JP2000307056A - 車載用半導体装置 - Google Patents

車載用半導体装置

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JP2000307056A
JP2000307056A JP11114718A JP11471899A JP2000307056A JP 2000307056 A JP2000307056 A JP 2000307056A JP 11114718 A JP11114718 A JP 11114718A JP 11471899 A JP11471899 A JP 11471899A JP 2000307056 A JP2000307056 A JP 2000307056A
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power chip
control board
outer case
semiconductor device
vehicle
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Masaru Fuku
優 福
Hirotoshi Maekawa
博敏 前川
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コスト及び修理コストの低い高性能の車
載用半導体装置の提供。 【解決手段】 パワーチップがマウントされたパワーチ
ップ基板と、前記パワーチップに関連する電気部品を備
えた制御基板と、前記パワーチップ基板や制御基板が収
められる外囲ケースとを備えた車載用半導体装置におい
て、前記制御基板と外囲ケースとが着脱自在に固定され
たことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機等を制御す
る車載用電力変換装置の主要構成部品としての半導体装
置に関するもので、詳しくは、、直流電源から交流電力
負荷を駆動する車載用電力装置の半導体装置に内蔵され
る制御基板の構造及びパワーチップ基板との接合手段や
方法、又、制御基板と外囲ケースとの固定手段や方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から車載用電力変換装置の駆動装置
として使用されているインテリジェント パワー モジ
ュールと称される半導体装置（以下、「ＩＰＭ」ともい
う）の構成を図１０及び図１１に示す。図１０は制御基
板７を外して観たＩＰＭのパワー部の上面視図、図１１
はＩＰＭを横から見た断面図である。各図において、樹
脂モールドの外囲ケース２に固定された金属板１の上
に、一般的に絶縁材質のパワーチップ基板５が取付ら
れ、このパワーチップ基板５にパワーチップ６が半田等
でマウントされている。このパワーチップ６と外囲ケー
ス２とに両端側がインサートモールドされたリード９
ａ，９ｂがワイヤボンディングにより電気的に接続され
ている。尚、図中の３は上カバーであり、４ａ，４ｂは
主電極である。
【０００３】一方、パワーチップ６の駆動・保護・制御
回路等の関連する電子部品８が実装された制御基板７に
は、上記のパワーチップ６と電気的に接続するためのス
ルーホール２０ａ，２０ｂが設けられている。上記の制
御基板７のパワーチップ基板５との接合は、リード９
ａ，９ｂとスルーホール２０ａ，２０ｂとを半田付けす
ることにより行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来例では、リ
ード９ａ，９ｂとスルーホール２０ａ，２０ｂとが、手
半田若しくはロボット半田装置によって半田付けされる
が、リード９ａ，９ｂの本数が多いため、組立工程に長
い時間が必要であり、そのため組立コストが高くなって
いた。
【０００５】更に、温度サイクルの厳しい車載環境で半
導体装置が使用されると、リード９ａ，９ｂとスルーホ
ール２０ａ，２０ｂとの接合箇所に半田クラックが発生
することが少なくなかった。
【０００６】又、上記のような従来の構成では、制御基
