JP2001196531A - 電力用半導体モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂ケースと一体形成した出力端子を用い、
金属基板への樹脂ケースの接着と同時に金属基板の銅回
路上への出力端子の半田付けを確実に行うことを目的と
する。 【解決手段】 金属基板２上の絶縁基板４の表面に有す
る銅回路６ａ〜６ｄ上に半導体チップ８ａ〜８ｃや樹脂
ケース１０と一体形成した出力端子１２を取り付けるに
当たって、銅回路６ｄに半田付けされる出力端子１２の
折曲端面部１２ｃを、樹脂ケース１０と一体形成時に樹
脂ケース１０外へ露出させた出力端子１２の水平部１２
ｂを樹脂ケース１０と一体形成後に折り曲げ形成するよ
うにしたので、複数の出力端子１２、１４、１６であっ
ても、それらの折曲端面部１２ｃ、１４ｃ、１６ｃを銅
回路６ｄ上に確実に取り付けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電力用半導体モ
ジュールに関し、特に半導体等に接続される出力端子が
樹脂ケースと一体形成されている電力用半導体モジュー
ルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、出力端子が樹脂ケースと一体成形
によって該樹脂ケースに埋め込まれた構造の電力用半導
体モジュールとして、例えば図１のものがある。図１に
おいて、２は鉄、銅あるいはアルミニウムなどを用いた
金属基板であり、この金属基板２上に表面にパターン化
された銅回路６ａ〜６ｄを形成した絶縁基板４が貼り付
けられている。この絶縁基板４にはアルミナあるいは窒
化アルミニウムが用いられている。上記絶縁基板４上の
銅回路６ａ〜６ｃ上には半導体チップ８ａ、８ｂやその
他のチップ８ｃが半田付けされている。

【０００３】銅回路６ｄ上には、樹脂ケース１０の一方
の側壁部１０ａおよびそれに連接する底壁部１０ｂにＬ
字形状をなして埋め込まれている出力端子１２の上記底
壁部１０ｂから突出している一方端の折曲端面部１２ｃ
が半田付けされている。また、樹脂ケース１０内には半
導体チップ８ａや８ｂ等を超える高さまでゲル状の封止
材２４が充填され、半導体チップ８ａや８ｂ等が保護さ
れている。樹脂ケース１０内の封止材２４の上方には、
プリント配線基板２６が配置され、その上には、半導体
チップ８ａや８ｂ等を制御したり、保護したりするため
の部品２８ａ〜２８ｅが搭載されている。樹脂ケース１
０の上部には、該ケース１０内の気密性を保持するため
に蓋３０が被せられている。

【０００４】上記した図１の構成の電力用半導体モジュ
ールにおいて、樹脂ケース１０の一方の側壁部１０ａお
よびそれに連接する底壁部１０ｂに埋め込むようにして
形成されている出力端子１２の従来の態様について説明
すると、この出力端子１２は、図５（ａ）に示すよう
に、コイル状に巻かれている所要幅の銅板４０を引き出
し、所要長さＬに切断したのち、斜線部分４２ａ、４２
ｂ、４２ｃ、４２ｄを打ち抜き加工することによって、
図５（ｂ）のような一方側（上面側）を共通の帯状支持
部１８とする複数個の出力端子１２、１４、１６が得ら
れる。上記帯状支持部１８で支持されている複数の出力
端子１２、１４、１６は、上記打ち抜き加工と同時にそ
れぞれ図６のように所定位置で垂直部１２ａ、１４ａ、
１６ａと水平部１２ｂ、１４ｂ、１６ｂからなるＬ字状
に折り曲げられ、その水平部１２ｂ、１４ｂ、１６ｂの
先端部は、図１の銅回路６ｄ上との半田付けができるよ
うにさらに折り曲げられて折曲端面部１２ｃ、１４ｃ、
１６ｃが形成される。

【０００５】次いで、上記にて図６の形状にした帯状支
持部１８で支持されている複数の出力端子１２、１４、
１６を、所定の形状の樹脂ケース成形用のモールド（図
示せず）の一方の側壁部から底壁部内にセットし、該モ
ールド内にポリフェニレンサルファイド、ポリブチレン
テレフタレートなどの熱硬化性樹脂液を流し込み、帯状
支持部１８のやや下方を残して出力端子の垂直部１２
ａ、１４ａ、１６ａを樹脂ケース１０の垂直部１０ａ内
部に埋め込ませ、水平部１２ｂ、１４ｂ、１６ｂはそれ
らの折曲端面部１２ｃ、１４ｃ、１６ｃが露出するする
ようにして、これらを樹脂ケース１０の側壁部１０ａに
連接する底壁部１０ｂの表面に埋め込み、加熱硬化する
ことにより、図７に示すような、樹脂ケース１０の成形
と同時に該ケース内への出力端子１２、１４、１６の埋
め込みを行うことができる。その後、樹脂ケース１０の
上方に突出している出力端子１２、１４、１６の垂直部
１２ａ、１４ａ、１６ａが接続している帯状支持部１８
を切断する。

