特許 6040312 電力用半導体モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6040312

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】電力用半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20161128BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   H01L25/04 C

【請求項の数】2

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-526198(P2015-526198)

(86)(22)【出願日】2014年5月16日

(86)【国際出願番号】JP2014063015

(87)【国際公開番号】WO2015004990

(87)【国際公開日】20150115

【審査請求日】2015年12月16日

(31)【優先権主張番号】特願2013-144739(P2013-144739)

(32)【優先日】2013年7月10日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立オートモティブシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡 伸次郎

(72)【発明者】

【氏名】國分 修一

(72)【発明者】

【氏名】山田 剛司

(72)【発明者】

【氏名】原田 剛

【審査官】 小山 和俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１６０３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１７７０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１６７００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１０５２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板にはんだを介して接続される中継用端子と、
前記中継用端子と接合される外部接続用端子と、
前記はんだとの接合面側の前記中継用端子の端部を保持する非導電性の中継用端子保持部材と、
前記外部接続用端子を保持する非導電性の外部接続用端子保持部材と、
前記基板と前記外部接続用端子保持部材の間に配置される中間部材と、を備え、
前記中継用端子保持部材は、
前記中継用端子を前記基板とはんだ接続する際に前記基板を固定する治具と係合する第１係合部と、
前記中継用端子と嵌合する嵌合部とを備え、
前記嵌合部は、
前記中継用端子と前記外部接続用端子が接合可能な位置関係に定まるように前記中継用端子を位置決めし、
前記中間部材は、
前記基板と係合する第２係合部を有し、
前記外部接続用端子保持部材は、
前記中間部材と係合する第３係合部を有する
ことを特徴とする電力用半導体モジュール。

【請求項13】

請求項１に記載の電力用半導体モジュールであって、
前記基板と前記中継用端子保持部材が積層され、
前記基板と前記中間部材と前記外部接続用端子保持部材が積層される
ことを特徴とする電力用半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力用半導体モジュールに係り、特に基板と外部接続用端子の接続に中継用端子を備えた電力用半導体パワーモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電力用半導体モジュールにおいて、基板と外部接続用端子の接続にワイヤボンディングが用いられているものが多い。

【0003】

近年、大容量化、小型化、電力損失低減、ノイズ低減、更には部品点数の削減のため、駆動装置と制御装置が一体となった装置、つまり機電一体式の装置が必要とされている。機電一体式の装置では、ワイヤボンディングの代替として中継用端子が用いられている。

【0004】

しかしその一方で、大容量化に伴い中継用端子に流れる電流は大電流となり発熱量が大きい。そのため、基板と中継用端子の間に熱膨張差が生じ、はんだ付部へ応力が発生し、はんだ寿命の低下が懸念されている。

【0005】

中継用端子のはんだ付部のはんだ寿命を向上させるため、中継用端子には予め焼鈍を施した銅材を使用し、下部にベンド構造を採用することで、はんだ付部に加わる応力を緩和させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0006】

また、中継用端子のはんだ付部のはんだ寿命を向上させるため、基板と熱膨張係数の近似する第１の材料からなる第１の層を基板にはんだ付けすることにより、はんだ付部の温度サイクルの繰り返しよるダメージを低減し、耐久性を向上させたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−６３２４２号公報

【特許文献2】特開平５−４７９８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１のように、中継用端子に予め焼鈍を施した銅材を使用し、下部にベンド構造を採用する構造や、また、特許文献２のように、基板と熱膨張係数の近似する第１の材料からなる第１の層を基板にはんだ付けする構造は、基板と中継用端子の間に熱膨張差で生じるはんだ付部に加わる応力を緩和する効果を有する。しかし、以下に説明するように、中継用端子と外部接続用端子の接続時の初期応力については緩和できていない。

【0009】

中継用端子は、基板に実装される電子部品とともにはんだリフロー炉により基板とはんだ接合される。これら中継用端子や電子部品は、基板の導体パターン上に印刷されたはんだの上に実装される。

【0010】

はんだリフロー時は、炉内温度のばらつきや、実装部品の熱容量の違いにより、はんだの溶融のタイミングが異なり、先に溶融したはんだの張力が電子部品に働き、電子部品が所定の位置からずれてはんだ接合されてしまうことは良く知られている。この事象は中継用端子でも同じであり、先の理由により所定の位置よりずれてはんだ接合されてしまう。

