JP3882252B2

JP3882252B2 - Contactless semiconductor contactor

Info

Publication number: JP3882252B2
Application number: JP04902097A
Authority: JP
Inventors: 幸治大久保; 都美雄清水; 宏明松下; 昌弘元信
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 1996-09-02
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JPH10125898A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイリスタをパワー素子として主回路を開閉する無接点式半導体接触器，特にその組立構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
在来の電磁接触器（有接点式接触器）に置き代わる無接点式接触器として、サイリスタを主回路の開閉素子として採用した通称ソリッドステートコンタクタと呼ばれる半導体接触器が公知であり、その具体的な構成が例えば特公平４−３１４４２号公報に開示されている。
【０００３】
かかる半導体接触器は、電磁接触器の主接点に相当するパワー素子（開閉素子）からなるパワー部と、パワー素子の制御部と、パワー部，制御部を組み込んだケースとの組立体からなる。ここで、主回路のパワー素子には、１相当たり２個の逆阻止３端子サイリスタを逆並列に接続したもの，もしくは２方向性３端子サイリスタ（トライアック）を採用し、このサイリスタチップの主面（アノード，カソード端子、あるいはトライアックのT₁端子_,T₂端子）にモリブデン，銅板などのヒートスプレッダを半田付けした上で主回路端子フレームとともにセラミックス基板などの絶縁基板上に半田付け実装し、これを放熱用の金属ベース上に搭載してパワー部を構成している。なお、基板として放熱用の金属ベース上に絶縁層，導体層を積層した構造の絶縁金属基板を採用したものもある。また、制御部は入力モジュール，点弧モジュール，スナバモジュールなどからなり、各モジュールは別々なプリント板として構成し、前記パワー部の上に積み重ねて配置する。なお、パワー部１，制御部２はそれぞれ別々な工程で製作され、製品の組立工程でケースと組合せて組み立て構成される。
【０００４】
次に、前記半導体接触器（３相回路用）の従来構造を図８〜図１０に示す。各図において、１はパワー部、２は制御部、３はパワー部１を組み込んだ外囲樹脂ケース、４は制御部２を収容して外囲樹脂ケース３の上に被せたケースカバーである。
ここで、パワー部１は放熱用の金属ベース５と、金属ベース上に搭載した絶縁基板６と、絶縁基板６の導体パターン上に主回路端子フレーム７と重ねて半田付け実装したサイリスタ（パワー素子）８との組立体からなる。また、制御部２は入力モジュール，点弧モジュール，スナバモジュールの各プリント板を上，中，下の３段に重ねた組立体としてなり、その上部には制御回路の端子台２ａを備えている。一方、外囲樹脂ケース３はその対向二辺の周壁から側方に主回路端子台３ａが突き出した樹脂成形品としてなり、主回路端子台３ａには外部接続用の端子金具（ねじ付き端子）９が装着してあり、該端子金具９はその後端がケースの周壁を貫通して内方に突き出している。なお、主回路端子台３ａには各相ごとに左右から上方に起立する仕切用の相間隔壁３ｂを備えている。また、ケースカバー４はその頂部の一辺に前記の制御回路端子台２ａを引き出す窓穴が開口した樹脂成形品であり、外囲樹脂ケース３の上に被せた上でケース側壁に形成した係合爪３ｃに係止固定される。
【０００５】
かかる構成の半導体接触器を組み立てるには、まず、前記パワー部１の組立体に対して、上方から外囲樹脂ケース３を被せてパワー部１の金属ベース５との間を接着固定した上で、主回路端子台３ａに設けたねじ付き端子金具９の後端と主回路端子フレーム７の立ち上がり端部との間を半田接合する。さらに、主回路端子台３ａに組み込んだ内部配線リード１５（制御部２との渡り接続用のリード片であり、上端にクリップ式のコネクタが形成されている）とサイリスタ８のゲート端子との間を配線し、その後に外囲樹脂ケース３の内部にシリコーンゲル，エポキシ樹脂などの封止樹脂（図示せず）を充填してパワー素子を封止する。
【０００６】
次に、外囲樹脂ケース３の上に制御部２の組立体を搭載した上で、制御部２と前記した内部配線リード１５との間をプラグイン式に接続し、最後にケースカバー４を外囲樹脂ケース３の上に被せて製品が完成する。なお、半導体接触器の実使用時には、前記した金属ベース５の下面側に放熱フィンなどのヒートシンクを伝熱結合してサイリスタ８の通電に伴う発熱を放熱するようにしている。