板７がリード９ａ，９ｂとスルーホール２０ａ，２０ｂ
とが半田付けされているため、何らかの理由で制御基板
７若しくはパワーチップ基板５等が故障に至った場合に
は、この制御基板７のみを取り外すことが出来ず、半導
体装置全体を交換せねばならず、修理コストが高くなり
不経済となっていた。
【０００７】本発明は、上記問題点を鑑みて提案された
もので、パワーチップ基板と制御基板との電気的接合や
制御基板と外囲ケースとの固定方法とを改良して、信頼
性が高く、製造コスト及び修理コストの低い高性能の車
載用半導体装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、パワ
ーチップがマウントされたパワーチップ基板と、前記パ
ワーチップの関連する電気部品を備えた制御基板と、前
記パワーチップ基板や制御基板が収められる外囲ケース
とを備えた車載用半導体装置において、前記制御基板と
外囲ケースとが着脱自在に固定されたことを特徴とす
る。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１に記載の車載
用半導体装置において、制御基板を外囲ケースに固定す
る手段は、外囲ケースに突起状に設けられたつめである
ことを特徴とする。
【００１０】請求項３の発明は、請求項１に記載の車載
用半導体装置において、パワーチップ基板と制御基板と
を電気的に接合する手段は、パワーチップに電気的に接
続され外囲ケースに固定されたリードと、そのリードに
嵌合するよう制御基板に取付られたコネクタとで構成し
たことを特徴とする。
【００１１】請求項４の発明は、請求項１に記載の車載
用半導体装置において、パワーチップ基板と制御基板と
を電気的に接合する手段は、パワーチップに電気的に接
続され外囲ケースに固定された導電材質部材と、パワー
チップに接続させるため制御基板に設けられた導電ラン
ドとの間に、弾力性のある電気的接続物を介在させ、当
該接続物を圧縮させるように制御基板を外囲ケースに固
定する構成としたことを特徴とする。
【００１２】請求項５の発明は、請求項１に記載の車載
用半導体装置において、パワーチップ基板と制御基板と
を電気的に接合する手段は、パワーチップに電気的に接
続され外囲ケースに下端部が固定されたリードをバネ形
状に加工し、当該リ−ドの先端側を圧縮させるように制
御基板を外囲ケースに固定する構成としたことを特徴と
する。
【００１３】請求項６の発明は、請求項１に記載の車載
用半導体装置において、制御基板を外囲ケースに固定す
る手段は、ネジ等の締着部材であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．実施の形態１は、
請求項１乃至３及び６の発明の実施の形態を示すもの
で、これを図１，図２に基づいて説明する。図示の形態
では、制御基板７と外囲ケース２とが締着部材により、
容易に取外しできるように着脱自在に固定されている。
締着部材としてはネジやボルトやピン等があるが、この
例ではネジを用いている。樹脂モールドの外囲ケース２
に固定された金属板１の上にはパワーチップ基板５が取
付られ、このパワーチップ基板５にはパワーチップ６が
マウントされている。外囲ケース２に一端がインサート
モールドされたリード９ａ，９ｂは、パワーチップ６と
ワイヤボンディングにより電気的に接続されている。
尚、上記のパワーチップ６はＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等
何でもよい。
【００１５】一方、パワーチップ６を駆動・保護・制御
したりする駆動回路や保護回路や制御回路等、パワーチ
ップ６の関連する電子部品８は、この例では、上記の制
御基板７に両面実装されている。この制御基板７にはコ
ネクタ１０ａ，１０ｂが取付られており、このコネクタ
１０ａ，１０ｂや上記の電子部品等８は、フロー半田付
け又はリフロー半田付け等により制御基板７に実装され
るが、手半田等の時間の長い工程を必要とせずに実装す
ることも可能である。上記コネクタ１０ａ，１０ｂとリ
ード９ａ，９ｂとの嵌合は、メス側コネクタの形状であ
