JP6246051B2 - 電力半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力半導体装置およびその製造方法に関し、特に、電力変換回路部を備えた電力半導体装置と、その電力半導体装置の製造方法とに関するものである。

電力半導体装置の一つに、複数のスイッチング素子を内蔵し、直流電力を交流電力に変換したり、逆に、交流電力を直流電力に変換する電力変換回路部を備えた電力半導体装置がある。

そのような電力半導体装置の一例として、特許文献１に挙げられている電力半導体装置について説明する。この電力半導体装置では、アルミナ等の絶縁基板の上面に、回路パターンを含む電力変換回路部が形成されている。絶縁基板の下面に、金属箔が形成されている。電力変換回路部は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の複数のスイッチング素子とフリーホイールリングダイオード等とを実装することによって形成されている。

電力変換回路部は金属ベースにはんだ付けされている。樹脂ケースと一体的に成形された電源接続端子、電力入出力端子および制御信号端子が、それぞれ金属のワイヤによって電気的に接続されている。電力変換回路部の上方には、プリント基板を含む制御回路部が配置されている。プリント基板には、スイッチング素子の動作等を制御するための制御回路が形成されている。

プリント配線板のスルーホールにケースの制御信号端子を挿入し、はんだ付けすることで、電力変換回路部と制御回路部とが電気的に接続される。樹脂ケースの内部にシリコーンゲル等のゲル状充填剤を注入することによって、電力変換回路部と制御回路部とが封止される。

次に、電力半導体装置の他の例として、特許文献２に挙げられている電力半導体装置について説明する。この電力半導体装置では、モジュールを用いて電力変換回路部が構成される。一つのスイッチング素子を内蔵したモジュールがモールド成形によって形成され、複数のモジュールを金属ベース上に配列することで電力変換回路部が構成される。

モジュールからは電源端子と制御信号端子がそれぞれ突出している。電源端子はバスバー等を介して外部への入出力端子に電気的に接続される。一方、制御信号端子は、電力変換回路部の上方に配置された制御回路基板のスルーホールに挿入されて、はんだ付けによって電気的に接続される。

特許文献１と特許文献２に挙げられている電力半導体装置では、制御信号端子の数が増えると、電力変換回路部と制御回路部とが上下に配置される構造等のために、はんだ付けの作業が煩雑になり、電力半導体装置の生産性が阻害されるおそれがあった。

これを解消する手法の一つとして、特許文献３には、制御信号端子として、はんだ付けを必要としないプレスフィット端子を適用した電力半導体装置が提案されている。この電力半導体装置では、プレスフィット端子の先端の弾性部をプリント配線板のスルーホールに圧入することで、制御信号端子とプリント配線板とが電気的に接続される。

特開２００２−１６４５００号公報 特開２００９−１５８６３１号公報 特開２０１３−４２３９号公報

電力半導体装置には、電力半導体装置としての信頼性、小型化、軽量化を損なうことなく、生産性を向上させることが求められている。

本発明は、そのような開発の一環でなされたものであり、一つの目的は、生産性のさらなる向上が図られる電力半導体装置を提供することであり、他の目的は、そのような電力半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明に係る電力半導体装置は、電力変換回路部と制御回路部とケース部材とを有する。制御回路部は電力変換回路部を制御する。ケース部材には、電力変換回路部と制御回路部とが収容される。電力変換回路部は、基材と、その基材に搭載され、複数の外部接続端子が突出したパワーモジュールとを含んでいる。制御回路部は、制御回路と複数のスルーホールが形成されたプリント基板を含んでいる。ケース部材は、複数の外部接続端子とプリント基板とを電気的に接続する複数のプレスフィット端子を含んでいる。複数の外部接続端子は、基材とケース部材との間に挟み込まれている。複数のプレスフィット端子のそれぞれは、複数のスルーホールのうち対応するスルーホールに挿入されている。

本発明に係る電力半導体装置の製造方法は、基材および複数の外部接続端子が突出したパワーモジュールを含む電力変換回路部と、制御回路および複数のスルーホールが形成されたプリント基板を含む制御回路部と、パワーモジュールとプリント基板とを電気的に接続する複数のプレスフィット端子が装着されたケース部材とを備えた、電力半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。基材にパワーモジュールを搭載する。

基材に搭載されたパワーモジュールから突出した複数の外部接続端子を、基材とケース部材とで挟み込むように、ケース部材を基材に取り付ける。複数の外部接続端子と複数のプレスフィット端子とを電気的に接続する。複数のプレスフィット端子のそれぞれを、複数のスルーホールのうち対応するスルーホールに挿入する態様で、プリント基板をケース部材に取り付ける。

本発明に係る電力半導体装置によれば、複数の外部接続端子は、ケース部材を基材に固定する作業によって基材とケース部材との間に挟み込まれている。複数のプレスフィット端子のそれぞれは、ケース部材に制御回路基板を取り付ける作業によって、複数のスルーホールのうち対応するスルーホールに挿入されている。これにより、電力半導体装置の組立作業を効率的に行うことができる。