なお、図１１は、従来の半導体接触器におけるサイリスタのゲート電極に対するリード接続図であり、 (a) はゲート電極の端子リードと内部配線リードとの接続構造図、 (b) は (a) 図における絶縁金属基板との間に形成される漂遊容量の等価回路図である。図１１ (a) で示すように、絶縁基板６の導体パターン６ａ上にサイリスタ８のゲート電極から引き出した端子リード８ａ，および内部配線リード１５に接続するリードピン１５ａとを並べて半田付けした構成では、図１１ (b) の等価回路図で表すように、サイリスタ８（トライアック）の各電極Ｔ ₁ --, Ｔ ₂ ，Ｇと絶縁基板６を挟んで対向する設置側の金属ベース５との間に、漂遊容量Ｃ _T1 ，Ｃ _T2 ，Ｃ _G が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の組立構成になる従来の半導体接触器では、次記のような解決すべき問題点がある。すなわち、
(1) パワー部１の組立体を外囲樹脂ケース３に組み込んだ状態で、主回路端子フレーム７とケース側の端子台３ａに配した端子片９との間を半田接合するには、半田付け箇所に予備半田を施すなどした上で、組立体全体を加熱炉内に通して半田付けを行うようにしている。しかして、パワー部１の端子フレーム７，サイリスタ８はあらかじめパワー部の組立工程で絶縁基板６の上に半田付けされており、前記の製品組立工程で改めて加熱炉を通して端子フレームと外部接続用の端子片との間の半田付けを行うと、パワー素子であるサイリスタには高温加熱による熱ストレスが２回加わることになる。そのためにサイリスタ素子が劣化して信頼性が低下する。
【０００８】
また、先記のようにサイリスタ８を周囲環境から保護するために外囲樹脂ケース３内には封止樹脂を充填しているが、半導体接触器の製品テスト，および実使用時に加わるヒートサイクルに伴って封止樹脂が膨張，収縮すると、熱膨張率の差からサイリスタチップに応力が加わり、これが原因でサイリスタのチップにクラック，割れなどが生じて破損することがある。
【００１０】
本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、その目的は前記の課題を解決して信頼性の高い無接点式半導体接触器，特にその組立構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、絶縁基板上にサイリスタ，主回路端子フレームを半田付け実装してなるパワー部を、ケース側面に主回路端子台を形成した外囲樹脂ケース内に組み込み、その上部に制御部，ケースカバーを取付けて組立てた半導体接触器を対象に、次記のように構成するものとする。
【００１２】
(1) 前記の主回路端子フレームを起立延長してその先端に外部接続用の端子部を形成するとともに、外囲樹脂ケースには端子台の背面壁部を切欠して端子導出窓を開口し、パワー部に外囲樹脂ケースを被せた状態で前記の端子導出窓を通して主回路端子フレームの端子部を外側へＬ字形に折り曲げ、主回路端子台上に直接引出すものとする。
【００１３】
かかる構成によれば、パワー部の主回路端子フレームと外部接続用端子片との間の半田付け工程が不要となり、製品の全組立工程を通じてサイリスタに加わる熱的ストレスは１回のみであり、それだけパワー部の信頼性が向上する。
(2) また、前記の構成において、パワー部を外囲樹脂ケースに組み込んだ状態で主回路端子フレームの先端に形成した端子部を外囲樹脂ケースの端子台へ引き出せるようにするために、本発明では、外囲樹脂ケースの端子導出窓を端子台から起立する左右の相間隔壁の間に切欠き形成し、該端子導出窓をケースカバーの周壁から下方に延長した垂下壁部で閉塞した組立て構造とし、さらに前記の端子台から起立する相間隔壁の後端部に縦向きの凹溝を形成しておき、該凹溝にケースカバーの垂下壁部の左右側縁を嵌め込んで固定するようにしている。
【００１４】
かかる構成でパワー部を外囲樹脂ケースに組み込む際には、主回路端子フレームはその外部接続用の端子部を起立させたままでパワー部に上方から外囲樹脂ケースを被せ、しかる後に端子フレームの先端端子部を外方に折り曲げ、前記の端子導出窓を通して端子台の上に導出することができる。なお、この組立状態では端子台の背面側に開口した端子導出窓が明いたままであるが、外囲樹脂ケースの上にケースカバーを被せることによりその垂下壁部で前記の端子導出窓が塞がれることになる。
【００１５】
(3) さらに、本発明によれば、先記した主回路端子フレームのチップマウント部について、その周縁から起立してパワー素子を包囲する側壁部を形成することができる。かかる構成により、サイリスタの周域に充填した封止樹脂の膨張，収縮に伴って生じた熱的応力が端子フレームの側壁部で分散され、これによりサイリスタのチップに直接加わるストレスが緩和されるので信頼性が向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図８〜図１１に対応する同一部材には同じ符号が付してある。