【0011】

中継用端子が所定の位置よりずれた状態のままで外部接続用端子と接続するためには、位置ずれした中継用端子の先端と外部接続用端子の先端の位置を強制的に合わせる必要がある。具体的には、はんだ接合されていない外部接続用端子との接合面側の中継用端子先端を外部接続端子方向に曲げるようにして位置合わせを行う。このとき、中継用端子先端の曲げの力が中継用端子はんだ付部に伝わり、はんだ付部に応力が発生してしまう。

【0012】

この応力が、初期応力としてはんだ付部に定常的に加わり、熱膨張差によるはんだ付部の応力と合い重なり、はんだ寿命の低下を招いてしまう。また、中継用端子の位置ずれが大きい場合は、外部接続端子との接合が十分に行えず、たとえ接続できたとしても、必要な溶接強度や溶融断面積が得られず、不良や信頼性の低い製品となってしまう。

【0013】

本発明の目的は、中継用端子のはんだ付部に発生する応力を緩和することができる電力用半導体モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板にはんだを介して接続される中継用端子と、前記中継用端子と接合される外部接続用端子と、前記はんだとの接合面側の前記中継用端子の端部を保持する非導電性の中継用端子保持部材と、を備えるようにしたものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、中継用端子のはんだ付部に発生する応力を緩和することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】本発明の第１の実施形態による電力用半導体モジュールの分解斜視図である。

【図1B】図１Ａに示される電力用半導体モジュールを別の方向から見た分解斜視図である。

【図2】本発明の第１の実施形態による電力用半導体モジュールの平面図である。

【図3】図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

【図4】本発明の第２の実施形態による電力用半導体モジュールの分解図である。

【図5】本発明の第２の実施形態による電力用半導体モジュールの断面図である。

【図6】本発明の第３の実施形態による電力用半導体モジュールの分解図である。

【図7】本発明の第３の実施形態による電力用半導体モジュールの断面図である。

【図8】本発明の第４の実施形態による電力用半導体モジュールの分解図である。

【図9】本発明の第４の実施形態による電力用半導体モジュールの断面図である。

【図10】本発明の一応用例としてのエンジン始動装置の回路図である。

【図11】図１０に示される電力用半導体モジュールの平面図である。

【図12】図１１のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図１〜図１２を用いて、本発明の第１〜第４の実施形態による電力用半導体モジュールの構成について説明する。電力用半導体モジュールは、例えば、車両に用いられる負荷（モータ、ソレノイド等）の駆動を制御する。なお、図面において、同一部分には同一符号を付す。

【0018】

（第１の実施形態）
以下、図１〜図３を用いて、第１の実施形態による電力用半導体モジュールの全体構成について説明する。

【0019】

最初に、図１Ａを用いて、電力用半導体モジュール１の構成を説明する。図１Ａは本発明の第１の実施形態による電力用半導体モジュール１の分解斜視図である。

【0020】

本実施形態の電力用半導体モジュール１は、基板２と中継用端子保持部材６と外部接続用端子保持部材１１とが積層されて構成されている。

【0021】

四角形の基板２は、中継用端子保持部材６の凸部７（図１Ｂ）と係合する貫通穴５を少なくとも１箇所以上備えている。図１Ａでは、一例として、貫通穴５を２箇所表示している。

【0022】

角枠形の中継用端子保持部材６は、合成樹脂製等の絶縁部材で形成されている。中継用端子保持部材６は、内側に開口部ＯＰ１を備える。中継用端子保持部材６には、中継用端子９、１０が嵌合され、埋設されている。中継用端子９、１０は、外部接続用端子１３、１４と接合される際の最適な位置に定まるように配置される。中継用端子保持部材６は、外部接続用端子保持部材１１の凹部１２と係合する凸部８を少なくとも１箇所以上備えている。図１Ａでは、一例として、凸部８を２箇所表示している。

【0023】

なお、中継用端子９は電力系の端子、中継用端子１０は信号系の端子である。中継用端子９、１０の具体例については、図１０を用いて後述する。

【0024】

角枠形の外部接続用端子保持部材１１は、合成樹脂製等の絶縁部材で形成されている。外部接続用端子保持部材１１は、内側に開口部ＯＰ２を備える。外部接続用端子保持部材１１には、外部接続用端子１３、１４が嵌合され、埋設されている。外部接続用端子１３、１４は、中継用端子９、１０と接合される際の最適な位置に定まるように配置される。