本発明に係る電力半導体装置の製造方法によれば、ケース部材を基材に固定する作業によって、複数の外部接続端子と複数のプレスフィット端子とを電気的に接続することができる。また、ケース部材に制御回路基板を取り付ける作業によって、複数のプレスフィット端子のそれぞれを、複数のスルーホールのうち対応するスルーホールに挿入することができる。これにより、電力半導体装置の組立作業を効率的に行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る電力半導体装置の斜視図である。 同実施の形態において、図１に示す電力半導体装置の分解斜視図である。 同実施の形態において、図１に示す電力半導体装置における電力変換回路部を示す平面図である。 同実施の形態において、図３に示す断面線ＩＶ−ＩＶにおける部分断面図である。 同実施の形態において、図１に示す電力半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図５に示す工程の後に行われる工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図６に示す工程の後に行われる工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図７に示す工程における、図３に示す断面線ＩＶ−ＩＶに対応する断面線における部分断面図である。 同実施の形態において、図８に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図９に示す工程の後に行われる工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図１０に示す工程の後に行われる工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る電力半導体装置の斜視図である。 同実施の形態において、図１２に示す電力半導体装置の分解斜視図である。 同実施の形態において、図１２に示す電力半導体装置における電力変換回路部を示す平面図である。 同実施の形態において、図１４に示す断面線ＸＶ−ＸＶにおける部分断面図である。 同実施の形態において、図１２に示す電力半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図１６に示す工程の後に行われる工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図１７に示す工程の後に行われる工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図１８に示す工程の、図１４に示す断面線ＸＶ−ＸＶに対応する断面線における部分断面図である。 同実施の形態において、第１変形例に係る電力半導体装置の、図１４に示す断面線ＸＶ−ＸＶに対応する断面線における部分断面図である。 同実施の形態において、第２変形例に係る電力半導体装置の、図１４に示す断面線ＸＶ−ＸＶに対応する断面線における部分断面図である。 同実施の形態において、第３変形例に係る電力半導体装置の、図１４に示す断面線ＸＶ−ＸＶに対応する断面線における部分断面図である。 同実施の形態において、第３変形例に係る電力半導体装置を、信号制御端子押さえ部の一方側から見た、一部断面を含む側面図である。 本発明の実施の形態３に係る電力半導体装置の斜視図である。 同実施の形態において、図２４に示す電力半導体装置の分解斜視図である。 同実施の形態において、図２４に示す電力半導体装置の、図１４に示す断面線ＸＶ−ＸＶに対応する断面線における部分断面図である。 同実施の形態において、図２４に示す電力半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図２７に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図２８に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。

実施の形態１
ここでは、車両用の交流電動機を駆動するインバータ装置に適用される電力半導体装置の第１例と、その製造方法とについて説明する。

電力半導体装置は、電力変換回路部と、制御回路部と、これらを収容するケースとを備えている。電力変換回路部は、車両に搭載したバッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を交流電動機に供給する機能を有する。制御回路部は、たとえば、エンジン制御ユニット等の外部機器との間で信号の送受信を行うとともに、交流電動機に供給する交流電力を制御する機能を有する。

その電力半導体装置の構造について具体的に説明する。電力半導体装置の外観を図１に示し、その分解斜視図を図２に示す。図１および図２に示すように、電力半導体装置１における電力変換回路部１ａは、ヒートシンク３（基材）と、パワーモジュール２とによって構成される。制御回路部１ｂは、制御回路基板１５と実装部品１６とによって構成される。

ケース７には、パワーモジュール２から突出する複数の制御信号端子２ｃを押さえる制御信号端子押さえ部１３が形成されている。その制御信号端子押さえ部１３には、複数のプレスフィット端子１４が取り付けられている。このパワーモジュール２では、制御信号端子２ｃは、正端子２ａが突出する側面と同じ側面から突出している。制御信号端子押さえ部１３は、その位置に対応するように、ケース７の側部の内側に形成されている。

電力変換回路部１ａでは、ヒートシンク３は、安価で熱伝導性の良好なアルミニウム合金から形成されている。ヒートシンク３の表面には、パワーモジュール２を搭載するためのパワーモジュール搭載部４と、パワーモジュール２から突出する制御信号端子２ｃを設置する制御信号端子設置部５が形成されている。制御信号端子設置部５の上には、たとえば、エポキシ樹脂の絶縁層６が形成されている。なお、絶縁層６としては、セラミック等の絶縁板を接着してもよい。また、アルマイト処理によって絶縁層を形成してもよい。

１個のパワーモジュール２には、スイッチング素子としてのＩＧＢＴとフリーホイーリングダイオードとがそれぞれ１個内蔵されており、６個のパワーモジュール２によって電力を変換する回路が形成される。