〔実施例１〕
図１〜図３において、パワー部１に設けた主回路端子フレーム７は、その詳細構造を図２(a),(b) で示すように全体形状がＬ字形になり、その上端部には端子ねじ穴を開口した外部接続用の端子部７ａが形成され、その基部には後工程で端子部７ａを折り曲げ易くするために切り込み溝７ｂが形成されている。また、底部側のチップマウント部７ｃにはその周縁から上方へＬ字形に起立する側壁７ｄを形成しており、この側壁７ｄでマウント部７ｃに半田マウントしたサイリスタ８のチップ周域を包囲するようにしている。なお、図１においては制御部２（図９参照）が省略して描かれてない。
【００１９】
また、パワー部１を組み込んだ外囲樹脂ケース３には、図３で示すように、主回路端子台３ａの各相ごとに相間を仕切る隔壁３ｂの間の後面壁を切り欠き、ここにケースの内側から端子台３ａの上面側に通じる端子導出窓３ｄを開口している。また、この端子導出窓３ｄに対応して左右の仕切り隔壁３ｂに縦向きの凹溝３ｅを形成し、この凹溝にケースカバー４の周壁から前記の端子導出窓３ｄに対応して下方へ延在する櫛歯状の垂下壁部４ａを差し込んで保持するようにしている。なお、図１において、１０は外囲樹脂ケース３に充填した封止樹脂、１１は主回路端子台３ａの穴に圧入して固定した端子のねじ座片である。
【００２０】
かかる構成の半導体接触器を組立てる際には、図３で示すように、まずパワー部１の組立体に上方から外囲樹脂ケース３を被せ、該ケースの底面を金属ベース５の上に重ね合わせて接着剤で接合する。続いて主回路端子フレーム７の上部先端に形成した端子部７ａを前記の切り込み溝７ｂを境に外側へＬ字状に屈曲させて前記端子導出窓３ｄを通して端子台３ａの上面に引き出し、ねじ座片１１の上に重ねる。次いで、樹脂ケース３内に封止樹脂１０を充填してサイリスタ８を樹脂封止した後、樹脂ケース３の上に制御部２（図９参照）の組立体を載置固定し、最後にケースカバー４を被せて樹脂ケース３の係合爪３ｃに係止固定する。この場合に、前記したケースカバー４の周壁から下方に延在する垂下壁部４ａの左右側縁が樹脂ケース３の端子台隔壁３ｂに形成した凹溝３ｅへ嵌合し、この位置で垂下壁部４ａが樹脂ケース３の端子導出窓３ｄを塞いで図１の組立状態となる。
【００２１】
そして、半導体接触器の実使用時には、前記の金属ベース５に放熱フィンなどのヒートシンクを結合し、電源側，負荷側の主回路導体を主回路端子台３ａに引出した主回路端子フレーム７の端子部７ａに直接ねじ止めして接続する。
〔実施例２〕
図４，図５は本発明の応用実施例を示すものであり、その基本構造は先記した実施例１と略同様であるが、サイリスタ８，主回路端子フレーム７を実装する基板として、伝熱性のよい銅板などの金属ベースに絶縁層，および銅箔を積層した放熱用金属ベース兼用の絶縁金属基板１２を採用し、銅箔に形成した導体パターン上に熱容量の大きな銅板１３（ヒートスプレッダ）を介してサイリスタ８を半田付けし、さらにサイリスタ８の側方位置で金属絶縁基板１２上に図５に示すような主回路端子フレーム７を半田付けしてパワー部１を構成している。ここで、端子フレーム７はその上端部に図２で述べたと同様な外部接続用の端子部７ａを形成し、実施例１と同様に外囲樹脂ケース３の周壁に開口して端子導出窓を通して端子部７ａを端子台３ａの上面に引出すようにしているのに対して、端子フレーム７の下端部は図示のようにＵ字形に屈曲してベンド部７ｆを形成し、その底面を前記した絶縁金属基板１２の導体パターンに半田付けしている。
【００２２】
〔実施例３〕
次に、サイリスタのゲート電極から引出した端子リードと制御部への接続用にパワー部内に組み込んだ内部配線リードの接続構造について、本発明の一実施例を図６に示す。この実施例においては、実施例２と同様にパワー部の基板として、金属ベース１２ａに絶縁層１２ｂ，銅箔１２ｃを積層した絶縁金属基板１２を採用し、銅箔１２ａで形成した導体パターンの上にヒートスプレッダとしての銅板１３を介してサイリスタ８を半田付けしており、さらに銅板１３の側方にはセラミックスなどの絶縁板の両面にメタライズを施した小片の絶縁基板１４を絶縁金属基板１２の上に半田付けし、該絶縁板１４を半田付け用のパッドとして、ここにサイリスタ８のゲート電極から引出した端子リード８ａ（図１１(a) 参照），および制御部２（図９参照）に通じる内部配線リード１５から分岐したリードピン１５ａの先端を並べて半田付け接続している。
【００２３】
かかる構成によれば、サイリスタ８のゲート電極から引出した端子リード８ａの接続部と絶縁金属基板１２の金属ベース１２ａとの間には、絶縁金属基板１２の絶縁層１２ｂと前記した小片の絶縁基板１４とが直列に介挿されることになり、これにより図１１(b) で述べた漂遊容量Ｃ_Gが図１１(a) の従来構造と比べて半減し、その分だけゲート電極に流れ込むノイズ電流ｉ_G（図１１(b) 参照）が小さく抑えられてノイズ耐量が向上する。
【００２４】