るバネ状の導電体を絶縁体のハウジングに格納した一般
的なコネクタ１０ａ，１０ｂを用い、その導電体がリー
ド９ａ，９ｂを挟み込む構造で嵌合させ、電気的接続を
得ている。
【００１６】上記のように構成すると、制御基板７の組
付けは、リード９ａ，９ｂがコネクタ１０ａ，１０ｂに
嵌合するように、制御基板７を上から押し込み、締着手
段としてのネジ１１ａ，１１ｂで制御基板７と外囲ケー
ス２とを固定するだけでよい。従って、従来に比べて製
造工程時間を大幅に短縮することができ、製造コストの
低減が可能となる。又、この実施の形態１では、上記の
ように、パワーチップ６と制御基板７との接合を半田を
使用せずに行っているため、温度サイクルの厳しい車載
環境でも、従来のように半田クラックの発生する可能性
がなく、信頼性の向上を図ることができる。
【００１７】従って又、制御基板７を取外す場合は、ネ
ジ１１ａ，１１ｂを外した後、制御基板７を手によって
引き抜くだけでよく、容易に制御基板７の取り外しを行
うことができ、これにより、構成部品単位での製造，検
査等の一元管理が行えるため、各構成部品の標準化が可
能になる。更に又、何らかの理由で制御基板７若しくは
パワーチップ基板５が故障に至った場合でも、個別に交
換することができるので、修理コストの低減が可能とな
る。
【００１８】実施の形態２．実施の形態２は、請求項２
及び３の発明の実施の形態を示すもので、これを図３，
図４に基づいて説明する。図示の形態では、制御基板７
と外囲ケース２とがつめにより着脱自在に固定されてい
る。この例に示すつめ１２ａ，１２ｂは、外囲ケース２
の内面側の側壁に、上方から下方へ向けて延在するよう
に形成されており、制御基板７が外囲ケース２に押し込
まれる際には、当該制御基板７の端面の一部が、つめ１
２ａ，１２ｂの外面に当って、圧接しながら下方にスラ
イドして行き、つめ１２ａ，１２ｂを通過すると、つめ
１２ａ，１２ｂが復元することで、制御基板７の抜けが
阻止されて、外囲ケース２に組付けられ、固定される。
【００１９】このように、制御基板７の組付けは、外囲
ケース２に突起状に設けられたつめ１２ａ，１２ｂの下
側まで、制御基板７を上部から押し込むことで、外囲ケ
ース２に固定するため、組立作業を極めて迅速且つ容易
に行なうことができ、製造工程時間を飛躍的に短縮する
ことができるので、製造コストを大幅に低減することが
できる。又、つめ１２ａ，１２ｂを押しながら制御基板
７を引き抜くことが可能であるため、上記実施の形態１
と同様に、各構成部品単位での一元管理や修理コストの
低減が可能となる。
【００２０】実施の形態３.実施の形態３は、請求項２
及び４の発明の実施の形態を示すもので、これを図５乃
至図７に基づいて説明する。図５及び図６において、外
囲ケース２にインサートモールドされた導電材質部材
は、その平坦部１３ａ，１３ｂがパワーチップ６とワイ
ヤボンディングにより電気的に接続されている。他方、
制御基板７にはパワーチップ６と電気的に接続させるた
めの導電ランド１４ａ，１４ｂが設けられている。上記
の導電材質部材の平坦部１３ａ，１３ｂとこの導電ラン
ド１４ａ，１４ｂとの電気的接続は、弾力性のある電気
的接続物１５ａ，１５ｂを介して行われている。この例
に示す電気的接続物１５ａ，１５ｂは弾性力を備えた材
質の絶縁体１７と導電体１８とをサンドイッチ構造にさ
れた構成となっている。
【００２１】図７において、この電気的接続物１５ａ，
１５ｂの一例を拡大して示す。この電気的接続物１５
ａ，１５ｂは、一般的に液晶モジュール等で使用されて
いるフレキシビリティコネクタと同じ構造である。電気
信号を伝達する導電体１８は、絶縁体１７に外被をおお
われている。
【００２２】図５に示す組立前の電気的接続物１５ａ，
１５ｂは、図６に示すように、上方に位置する導電ラン
ド１４ａ，１４ｂと下方に位置する導電材質部材の平坦
部１３ａ，１３ｂとの距離即ち間隔より若干長く形成し
ているので、同図に示すように、制御基板７が組付けら
れた際には、常時圧縮された状態となる。この圧縮され
た電気的接続物１５ａ，１５ｂには、当然、伸びようと