個々のパワーモジュール２では、一つの側面から正端子２ａが突出し、その突出した正端子２ａは略Ｌ字状に屈曲している。また、その側面と対向する側面から負端子２ｂが突出し、その突出した負端子２ｂは略Ｌ字状に屈曲している。正端子２ａが突出する側面からは、複数の制御信号端子２ｃがさらに突出している。突出した複数の制御信号端子２ｃは、制御信号端子設置部５に配置されている。

ケース７は、ＰＰＳ（PolyPhenylene Sulfide）、ＰＢＴ（PolyButylene Terephthalate）等の熱可塑性樹脂から形成されている。ケース７は、底部と天井部が開口する筒状の形状とされる。ケース７をヒートシンク３に設置することで、パワーモジュール２および制御回路部１ｂ（制御回路基板１５）が取り囲まれて、ケース７内にパワーモジュール２と制御回路部１ｂが収容されることになる。

また、ケース７には、プレスフィット端子１４、バスバー８、９、１０、１１、１２および制御信号端子押さえ部１３が一体的に成形されている。プレスフィット端子１４はリン青銅から形成されている。バスバー８、９、１０、１１、１２は銅を主成分とする金属から形成されている。

後述するように、プレスフィット端子１４の先端側は制御信号端子押さえ部１３から突出する一方、先端側とは反対の根元側は制御信号端子押さえ部１３の内部において略Ｌ字状に屈曲し、その根元側の一部がケース７から露出している。制御信号端子押さえ部１３とヒートシンク３の絶縁層６とで制御信号端子２ｃを挟み込むことで、制御信号端子２ｃが固定される。

制御回路部１ｂにおける制御回路基板１５として、電気的特性と機械的特性のよいガラスエポキシ樹脂による基板が適用されている。その制御回路基板１５には、電力変換回路を制御するための実装部品１６と、外部との電気的な接続を図るための接続端子１８とが実装されている。また、制御回路基板１５には、プレスフィット端子１４が挿通されてプレスフィット端子１４と電気的に接続される複数のスルーホール１７が形成されている。さらに、制御回路基板１５には、電力変換回路部１ａを封止する樹脂を注入するための切り欠き部１５ａが形成されている。

次に、電力変換回路部１ａとその周辺の構造について、より詳細に説明する。まず、電力変換回路部１ａの平面構造を図３に示す。図３に示すように、ヒートシンク３には、６個のパワーモジュール２（２２２ａ〜２２２ｆ）が配置されている。６個のパワーモジュール２（２２２ａ〜２２２ｆ）によって、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相のインバータ回路が構成される。パワーモジュール２２２ａ、２２２ｂ（パワーモジュールＡ）によって、三相のうちの一相の回路が構成され、パワーモジュール２２２ｃ、２２２ｄ（パワーモジュールＢ）によって、残りの二相のうちの一相の回路が構成され、パワーモジュール２２２ｅ、２２２ｆ（パワーモジュールＣ）によって、残りの一相の回路が構成される。

各相の回路を構成するパワーモジュールＡ〜Ｃのそれぞれでは、パワーモジュール２２２ａ、２２２ｃ、２２２ｅが上アームを構成し、パワーモジュール２２２ｂ、２２２ｄ、２２２ｆが下アームを構成する。個々のパワーモジュールＡ（Ｂ、Ｃ）では、上アームを構成するパワーモジュール２２２ａ（２２２ｃ、２２２ｅ）の負端子２ｂと、下アームを構成するパワーモジュール２２２ｂ（２２２ｄ、２２２ｆ）の正端子２ａとが、たとえば、バスバー１０を介して電気的に直列に接続されている。パワーモジュール２２２ａ、２２２ｃ、２２２ｅのそれぞれの正端子２ａはバスバー８に電気的に接続され、パワーモジュール２２２ｂ、２２２ｄ、２２２ｆのそれぞれの負端子２ｂはバスバー９に電気的に接続されている。

このようにして、各相の回路を構成するパワーモジュールＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれバスバー８およびバスバー９を介して電気的に並列に接続されている。バスバー８およびバスバー９は、それぞれケース７内において立体的に交差している。バスバー８には、外部のバッテリー（図示せず）の正端子側に電気的に接続される端子８ａが設けられている。バスバー９には、バッテリーの負端子側に電気的に接続される端子９ａが設けられている。その端子８ａおよび端子９ａは、ケース７から突出するように配置されている。また、バスバー１０、１１、１２には、電動機（図示せず）に電気的に接続される端子１０ａ、１１ａ、１２ａがそれぞれ設けられている。その端子１０ａ、１１ａ、１２ａも、ケース７から突出するように配置されている。

