JP3747699B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に関し、特にパワーデバイス、駆動回路、保護回路などを一つのパッケージに集積し、大電流を扱う主端子と制御信号を扱う制御端子とを備えた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
汎用インバータ、無停電電源装置、工作機械、産業用ロボットなどのパワーエレクトロニクス応用装置では、パワーデバイスが使用されているが、このパワーデバイスとしては、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)が主流になってきている。さらに、IGBTに加えてその駆動回路および保護回路を一つのモジュール内に集積して高性能、高機能化したインテリジェントパワーモジュールが実用化されている。
【0003】
このようなパワーモジュールは、複数のIGBTチップを組み合わせたパワースイッチング回路と、IGBTを駆動する回路と、過電流保護、短絡保護、加熱保護などの機能を備えた保護回路とをケース内に実装し、これらの回路はケースの外に形成された各種端子に接続されている。たとえば三相モータ駆動用に使われるインテリジェントパワーモジュールでは、外部に、直流電力入力用のPおよびNの端子台と、出力用のU、V、Wの端子台と、ブレーキ用のBの端子台と、制御信号用の制御端子とを備えている。制御端子は、一端がIGBTの駆動回路、保護回路などに接続された複数のピンまたは板状のタブとこれらのピンまたはタブを保持した絶縁性の端子ブロックとから構成され、端子ブロックをケースに二次成形、接着、ねじ止めなどの方法により一体に形成されている。
【0004】
このようなインテリジェントパワーモジュールをユーザが使用する場合、主回路については各端子台にねじ止めすることによって装置への取り付けを行うが、制御回路については、制御用集積回路などを実装したパワーボードを端子ブロックから出ているピンまたはタブに直接はんだ付けしたり、あるいはパワーボードに接続または装着されたコネクタに端子ブロックから出ているピンまたはタブを挿入することによって装置への取り付けを行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置では、制御信号用の端子は半導体装置から突出した凸形状をしているため、製造過程や製造後の輸送中に何らかの荷重が加わって曲がったりすることがあるが、たとえばロボットによる自動実装では、端子のピッチなど寸法精度が悪くなると、パワーボードのコネクタとの嵌合ずれが生じてコネクタなどを破壊することがある。また、制御信号用の端子にコネクタを装着するときには、コネクタを半導体装置から端子が突出している方向に移動させることによって端子をコネクタに差し込まなければならない。
【0006】
さらに、制御信号用の端子は半導体装置から露出しているため、誤って手を触れてしまうことがあるが、場合によっては、静電気の作用により半導体装置の内部の素子を破壊してしまうという問題点があった。
【0007】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、パワーボードとの接続において嵌合ずれがなく、直接手で触れることのない制御用信号の端子を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、パワーデバイスと、該パワーデバイス用の駆動回路および保護回路とを一つのケース内に備えた半導体装置において、前記駆動回路および保護回路から前記ケースの外側へ導出される制御信号用の端子部を、ピンまたはタブ形状の端子を受け入れるレセプタクルタイプのコネクタとし、前記レセプタクルタイプのコネクタは、前記駆動回路および保護回路からの接続端子部および前記ピンまたはタブ形状の端子との接触部からなる前記端子部を保持し、前記ケースに二次成形、接着またはねじ止めにより固着した端子ブロックを有し、前記端子ブロックは、前記駆動回路および保護回路との接続を行う前記接続端子部と前記ピンまたはタブ形状の端子が接触される前記接触部との間を閉止して前記ケース内の流体が前記接触部に浸出しないようにしたことを特徴とする半導体装置が提供される。
【0009】