【0025】

なお、外部接続用端子１３は電力系の端子、外部接続用端子１４は信号系の端子である。外部接続用端子１３、１４は、中継用端子９、１０とそれぞれ接合されることで中継用端子９、１０を介して基板２と接続される。

【0026】

次に、図１Ｂを用いて、電力用半導体モジュール１の構成を説明する。図１Ｂは、図１Ａに示される電力用半導体モジュール１を別の方向から見た分解斜視図である。

【0027】

外部接続用端子保持部材１１は、中継用端子保持部材６の凸部８（図１Ａ）と係合する凹部１２を少なくとも１箇所以上備えている。図１Ｂでは、一例として、凹部１２を２箇所表示している。

【0028】

中継用端子保持部材６は、基板２の凹部５と係合する凸部７を少なくとも１箇所以上備えている。図１Ｂでは、一例として、凸部７を２箇所表示している。

【0029】

次に、図２を用いて、電力用半導体モジュール１の構成を説明する。図２は、本発明の第１の実施形態による電力用半導体モジュール１の平面図である。

【0030】

図２に示すように、外部接続用端子保持部材１１に保持された外部接続用端子１３、１４の端部と、中継用端子保持部材６に保持された中継用端子９、１０の端部とが少なくとも接合時に接触するように、外部接続用端子１３、１４と中継用端子９、１０の位置が決められている。

【0031】

なお、外部接続用端子１３、１４と中継用端子９、１０はそれぞれ溶接される。この溶接は、例えば、アーク溶接、抵抗溶接などであるが、これらに限定されない。中継用端子保持部材６は、開口部ＯＰ１側に突出した略Ｕ字型のアーム部６ａで中継用端子９、１０を保持する。

【0032】

次に、図３を用いて、電力用半導体モジュール１の構成を説明する。図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

【0033】

基板２には、金属ベース上に絶縁層を介して導体で配線パターン３が形成され、その上にはんだ４が形成されている。中継用端子９、１０は、配線パターン３とはんだ４を介して基板２と接続される。

【0034】

基板２に備えられた貫通穴５と中継用端子保持部材６に備えられた凸部７が係合し、かつ中継用端子９、１０が中継用端子保持部材６に備えられた嵌合部１７と嵌合されている。これにより、中継用端子９、１０が基板２にはんだリフロー実装されても位置ずれを起こさず、所定の位置に配置される。

【0035】

加えて、中継用端子９、１０は外部接続用端子１３、１４と接合される際の最適な位置に定まるように中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合される。すなわち、嵌合部１７は、中継用端子９、１０と外部接続用端子１３、１４が少なくとも接合時に接触するように中継用端子９、１０を位置決めする。

【0036】

また、中継用端子保持部材６に備えられた凸部８と外部接続用端子保持部材１１に備えられた凹部１２が係合し、かつ外部接続用端子１３、１４が中継用端子９、１０と接合される際の最適な位置に定まるように外部接続用端子保持部材１１の嵌合部１８と嵌合される。

【0037】

このようにして、中継用端子９、１０と外部接続用端子１３、１４は必要な溶接強度、溶融断面積を確保できる。

【0038】

ここで、非導電性の中継用端子保持部材６は、はんだ４との接合面側の中継用端子９、１０の端部を保持する。また、図３に示すように、外部接続用端子保持部材１１、中継用端子保持部材６、基板２は、積層される。

【0039】

以上説明したように、本実施形態によれば、中継用端子９、１０と外部接続用端子１３、１４の相対位置精度が良くなる。すなわち、はんだリフロー時に中継用端子９、１０は位置ずれを起こさない。そのため、中継用端子９、１０と外部接続用端子１３、１４をそれぞれ接合する際、中継用端子９、１０を強制的に曲げて位置合わせする必要が無く、はんだ付部への応力を緩和でき、はんだ寿命を向上できる。また、外部接続用端子保持部材１１、中継用端子保持部材６、基板２を積層後、はんだリフローを実施しても同様の効果が得られる。