【０００６】図１のように銅回路６ａ〜６ｃ上に半田層
を介して半導体チップやその他の部品８ａ、８ｂ、８ｃ
が搭載され、銅回路６ｄ上にも半田層が形成されている
絶縁基板４を有する金属基板２の縁端部に、シリコーン
ゴムを塗布し、このシリコーンゴム上に上記で得られた
帯状支持部１８を切断した樹脂ケース１０を、該ケース
１０の底壁部１０ｂから露出している出力端子１２、１
４、１６の折曲端面部１２ｃ、１４ｃ、１６ｃが上記銅
回路６ｄ上に搭載するようにして被せ、これをリフロー
炉で加熱することにより、上記銅回路６ａ〜６ｃ上への
半導体チップやその他の部品８ａ、８ｂ、８ｃの半田付
け、銅回路６ｄ上への出力端子１２、１４、１６の折曲
端面部１２ｃ、１４ｃ、１６ｃの半田付けと同時に金属
基板２の縁端部への樹脂ケース１０の接着が行われ、図
１に示すような構成の電力用半導体モジュールが得られ
るのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、出力端
子１２、１４、１６の他方端に折曲端面部１２ｃ、１４
ｃ、１６ｃを形成した図６のような形状にした出力端子
を、モールドを用いて熱硬化性樹脂の加熱成形により、
図７に示すような樹脂ケース１０の成形と同時に該ケー
ス内への出力端子１２、１４、１６の埋め込みを行う場
合、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフ
タレートなどの熱硬化性樹脂による加熱成形後の冷却の
際に、樹脂の肉厚部分の内部などにおいて、冷却速度が
異なるために、得られた樹脂ケース１０の例えば底壁部
１０ｂが図８のように内側に湾曲するという問題があ
る。そして、このように湾曲した樹脂ケース１０を金属
基板２に適用すると、樹脂ケース１０内に埋め込まれて
いる出力端子１２、１４、１６から露出していて、銅回
路６ｄ₁ 、６ｄ₂ 、６ｄ₃ 上へ半田付けされるべきそれ
ぞれの折曲端面部１２ｃ、１４ｃ、１６ｃのうち、例え
ば、１４ｃが半田層２０ｂには接触せず、従って出力端
子１４だけは銅回路６ｄ₂ 上に半田付けされないという
事態が生ずることとなり、半田付けの信頼性が損なわ
れ、その結果得られる半導体モジュールがその機能を充
分に果たせないという問題が生じていた。

【０００８】この発明は、上記に鑑みて、銅回路上に半
田付けされる出力端子の折曲端面部の形成について検討
し、樹脂ケースに埋め込まれて樹脂ケースと一体形成さ
れる出力端子の成形時において加熱あるいはその後の冷
却過程で影響を受けることのないようにすることで、出
力端子折曲端面部の銅回路との半田付けの信頼性を向上
させたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の電力用
半導体モジュールは、金属基板上に設けた絶縁基板の表
面に有する銅回路上に半田層を介して搭載される電力用
半導体チップ、出力端子を、上記金属基板の周縁への樹
脂ケースの接着と同時に半田付けされる電力用半導体モ
ジュールにおいて、上記出力端子が銅板を用いてその一
方端を帯状支持部とし、その下方を所要幅に打ち抜いた
短冊状として形成され、この短冊状部分をＬ字状に折り
曲げ、該折り曲げ部分を上記金属基板の周縁に包被され
る樹脂ケースの側壁部および底壁部内に埋め込むように
して樹脂ケースと一体に形成するに当たって、上記出力
端子の他方端を樹脂ケースの底壁部から露出させ、樹脂
ケース成形後にこの露出した他方端を折り曲げて折曲端
面部とした構成の出力端子であることを特徴とするもの
である。

【００１０】請求項２に記載の電力用半導体モジュール
は、 上記請求項１において、銅板を用いてその一方端
を帯状支持部とし、その下方を所要幅に打ち抜いて形成
した短冊状の出力端子が複数個であり、この複数個の出
力端子をＬ字状に折り曲げて樹脂ケースの側壁部および
底壁部内に埋め込むようにして樹脂ケースと一体に形成
した後に、この樹脂ケースの底壁部から露出したそれぞ
れの他方端に折り曲げ形成する折曲端面部を、何れも絶
縁基板の表面に有する銅回路と接触可能に同じ高さに形
成形成したことを特徴とするものである。