次に、制御信号端子とプレスフィット端子との接続部分とその周辺の構造を図４に示す。図４に示すように、パワーモジュール２に内蔵されているスイッチング素子１９は、金属ベース２０にはんだ２２によって固定されている。スイッチング素子１９と制御信号端子２ｃとは、たとえば、アルミニウムワイヤ２５によって電気的に接続されている。金属ベース２０、制御信号端子２ｃ、正端子２ａおよび負端子２ｂ（図２参照）は、全て一枚の銅板からプレス加工によって一体的に形成されている。スイッチング素子１９および制御信号端子２ｃの一部分等は、たとえば、エポキシ等の絶縁樹脂２１によって封止されている。

パワーモジュール２は、高熱伝導接着剤２３によってヒートシンク３に固定されている。絶縁樹脂２１から突出した制御信号端子２ｃの先端側は、ヒートシンク３に設けられた制御信号端子設置部５に配置される。制御信号端子設置部５の表面には絶縁層６が形成されている。そのヒートシンク３に、ねじ（図示せず）と接着剤２４によってケース７が固定されている。こうすることで、制御信号端子２ｃの先端側の部分が、制御信号端子設置部５（絶縁層６）とケース７に形成された制御信号端子押さえ部１３との間に挟み込まれた状態で固定されることになる。

制御信号端子押さえ部１３には、プレスフィット端子１４の根元側の部分の表面が露出している。その露出したプレスフィット端子１４の部分と制御信号端子２ｃとが、アルミニウムワイヤ２５によって電気的に接続されている。本実施の形態に係る電力半導体装置１は、上記のように構成される。

次に、上述した電力半導体装置の製造方法（組立工程）の一例について説明する。まず、図５に示すように、ヒートシンク３を用意する。ヒートシンク３には、パワーモジュール２が搭載されるパワーモジュール搭載部４と、制御信号端子２ｃが配置される制御信号端子設置部５が形成されている。制御信号端子設置部５の表面には絶縁層６が形成されている。

次に、ディスペンサを用いてパワーモジュール搭載部４に高熱伝導接着剤を塗布し、ヒートシンク３の外周部分の、ケースが搭載される箇所に接着剤を塗布する。高熱伝導接着剤として、たとえば、アルミナのフィラーを含有させた熱硬化性のシリコーン接着剤を用いる。また、接着剤として、たとえば、熱硬化性のシリコーン接着剤を用いる。

次に、図６に示すように、パワーモジュール２をパワーモジュール搭載部４に設置する。次に、図７に示すように、ケース７を締め付けねじ（図示せず）によってヒートシンク３に固定する。次に、パワーモジュール２の上に錘（図示せず）を搭載させた状態で、１５０℃に加熱した加熱炉内に約１時間程度放置することによって、高熱伝導接着剤と接着剤とを熱硬化させる。

これにより、図８に示すように、パワーモジュール２は、高熱伝導接着剤２３によってパワーモジュール搭載部４に固定される。また、ケース７は、接着剤２４によってヒートシンク３に固定される。そして、パワーモジュール２から突出した複数の制御信号端子２ｃは、ケース７に形成されている制御信号端子押さえ部１３と制御信号端子設置部５（絶縁層６）との間に挟み込まれた状態で固定される。こうして、ケース７をヒートシンク３に固定する作業によって、複数のパワーモジュール２のそれぞれから突出する複数の制御信号端子２ｃを一括して固定することができ、組立作業の効率化を図ることができる。

熱硬化が完了した後、パワーモジュール２に搭載された錘を除去する。なお、このとき、錘ではなく、パワーモジュールを押さえ付ける押さえつけ構造をケース７に一体的に成形して行ってもよい。

次に、図９に示すように、パワーモジュール２の制御信号端子２ｃと、対応するプレスフィット端子１４とを、ワイヤボンディング（アルミニウムワイヤ２５）によって電気的に接続する。このとき、制御信号端子２ｃが、制御信号端子押さえ部１３と制御信号端子設置部５（絶縁層６）との間に挟み込まれた状態で固定されていることで、ワイヤボンディングを行う際の超音波振動を効率よく伝えることができ、アルミニウムワイヤ２５を確実に接続することができる。

その後、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接によって、パワーモジュール２の正端子２ａを対応するバスバー８、９に接続し、パワーモジュール２の負端子２ｂを対応するバスバー１０、１１、１２に接続する。

次に、制御回路部をケースに取り付ける。図１０に示すように、複数のプレスフィット端子１４のそれぞれに対し、制御回路基板１５に形成された複数のスルーホール１７のそれぞれが対応するように、制御回路基板１５をケース７の上方から配置する。次に、制御回路基板１５を加圧装置（図示せず）によって加圧することにより、図１１に示すように、プレスフィット端子１４をスルーホール１７に圧入する。

こうして、プレスフィット端子１４をスルーホール１７に圧入することで、プレスフィット端子１４の先端に形成された弾性部（図示せず）が制御回路基板１５に確実に接触し、はんだ付けを行うことなく、プレスフィット端子１４を制御回路基板１５に電気的に接続させることができる。また、複数の制御信号端子２ｃと制御回路基板１５とを複数のプレスフィット端子１４を介して一括して電気的に接続させることができる。