〔実施例４〕
図７は、前記実施例３とは異なる一実施例を示すものである。この実施例においては、サイリスタ８のゲート電極から引出した端子リード８ａを絶縁金属基板１２の上へ落とさずにそのまま上方に立ち上がらせ、サイリスタ８の上方に敷設した内部配線リード１５に直接半田付けして接続している。かかる構成によれば、サイリスタ８のゲート電極と絶縁金属基板１２の金属ベース１２ａとの間には、図１１(b) で述べた漂遊容量Ｃ_Gを含む閉ループが形成されず、これにより従来構造と比べてノズル耐量が向上する。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次記の効果を奏する。
(1) 請求項１の構成によれば、パワー部を外囲樹脂ケースに組み込んだ状態で、従来の製品組立てに実施していた主回路端子フレームと外部接続用端子片との間の半田付け工程が不要となる。したがって、半導体接触器の全組立工程を通じてサイリスタに加わる熱ストレスは、パワー部の組立工程でサイリスタを絶縁基板に半田付けする際の１回のみで済み、その分だけ従来と比べて製品の信頼性が向上する。
【００２６】
(2) また、請求項２，３の構成を採用することにより、パワー部に外囲樹脂ケースを上方から被せた組立後の状態で、主回路端子フレームの端子部を樹脂ケースに開口した端子導出窓を通して主回路端子台上に引き出すことができて組立てが簡単に行えるとともに、パワー部の樹脂ケースにケースカバーを被せた状態では前記端子導出窓がケースカバーの垂下壁部で塞がれ、かつこの垂下壁部を樹脂ケース側の凹溝に嵌め込んで安定よく固定することができる。
【００２７】
(3) さらに、請求項４の構成によれば、サイリスタの周域に充填した封止樹脂の膨張，収縮に伴って生じた熱的応力が端子フレームのチップマウント部周縁に形成した側壁部で分散され、これによりサイリスタのチップに直接加わる熱的ストレスを緩和して信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に対応する半導体接触器の構成断面図
【図２】図１における主回路端子フレームの構造図であり、(a) は正面図、(b) は側面図、(c) は平面図
【図３】図１の半導体接触器の組立手順を表すパワー部，外囲樹脂ケース，ケースカバーの分解斜視図
【図４】本発明の実施例２に対応する半導体接触器の構成断面図
【図５】図４における主回路端子フレームの構造図であり、(a) は正面図、(b) は側面図
【図６】本発明の実施例３に対応するサイリスタのゲート電極から引出した端子リードの接続構造図
【図７】本発明の実施例４に対応するサイリスタのゲート電極から引出した端子リードの接続構造図
【図８】従来における半導体接触器の外観斜視図
【図９】図８の内部構造を表す構成断面図
【図１０】図８におけるパワー部と外囲樹脂ケースとの組立状態を表す斜視図
【図１１】従来の半導体接触器におけるサイリスタのゲート電極に対するリード接続図であり、(a) はゲート電極の端子リードと内部配線リードとの接続構造図、(b) は(a) 図における絶縁金属基板との間に形成される漂遊容量の等価回路図
【符号の説明】
１パワー部
２制御部
３外囲樹脂ケース
３ａ主回路端子台
３ｂ相間隔壁
３ｄ端子導出窓
３ｅ凹溝
４ケースカバー
４ａ垂下壁部
５金属ベース
６絶縁基板
７主回路端子フレーム
７ａ端子部
７ｃチップマウント部
７ｄ側壁部
８サイリスタ（パワー素子）
８ａゲート電極の端子リード
１０封止樹脂
１２絶縁金属基板
１２ａ金属ベース
１２ｂ絶縁層
１２ｃ銅箔
１４絶縁板
１５内部配線リード
１５ａリードピン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a contactless semiconductor contactor that opens and closes a main circuit using a thyristor as a power element, and more particularly to an assembly structure thereof.
[0002]
[Prior art]
As a contactless contactor that replaces a conventional electromagnetic contactor (contacted contactor), a semiconductor contactor known as a solid-state contactor that employs a thyristor as a switching element of a main circuit is well known. Such a configuration is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 4-31442.