【００１１】請求項１に記載の発明によれば、銅板を用
いてその一方端を帯状支持部とし、その下方を所要幅に
打ち抜いて短冊状として形成された出力端子を、この短
冊状部分を上記金属基板の周縁に包被される樹脂ケース
の側壁部および底壁部内に埋め込むようにして樹脂ケー
スと一体に形成するに当たって、上記出力端子の他方端
を樹脂ケースの底壁部から露出させ、樹脂ケース成形後
にこの露出した他方端を折り曲げて折曲端面部とする構
成としたことによって、上記出力端子の埋め込みと同時
に行う樹脂ケースの成形に当たって、加熱、冷却の工程
で歪みによって樹脂ケースに変形が生じた場合でも、銅
回路上に半田付けされる出力端子の折曲端面部は樹脂ケ
ース成形後に折り曲げ形成されるので、上記樹脂ケース
の変形に全く影響を受けることなく、銅回路に接触する
ように形成することができ、出力端子折曲端面部の銅回
路との半田付けの信頼性を大幅に向上させることができ
る。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、上記請求
項１において、銅板を用いてその一方端を帯状支持部と
し、その下方を所要幅に打ち抜いて形成される短冊状の
出力端子が複数個であっても、樹脂ケースの側壁部およ
び底壁部内に埋め込むようにして樹脂ケースと一体に形
成した後に、この樹脂ケースから露出しているそれぞれ
の他方端を折曲端面部とするので、たとえ複数個の出力
端子であっても、何れも絶縁基板の表面に有する銅回路
と接触するように同じ高さに折曲端面部を形成すること
ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明について詳細に説
明する。なお、この発明に係る電力用半導体モジュール
の主要構成は、上記した図１と同様であるので、その説
明は省略する。また、以下に示す図において、図１と同
じ部位には同じ符号を用いた。

【００１４】図２〜図４はこの発明で図１と同じ主要構
成の電力用半導体モジュールを得るに当たって用いる出
力端子の製造工程を示している。まず、図２は所要形状
のモールドにより熱硬化性樹脂を用いて樹脂ケース１０
を成形する際に、該樹脂ケース１０に埋め込まれる出力
端子群Ａの斜視図である。この出力端子群Ａは、図５
（ａ）に示すように、コイル状に巻かれている所要幅の
銅板４０を引き出し、所要長さＬに切断したのち、斜線
部分４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを打ち抜き加工す
ることによって得られた、図５（ｂ）のような一方側
（上面側）を共通の帯状支持部１８とする所要大きさの
短冊状の複数の出力端子１２、１４、１６を、上記打ち
抜き加工後にそれぞれ所定位置Ｓで垂直部１２ａ、１４
ａ、１６ａと水平部１２ｂ、１４ｂ、１６ｂにＬ字状に
折り曲げられている。

【００１５】このようにＬ字状に折り曲げられ、一方端
が帯状支持部１８で接続している出力端子群Ａは、上述
したように、樹脂ケース成形用の所要形状のモールド
（図示せず）の一方の側壁部から底壁部内の所定位置に
載置される。この時、出力端子群Ａは複数の出力端子１
２、１４、１６の垂直部１２ａ、１４ａ、１６ａは、こ
れらが接続している帯状支持部１８のやや下方がモール
ドの側壁部外へ露出するように載置する。また、出力端
子１２、１４、１６のＳの位置でＬ字状に折り曲げられ
た水平部１２ｂ、１４ｂ、１６ｂは、樹脂ケースに埋め
込み成形後に銅回路上に接触させ、銅回路との半田付け
を行う折曲端面部を形成するために要する所要長さをモ
ールドの底壁部外へ露出するようにし、かつ樹脂ケース
１０の底壁部１０ｂの上面に位置するように載置する。

【００１６】上記のように出力端子群Ａをモールド内に
載置したのち、該モールド内にポリフェニレンサルファ
イド、ポリブチレンテレフタレートなどの熱硬化性樹脂
液を流し込み、加熱硬化することにより、図３（ａ）に
示すように、出力端子１２、１４、１６の帯状支持部１
８のやや下方の垂直部１２ａ、１４ａ、１６ａを埋め込
み、Ｌ字状に折り曲げられた水平部１２ｂ、１４ｂ、１
６ｂはそれらの端部を露出させ、中程を底壁部１０ｂの
上面に位置するように樹脂ケース１０で囲まれた出力端
子群Ａが得られる。

