JP2011103367A - Power semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力用半導体装置に関し、特に、トランスファーモールド型モジュールの主電極端子と樹脂製ケース内に設けた外部出力端子とをアーク溶接によって接合された電力用半導体装置に関する。 The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly, to a power semiconductor device in which a main electrode terminal of a transfer mold type module and an external output terminal provided in a resin case are joined by arc welding.
モータ制御、業務用エアコン等のインバータ、昇圧用のコンバータ、NC制御等に用いられる電力用半導体装置において、銅やアルミ等の金属製の放熱板上にシリコン系のグリスを介してトランスファーモールド型モジュール(T−PM)の放熱面を圧接し、トランスファーモールド型モジュールの主電極端子と樹脂製のケース(以下、樹脂ケースとする)内に設けた外部出力端子とを水平方向に重ね合わせて、半田付け等によって接合された電力用半導体装置がある(例えば、特許文献1参照)。また、樹脂ケースの壁部から所定の間隔位置において、端子同士を垂直方向に重ね合わせてアーク溶接によって接合したものもある。 In power semiconductor devices used for motor control, inverters for commercial air conditioners, boost converters, NC control, etc., transfer mold type modules via silicon grease on a heat sink made of metal such as copper or aluminum The heat radiation surface of (T-PM) is pressed and the main electrode terminal of the transfer mold module and the external output terminal provided in a resin case (hereinafter referred to as a resin case) are overlapped in the horizontal direction and soldered. There is a power semiconductor device joined by attaching or the like (see, for example, Patent Document 1). In addition, there is a case where terminals are overlapped in the vertical direction and joined by arc welding at a predetermined distance from the wall of the resin case.
特許文献1では、端子同士が水平方向に重ね合わせて接合されているため、接合部の裏面側の接合状態が確認できないという問題がある。また、冷熱サイクル時の熱膨張によって端子の接合部分に応力がかかるという問題がある。 In patent document 1, since the terminals are overlapped and joined in the horizontal direction, there is a problem that the joining state on the back side of the joining portion cannot be confirmed. In addition, there is a problem that stress is applied to the joint portion of the terminal due to thermal expansion during the cooling / heating cycle.
また、端子同士を垂直方向に重ね合わせてアーク溶接によって接合する場合では、アーク溶接時に発生する熱によって樹脂ケースの壁部が溶融してしまい、外観が悪くなるという問題がある。このような問題の対策として、溶接部と樹脂ケースの壁部との距離をある程度離す必要があり、パッケージ(電力用半導体装置全体)の小型化に限度があった。 Further, when the terminals are overlapped in the vertical direction and joined by arc welding, there is a problem that the wall portion of the resin case is melted by heat generated during arc welding and the appearance is deteriorated. As a countermeasure for such a problem, it is necessary to increase the distance between the welded portion and the wall portion of the resin case to some extent, and there is a limit to downsizing of the package (the entire power semiconductor device).
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、端子同士をアーク溶接によって接合する場合であってもパッケージの小型化が可能な電力用半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a power semiconductor device capable of downsizing a package even when terminals are joined together by arc welding. .
上記の課題を解決するために、本発明による電力用半導体装置は、高さ方向に壁部を有する樹脂ケースと、樹脂ケースの壁部に固定され、壁部の内壁面上に露出した露出部を有する外部出力端子と、電極端子を突出させてモールド樹脂で封止された半導体モジュールとを備える電力用半導体装置であって、外部出力端子と電極端子とは、外部出力端子の露出部と対向するように、壁部から所定の間隔位置で高さ方向に重ね合わせて接合されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a power semiconductor device according to the present invention includes a resin case having a wall portion in the height direction, and an exposed portion fixed to the wall portion of the resin case and exposed on the inner wall surface of the wall portion. A power semiconductor device comprising: an external output terminal having an electrode terminal; and a semiconductor module projecting from the electrode terminal and sealed with a mold resin, wherein the external output terminal and the electrode terminal face an exposed portion of the external output terminal As described above, it is characterized in that they are overlapped and joined in the height direction at predetermined intervals from the wall.
本発明によると、樹脂ケースの壁部に固定され、壁部の内壁面上に露出した露出部を有する外部出力端子と、電極端子を突出させてモールド樹脂で封止された半導体モジュールとを備え、外部出力端子と電極端子とは、外部出力端子の露出部と対向するように、壁部から所定の間隔位置で高さ方向に重ね合わせて接合されているため、端子同士をアーク溶接によって接合する場合であってもパッケージの小型化が可能となる。 According to the present invention, the external output terminal having an exposed portion fixed to the wall portion of the resin case and exposed on the inner wall surface of the wall portion, and the semiconductor module having the electrode terminal protruding and sealed with the mold resin are provided. The external output terminal and the electrode terminal are joined to each other by arc welding because they are overlapped and joined in the height direction at a predetermined distance from the wall so as to face the exposed part of the external output terminal. Even in this case, the package can be downsized.
本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず初めに、本発明の前提となる技術について説明する。 First, the technology that is the premise of the present invention will be described.
