接続されている。この導体パッド２８には、金属細線１８を介して、絶縁基板１０上の回路パターン１２が電気的に接続されている。
【００２２】
制御基板２４と絶縁基板１０との間には、ノイズ遮蔽のための導電性のシールド板３０が配置されている。シールド板３０は、例えば図示しない中継端子を介して接地されている。
【００２３】
シールド板３０よりも下方のケース６の内部空間は、絶縁性を確保するためにシリコンゲル３２で充填されている。
【００２４】
３つの電極板３４ａ，３４ｂ，３４ｃが樹脂ケース６にインサートされ、一体成形されている。電極板３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、相互に絶縁されるとともにケース６の開口部を囲む一辺（図の例では長手方向に伸びる辺）からケース６外部に引き出され、図１に示すように蓋８の表面に沿うように内側に折り曲げられ、それぞれ電力用外部接続端子（主回路接続端子）である直流端子のＰ端子、Ｎ端子、及び交流端子を形成する。Ｐ端子を構成する電極板３４ａの他端、Ｎ端子を構成する電極板３４ｂの他端、及び交流端子を構成する電極板３４ｃの他端は、金属細線を介して、回路パターン１２や半導体チップ１６に接続されており、この結果、半導体パワーモジュール２の動作時には、Ｐ端子３４ａからＮ端子３４ｂに流れる直流電流が、制御用コネクタ２０から入力された制御信号に基づいた半導体チップ１６の作用により交流電流に変換され、この交流電流が交流端子３４ｃから出力される。このとき、半導体チップ１６で発生した大量の熱は、絶縁基板１０を介して放熱板４に伝達し、さらにボルト用穴９を介してボルトにより放熱板４に取付けられた放熱フィンなどの外部冷却部材に放熱される。
【００２５】
図４は、蓋８をケース６に装着した状態での図３に類似した断面図である。蓋８は、ケース６の開口端に沿って図２右側から左側に向けて、すなわち電極端子３４（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ）の位置する辺側とは反対側の辺側から電極端子３４が位置する辺側に向けてスライドさせることで図４のようにケース６上部を覆うようになっている。図４に示すように、スライドが完了した状態で、折り曲げられた電極端子３４の下面と蓋８の上面が対向する。各電極端子３４には貫通孔３６が設けてあり、蓋８の下面側には、貫通孔３６と位置合わせされ、貫通孔３６と同軸上にナット挿入用穴が形成されており、該穴内にナット３８が挿入されている。貫通孔３６の内径は、ナット３８の内径と略等しいかあるいは僅かに大きく設定されており、電極端子３４上にバスバー（図示せず）を配置した状態でナット３８に螺子(図示せず）を螺合することで、バスバーを電極端子３４に固定できるようになっている。
【００２６】
なお、図の例では、蓋８は、電極端子３４と対向する部分を含む領域が他の領域に比べて高くなるように段差を設けてあるが、蓋８の形状は本発明を限定するものではなく、例えばナット支持部４０を除く蓋部分が平坦状に形成されていてもよい。
【００２７】
蓋８は、ケース６の開口部を囲む４辺のうち短辺に沿って伸びたガイド上をスライドする。このガイドの断面形状はどのようなものであってもよく、例えば図５（ａ）に示すようにケース６側に断面矩形状の凸部を設けるとともに、蓋８側にこれに係合する凹部を設けるようにしてもよいし、これとは逆に図５（ｂ）に示すように蓋８側に断面矩形状の凸部を設けるとともに、ケース６側にこれに係合する凹部を設けるようにしてもよい。あるいは、図（ｃ）に示すように、ケース６側及び蓋８側に互いに係合する段部を設けてもよい。
【００２８】
蓋８の下面側に設けたナット支持部４０が制御基板２４上の部品に干渉する場合は、まず、ナット支持部４０をスライド方向に関して電極端子３４と上記部品との間に位置するように蓋８をケース６上に配置した上で、蓋８を電極端子３４側に向けてスライドさせることでケース６に装着すればよい。これにより、ナット支持部４０の通路を確保するためにモジュールの厚みを大きくするのを避けることができる。
【００２９】
図６は、ボンディング装置の一例を示す概略側面図である（図では、構成を一部省略して図示してある。）。このボンディング装置５０は、ウェッジツール５２をボンディングツールとして用いている。ウェッジツール５２には、ホーン５４を介して超音波振動子５６が接続されており、ツール５２先端でアルミからなるワイヤ５８を半導体チップ１６や回路パターン１２に押し付けた状態で、超音波振動子５６を駆動することで、ワイヤ５８を半導体チップ１６等に熱圧着する。
