JP6336220B2 - パワー半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ケースを備えるパワー半導体装置に関する。
従来、パワー半導体装置のケース内部の半導体チップからケース外部への電気的配線には、板状の金属からなる電極をケースに挿通した構成が用いられている（例えば特許文献１）。具体的には、電極の一端は装置内部と半田などで固定され、電極の他端はケース上面と平行になるように折り曲げられている。
特開２００７−１８４３１５号公報
ケース上面に位置する電極の他端は、外部配線とボルトなどで接続されるので、電極などの配置、位置関係及び寸法には一定の精度が求められる。この結果、電極構造が複雑となり電極のコストがかかるという問題や、製造が困難であるという問題があった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、構成要素の配置、位置関係及び寸法に余裕を持たせることが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明に係るパワー半導体装置は、半導体チップが配設された基板と、一端が前記基板に固定され、前記基板に対し立設状に設けられた電極と、前記電極を収容し、前記電極の他端に対向する部分を有する絶縁性のケースと、前記ケースの前記部分において前記ケースに挿通された導電性のナットと、前記電極の前記他端と前記ナットとを電気的に接続する導電部品とを備える。
本発明によれば、電極とナットとがスタッドボルトなどの導電部材によって電気的に接続される。これにより、構成要素の配置、位置関係及び寸法に余裕を持たせることができる。
本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
関連半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係るパワー半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態２に係るパワー半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態３に係るパワー半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態３に係るパワー半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態４に係るパワー半導体装置の構成を示す断面図である。
＜実施の形態１＞
まず、本発明の実施の形態１に係るパワー半導体装置について説明する前に、これと関連するパワー半導体装置（以下、「関連半導体装置」と記す）について説明する。
図１は関連半導体装置の構成を示す断面図である。関連半導体装置は、半導体チップ（図示せず）が配設された基板である絶縁基板１と、電極２と、絶縁性のケース３と、ナット４とを備えている。
以下、半導体チップの半導体素子は、高耐圧性、低いオン抵抗、及び、高耐熱性を有する炭化珪素（ＳｉＣ）から構成されているものとして説明するが、これに限ったものではない。例えば、半導体チップの半導体素子は、ＳｉＣ以外の窒化ガリウム（ＧａＮ）などのワイドバンドギャップ半導体、または、珪素（Ｓｉ）から構成されてもよい。
電極２は、金属からなり、その形状は、複数箇所で折り曲げられた板状を有する。電極２の一端は、半導体チップの絶縁基板１と半田などで固定され、絶縁基板１に配設された半導体チップと電気的に接続されている。また、電極２は、絶縁基板１に対し立設状に設けられている。
ケース３は、電極２の一端を覆う。また、ケース３は、電極２によって貫通され、電極２の他端は、ケース３の外部に位置する。
ナット４は、ケース３上部のうち電極２に貫通された貫通穴近傍に埋設されている。そして、電極２の他端が、ケース３上面と平行に、かつ、ナット４の上方に位置するように電極２は折り曲げられている。
ナット４は、外部配線（図示せず）との接続用のボルト（図示せず）によって、電極２の他端（接続部）とともに係合（螺合）される外部接続部４ａとして用いられる。このように、接続用のボルトが、電極２と外部配線とを接続することにより、ケース３内部の半導体チップは、電極２を介して外部配線と電気的に接続される。
ここで、このような接続を行うためには、電極２、ケース３における電極２の貫通穴、及び、ナット４などにおいて、配置、位置関係及び寸法に一定の精度が求められる。この結果、電極構造が複雑となり電極２のコストがかかるという問題があった。また、ケース３等を組み立てた後の電極２の曲げ工程において、ケース割れ等による不良が発生することがあり、歩留まり及び製造コストが悪化するという問題があった。さらに、組立時には位置合わせの精度が求められるため、出来栄えや作業時間が作業者の熟練度に依存するという問題があった。これに対して、以下で説明する本実施の形態１に係るパワー半導体装置によれば、このような問題を解決することが可能となっている。