[0003]
Such a semiconductor contactor is composed of an assembly of a power part composed of a power element (switching element) corresponding to the main contact of the electromagnetic contactor, a control part for the power element, and a case incorporating the power part and the control part. Here, the power element of the main circuit employs two reverse-blocking three-terminal thyristors connected in reverse parallel per phase, or a bi-directional three-terminal thyristor (triac), and the main surface of this thyristor chip (anode, cathode terminal or triac T ₁ _terminal,, T ₂ terminal) molybdenum, the heat spreader, such as soldered to soldering on an insulating substrate such as a ceramic substrate mounted with the main circuit terminal frame on the copper plate, it The power unit is mounted on a metal base for heat dissipation. Some substrates employ an insulating metal substrate having a structure in which an insulating layer and a conductor layer are laminated on a metal base for heat dissipation. The control unit includes an input module, an ignition module, a snubber module, and the like. Each module is configured as a separate printed board, and is stacked on the power unit. The power unit 1 and the control unit 2 are manufactured in separate processes, and are assembled and combined with a case in a product assembly process.
[0004]
Next, the conventional structure of the semiconductor contactor (for three-phase circuit) is shown in FIGS. In each figure, 1 is a power unit, 2 is a control unit, 3 is an enclosing resin case in which the power unit 1 is incorporated, and 4 is a case cover that houses the control unit 2 and covers the enclosing resin case 3. .
Here, the power unit 1 includes a heat-dissipating metal base 5, an insulating substrate 6 mounted on the metal base, and a thyristor (power element) mounted on the conductor pattern of the insulating substrate 6 by overlapping with the main circuit terminal frame 7 and soldering. ) 8 and an assembly. The control unit 2 is an assembly in which the printed boards of the input module, the ignition module, and the snubber module are stacked in three stages, upper, middle, and lower, and a control circuit terminal block 2a is provided on the upper part. . On the other hand, the outer resin case 3 is a resin molded product in which the main circuit terminal block 3a protrudes laterally from the peripheral walls of the opposite two sides, and the main circuit terminal block 3a has terminal fittings (screw terminals) for external connection. 9 is attached, and the rear end of the terminal fitting 9 protrudes inward through the peripheral wall of the case. The main circuit terminal block 3a is provided with a partition phase interval wall 3b that rises upward from the left and right for each phase. Further, the case cover 4 is a resin molded product having a window hole for drawing out the control circuit terminal block 2a on one side of the top portion, and is formed on the case side wall after covering the outer resin case 3. It is locked and fixed to the claw 3c.
[0005]
In order to assemble the semiconductor contactor having such a configuration, first, the assembly of the power unit 1 is covered with the surrounding resin case 3 from above and bonded and fixed to the metal base 5 of the power unit 1. The rear end of the threaded terminal fitting 9 provided on the main circuit terminal block 3a and the rising end of the main circuit terminal frame 7 are joined by soldering. Further, between the internal wiring lead 15 incorporated in the main circuit terminal block 3a (a lead piece for connecting to the control unit 2 and having a clip-type connector formed at the upper end) and the gate terminal of the thyristor 8 After that, the inside of the surrounding resin case 3 is filled with a sealing resin (not shown) such as silicone gel or epoxy resin to seal the power element.
[0006]
Next, after mounting the assembly of the control unit 2 on the surrounding resin case 3, a plug-in connection is made between the control unit 2 and the internal wiring lead 15, and finally the case cover 4 is attached. The product is completed by covering the outer resin case 3. When the semiconductor contactor is actually used, a heat sink such as a heat radiating fin is thermally coupled to the lower surface side of the metal base 5 to dissipate heat generated by energization of the thyristor 8.
FIG. 11 is a lead connection diagram for the gate electrode of the thyristor in the conventional semiconductor contactor, (a) is a connection structure diagram of the terminal lead of the gate electrode and the internal wiring lead, and (b) is a diagram (a) . It is an equivalent circuit schematic of the stray capacity formed between the insulated metal substrates in FIG. As shown in FIG. 11 (a), the in terminal lead 8a drawn from the gate electrode of the thyristor 8 on the conductor pattern 6a of the insulating substrate 6, and soldered side by side and the lead pin 15a to be connected to the internal wiring lead 15 configuration, 11 as represented by an equivalent circuit diagram of (b), the thyristor 8 each electrode (triac) T ₁ -, between the metal base 5 of the installation side opposite to each other with respect to the T _2, G and the insulating substrate 6 , stray capacitance C _T1, C _T2, C _G is formed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional semiconductor contactor having the above assembly configuration has the following problems to be solved. That is,
(1) In the state in which the assembly of the power unit 1 is assembled in the surrounding resin case 3, soldering is performed between the main circuit terminal frame 7 and the terminal piece 9 arranged on the terminal block 3a on the case side. Preliminary solder is applied to the attachment location, and then the entire assembly is passed through a heating furnace for soldering. Thus, the terminal frame 7 and the thyristor 8 of the power unit 1 are soldered to the insulating substrate 6 in advance in the assembly process of the power unit, and the terminal frame and external connection are made through the heating furnace again in the product assembly process. When soldering between the terminal pieces, thermal stress due to high-temperature heating is applied twice to the thyristor that is a power element. Therefore, the thyristor element is deteriorated and the reliability is lowered.