【0040】

次に、図４、図５を用いて、本発明の第２の実施形態による電力用半導体モジュールを説明する。

【0041】

最初に、図４を用いて、本発明の第２の実施形態による電力用半導体モジュール１の構成について説明する。図４は本発明の第２の実施形態による電力用半導体モジュール１の分解図である。

【0042】

治具２１ははんだリフロー時に使用される治具で、基板２に中継用端子９、１０をはんだ接合する際に用いる治具である。治具２１は、基板２の貫通穴１５と係合する凸部２２を少なくとも１箇所以上備えている。更には、治具２１は、中継用端子保持部材６の凸部２５と係合する凹部２３を少なくとも１箇所以上備えている。図４では、一例として、凸部２２を１箇所、凹部２３を１箇所表示している。

【0043】

基板２には、金属ベース上に絶縁層を介して導体で配線パターン３が形成され、その上にはんだ４が形成されている。基板２は、外部接続用端子保持部材１１の凸部２４と係合する貫通穴１５を少なくとも１箇所以上備えている。図４では、一例として、貫通穴１５を１箇所表示している。

【0044】

更には、基板２の外部接続用端子保持部材１１の凸部２４と係合する貫通穴１５は、はんだリフロー時の治具２１の凸部２２と係合する役割を果たす。

【0045】

中継用端子保持部材６は合成樹脂製等の絶縁部材で形成されており、治具２１の凹部２３と係合する凸部２５を少なくとも１箇所以上備えている。図４では、一例として、凸部２５を１箇所表示している。

【0046】

また、中継用端子９、１０は外部接続用端子１３、１４と接合される際の最適な位置に定まるように中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合され、埋設される。

【0047】

なお、中継用端子９は電力系の端子、中継用端子１０は信号系の端子であり、配線パターン３とはんだ４により接合される。

【0048】

一方、外部接続用端子保持部材１１は合成樹脂製等の絶縁部材で形成されており、基板２の貫通穴１５に係合する凸部２４を少なくとも１箇所以上備えている。図４では、一例として、凸部２４を１箇所表示している。また、外部接続用端子１３、１４が中継用端子９、１０と接合される際の最適な位置に定まるように外部接続用端子保持部材１１の嵌合部１８と嵌合され、埋設されている。

【0049】

なお、外部接続用端子１３は電力系の端子、外部接続用端子１４は信号系の端子であり、中継用端子９、１０と接合されることで、中継用端子９、１０を介して基板２と接続される。

【0050】

基板２に備えられた貫通穴１５とはんだリフロー時に使用されるに治具２１に備えられた凸部２２が係合し、かつ治具２１に備えられた凹部２３と中継用端子保持部材６に備えられた凸部２５が係合し、更には、中継用端子９、１０が中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合される。

【0051】

これにより、中継用端子９、１０が基板２にはんだリフロー実装されても位置ずれを起こさず、所定の位置に配置される。加えて、中継用端子９、１０は外部接続用端子１３、１４と接合される際の最適な位置に定まるように中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合される。

【0052】

また、基板２に備えられた貫通穴１５と外部接続用端子保持部材１１に備えられた凸部２４が係合し、かつ外部接続用端子１３、１４が中継用端子９、１０と接合される際の最適な位置に定まるように外部接続用端子保持部材１１の嵌合部１８と嵌合される。

【0053】

次に、図５を用いて、本発明の第２の実施形態による電力用半導体モジュール１の完成品について説明する。図５は本発明の第２の実施形態による電力用半導体モジュールの断面図である。

【0054】

図４を用いて説明したように、はんだリフロー時には、基板２の貫通穴１５は、治具２１の凸部２２と係合する。これにより、基板２が治具２１に固定される。一方、はんだ付け後、基板２の貫通穴１５から、治具２１の凸部２２が引き抜かれ、図５に示すように、基板２の貫通穴１５と外部接続用端子保持部材１１の凸部２４が係合する。これにより、外部接続用端子保持部材１１が基板２に固定される。

【0055】

ここで、図５に示すように、基板２と中継用端子保持部材６が積層され、基板２と外部接続用端子保持部材１１が積層される。つまり、中継用端子保持部材６と外部接続用端子保持部材１１は、基板２上に配置される。