【００１７】次いで、上記で得られた図３（ａ）に示す
出力端子群Ａは、図４（ａ）のように帯状支持部１８を
切り離し、かつ樹脂ケース１０の底壁部１０ｂから外方
へ露出している各出力端子１２、１４、１６の水平部１
２ｂ、１４ｂ、１６ｂの端面を折り曲げて折曲端面部１
２ｃ、１４ｃ、１６ｃを形成する。この時、折曲端面部
１２ｃ、１４ｃ、１６ｃは、図４（ｂ）のようにこれら
がクリーム半田あるいは半田箔などの半田層を有してい
る銅回路に充分に接触する同じ高さにそれぞれを調整し
て形成することができる。

【００１８】出力端子群Ａを、上記したようにモールド
内の所要位置に載置して熱硬化性樹脂による樹脂ケース
の成形を行うとき、加熱後の冷却時に樹脂の肉厚の部分
の内部が他の部分に比べて冷却速度が異なることから、
図３（ｂ）のように樹脂ケース１０の底壁部１０ｂが内
側に湾曲するような場合がある。この湾曲に伴って、出
力端子１２、１４、１６の水平部１２ｂ、１４ｂ、１６
ｂの露出している部分の寸法に差異を生ずるが、この発
明の出力端子群Ａにおいては、上述したようにクリーム
半田あるいは半田箔などの半田層を有している銅回路上
へ出力端子群Ａを半田付けする際の折曲端面部１２ｃ、
１４ｃ、１６ｃを、図４のように樹脂ケース成形後に形
成するため、出力端子１２、１４、１６の水平部１２
ｂ、１４ｂ、１６ｂの露出している部分の寸法に多少差
異があっても、各出力端子１２、１４、１６の折曲端面
部１２ｃ、１４ｃ、１６ｃをクリーム半田あるいは半田
箔などの半田層２０を有している銅回路上に接触するよ
うに、同じ高さに調整することができるのである。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の電力用
半導体モジュールにおいては、樹脂ケースと一体形成さ
れた複数の出力端子であっても、内部の銅回路と確実に
半田付けすることができるので、半田付けの信頼性が向
上し、半導体モジュールとしての機能を充分に果たすこ
とができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】電力用半導体モジュールの主要構成を示す説明
図である。

【図２】この発明で用いる出力端子の形状の一例を示す
説明図である。

【図３】この発明で用いる樹脂ケースと一体形成した出
力端子の製造過程の一例を示す説明図である。

【図４】この発明で用いる樹脂ケースと一体形成した出
力端子の製造過程の一例を示す説明図である。

【図５】出力端子の製造過程の一例を示す説明図であ
る。

【図６】従来の出力端子を示す説明図である。

【図７】従来の樹脂ケースと一体形成した出力端子を示
す説明図である。

【図８】樹脂ケースと一体形成した従来の出力端子と銅
回路との半田付け時の状態を示す説明図である。

【符号の説明】

２ 金属基板 ４ 絶縁基板 ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 銅回路 ８ａ、８ｂ、８ｃ 半導体チップ １０ 樹脂ケース １２、１４、１６ 出力端子 １２ｃ、１４ｃ、１６ｃ 出力端子の折曲端面部 １８ 帯状支持部 ２０ 半田層

フロントページの続き (72)発明者 田中 成治 大阪府大阪市東淀川区西淡路３丁目１番56 号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 徳田 俊秀 大阪府大阪市東淀川区西淡路３丁目１番56 号 株式会社三社電機製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基板上に設けた絶縁基板の表面に有
   する銅回路上に半田層を介して搭載される電力用半導体
   チップ、出力端子を、上記金属基板の周縁への樹脂ケー
   スの接着と同時に半田付けされる電力用半導体モジュー
   ルにおいて、上記出力端子が銅板を用いてその一方端を
   帯状支持部とし、その下方を所要幅に打ち抜いた短冊状
   として形成され、この短冊状部分を上記金属基板の周縁
   に包被される樹脂ケースの側壁部および底壁部に埋め込
   むようにして樹脂ケースと一体に形成するに当たって、
   上記出力端子の他方端を樹脂ケースの底壁部から露出さ
   せ、樹脂ケース成形後にこの露出した他方端を折り曲げ
   て折曲端面部とした構成の出力端子であることを特徴と
   する電力用半導体モジュール。
2. 【請求項２】 上記請求項１において、銅板を用いてそ
   の一方端を帯状支持部とし、その下方を所要幅に打ち抜
   いた短冊状として形成される出力端子が複数個であり、
   樹脂ケースの側壁部および底壁部内に埋め込むようにし
   て樹脂ケースと一体に形成した後に、この樹脂ケースか
   ら露出したそれぞれの他方端に形成する折曲端面部を何
   れも絶縁基板の表面に有する銅回路と接触可能に同じ高
   さに形成したことを特徴とする電力用半導体モジュー
   ル。