図6は、前提技術による電力用半導体装置の断面図であり、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やFWDi(Free Wheeling Diode)等のパワーデバイス素子を搭載した2素子インバータ結線における電力用半導体装置の1相分の断面図である。図6に示すように、銅やアルミ等の放熱板13上にシリコン系のグリス14を介してトランスファーモールド型モジュール3の放熱面がネジまたは金属製の板によって圧接されている。そして、トランスファーモールド型モジュール3に設けられた銅等の金属からなる主電極端子4と、放熱板13上に固定されたPPS(Polyphenylene sulfide)等からなる樹脂ケース10の壁内にインサート成形によって形成された銅等の金属からなる外部出力端子11とが、垂直方向に重ね合わせてアーク溶接によって接合部5のように接合されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a power semiconductor device according to the premise technology. 1 of the power semiconductor device in a two-element inverter connection on which power device elements such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and FWDi (Free Wheeling Diode) are mounted. It is sectional drawing of a phase part. As shown in FIG. 6, the heat radiating surface of the
図7は、前提技術によるトランスファーモールド型モジュール3の断面図である。図7に示すように、トランスファーモールド型モジュール3には半導体素子15が2つ備えられており、各半導体素子15には共通して主電極端子4が半田19によって電気的に接続されている。また、一方の半導体素子15は、Alワイヤー20によって信号端子12と電気的に接続されている。各半導体素子15の裏面側(図1のグリス14側)には半田を介してヒートスプレッダ16、絶縁シート17、銅箔18が順に設けられている。そして、主電極端子4および信号端子12の一端を露出してモールド樹脂21によって封止して形成されている。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the transfer
図8は前提技術による電力用半導体装置の断面図であり、図9は樹脂ケース10の一壁面および当該一壁面に埋め込まれた外部出力端子11の斜視図である。図8に示すように、主電極端子4と外部出力端子11との接合部5は、溶接電極22によるアーク溶接によって接合されている。ここで、αは樹脂ケース10の内壁と、主電極端子4に接合された外部出力端子11との距離を示し、βは樹脂ケース10の壁内にインサート形成された外部出力端子11と、樹脂ケース10の内壁との距離を示し、X1は樹脂ケース10にインサート形成された外部出力端子11と主電極端子4に接合された外部出力端子11との距離を示している。なお、ここでは、グリス14は図示していないが形成されているものとする(以下、他図においてもグリス14は形成されているものとする)。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the power semiconductor device according to the base technology, and FIG. 9 is a perspective view of one wall surface of the
前提技術による電力用半導体装置では、主電極端子4と外部出力端子11とが垂直(高さ)方向に重ね合わせて接合されているため、両端子の溶接部分が上方から容易に確認できる。また、冷熱サイクル時の熱膨張によって接合部分にかかる応力が軽減される。しかしながら、図8に示すように、アーク溶接時に発生する熱で樹脂ケース10の壁部が溶融することによる外観の不良を防ぐために、接合部5は樹脂ケース10の内壁から距離αの間隔を空けて形成する必要がある。従って、距離X1はα+β分の間隔を設ける必要があり、パッケージの小型化に限度があった。
In the power semiconductor device according to the base technology, the
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、以下に詳細を説明する。 The present invention has been made to solve these problems, and will be described in detail below.
〈実施形態1〉
図1は本発明の実施形態1による電力用半導体装置の断面図であり、図2は樹脂ケース1の一壁面および当該一壁面に固定された外部出力端子2の斜視図である。図1に示すように、電力用半導体装置は、垂直(高さ)方向に壁部を有する樹脂ケース1と、樹脂ケース1の壁部に固定され、壁部の内壁面上に露出した露出部を有する外部出力端子2と、主電極端子4(電極端子)を突出させてモールド樹脂21で封止されたトランスファーモールド型モジュール3(半導体モジュール)とを備えている。なお、トランスファーモールド型モジュール3の構成は、図7に示す前提技術による構成と同様である。
<Embodiment 1>
1 is a cross-sectional view of a power semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of one wall surface of a resin case 1 and an
外部出力端子2と主電極端子4とは、外部出力端子2の露出部と対向するように、樹脂ケース1の壁部から所定の間隔位置(X2=α)で垂直方向に重ね合わせて、溶接電極22によるアーク溶接によって接合部5のように接合されている。このように、外部出力端子2と接合部5との距離(X2=α)は、図8に示す前提技術による電力用半導体装置と比較すると、樹脂ケース10の壁部から幅β分が取り除かれているため、前提技術(X1=α+β)よりも短くなっている。また、接合部5の近傍(アーク溶接によって高温になる範囲)において、接合部5に対向して樹脂ケース1の壁部に固定された外部出力端子2は、樹脂ケース1の壁部の内壁面上に露出して露出部を形成している。
The
以上のことから、前提技術(図8)と比較すると、外部出力端子2と接合部5との距離が幅β分だけ短くなっているため、パッケージの小型化が可能となる。また、少なくとも接合部5の近傍において、接合部5に対向して樹脂ケース1の壁部に固定された外部出力端子2を露出させることによって、アーク溶接による樹脂ケース1の溶融を防ぐことができる。
From the above, the distance between the
〈実施形態2〉