する反発力が働いているため、電気的接続物１５ａ，１
５ｂと導電材質部材の平坦部１３ａ，１３ｂと導電ラン
ド１４ａ，１４ｂとは、常に一定の力で圧接された状態
となる。これにより、パワーチップ６と制御基板７との
良好な電気的接続を得ることができる。
【００２３】制御基板７の組付けは、図５に示すよう
に、電気的接続物１５ａ，１５ｂをガイド１６ａ，１６
ｂに沿って上から挿入し、制御基板７をつめ１２ａ，１
２ｂの下側まで押し込むことで、外囲ケース２と固定す
る。尚、この制御基板７と外囲ケース２との固定はつめ
以外でもよい。例えば、上記実施例のように適当な締着
部材を用いて着脱自在に固定されればよい。
【００２４】実施の形態４．実施の形態４は、請求項２
及び５の発明の実施の形態を示すもので、図８，図９に
基づいて説明する。図８において、バネリード１９ａ，
１９ｂは、パワーチップ６とワイヤボンディングにより
電気的に接続されており、その下端部が外囲ケース２に
インサートモールドされたリードを上方へと立ち上げ
て、弾発力が生じるようにバネ形状に加工されたもの
で、このリード即ちバネリード１９ａ，１９ｂの先端部
は、制御基板７が外囲ケース２に組付けられた際には、
当該制御基板７の導電ランド１４ａ，１４ｂに先端側が
圧接された状態にて常時接触するように曲げられる。
【００２５】図９に示すように、このバネリード１９
ａ，１９ｂは、制御基板７が組付けられた時には、圧縮
された状態となる。このためバネリード１９ａ，１９ｂ
には、伸びようとする反発力が働く状態となるので、こ
のバネリード１９ａ，１９ｂと導電ランド１４ａ，１４
ｂとは常に一定のバネ圧で圧接されることになり、従っ
て、パワーチップ６と制御基板７との良好な電気的接続
が得られる。
【００２６】
【発明の効果】請求項１、２，３，４，５，６の発明に
よれば、制御基板が脱着可能な構成であるため、制御基
板の組付けは、制御基板を外囲ケース内に押し込めて、
固定するか若しくは、制御基板を外囲ケース内に押し込
んだ後、適当な締着部材で着脱時在に、例えばネジ止め
にて固定するだけでよいから、従来のように長時間の製
造工程を必要とせず、半導体装置の組立を極めて迅速且
つ容易に行なうことができるので、製造コストを大幅に
低減させることができる。又、制御基板を引き抜くだけ
か、若しくは、締着部材を取り外して、制御基板を引き
抜くだけで、簡単に制御基板の取り外しができるので、
電力変換装置の制御回路やシステム構成が対象システム
単位で変更、即ち交換される場合には、制御基板の当該
回路構成のみを交換するだけ済み、パワーチップ基板は
そのまま共通して使用することができ、経済的となる。
更に、量産時の各構成部品の標準化を図ることができ、
個別の組立ラインで、製造及び検査等を行なうことがで
きるため、特意工場の選定，各構成部品単位の一元管理
が可能となり、信頼性の高い半導体装置を提供すること
ができる。更に又、何らかの理由で、制御基板若しくは
パワーチップ基板が故障に至った場合には、当該故障部
品のみの交換で済むため、修理コストを低減することが
できる。
【００２７】請求項２の発明によれば、例えば、制御基
板に耐湿コーティング材を貼付したりして、つめ、又は
ネジ等の締着部材にて制御基板を着脱自在に固定したの
で、従来と同等以上の耐湿度及び耐振性の耐環境特性を
満足させることができる。従って又、従来の半導体装置
では制御基板の脱着を想定していなかったために、耐湿
度及び耐振対策のために当該制御基板の上面まで樹脂を
封入していたが、本発明ではかかる樹脂の封入が不要と
なり、製造コストを大幅に低減することができる。
【００２８】又、請求項３，４及び５の発明によれば、
パワーチップ基板と制御基板との電気的な接合に半田を
使用する必要が無いので、従来の半田付け接合に比べ
て、製造工程時間が飛躍的に短縮され、製造コストを大
幅に低減することができる。又、車載環境のような温度
サイクルの厳しい環境下においても、半田クラックの発
生が無いため、従来に比べて車載用半導体装置の信頼
性、引いてはこの半導体を用いた車載用電力変換装置の
信頼性を著しく向上させることができる。