【0056】

以上説明したように、本実施形態によれば、中継用端子９、１０と外部接続用端子１３、１４の相対位置精度が良くなる。すなわち、はんだリフロー時に中継用端子９、１０は位置ずれを起こさない。そのため、中継用端子９、１０と外部接続用端子１３、１４をそれぞれ接合する際、中継用端子９、１０を強制的に曲げて位置合わせする必要が無く、はんだ付部への応力を緩和でき、はんだ寿命を向上できる。また、治具２１、基板２、中継用端子保持部材６を積層、及び、治具２１、基板２、外部接続用端子保持部材１１を積層後、はんだリフローを実施しても同様の効果が得られる。

【0057】

次に、図６、図７を用いて、本発明の第３の実施形態による電力用半導体モジュール１を説明する。

【0058】

最初に、図６を用いて、本発明の第３の実施形態による電力用半導体モジュール１の構成及びそれに用いられる治具の構成について説明する。図６は本発明の第３の実施形態による電力用半導体モジュール１の分解図である。

【0059】

治具２１ははんだリフロー時に使用される治具で、基板２に中継用端子９、１０をはんだ接合する際に用いる治具である。治具２１は、基板２の貫通穴１６と係合する凸部２２を少なくとも１箇所以上備えている。更には、治具２１は、中継用端子保持部材６の凸部２５と係合する凹部２３を少なくとも１箇所以上備えている。図６では、一例として、凸部２２を１箇所、凹部２３を１箇所表示している。

【0060】

基板２には、金属ベース上に絶縁層を介して導体で配線パターン３が形成され、その上にはんだ４が形成されている。基板２は、はんだリフロー時の治具２１の凸部２２と係合する貫通穴１６を少なくとも１箇所以上備えている。図６では、一例として、貫通穴１６を１箇所表示している。

【0061】

中継用端子保持部材６は合成樹脂製等の絶縁部材で形成されており、治具２１の凹部２３と係合する凸部２５を少なくとも１箇所以上備えている。図６では、一例として、凸部２５を１箇所表示している。

【0062】

また、中継用端子９、１０は、外部接続用端子１３、１４と接合される際の最適な位置に定まるように中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合され、埋設されている。さらに中継用端子保持部材６は、外部接続用端子保持部材１１の凹部１２と係合する凸部８を少なくとも１箇所以上備えている。図６では、一例として、凸部８を１箇所表示している。

【0063】

なお、中継用端子９は電力系の端子、中継用端子１０は信号系の端子であり、配線パターン３とはんだ４により接合される。

【0064】

一方、外部接続用端子保持部材１１は合成樹脂製等の絶縁部材で形成されており、中継用端子保持部材６の凸部８と係合する凹部１２を少なくとも１箇所以上備えている。図６では、一例として、凹部１２を１箇所表示している。

【0065】

また、外部接続用端子１３、１４が中継用端子９、１０と接合される際の最適な位置に定まるように外部接続用端子保持部材１１の嵌合部１８と嵌合され、埋設される。

【0066】

なお、外部接続用端子１３は電力系の端子、外部接続用端子１４は信号系の端子であり、中継用端子９、１０と接合されることで、中継用端子９、１０を介して基板２と接続される。

【0067】

基板２に備えられた貫通穴１６とはんだリフロー時に使用されるに治具２１に備えられた凸部２２が係合し、かつ治具２１に備えられた凹部２３と中継用端子保持部材６に備えられた凸部２５が係合し、更には、中継用端子９、１０が中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合される。これにより、中継用端子９、１０が基板２にはんだリフロー実装されても位置ずれを起こさず、所定の位置に配置される。加えて、中継用端子９、１０は外部接続用端子１３、１４と接合される際の最適な位置に定まるように中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合される。

【0068】

また、中継用端子保持部材６に備えられた凸部８と外部接続用端子保持部材１１に備えられた凹部１２が係合し、かつ外部接続用端子１３、１４が中継用端子９、１０と接合される際の最適な位置に定まるように外部接続用端子保持部材１１の嵌合部１８と嵌合される。

【0069】

次に、図７を用いて、本発明の第３の実施形態による電力用半導体モジュール１の完成品について説明する。図７は本発明の第３の実施形態による電力用半導体モジュール１の断面図である。

【0070】

図６を用いて説明したように、はんだリフロー時には、基板２の貫通穴１６は、治具２１の凸部２２と係合する。これにより、基板２が治具２１に固定される。一方、はんだ付け後、図７に示すように、基板２の貫通穴１６から、治具２１の凸部２２が引き抜かれる。なお、中継用端子保持部材６と基板２は接着剤などで固定される。