[0008]
In addition, as described above, in order to protect the thyristor 8 from the surrounding environment, the surrounding resin case 3 is filled with a sealing resin. However, in the product test of the semiconductor contactor and the heat cycle applied during actual use. As the encapsulating resin expands and contracts, stress is applied to the thyristor chip due to the difference in thermal expansion coefficient, which may cause breakage of the thyristor chip due to cracks and cracks.
[0010]
The present invention has been considered in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a highly reliable contactless semiconductor contactor, particularly an assembly structure thereof, by solving the above-mentioned problems.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a power part formed by soldering and mounting a thyristor and a main circuit terminal frame on an insulating substrate is provided in an outer resin case in which a main circuit terminal block is formed on the side of the case. It is assumed that the semiconductor contactor is assembled and assembled as follows, with the controller and case cover attached to the top.
[0012]
(1) The main circuit terminal frame is extended upright to form a terminal portion for external connection at the tip, and the outer resin case is notched with the back wall portion of the terminal block to open a terminal lead-out window. The terminal portion of the main circuit terminal frame is bent outwardly into an L-shape through the terminal lead-out window in a state in which the surrounding resin case is covered with the power portion, and is directly drawn out onto the main circuit terminal block.
[0013]
According to such a configuration, the soldering process between the main circuit terminal frame of the power section and the external connection terminal piece is not required, and the thermal stress applied to the thyristor is only once throughout the entire assembly process of the product. The reliability of the power section is improved.
(2) Further, in the above configuration, in order to allow the terminal portion formed at the tip of the main circuit terminal frame with the power portion incorporated in the surrounding resin case to be pulled out to the terminal block of the surrounding resin case, In the invention, the terminal lead-out window of the outer resin case is notched between the left and right phase interval walls rising from the terminal block, and the terminal lead-out window is closed by a hanging wall portion extending downward from the peripheral wall of the case cover. A vertical groove is formed in the rear end portion of the phase interval wall standing up from the terminal block, and the right and left side edges of the hanging wall portion of the case cover are fitted into the groove to be fixed. I have to.
[0014]
When the power part is incorporated into the outer resin case with such a configuration, the main circuit terminal frame covers the power resin part from above with the outer resin terminal part standing upright, and then the terminal frame of the terminal frame. The tip terminal portion can be bent outward and led out onto the terminal block through the terminal lead-out window. In this assembled state, the terminal lead-out window opened on the back side of the terminal block remains clear, but the terminal lead-out window is blocked by the hanging wall portion by covering the case resin cover on the outer resin case. Will be removed.
[0015]
(3) Further, according to the present invention, the side wall portion that stands up from the periphery of the chip mount portion of the main circuit terminal frame described above and surrounds the power element can be formed. With this configuration, the thermal stress generated along with the expansion and contraction of the sealing resin filled in the peripheral area of the thyristor is dispersed on the side wall portion of the terminal frame, thereby reducing the stress directly applied to the thyristor chip. Reliability is improved.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member corresponding to FIGS. 8-11 in the figure of each Example.
[Example 1]
1 to 3, the main circuit terminal frame 7 provided in the power unit 1 is L-shaped as a whole as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). A terminal portion 7a for external connection having a terminal screw hole is formed, and a cut groove 7b is formed in the base portion so that the terminal portion 7a can be easily bent in a later step. Further, the bottom side chip mount portion 7c is formed with a side wall 7d that rises L-shaped upward from the peripheral edge thereof, and this side wall 7d surrounds the chip peripheral region of the thyristor 8 solder-mounted on the mount portion 7c. I have to. In FIG. 1, the control unit 2 (see FIG. 9) is omitted and not drawn.
[0019]
Further, as shown in FIG. 3, the surrounding resin case 3 incorporating the power unit 1 is cut out at the rear wall between the partition walls 3b for partitioning each phase of the main circuit terminal block 3a. A terminal lead-out window 3d that opens from the inside to the upper surface of the terminal block 3a is opened. Corresponding to the terminal lead-out window 3d, vertical concave grooves 3e are formed in the left and right partition walls 3b, and the concave groove extends downward from the peripheral wall of the case cover 4 in correspondence with the terminal lead-out window 3d. The existing comb-like drooping wall 4a is inserted and held. In FIG. 1, 10 is a sealing resin filled in the surrounding resin case 3, and 11 is a screw seat piece of a terminal fixed by being press-fitted into a hole of the main circuit terminal block 3a.