図２は、本実施の形態１に係るパワー半導体装置の構成を示す断面図である。以下、本実施の形態１に係るパワー半導体装置のうち、関連半導体装置と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる部分について主に説明する。
図２のパワー半導体装置は、半導体チップが配設された基板である絶縁基板１と、電極２と、絶縁性のケース３と、ナット４と、スタッドボルト５とを備えている。
本実施の形態１に係る電極２（図２）は、関連半導体装置の電極２（図１）と同様に、一端が絶縁基板１に固定され、絶縁基板１に対し立設状に設けられている。ただし、本実施の形態１に係る電極２（図２）は、関連半導体装置の電極２（図１）よりも折り曲げられた箇所が少なく、比較的簡単な形状及び構造を有している。
ケース３は、電極２に貫通された貫通穴が設けられておらず、電極２を収容する。そして、ケース３は、電極２の他端と対向する部分を有している。ナット４は、導電性を有しており、ケース３のうち電極２の他端と対向する部分においてケース３に挿通されている。なお本実施の形態１では、ナット４は、ケース３の外面から突出し、ケース３の内面から突出している。
スタッドボルト５は、電極２の他端とナット４とを電気的に接続する導電部品である。スタッドボルト５の一端は電極２の他端と接続（螺合）されるとともに、スタッドボルト５の他端はナット４の途中まで係合（螺合）される。上記構成を実現する方法として、例えば、ナット４がケース３に対してある程度回転可能にケース３に挿通された後、ナット４を回転させることによって、スタッドボルト５のねじ締め（螺合）が実施される方法が想定される。または、上記構成を実現する方法として、例えば、スタッドボルト５のねじ締め（螺合）が実施された後、ケースが成型される方法が想定される。ただし、上記構成を実現する方法は、これら以外の方法で行われてもよい。
ナット４のうち、スタッドボルト５に係合（螺合）された部分以外の残りの部分（図２の上側部分）は、外部接続部４ａとして用いられる。この外部接続部４ａには、外部配線（図示せず）との接続用のボルト（図示せず）が係合（螺合）される。これにより、ケース３内部の半導体チップ（図示せず）は、電極２、スタッドボルト５及びナット４を介して外部配線と電気的に接続される。
＜実施の形態１のまとめ＞
以上のような本実施の形態１によれば、電極２とナット４とがスタッドボルト５によって電気的に接続される。これにより、関連半導体装置の製造時に行わる電極の他端における曲げ工程が必要でなくなり、電極２及びナット４などの配置、位置関係及び寸法に余裕を持たせることができる。この結果、電極２のコストの低下、及び、組立性の向上化が期待できる。また、電極の他端における曲げ工程を省くことにより、ケース割れ等による不良を低減することができる。
また本実施の形態１によれば、スタッドボルト５の一端は電極２の他端と接続されるとともに、スタッドボルト５の他端はナット４の途中まで係合（螺合）される。これにより、ナット４は、外部配線との接続用のボルトを係合（螺合）することが可能な外部接続部４ａの機能も有することができる。
また本実施の形態１によれば、ナット４は、ケース３の外面から突出し、ケース３の内面から突出している。これにより、スタッドボルト５が短い場合であっても、スタッドボルト５をナット４に係合（螺合）させる確実性を高めることができる。また、外部配線とナット４との間の接続不良、ひいては断線不良を低減することができる。
＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２に係るパワー半導体装置の構成を示す断面図である。以下、本実施の形態２に係るパワー半導体装置のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる部分について主に説明する。
本実施の形態２に係るパワー半導体装置は、電極２とナット４とを電気的に接続する導電部品として、スタッドボルト５の代わりに、ボルト６を備える。ボルト６の一端（頭部）は電極２の他端と接続されるとともに、ボルト６の他端はナット４の途中まで係合（螺合）される。
＜実施の形態２のまとめ＞
以上のような本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、ボルト６を用いることによって、接合部を強化することができるので、パワー半導体装置の信頼性を高めることができる。
＜実施の形態３＞