次に、制御回路基板１５に形成された切り欠き部１５ａからシリコーン樹脂（保護ゲル）を注入（矢印参照）することによって、ケース７内を封止する。シリコーン樹脂を注入することで、電力変換回路部１ａも封止されることになる。また、パワーモジュールから突出する正端子、負端子および制御信号端子のそれぞれの絶縁性も向上させることができる。なお、保護ゲルとしては、シリコーン樹脂の他に、たとえば、エポキシ樹脂でもよい。こうして、電力半導体装置が完成する。

上述した電力半導体装置では、ケース７に、パワーモジュール２の複数の制御信号端子２ｃを押さえる制御信号端子押さえ部１３が形成され、さらに、その制御信号端子押さえ部１３には、複数の制御信号端子２ｃのそれぞれと接続される複数のプレスフィット端子１４が取り付けられている。

これにより、ケース７をヒートシンク３に固定する作業によって、複数のパワーモジュール２のそれぞれから突出する複数の制御信号端子２ｃを一括して固定することができ、組立作業の効率化を図ることができる。

また、制御信号端子２ｃが、制御信号端子押さえ部１３と制御信号端子設置部５との間に挟み込まれた状態で固定されることで、ワイヤボンディングを行う際の超音波振動を効率よく伝えてアルミニウムワイヤ２５を確実に接続することができ、電力半導体装置の高信頼性を維持することができる。

さらに、制御回路部１ｂの制御回路基板１５を加圧しながらケース７に取り付けることで、プレスフィット端子１４がスルーホール１７に圧入されて、プレスフィット端子１４の先端に形成された弾性部が制御回路基板１５に確実に接触する。これにより、はんだ付けを行うことなく、プレスフィット端子１４を制御回路基板１５に電気的に接続させることができ、組立作業の効率化をさらに図ることができる。また、複数の制御信号端子２ｃと制御回路基板１５とを複数のプレスフィット端子１４を介して一括して電気的に接続させることができ、電力半導体装置の高信頼性を確実に維持することができる。

そして、電力変換回路部１ａに、スイッチング素子等を絶縁樹脂によって封止したパワーモジュール２を用いることで、電力半導体装置１の小型化と軽量化とを維持することができる。

実施の形態２
ここでは、車両用の交流電動機を駆動するインバータ装置に適用される電力半導体装置の第２例と、その製造方法とについて説明する。

電力半導体装置の外観を図１２に示し、その分解斜視図を図１３に示す。図１２および図１３に示すように、電力半導体装置１における電力変換回路部１ａは、ヒートシンク３と、パワーモジュール２とによって構成される。制御回路部１ｂは、制御回路基板１５と実装部品１６とによって構成される。

ケース７には、パワーモジュール２から突出する複数の制御信号端子２ｃを押さえる制御信号端子押さえ部１３が形成されている。その制御信号端子押さえ部１３には、複数のプレスフィット端子１４が取り付けられている。このパワーモジュール２では、制御信号端子２ｃは、正端子２ａまたは負端子２ｂが突出する側面とは異なる側面から突出している。すなわち、制御信号端子２ｃは、互いに対向する正端子２ａと負端子２ｂとを結ぶ方向とほぼ直交する方向にパワーモジュール２から突出している。制御信号端子押さえ部１３は、その位置に対応するように、ケース７の互いに対向する一方の側部と他方の側部との間を渡すように形成されている。

なお、これ以外に構成については、図１および図２に示す電力半導体装置と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

次に、制御信号端子とプレスフィット端子との接続部分とその周辺の構造について、詳細に説明する。図１４および図１５に示すように、パワーモジュール２に内蔵されているスイッチング素子１９は、金属ベース２０にはんだ２２によって固定されている。スイッチング素子１９と制御信号端子２ｃとは、アルミニウムワイヤ２５によって電気的に接続されている。スイッチング素子１９および制御信号端子２ｃの一部分等は、エポキシ等の絶縁樹脂２１によって封止されている。

プレスフィット端子１４の先端側は制御信号端子押さえ部１３から突出する一方、先端側とは反対の根元側は制御信号端子押さえ部１３の内部において略Ｌ字状に屈曲し、その根元側が制御信号端子押さえ部１３の底に露出している。制御信号端子押さえ部１３とヒートシンク３の絶縁層６とで制御信号端子２ｃを挟み込むことで、制御信号端子２ｃがプレスフィット端子１４に接触した状態で固定される。

次に、上述した電力半導体装置の製造方法（組立工程）の一例について説明する。まず、図１６に示すように、ヒートシンク３を用意する。ヒートシンク３には、パワーモジュール２が搭載されるパワーモジュール搭載部４と、制御信号端子２ｃが配置される制御信号端子設置部５が形成されている。制御信号端子設置部５の表面には絶縁層６が形成されている。