【００３０】
図７に示すように、図１３の従来例と同様に電極端子３４を立たせた状態でワイヤボンディングを行う際に、ボンディングされる対象物（半導体チップ１６や回路パターン１２）表面から電極端子３４上端までのワーク高さｄ１（例えば５０ｍｍ）に比べて、上記表面とボンディング装置５０の部品（例えばホーン５４など）との間に必要とされるボンディングクリアランスｄ２（例えば４０ｍｍ）が短い場合、ボンディング装置５０と電極端子３４が干渉する可能性がある。したがって、干渉を避けるためボンディングツール５２を長くする必要があるため、その分ボンディング位置の精度が低下する。
【００３１】
これに対し、本実施形態では、電極端子３４は折り曲げた状態でワイヤボンディングが行えるために（図１３の従来例では、電極端子が立った状態で蓋を閉じる必要があるため、ワイヤボンディングは電極端子が立った状態で行う必要がある。）、ボンディングツール５２を短くできる。その結果、ワイヤボンディングの位置の精度向上を図ることができるとともに、ボンディング装置５０の小型化・低コスト化を図ることができる。
【００３２】
なお、図１１、１２の従来例に示す半導体パワーモジュールでは、電極端子を折り曲げた状態でワイヤボンディングを行うことができるが、本実施形態では、これらのモジュールに比べて小型のモジュールを提供できる利点を有する。
【００３３】
実施の形態２．
本実施形態に係る半導体パワーモジュールは、電極端子の位置する辺側とは反対側の辺側から電極端子が位置する辺側に向けてスライドした場合に、蓋の下面側に設けたナット支持部がケース内に収納された部品に干渉するのを防止するための構成を備えている。以下、実施の形態１と同一の構成要素に対しては同一の符号を用いる。また、説明の都合上、スライド方向をＸ方向、これに直交し電極端子の配置方向をＹ方向とする。
【００３４】
図８〜１０を参照して、本実施形態に係る半導体パワーモジュール６０の蓋８’は、下面側にナット３８が配置された第１の水平部６２と、該水平部６２よりも下面（ナット支持部４０を除く。）が所定の高さだけ高い第２の水平部６４と、第１及び第２の水平部６２、６４を連結する段部（垂直部）６６とを有する。
【００３５】
一方、ケース６’は、蓋８’の第１の水平部６２をＸ方向に沿ってガイドし、その結果ナット支持部４０が電極端子３４の下側まで案内されるよう、第１の水平部６２のＹ方向両端部に対向してＸ方向に伸びた第１の水平ガイド６８（図９では斜線部で示されている。）を有する。第１の水平ガイド６８は、電極端子３４配置側の一辺と対向する辺の近傍まで伸びており、上面が第１の水平ガイド６８よりも上記所定の高さだけ高い第２の水平ガイド７２に接続されている。
【００３６】
この構成によれば、ナット支持部４０をケース内に収納された部品（例えば部品７４）を挟んで電極端子３４と反対側に位置するようにボックス６’の開口端上に配置した状態で、蓋８’を電極端子３４側に向けてスライドを開始しても、図８に示すように、蓋８’の第１の水平部６２が第２の水平ガイド７２上をスライドする間は、ナット支持部４０がケース６’内に収納された部品（例えば部品７４）と干渉せず、ナット支持部４０はスライド方向（Ｘ方向）に関して収納部品７４の下流側に移動する。さらに蓋８’をＸ方向にスライドして、第１の水平部６２の後端（垂直部６６）が第２の水平ガイド７２を通過すると、蓋８’は上記所定高さだけ下に沈み、今度は、第１の水平部６２が第１の水平ガイド６８上を、第２の水平部６４が第２の水平ガイド７２上をスライドする（図９参照）。さらに蓋８’をＸ方向にスライドして、図１０に示すように、蓋８’でケース６’を完全に覆う。
【００３７】
なお、図９に最もよく示されるように、蓋８’の垂直部６６のＹ方向両側端部は、蓋８’が沈んだ後ケース６’の側壁７６に沿ってスライドするようになっており、これにより図１０のように蓋８’でケース６’を閉じた際にケース６’の閉鎖性が保たれる。
【００３８】