このような半導体装置によれば、半導体装置側の制御信号用の端子部がレセプタクルタイプのコネクタとしたことにより、内部の回路素子と直接接続される端子部がケースより突出したり露出していない。これにより、端子部に輸送中に荷重が加わることがないため、端子部が変形することがなく、また、端子部に直接手を触れることができないので、取扱中に半導体装置内の素子を静電気で破壊されることもない。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、IGBTインテリジェントパワーモジュールに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【0011】
図1はパワーモジュールとパワーボードとの接続関係を示す斜視図である。IGBTインテリジェントパワーモジュール1は、そのケースの外周上面に、主回路の外部端子として、直流電力入力用のPおよびNの端子台2a,2bと、出力用のU、V、Wの端子台2c,2d,2eと、ブレーキ用のBの端子台2fと、制御信号用の制御端子部3とを備えている。
【0012】
この制御端子部3は、レセプタクルタイプのコネクタであり、外部からオス型の端子であるピンまたはタブを受け入れるスリット状の開口部3aを長手方向に所定間隔を置いて複数個設けられたコネクタハウジング3bと、このコネクタハウジング3b内に開口部3aに対応してそれぞれ配置された端子群とによって端子ブロックを構成している。コネクタハウジング3bは、IGBTインテリジェントパワーモジュール1のケースと一体に形成されるか、ケースに二次成形するか、別体に形成した端子ブロックを接着、ねじ止めなどの方法によりケースに固着される。
【0013】
制御端子部3の開口部3aは、図示の例では、IGBTインテリジェントパワーモジュール1の上面および外側側面の2方向に開口しており、このコネクタハウジング3bに対するオス型端子の挿抜方向を縦または横方向のいずれにも可能なようにしている。
【0014】
このIGBTインテリジェントパワーモジュール1に対してパワーボード4を取り付ける場合、パワーボード4に搭載されるコネクタ5はピンまたはタブタイプの端子を備えたものとなる。図示の例では、コネクタ5は複数のタブタイプの端子5aを備えている。このようなコネクタ5を制御端子部3に嵌合接続することによってパワーボード4をIGBTインテリジェントパワーモジュール1に取り付けることになる。このとき、パワーボード4は立てた状態でIGBTインテリジェントパワーモジュール1に接近させていき(矢印6)、まず、パワーボード4のコネクタ5の端子5aを制御端子部3の側面の開口部3aに挿入する。次いで、コネクタ5の端子5aを制御端子部3に挿入した状態で、その挿入位置を支点にしてパワーボード4をIGBTインテリジェントパワーモジュール1の方へ倒していく。パワーボード4が水平になるまで倒されると、次に、そのパワーボード4を、コネクタ5の端子5aが制御端子部3の開口部3aの縁部に当接するまで矢印6の方向に移動させることにより、パワーボード4はIGBTインテリジェントパワーモジュール1の上面に位置決めされることになる。その後、そのパワーボード4を図示しないねじによって各端子台2a〜2fにねじ止めされることにより、パワーボード4のIGBTインテリジェントパワーモジュール1への取り付けが完了する。このように、コネクタ5がパワーボード4の取り付け面の側にある場合には、コネクタ5を制御端子部3に取り付ける際に、コネクタ5の端子5aがパワーボード4によって隠れて見えないが、コネクタ5の端子5aの制御端子部3への嵌合をパワーボード4を立てた状態で行うことができるため、嵌合ずれを起こすことなく確実かつ迅速に行うことが可能になる。
【0015】
また、パワーボード4を立てた状態で、コネクタ5の端子5aを上方から接近させて(矢印7)、制御端子部3の開口部3aへ挿入し、同様にして、その挿入位置を支点にしてパワーボード4を傾動させるようにしてもよい。
【0016】
もちろん、ロボット組み立てのように、パワーボード4とIGBTインテリジェントパワーモジュール1との相対位置が正確である場合には、最初から、パワーボード4を水平状態に保持した状態でコネクタ5の端子5aを制御端子部3に直接挿入するようにしてもよい。
【0017】
図2は制御端子部の一部を拡大して示した側面図である。制御端子部3は、そのコネクタハウジング3bの側面および上面にスリット状の開口部3c,3dが開口している。各開口部3c,3dは、コネクタ5の端子5aの厚さ寸法よりも大きな寸法の開口幅を有し、開口端近傍は奥に行くほど狭小となるようにテーパが付けられていている。コネクタ5の端子5aが挿入される各開口部3c,3dの空間には、互いに対向して配置された2枚の接触板3e,3fが配置されている。各接触板3e,3fは、好ましくは1枚の金属板をコ字状に折り曲げることによって形成され、向き合う面にはそれぞれ内側に突出した***部3g,3hが形成されている。