次に、ディスペンサを用いてパワーモジュール搭載部４に高熱伝導接着剤を塗布し、ヒートシンク３の外周部分のケースが搭載される箇所に接着剤を塗布する。なお、この接着剤を塗布する箇所としては、ヒートシンク３の外周部分の他に、制御信号端子設置部５（絶縁層６）に塗布してもよい。次に、図１７に示すように、パワーモジュール２をパワーモジュール搭載部４に設置する。次に、図１８に示すように、ケース７を締め付けねじ（図示せず）によってヒートシンク３に固定する。次に、パワーモジュール２の上に錘（図示せず）を搭載させた状態で、加熱炉内にて高熱伝導接着剤と接着剤とを熱硬化させる。

これにより、図１９に示すように、パワーモジュール２は、高熱伝導接着剤２３によってパワーモジュール搭載部４に固定される。また、ケース７は、接着剤によってヒートシンク３に固定される。そして、パワーモジュール２から突出した複数の制御信号端子２ｃは、制御信号端子押さえ部１３の底に露出したプレスフィット端子１４に接触する態様で、制御信号端子押さえ部１３と制御信号端子設置部５（絶縁層６）との間に挟み込まれた状態で固定される。

こうして、ケース７をヒートシンク３に固定する作業によって、複数のパワーモジュール２のそれぞれから突出する複数の制御信号端子２ｃを一括して固定することができ、組立作業の効率化を図ることができる。また、この固定作業によって、複数の制御信号端子２ｃと、対応するプレスフィット端子１４とを電気的に接続させることができる。

熱硬化が完了した後、パワーモジュール２に搭載された錘を除去する。なお、このとき、錘ではなく、パワーモジュールを押さえ付ける押さえつけ構造をケース７に一体的に成形して行ってもよい。次に、パワーモジュール２の正端子２ａおよび負端子２ｂを、それぞれ対応するバスバー８、９、１０、１１、１２に接続する。

次に、図１０に示す工程と同様に、複数のプレスフィット端子１４のそれぞれに対し、制御回路基板１５に形成された複数のスルーホールのそれぞれが対応するように、制御回路基板１５をケース７の上方から配置する（図１３参照）。次に、図１１に示す工程と同様に、制御回路基板１５を加圧装置によって、プレスフィット端子１４をスルーホール１７に圧入する（図１２参照）。その後、制御回路基板１５に形成された切り欠き部１５ａからシリコーン樹脂を注入し、ケース７内を封止することで、電力半導体装置が完成する（図１２参照）。

上述した電力半導体装置１では、ケース７をヒートシンク３に固定する作業によって、複数のパワーモジュール２のそれぞれから突出する複数の制御信号端子２ｃを一括して固定することができる。また、この固定作業によって、複数の制御信号端子２ｃと、対応するプレスフィット端子１４とを電気的に接続させることができる。これにより、電力半導体装置の組立作業をさらに効率的に行うことができる。また、制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４とをアルミニウムワイヤによって接続するスペースを削減することができ、電力半導体装置１の小型化にも寄与することができる。

また、前述した電力半導体装置と同様に、プレスフィット端子１４をスルーホール１７に圧入することで、はんだ付けを行うことなく、プレスフィット端子１４を制御回路基板１５に電気的に接続させることができる。また、複数の制御信号端子２ｃと制御回路基板１５とを複数のプレスフィット端子１４を介して一括して電気的に接続させることができる。

次に、パワーモジュールから突出する制御信号端子とプレスフィット端子との整合構造の変形例について説明する。

第１変形例
ここでは、屈曲部を設けた制御信号端子の一例について説明する。図２０に示すように、パワーモジュール２から突出する制御信号端子２ｃには、絶縁樹脂２１と制御信号端子押さえ部１３との間に位置する部分に屈曲部２ｄが設けられている。

制御信号端子２ｃに屈曲部２ｄを設けることで、製品周囲の温度の変化や製品内部における発熱等によって制御信号端子２ｃが伸縮するような場合においても、その伸縮によって生じる熱応力を緩和させることができ、制御信号端子２ｃの長期信頼性を向上させることができる。

第２変形例
ここでは、屈曲部を設けた制御信号端子の他の例について説明する。図２１に示すように、パワーモジュール２から突出する制御信号端子２ｃには、プレスフィット端子に接触する部分に凸部２ｅが設けられている。

制御信号端子２ｃに凸部２ｅを設けることで、凸部２ｅをプレスフィット端子１４に確実に接触させることができる。これにより、制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４との接触部分の面精度に起因する接触状態によって電気的な接触がばらついてしまうのを改善することができる。