[0020]
When assembling the semiconductor contactor having such a configuration, as shown in FIG. 3, first, the assembly of the power unit 1 is covered with the surrounding resin case 3 from above, and the bottom surface of the case is overlaid on the metal base 5. Join with an adhesive. Then drawer on the upper surface of the terminal base 3a via the terminal portions 7a formed on the upper tip of the main circuit terminal frame 7 is bent outward to the L-shaped bordering the cut recess 7b the terminal lead window 3d, screw seat Overlay on piece 11. Next, after filling the resin case 3 with the sealing resin 10 and sealing the thyristor 8 with the resin, the assembly of the control unit 2 (see FIG. 9) is placed and fixed on the resin case 3, and finally the case The cover 4 is covered and fixed to the engaging claw 3 c of the resin case 3. In this case, the left and right side edges of the hanging wall portion 4a extending downward from the peripheral wall of the case cover 4 are fitted into the groove 3e formed in the terminal block partition wall 3b of the resin case 3, and the hanging wall is located at this position. The part 4a closes the terminal lead-out window 3d of the resin case 3, and the assembled state shown in FIG.
[0021]
When the semiconductor contactor is actually used, a terminal of the main circuit terminal frame 7 in which a heat sink such as a heat radiating fin is coupled to the metal base 5 and the main circuit conductors on the power source side and the load side are drawn out to the main circuit terminal block 3a. Connect to the part 7a by screwing directly.
[Example 2]
4 and 5 show an applied embodiment of the present invention, and its basic structure is substantially the same as that of the first embodiment described above. However, as a substrate on which the thyristor 8 and the main circuit terminal frame 7 are mounted, transmission is performed. An insulating metal substrate 12 that also serves as a metal base for heat dissipation, in which an insulating layer and a copper foil are laminated on a metal base such as a copper plate with good heat resistance, is adopted, and a copper plate 13 (heat spreader) having a large heat capacity is formed on a conductor pattern formed on the copper foil. The power section 1 is configured by soldering the thyristor 8 through the thyristor 8 and soldering the main circuit terminal frame 7 as shown in FIG. Here, the terminal frame 7 is formed with a terminal portion 7a for external connection similar to that described in FIG. 2 at the upper end thereof, and is opened in the peripheral wall of the outer resin case 3 in the same manner as in the first embodiment, through the terminal lead-out window. Whereas the terminal portion 7a is drawn out to the upper surface of the terminal block 3a, the lower end portion of the terminal frame 7 is bent into a U shape as shown in the figure to form a bend portion 7f, and the bottom surface is insulated as described above. Soldered to the conductor pattern of the metal substrate 12.
[0022]
Example 3
Next, FIG. 6 shows an embodiment of the present invention regarding the connection structure of the terminal lead drawn from the gate electrode of the thyristor and the internal wiring lead incorporated in the power section for connection to the control section. In this embodiment, as in the second embodiment, an insulating metal substrate 12 in which an insulating layer 12b and a copper foil 12c are laminated on a metal base 12a is used as the power portion substrate, and the top of the conductor pattern formed of the copper foil 12a is used. A thyristor 8 is soldered through a copper plate 13 as a heat spreader, and a small piece of an insulating substrate 14 which is metallized on both sides of an insulating plate such as ceramics is provided on the side of the copper plate 13 on the insulating metal substrate 12. To the terminal lead 8a (see FIG. 11 (a)) drawn out from the gate electrode of the thyristor 8 and the control unit 2 (see FIG. 9), using the insulating plate 14 as a soldering pad. The tips of the lead pins 15a branched from the internal wiring lead 15 are aligned and soldered.
[0023]
According to this configuration, the insulating layer 12b of the insulating metal substrate 12 and the small insulating substrate described above are provided between the connection portion of the terminal lead 8a drawn from the gate electrode of the thyristor 8 and the metal base 12a of the insulating metal substrate 12. will be 14 and is interposed in series, thereby halved compared stray capacitance C _G described in FIG. 11 (b) is a conventional structure of FIG. 11 (a), the noise current flowing into that much gate electrode i _G (see FIG. 11 (b)) is kept small, and the noise tolerance is improved.
[0024]
Example 4
Figure 7 shows an embodiment that is different from the third embodiment. In this embodiment, the terminal lead 8a drawn from the gate electrode of the thyristor 8 is raised upward without dropping onto the insulating metal substrate 12, and directly soldered to the internal wiring lead 15 laid above the thyristor 8. Connected. According to this configuration, between the metal base 12a of the gate electrode and the insulated metal substrate 12 of the thyristor 8 is not closed loop form comprising a stray capacitance C _G described in FIG. 11 (b), thereby the conventional structure As compared with the nozzle, the nozzle tolerance is improved.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) According to the configuration of claim 1, soldering between the main circuit terminal frame and the external connection terminal piece, which has been carried out in the conventional product assembly, with the power part being incorporated in the surrounding resin case A process becomes unnecessary. Therefore, the thermal stress applied to the thyristor during the entire assembly process of the semiconductor contactor is only required once when the thyristor is soldered to the insulating substrate in the assembly process of the power section, and the product reliability is higher than that in the past. Will improve.