以上、本発明の具体的実施形態について説明したが、本発明はこれらに限らず種々改変可能である。例えば、上記実施形態では、複数の電極端子をケースの開口部を囲む一辺から引き出したが、蓋をケースにスライドして装着できる構成であれば、電極端子を一辺に配置する必要は必ずしもない。但し、上記実施形態のように電極端子を一辺に配置した方が蓋をケースにスライドする構成を簡単にできる点で好ましい。これに関し、上記実施形態では、電極端子３４は、Ｐ端子、Ｎ端子及び１つの交流端子の３つとして説明したが、Ｐ端子、Ｎ端子及び３つの交流端子を備えた半導体パワーモジュールの場合、これら５つの電極端子をケースの開口部を囲む一辺から引き出すようにすれば、蓋をケースにスライド式に装着する構成をとることは比較的容易となる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明によれば、電極端子を折り曲げた状態でワイヤボンディングを行えるので、ボンディングツールを短くできる。
【００４０】
請求項２または４に記載の本発明によれば、電極端子と接合するためのナットを蓋側に配置することで、ケース側にナットを収容するスペースを省略できるので、モジュールの小型化を図ることができる。
【００４１】
請求項３に記載の本発明によれば、複数の電極端子をケースの開口部を囲む城壁の一辺から引き出しているため、蓋をケースの開口端に沿ってスライド式に装着する構成を比較的簡易にすることができる。
【００４２】
請求項５に記載の本発明によれば、蓋側に設けたナット支持部が収納部品と干渉する場合、まず、ナット支持部をスライド方向に関して電極端子と収納部品との間に位置するように蓋をケース上に配置した上で、蓋を電極端子側に向けてスライドさせてケースに装着しており、これにより、ナット支持部の通路を確保するためにモジュールの厚みを大きくするのを避けることができる。
【００４３】
請求項６または７に記載の本発明によれば、蓋側に設けたナット支持部が収納部品と干渉する場合、蓋及びケースの形状を、ナット支持部をスライド方向に関しケース内の収納部品を挟んで複数の電極端子と反対側に位置するようにボックス開口端上に配置した状態で、蓋を電極端子側に向けてスライドさせる際に、ナット支持部と収納部品との干渉を防止するように設計することにより、ケース内の収納部品の配置の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモジュールを示す外観図。
【図２】  図１のモジュールの内部構造を示す平面図。
【図３】  図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】  蓋をケースに装着した状態での図３に類似した断面図。
【図５】  蓋をケース上端に沿ってガイドするための蓋とケースの係合例を示す断面図。
【図６】  （ａ）ボンディング装置の一例を示す概略側面図。（ｂ）ボンディングツールの先端部近傍を示す拡大斜視図。
【図７】  電極端子を立てた状態でワイヤボンディングを行う場合の干渉の様子を示す側面図であって、一部破断して示されている。
【図８】  本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュールを示す断面図であって、蓋を閉める途中の状態を示す。
【図９】  本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュールを示す外観図であって、蓋をケースに完全に装着する直前の状態を示す。
【図１０】  本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュールを示す断面図であって、蓋をケースに完全に装着した状態を示す。
【図１１】  （ａ）従来の半導体パワーモジュールの一例を示す概略的な上面図。（ｂ）図１１（ａ）の半導体パワーモジュールの側面図。
【図１２】  （ａ）従来の半導体パワーモジュールの別の例を示す概略的な上面図。（ｂ）図１２（ａ）の半導体パワーモジュールの側面図。
【図１３】  （ａ）従来の半導体パワーモジュールのさらに別の例を示す概略的な上面図。（ｂ）図１３（ａ）の半導体パワーモジュールの側面図。
【符号の説明】
２：半導体パワーモジュール、４：放熱板、６：ケース、８：蓋、１６：半導体チップ、３４：電極端子（電極板）、３８：ナット、４０：ナット支持部、６０：半導体パワーモジュール、６８：ケースの第１の水平ガイド、７２：ケースの第２の水平ガイド、７４：収納部品。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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