第３変形例
ここでは、ばね材を備えた接続構造について説明する。図２２および図２３に示すように、制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４との間にばね材２７が設置されている。ばね材２７にはステンレス鋼、炭素鋼、リン青銅等を用いることができる。ばね材２７には、凸部２７ａが設けられている。

制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４との間にばね材２７を介在させることで、特に、温度の変化による各部材の膨張収縮によって、制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４とが、互いに接触した状態から離れる方向に変位したとしても、ばね材２７の弾性力によって、ばね材２７を制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４との双方に確実に接触させることができる。これにより、制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４との電気的な接続の信頼性を向上させることができる。

なお、制御信号端子２ｃと制御信号端子設置部５との間に、たとえば、シリコーンゴム等の弾性体を介在させても、同様の効果を得ることができる。また、屈曲部２ｄは、実施の形態１において説明した電力半導体装置１にも適用することができる。

実施の形態３
ここでは、車両用の交流電動機を駆動するインバータ装置に適用される電力半導体装置の第３例と、その製造方法とについて説明する。

電力半導体装置の外観を図２４に示し、その分解斜視図を図２５に示す。図２４および図２５に示すように、電力半導体装置１における電力変換回路部１ａは、ヒートシンク３と、パワーモジュール２とによって構成される。制御回路部１ｂは、制御回路基板１５と実装部品１６とによって構成される。なお、これ以外に構成については、図１２および図１３に示す電力半導体装置と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

次に、制御信号端子とプレスフィット端子との接続部分の構造について説明する。図２６に示すように、制御信号端子押さえ部１３とプレスフィット端子１４との間に、異方導電性膜２８が形成されている。異方導電性膜２８には、弾性変形可能な導電粒子２８ａが含まれている。

次に、上述した電力半導体装置の製造方法（組立工程）の一例について説明する。まず、図１６に示す工程と同様の工程を経て、図２７に示すように、パワーモジュール２をパワーモジュール搭載部４に設置する。次に、図２８に示すように、制御信号端子設置部５に配置された制御信号端子２ｃを覆うように異方導電性膜２８を形成する。

次に、図２９に示すように、ケース７を締め付けねじ（図示せず）によってヒートシンク３に固定する。これにより、ヒートシンク３（絶縁層６）と制御信号端子押さえ部１３との間に制御信号端子２ｃが挟み込まれて、異方導電性膜２８に含まれる導電粒子２８ａが弾性変形し、制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４とが電気的に接続される。

次に、パワーモジュール２の上に錘（図示せず）を搭載させた状態で、加熱炉内にて高熱伝導接着剤と接着剤とを熱硬化させる。熱硬化が完了した後、パワーモジュール２に搭載された錘を除去する。次に、パワーモジュール２の正端子２ａおよび負端子２ｂを、それぞれ対応するバスバー８、９、１０、１１、１２に接続する（図２５参照）。

次に、図１０に示す工程と同様に、複数のプレスフィット端子１４のそれぞれに対し、制御回路基板１５に形成された複数のスルーホールのそれぞれが対応するように、制御回路基板１５をケース７の上方から配置する（図２５参照）。次に、図１１に示す工程と同様に、制御回路基板１５を加圧装置によって、プレスフィット端子１４をスルーホール１７に圧入する（図２４参照）。その後、制御回路基板１５に形成された切り欠き部１５ａからシリコーン樹脂を注入し、ケース７内を封止することで、電力半導体装置が完成する（図２４参照）。

上述した電力半導体装置１では、前述した電力半導体装置と同様に、ケース７をヒートシンク３に固定する作業によって、複数のパワーモジュール２のそれぞれから突出する複数の制御信号端子２ｃを一括して固定するとともに、複数の制御信号端子２ｃと、対応するプレスフィット端子１４とを電気的に接続させることができる。これにより、電力半導体装置の組立作業をさらに効率的に行うことができる。

また、プレスフィット端子１４をスルーホール１７に圧入することで、はんだ付けを行うことなく、プレスフィット端子１４を制御回路基板１５に電気的に接続させることができるとともに、複数の制御信号端子２ｃと制御回路基板１５とを複数のプレスフィット端子１４を介して一括して電気的に接続させることができる。

さらに、上述した電力半導体装置では、異方導電性膜２８には弾性変形可能な導電粒子２８ａが含まれている。その導電粒子２８ａは、制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４との間に異方導電性膜２８が挟み込まれることで弾性変形する。

このため、温度の変化による各部材の膨張収縮によって、制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４とが互いに離れる方向に変位したとしても、弾性変形した導電粒子２８ａが元の形状に戻ろうとすることで、導電粒子２８ａを制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４との双方に確実に接触させることができる。これにより、制御信号端子２ｃとプレスフィット端子１４との電気的な接続の信頼性を向上させることができる。

なお、上述した各実施の形態に係る電力半導体装置１では、パワーモジュール２に内蔵されたスイッチング素子１９としてＩＧＢＴを例に挙げた。スイッチング素子１９としては、ＩＧＢＴに限られるものではなく、たとえば、パワートランジスタや、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等であってもよい。