[0026]
(2) Further, by adopting the configuration of claims 2 and 3, the terminal portion of the main circuit terminal frame is opened to the resin case in the assembled state where the power resin portion is covered with the outer resin case from above. It can be pulled out onto the main circuit terminal block through the lead-out window and can be easily assembled.In the state where the case cover is put on the resin case of the power part, the terminal lead-out window is blocked by the hanging wall part of the case cover, And this drooping wall part can be fixed stably by fitting in the concave groove on the resin case side.
[0027]
(3) Further, according to the configuration of claim 4, the thermal stress generated along with the expansion and contraction of the sealing resin filled in the peripheral area of the thyristor is caused by the side wall portion formed on the periphery of the chip mount portion of the terminal frame. As a result, thermal stress directly applied to the thyristor chip is alleviated, and reliability can be improved.
[Brief description of the drawings]
1 is a structural cross-sectional view of a semiconductor contactor corresponding to Example 1 of the present invention. FIG. 2 is a structural diagram of a main circuit terminal frame in FIG. 1, wherein (a) is a front view and (b) is a side view. FIGS. 3A and 3B are plan views. FIG. 3 is an exploded perspective view of a power unit, an outer resin case, and a case cover, which represent the assembly procedure of the semiconductor contactor of FIG. 1. FIG. 4 is a semiconductor corresponding to Example 2 of the invention. FIG. 5 is a structural diagram of the main circuit terminal frame in FIG. 4, (a) is a front view, and (b) is a side view. FIG. 6 is a thyristor corresponding to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 7 is a connection structure diagram of a terminal lead drawn from the gate electrode of a thyristor corresponding to Example 4 of the present invention. FIG. 8 is an external perspective view of a conventional semiconductor contactor. FIG. 9 is a structural sectional view showing the internal structure of FIG. 8. FIG. 10 is the power in FIG. FIG. 11 is a lead connection diagram for a gate electrode of a thyristor in a conventional semiconductor contactor, (a) is a connection between a terminal lead of the gate electrode and an internal wiring lead; Structure diagram, (b) is an equivalent circuit diagram of stray capacitance formed between the insulated metal substrate in (a) diagram.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power part 2 Control part 3 Outer resin case 3a Main circuit terminal block 3b Phase space | interval wall 3d Terminal lead-out window 3e Groove 4 Case cover 4a Hanging wall part 5 Metal base 6 Insulating board 7 Main circuit terminal frame 7a Terminal part 7c Chip mount Part 7d side wall part 8 thyristor (power element)
8a Gate electrode terminal lead 10 Sealing resin 12 Insulating metal substrate 12a Metal base 12b Insulating layer 12c Copper foil 14 Insulating plate 15 Internal wiring lead 15a Lead pin

Claims

A contactless semiconductor contactor that opens and closes the main circuit using a thyristor as a power element. The power part is formed by soldering and mounting the thyristor and main circuit terminal frame on an insulating substrate, and the main circuit terminal block is formed on the side of the case. The main circuit terminal frame is erected and extended to form a terminal portion for external connection at the front end of the main circuit terminal frame, which is assembled and assembled in an outer resin case and mounted with a control unit and a case cover on the upper part. In the outer resin case, the terminal wall of the main circuit terminal frame is passed through the terminal lead window in the state in which the rear wall portion of the terminal block is notched to open the terminal lead window and the power part is incorporated in the outer resin case. A contactless semiconductor contactor, wherein the contactor is bent in an L shape outwardly and pulled out directly onto the main circuit terminal block.

2. The semiconductor contactor according to claim 1, wherein a terminal lead-out window of the outer resin case is notched between the left and right phase spacing walls rising from the terminal block, and the terminal lead-out window extends downward from the peripheral wall of the case cover. A contactless semiconductor contactor that is blocked by a hanging wall.

3. The semiconductor contactor according to claim 2, wherein a vertical concave groove is formed at a rear end portion of the phase interval wall standing up from the terminal block, and right and left side edges of the hanging wall portion of the case cover are fitted and fixed in the concave groove. A contactless semiconductor contactor characterized by that.

2. The contactless semiconductor contactor according to claim 1, wherein a side wall portion that stands up from the periphery of the chip mount portion of the main circuit terminal frame and surrounds the power element is formed.