【0018】
ここで、コネクタ5の端子5aが制御端子部3に縦または横方向から押し込まれると、端子5aは接触板3e,3fの***部3g,3hと摺動しながら挿入される。これにより、挿入された端子5aは接触板3e,3fの***部3g,3hによって挾持状態に保持され、コネクタ5と制御端子部3との機械的および電気的な接続が行われる。
【0019】
図3はパワーモジュールの内部構成例を示す断面図である。ここに例示したIGBTインテリジェントパワーモジュール1は、金属ベース11の上にセラミック基板12が固着されており、そのセラミック基板12の上面に複数のIGBTチップ、フリーホイーリングダイオードチップなどが銅の回路パターンを介して搭載されている。たとえばIGBTチップにおけるコレクタおよびエミッタなどの主回路電極は、導電性の端子部13によってたとえば端子台2eに接続され、端子部14によってたとえば端子台2aに接続されている。これらの端子部13,14は、好ましくは、端子台2e,2aと一体に形成されている。
【0020】
金属ベース11の辺縁上に設けられたケース15は、端子台2e,2a側の端子部13,14を保持するとともに、中に接触板が並置された端子ブロック16を保持している。この例では、端子ブロック16をケース15に二次成形するかまたは別体に形成した端子ブロック16をたとえば接着剤によりケース15に固着している。
【0021】
端子ブロック16は、接触板17とこの接触板17と一体に形成された端子部17aとを保持している。端子部17aは、その先端部がケース15の内部にて上方に突出している。また、ケース15の内部において、端子部18を保持している端子保持部19がケース15に固定されている。端子部18の一端は、セラミック基板12に搭載されたたとえばIGBTチップにおけるゲートなどの制御電極や過電流検出または温度検出用の電極などに接続されている。さらに、端子部18の他端と端子ブロック16に保持された端子部17aとは、プリント基板20にはんだ付けされている。このプリント基板20は、たとえば、端子ブロック16からの端子部17aとのインタフェース回路、IGBTチップのドライブ回路、保護回路などの集積回路を搭載している。
【0022】
なお、プリント基板20の機能に相当する回路が、セラミック基板12上に搭載されている場合には、端子ブロック16からの端子部17aは、直接、セラミック基板12上のチップに接続するように構成される。
【0023】
図4は端子ブロックの別の構成例を示す断面図である。端子ブロック16は、その下端部に開口部21を有し、その開口部21を介して接触板17および端子部17aを挿入し、スリット状の開口部3c,3dと通じている中空部に圧入することによって組み立てられる。接触板17および端子部17aの装着後は、開口部21は蓋22によって閉止され、端子ブロック16における接触板17および端子部17aの装着空間部とケース15の内部とが遮断される。これにより、ケース15の内部にシリコーンゲルあるいはエポキシ樹脂を充填する場合、シリコーンゲルあるいは硬化前のエポキシ樹脂が端子ブロック16の内部に浸入することがなくなり、接触板17がシリコーンゲルあるいはエポキシ樹脂によって接触不良になることを防止することができる。
【0024】
図5は別の制御端子部を備えたパワーモジュールの概観斜視図である。ここに例示したIGBTインテリジェントパワーモジュール1aによれば、その制御端子部3は、オス型コネクタの端子を挿入するためのスリット状の開口部23がコネクタハウジングの両側面および上面の3方に設けられている。
【0025】
これにより、たとえばパワーボードに搭載されたコネクタの端子をIGBTインテリジェントパワーモジュール1aに取り付ける場合、制御端子部3に対してコネクタの端子を、矢印24で示す上方向から、矢印25で示す横方向外側から、または矢印26で示す横方向内側から挿入することができる。もちろん、コネクタの端子の挿入方向は、これら直角の3方向だけではなく、斜めに挿入するようにしてもよい。これにより、コネクタ嵌合時の挿入方向の自由度を高めることができる。
【0026】
図6はさらに別の制御端子部を備えたパワーモジュールの部分平面図である。ここに例示したIGBTインテリジェントパワーモジュール1bによれば、その制御端子部3は、外部からオス型の端子であるピンを受け入れるための矩形の開口部27を長手方向に所定間隔を置いて複数個備えているレセプタクルタイプのコネクタである。各開口部27の奥には、挿入された角ピン形状の端子との電気的な接触を行う接触部材が収容されている。
【0027】