図3は、本発明の実施形態2による電力用半導体装置の断面図である。図3に示すように、本実施形態2では、外部出力端子6が樹脂ケース1の壁部から外部に向かって水平(横)方向に突出して形成されていることを特徴としている。その他の構成は実施形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
<
FIG. 3 is a cross-sectional view of a power semiconductor device according to
図3に示すように、外部出力端子6は、溶接電極22によるアーク溶接によって接合部5を形成する時に樹脂ケース1の溶融を回避する位置から外部に向かって水平方向に突出している。
As shown in FIG. 3, the
以上のことから、外部出力端子6を樹脂ケース1の壁部から外部に向かって水平方向に突出して形成しているため、外部出力端子6を強固に固定することが可能となる。また、外部出力端子6の露出部により、実施形態1と同様の効果が得られる。
From the above, since the
〈実施形態3〉
図4は、本発明の実施形態3による樹脂ケース1の一壁面および当該一壁面に固定された外部出力端子7の斜視図である。図4に示すように、本発明の実施形態3では、外部出力端子7の露出部が樹脂ケース1の壁面に沿ったL字形状であることを特徴としている。その他の構成は実施形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
<
FIG. 4 is a perspective view of one wall surface of the resin case 1 according to
図4に示すように、外部出力端子7は、樹脂ケース1の壁部の壁面に沿ったL字形状となっている。
As shown in FIG. 4, the
以上のことから、外部出力端子7を樹脂ケース1の壁部の壁面に沿ったL字形状としているため、外部出力端子7を強固に固定することが可能となるとともに、外部出力端子7の位置決めが容易となる。
From the above, since the
なお、外部出力端子7を実施形態2に示すように水平方向に折り曲げて形成してもよく、その場合はさらに強固に固定される。
The
〈実施形態4〉
図5は、本発明の実施形態4による樹脂ケース1の一壁面および当該一壁面に固定された外部出力端子8の斜視図である。図5に示すように、本発明の実施形態4では、外部出力端子8の露出部は、少なくとも一箇所に樹脂ケース1の樹脂で埋め込まれた貫通孔9を有することを特徴としている。その他の構成は実施形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
<
FIG. 5 is a perspective view of one wall surface of the resin case 1 and the
図5に示すように、外部出力端子8に形成された貫通孔(カシメ用の穴)9は、外部出力端子8の設置時に樹脂ケース1の樹脂によって塞がれる。なお、貫通孔9は一箇所に形成されてもよく、複数箇所に形成されてもよい。
As shown in FIG. 5, a through hole (a caulking hole) 9 formed in the
以上のことから、外部出力端子8の露出部の少なくとも一箇所に樹脂ケース1の樹脂で埋め込まれた貫通孔9を形成することによって、外部出力端子8を強固に固定することが可能となる。
From the above, it is possible to firmly fix the
なお、外部出力端子8を実施形態2に示すように水平方向に折り曲げて形成してもよく、その場合はさらに強固に固定される。
The
また、外部出力端子8を実施形態3に示すようにL字形状にしてもよく、その場合は更に強固に固定されるとともに、外部出力端子8の位置決めが容易となる。
Further, the
1 樹脂ケース、2 外部出力端子、3 トランスファーモールド型モジュール、4 主電極端子、5 接合部、6,7,8 外部出力端子、9 貫通孔、10 樹脂ケース、11 外部出力端子、12 信号端子、13 放熱板、14 グリス、15 半導体素子、16 ヒートスプレッダ、17 絶縁シート、18 銅箔、19 半田、20 Alワイヤー、21 モールド樹脂、22 溶接電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resin case, 2 External output terminal, 3 Transfer mold type module, 4 Main electrode terminal, 5 Junction part, 6, 7, 8 External output terminal, 9 Through hole, 10 Resin case, 11 External output terminal, 12 Signal terminal, 13 heat sink, 14 grease, 15 semiconductor element, 16 heat spreader, 17 insulating sheet, 18 copper foil, 19 solder, 20 Al wire, 21 mold resin, 22 welding electrode.
Claims (4)
前記樹脂ケースの前記壁部に固定され、前記壁部の内壁面上に露出した露出部を有する外部出力端子と、
電極端子を突出させてモールド樹脂で封止された半導体モジュールと、
を備える電力用半導体装置であって、
前記外部出力端子と前記電極端子とは、前記外部出力端子の前記露出部と対向するように、前記壁部から所定の間隔位置で前記高さ方向に重ね合わせて接合されていることを特徴とする、電力用半導体装置。 A resin case having a wall in the height direction;
An external output terminal having an exposed portion fixed to the wall portion of the resin case and exposed on an inner wall surface of the wall portion;
A semiconductor module having electrode terminals protruding and sealed with a mold resin;
A power semiconductor device comprising:
The external output terminal and the electrode terminal are overlapped and joined in the height direction at a predetermined distance from the wall so as to face the exposed portion of the external output terminal. A power semiconductor device.
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