また、電力半導体装置として、車両用の交流電動機を駆動するインバータ装置に適用される電力半導体装置を例に挙げた。電力半導体装置としては、交流発電機や交流発電電動機の制御にも適用することができる。さらに、上述した電力半導体装置は、車両用に限られるものではない。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、電力変換回路を備えた電力半導体装置に有効に利用される。

１ 電力半導体装置、１ａ 電力変換回路部、１ｂ 制御回路部、２ パワーモジュール、２ａ 正端子、２ｂ 負端子、２ｃ 制御信号端子、２ｄ 屈曲部、２ｅ 凸部、３ ヒートシンク、４ パワーモジュール搭載部、５ 制御信号端子設置部、６ 絶縁層、７ ケース、８ バスバー、８ａ バスバー端子、９ バスバー、９ａ バスバー端子、１０ バスバー、１０ａ バスバー端子、１１ バスバー、１１ａ バスバー端子、１２ バスバー、１２ａ バスバー端子、１３ 制御信号端子押さえ部、１４ プレスフィット端子、１５ 制御回路基板、１５ａ 切り欠き部、１６ 実装部品、１７ スルーホール、１８ 接続端子、１９ スイッチング素子、２０ 金属ベース、２１ 絶縁樹脂、２２ はんだ、２３ 高熱伝導接着剤、２４ 接着剤、２５ アルミニウムワイヤ、２７ ばね材、２７ａ 凸部、２８ 異方導電性膜、２８ａ 導電粒子、２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２２ｅ、２２２ｆ パワーモジュール。

Claims (10)

1. 電力変換回路部と
   前記電力変換回路部を制御する制御回路部と、
   前記電力変換回路部と前記制御回路部を収容するケース部材と
   を有し、
   前記電力変換回路部は、
   基材と、
   前記基材に搭載され、複数の外部接続端子が突出したパワーモジュールと
   を含み、
   前記制御回路部は、制御回路と複数のスルーホールが形成されたプリント基板を含み、
   前記ケース部材は、複数の前記外部接続端子と前記プリント基板とを電気的に接続する複数のプレスフィット端子を含み、
   複数の前記外部接続端子は、前記基材と前記ケース部材との間に挟み込まれ、
   複数の前記プレスフィット端子のそれぞれは、複数の前記スルーホールのうち対応するスルーホールに挿入された、電力半導体装置。
2. 複数の前記外部接続端子と複数の前記プレスフィット端子とは、互いに対応する前記外部接続端子と前記プレスフィット端子とが、金属線によって電気的に接続された、請求項１記載の電力半導体装置。
3. 複数の前記外部接続端子と複数の前記プレスフィット端子とは、互いに対応する前記外部接続端子と前記プレスフィット端子とが、直接接触する態様で電気的に接続された、請求項１記載の電力半導体装置。
4. 前記基材では、表面に弾性体の絶縁層が形成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力半導体装置。
5. 複数の前記外部接続端子と複数の前記プレスフィット端子とは、互いに対応する前記外部接続端子と前記プレスフィット端子との間に介在させた導電性のばね材を介して電気的に接続された、請求項１記載の電力半導体装置。
6. 複数の前記外部接続端子と複数の前記プレスフィット端子とは、互いに対応する前記外部接続端子と前記プレスフィット端子とが、導電粒子を含む異方導電性膜を介して電気的に接続された、請求項１記載の電力半導体装置。
7. 複数の前記外部接続端子には屈曲部が設けられた、請求項１〜６のいずれかに記載の電力半導体装置。
8. 複数の前記外部接続端子と、複数の前記プレスフィット端子とは、互いに異なる材料によって形成された、請求項１〜７のいずれかに記載の電力半導体装置。
9. 前記ケース部材の内部に絶縁性の樹脂が充填された、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力半導体装置。
10. 基材および複数の外部接続端子が突出したパワーモジュールを含む電力変換回路部と、
    制御回路および複数のスルーホールが形成されたプリント基板を含む制御回路部と、
    前記パワーモジュールと前記プリント基板とを電気的に接続する複数のプレスフィット端子が装着されたケース部材と
    を備えた、電力半導体装置の製造方法であって、
    前記基材に前記パワーモジュールを搭載する工程と、
    前記基材に搭載された前記パワーモジュールから突出した複数の前記外部接続端子を、前記基材と前記ケース部材とで挟み込むように、前記ケース部材を前記基材に取り付ける工程と、
    複数の前記外部接続端子と複数の前記プレスフィット端子とを、電気的に接続する工程と、
    複数の前記プレスフィット端子のそれぞれを、複数の前記スルーホールのうち対応するスルーホールに挿入する態様で、前記プリント基板を前記ケース部材に取り付ける工程と
    を備えた、電力半導体装置の製造方法。

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