したがって、この制御端子部3においても、IGBTインテリジェントパワーモジュール1bの内部回路と接続された信号端子部は、外部に露出することがないので、輸送中に変形したり、取り扱い時に誤って触れることにより内部の回路素子が静電破壊される危険性もない。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、主回路端子とともに制御端子部を備えるモジュールにおいて、制御端子部をレセプタクルタイプのコネクタとする構成にした。これにより、ピンなどの端子が突出していないので、外形がコンパクトになり、製品を梱包する場合に安全かつ小スペースに収納することができる。また、制御端子部の端子がケーシング内に収納されていて変形されることがないので、ロボットによる自動実装など組み立てが容易になる。さらに、オス型の端子であるピンまたはタブタイプの端子を受け入れる開口部を2方向または3方向にスリット状に設けることにより、挿入角度のずれを吸収できたり、嵌合の方向性を自由に設定できるなど、組み立ての自由度を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】パワーモジュールとパワーボードとの接続関係を示す斜視図である。
【図2】制御端子部の一部を拡大して示した側面図である。
【図3】パワーモジュールの内部構成例を示す断面図である。
【図4】端子ブロックの別の構成例を示す断面図である。
【図5】別の制御端子部を備えたパワーモジュールの概観斜視図である。
【図6】さらに別の制御端子部を備えたパワーモジュールの部分平面図である。
【符号の説明】
1 IGBTインテリジェントパワーモジュール
2a〜2f 端子台
3 制御端子部
3a 開口部
3b コネクタハウジング
3c,3d 開口部
3e,3f 接触板
3g,3h ***部
4 パワーボード
5 コネクタ
5a 端子
11 金属ベース
12 セラミック基板
13,14 端子部
15 ケース
16 端子ブロック
17 接触板
17a 端子部
18 端子部
19 端子保持部
20 プリント基板
21 開口部
22 蓋
23 開口部
27 開口部
Claims (5)
- パワーデバイスと、該パワーデバイス用の駆動回路および保護回路とを一つのケース内に備えた半導体装置において、
前記駆動回路および保護回路から前記ケースの外側へ導出される制御信号用の端子部を、ピンまたはタブ形状の端子を受け入れるレセプタクルタイプのコネクタとし、
前記レセプタクルタイプのコネクタは、前記駆動回路および保護回路からの接続端子部および前記ピンまたはタブ形状の端子との接触部からなる前記端子部を保持し、前記ケースに二次成形、接着またはねじ止めにより固着した端子ブロックを有し、
前記端子ブロックは、前記駆動回路および保護回路との接続を行う前記接続端子部と前記ピンまたはタブ形状の端子が接触される前記接触部との間を閉止して前記ケース内の流体が前記接触部に浸出しないようにしたことを特徴とする半導体装置。 - 前記レセプタクルタイプのコネクタは、前記ピンまたはタブ形状の端子を1方向からのみ挿入するよう設けられた開口部を備えていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- パワーデバイスと、該パワーデバイス用の駆動回路および保護回路とを一つのケース内に備えた半導体装置において、
前記駆動回路および保護回路から前記ケースの外側へ導出される制御信号用の端子部を、ピンまたはタブ形状の端子を受け入れるレセプタクルタイプのコネクタとし、
前記レセプタクルタイプのコネクタは、前記ピンまたはタブ形状の端子を上面および片側面側から挿入できるスリット状の開口部を備えていることを特徴とする半導体装置。 - パワーデバイスと、該パワーデバイス用の駆動回路および保護回路とを一つのケース内に備えた半導体装置において、
前記駆動回路および保護回路から前記ケースの外側へ導出される制御信号用の端子部を、ピンまたはタブ形状の端子を受け入れるレセプタクルタイプのコネクタとし、
前記レセプタクルタイプのコネクタは、前記ピンまたはタブ形状の端子を上面および両側面側から挿入できるスリット状の開口部を備えていることを特徴とする半導体装置。 - 前記レセプタクルタイプのコネクタは、前記端子部を収容するハウジングが前記ケースに一体に形成されていることを特徴とする請求項1、請求項3および請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。
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