【0071】

ここで、図７に示すように、外部接続用端子保持部材１１、中継用端子保持部材６、基板２が積層される。

【0072】

以上説明したように、本実施形態によれば、中継用端子９、１０と外部接続用端子１３、１４の相対位置精度が良くなる。すなわち、はんだリフロー時に中継用端子９、１０は位置ずれを起こさない。そのため、中継用端子９、１０と外部接続用端子１３、１４をそれぞれ接合する際、中継用端子９、１０を強制的に曲げて位置合わせする必要が無く、はんだ付部への応力を緩和でき、はんだ寿命を向上できる。また、外部接続用端子保持部材１１、中継用端子保持部材６、基板２、治具２１を積層後、はんだリフローを実施しても同様の効果が得られる。

【0073】

次に、図８、図９を用いて、本発明の第４の実施形態による電力用半導体モジュールを説明する。

【0074】

最初に、図８を用いて、本発明の第４の実施形態による電力用半導体モジュール１の構成及びそれに用いられる治具の構成について説明する。図８は本発明の第４の実施形態による電力用半導体モジュール１の分解図である。

【0075】

治具２１ははんだリフロー時に使用される治具で、基板２に中継用端子９、１０をはんだ接合する際に用いる治具である。治具２１は、基板２の貫通穴３１と係合する凸部２２を少なくとも１箇所以上備えている。更には、治具２１は、中継用端子保持部材６の凸部２５と係合する凹部２３を少なくとも１箇所以上備えている。図８では、一例として、凸部２２を１箇所、凹部２３を１箇所表示している。

【0076】

基板２には、金属ベース上に絶縁層を介して導体で配線パターン３が形成され、その上にはんだ４が形成されている。基板２は、中間部材３２の凸部３３と係合する貫通穴３１を少なくとも１箇所以上備えている。図８では、一例として、貫通穴３１を１箇所表示している。

【0077】

更には、基板２の中間部材３２の凸部３３と係合する貫通穴３１は、はんだリフロー時の治具２１の凸部２２と係合する役割を果たす。

【0078】

中継用端子保持部材６は合成樹脂製等の絶縁部材で形成されており、治具２１の凹部２３と係合する凸部２５を少なくとも１箇所以上備えている。図８では、一例として、凸部２５を１箇所表示している。

【0079】

また、中継用端子９、１０は、外部接続用端子１３、１４と接合される際の最適な位置に定まるように中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合され、埋設される。

【0080】

なお、中継用端子９は電力系の端子、中継用端子１０は信号系の端子であり、配線パターン３とはんだ４により接合される。

【0081】

中間部材３２は合成樹脂製等の絶縁部材又は磁性体等の導電性部材で形成されており、基板２の貫通穴３１と係合する凸部３３を少なくとも１箇所以上備えている。また、中間部材３２は、外部接続用端子保持部材１１の凹部３５と係合する凸部３４を少なくとも１箇所以上備えている。図８では、一例として、凸部３３を１箇所、凸部３４を１箇所表示している。

【0082】

一方、外部接続用端子保持部材１１は合成樹脂製等の絶縁部材で形成されており、中間部材３２の凸部３４と係合する凹部３５を少なくとも１箇所以上備えている。図８では、一例として、凹部３５を１箇所表示している。また、外部接続用端子１３、１４が中継用端子９、１０と接合される際の最適な位置に定まるように外部接続用端子保持部材１１の嵌合部１８と嵌合され、埋設されている。

【0083】

なお、外部接続用端子１３は電力系の端子、外部接続用端子１４は信号系の端子であり、中継用端子９、１０と接合されることで中継用端子９、１０を介して基板２と接続される。

【0084】

基板２に備えられた貫通穴３１とはんだリフロー時に使用されるに治具２１に備えられた凸部２２が係合し、かつ治具２１に備えられた凹部２３と中継用端子保持部材６に備えられた凸部２５が係合し、更には、中継用端子９、１０が中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合される。これにより、中継用端子９、１０が基板２にはんだリフロー実装されても位置ずれを起こさず、所定の位置に配置される。加えて、中継用端子９、１０は外部接続用端子１３、１４と接合される際の最適な位置に定まるように中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合される。