【００２９】尚、上記実施の形態では、制御基板に搭載
する電子部品を両面実装した例を示したが、パワーチッ
プのスイッチングノイズの影響を制御基板が受ける懸念
がある場合には、銅板等で作った遮蔽版を制御基板とパ
ワーチップの間に挿入することで、容易に電磁ノイズを
遮蔽することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１の車載用半導体装置の組立断面
図である。
【図２】 実施の形態１の車載用半導体装置の断面図で
ある。
【図３】 実施の形態２の車載用半導体装置の組立断面
図である。
【図４】 実施の形態２の車載用半導体装置の断面図で
ある。
【図５】 実施の形態３の車載用半導体装置の組立断面
図である。
【図６】 実施の形態３の車載用半導体装置の断面図で
ある。
【図７】 実施の形態３の電気的接続物の斜視図であ
る。
【図８】 実施の形態４の車載用半導体装置の組立断面
図である。
【図９】 実施の形態４の車載用半導体装置の断面図で
ある。
【図１０】 従来例の車載用半導体装置のパワー部の上
面視図である。
【図１１】 従来例の車載用半導体装置の断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 金属ベース板、２ 外囲ケース、３ 上カバー、４
ａ，４ｂ 主電極、５パワーチップ基板、６ パワーチ
ップ、７ 制御基板、８ 電子部品、９ａ，９ｂ リー
ド、１０ａ，１０ｂ コネクタ、１１ａ，１１ｂ ネジ
（締着部材） １２ａ，１２ｂ つめ、１３ａ，１３ｂ 導電材質部材
の平坦部、１４ａ，１４ｂ 導電ランド、１５ａ，１５
ｂ 電気的接続物、１６ａ，１６ｂ ガイド、１７ 絶
縁体、１８ 導電体、１９ａ，１９ｂ バネリード、２
０ａ，２０ｂ スルーホール。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パワーチップがマウントされたパワーチ
    ップ基板と、前記パワーチップに関連する電気部品を備
    えた制御基板と、前記パワーチップ基板や制御基板が収
    められる外囲ケースとを備えた車載用半導体装置におい
    て、 前記制御基板と外囲ケースとが着脱自在に固定されたこ
    とを特徴とする車載用半導体装置。
  2. 【請求項２】 制御基板を外囲ケースに固定する手段
    は、外囲ケースに突起状に設けられたつめであることを
    特徴とする請求項１に記載の車載用半導体装置。
  3. 【請求項３】 パワーチップ基板と制御基板とを電気的
    に接合する手段は、パワーチップに電気的に接続され外
    囲ケースに固定されたリードと、そのリードに嵌合する
    よう制御基板に取付られたコネクタとで構成したことを
    特徴とする請求項１に記載の車載用半導体装置。
  4. 【請求項４】 パワーチップ基板と制御基板とを電気的
    に接合する手段は、パワーチップに電気的に接続され外
    囲ケースに固定された導電材質部材と、パワーチップに
    接続させるため制御基板に設けられた導電ランドとの間
    に、弾力性のある電気的接続物を介在させ、当該電気的
    接続物を圧縮させるように制御基板を外囲ケースに固定
    する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の車載
    用半導体装置。
  5. 【請求項５】 パワーチップ基板と制御基板とを電気的
    に接合する手段は、パワーチップに電気的に接続され外
    囲ケースに下端部が固定されたリードをバネ形状に加工
    し、当該リ−ドの先端側を圧縮させるように制御基板を
    外囲ケースに固定する構成としたことを特徴とする請求
    項１に記載の車載用半導体装置。
  6. 【請求項６】 制御基板を外囲ケースに固定する手段
    は、ネジ等の締着部材であることを特徴とする請求項１
    に記載の車載用半導体装置。
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