図４及び図５は、本発明の実施の形態３に係るパワー半導体装置の構成を示す断面図である。以下、本実施の形態３に係るパワー半導体装置のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる部分について主に説明する。
本実施の形態３に係るパワー半導体装置は、電極２とナット４とを電気的に接続する導電部品として、スタッドボルト５の代わりに、バナナプラグ７を備える。バナナプラグ７の一端は電極２の他端と接続されるとともに、バナナプラグ７の他端はナット４の途中まで係合（嵌合）される。なお、図４は、バナナプラグ７の係合（嵌合）前を示し、図５は、バナナプラグ７の係合（嵌合）後を示す。
＜実施の形態３のまとめ＞
以上のような本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、バナナプラグ７を備えることによって、ねじ締めが不要となるので、組立性を向上させることができる。また、部品数の低減も期待できる。
＜実施の形態４＞
図６は、本発明の実施の形態４に係るパワー半導体装置の構成を示す断面図である。以下、本実施の形態４に係るパワー半導体装置のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる部分について主に説明する。
本実施の形態４に係るパワー半導体装置は、電極２とナット４とを電気的に接続する導電部品として、スタッドボルト５の代わりに、外部配線との接続用のボルト８を備える。ボルト８の頭部はケース３の外側に配設され、ボルト８の中間部はナット４に挿通され、ボルト８のねじ先は電極２の他端と接続されている。
また、本実施の形態４に係る電極２の他端には弾性部であるバネ２ａが設けられている。そして、ボルト８のねじ先が電極２のバネ２ａと接続されている。
＜実施の形態４のまとめ＞
以上のような本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、外部配線との接続用のボルト８をナット４に挿通することにより、部品数を低減することができる。
また本実施の形態４によれば、ボルト８のねじ先が電極２の他端に設けられたバネ２ａと接続されている。これにより、ボルト８を螺合し過ぎても、電極２の損傷を抑制することができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
１ 絶縁基板、２ 電極、２ａ バネ、３ ケース、４ ナット、５ スタッドボルト、６，８ ボルト、７ バナナプラグ。

Claims (7)

  1. 半導体チップが配設された基板と、
    一端が前記基板に固定され、前記基板に対し立設状に設けられた電極と、
    前記電極を収容し、前記電極の他端に対向する部分を有する絶縁性のケースと、
    前記ケースの前記部分において前記ケースに挿通された導電性のナットと、
    前記電極の前記他端と前記ナットとを電気的に接続する導電部品と
    を備える、パワー半導体装置。
  2. 請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
    前記導電部品の一端は前記電極の前記他端と接続され、
    前記導電部品の他端は前記ナットの途中まで係合されている、パワー半導体装置。
  3. 請求項２に記載のパワー半導体装置であって、
    前記導電部品は、スタッドボルト、ボルト、または、バナナプラグを含む、パワー半導体装置。
  4. 請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
    前記導電部品は、
    頭部が前記ケースの外側に配設され、中間部が前記ナットに挿通され、ねじ先が前記電極の前記他端と接続された、外部配線との接続用のボルトを含む、パワー半導体装置。
  5. 請求項４に記載のパワー半導体装置であって、
    前記電極の前記他端には弾性部が設けられ、
    前記ボルトの前記ねじ先が前記電極の前記弾性部と接続された、パワー半導体装置。
  6. 請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載のパワー半導体装置であって、
    前記ナットは、
    前記ケースの外面から突出し、前記ケースの内面から突出している、パワー半導体装置。
  7. 請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載のパワー半導体装置であって、
    前記半導体チップは炭化珪素からなる、パワー半導体装置。
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