【0085】

また、中間部材３２に備えられた凸部３３と基板２に備えられた貫通穴３１が係合し、かつ中間部材３２に備えられた凸部３４と外部接続用端子保持部材１１に備えられた凹部３５が係合し、さらには外部接続用端子１３、１４が中継用端子９、１０と接合される際の最適な位置に定まるように外部接続用端子保持部材１１の嵌合部１８と嵌合される。

【0086】

次に、図９を用いて、本発明の第４の実施形態による電力用半導体モジュール１の完成品について説明する。図９は本発明の第４の実施形態による電力用半導体モジュール１の断面図である。

【0087】

図８を用いて説明したように、はんだリフロー時には、基板２の貫通穴３１は、治具２１の凸部２２と係合する。これにより、基板２が治具２１に固定される。一方、はんだ付け後、基板２の貫通穴３１から、治具２１の凸部２２が引き抜かれ、図９に示すように、基板２の貫通穴３１と中間部材３２の凸部３３が係合する。これにより、中間部材３２が基板２に固定される。

【0088】

ここで、図９に示すように、基板２と中継用端子保持部材６が積層され、基板２と中間部材３２と外部接続用端子保持部材１１が積層される。

【0089】

以上説明したように、本実施形態によれば、中継用端子９、１０と外部接続用端子１３、１４の相対位置精度が良くなる。すなわち、はんだリフロー時に中継用端子９、１０は位置ずれを起こさない。そのため、中継用端子９、１０と外部接続用端子１３、１４をそれぞれ接合する際、中継用端子９、１０を強制的に曲げて位置合わせする必要が無く、はんだ付部への応力を緩和でき、はんだ寿命を向上できる。また、治具２１、基板２、中継用端子保持部材６を積層、及び、治具２１、基板２、中間部材３２、外部接続用端子保持部材１１を積層後、はんだリフローを実施しても同様の効果が得られる。

【0090】

（第１の変形例）
第１〜第４の実施形態において、
基板の中継用端子保持部材との係合用貫通穴５、
中継用端子保持部材の基板との係合用凸部７、
中継用端子保持部材の外部接続用端子保持部材との係合用凸部８、
外部接続用端子保持部材の中継用端子保持部材との係合用凹部１２、
基板の外部接続用端子保持部材との係合用貫通穴１５、
基板の治具との係合用貫通穴１６、
治具の基板との係合用凸部２２、
治具の中継用端子保持部材との係合用凹部２３、
外部接続用端子保持部材の基板との係合用凸部２４、
中継用端子保持部材の治具との係合用凸部２５、
基板の中間部材との係合用貫通穴３１、
中間部材の基板との係合用凸部３３、
中間部材の外部接続用端子保持部材との係合用凸部３４、
及び、外部接続用端子保持部材の中間部材との係合用凹部３５、
は、本発明の効果が得られれば、それぞれの貫通穴、凸部、凹部は自由に組み合わせても良い（図示しない）。なお、これらの貫通穴、凸部、凹部は、係合部として機能する。

【0091】

また、それぞれの貫通穴、凸部、凹部が、円筒状の形状である場合は、２つ以上の組合せが好ましく、円筒状の形状以外の場合は、非対称な形状で１つ以上の組合せが好ましい（図示しない）。

【0092】

（第２の変形例）
第１〜第４の実施形態及び第１の変形例において、電力系の中継用端子９、信号系の中継用端子１０は、複数の電力系の中継用端子９及び複数の信号系の中継用端子１０が１つの中継用端子保持部材で構成されても良い。また、ひとつの単体として電力系の中継用端子９及びひとつの単体として信号系の中継用端子１０がそれぞれ単体の中継用端子保持部材で構成されても良い（図示しない）。

【0093】

また、電力系の外部接続用端子１３、信号系の外部接続用端子１４は、複数の電力系の外部接続用端子１３及び複数の信号系の外部接続用端子１４が１つの外部接続用端子保持部材で構成されても良い。さらに、ひとつの単体として電力系の外部接続用端子１３及びひとつの単体として外部接続用端子１４がそれぞれ単体の外部接続用端子保持部材で構成されても良い（図示しない）。

【0094】

（応用例）
次に、図１０〜図１２を用いて、本発明の実施形態による電力用半導体モジュール１を用いたエンジン始動装置を一応用例として説明する。

【0095】

最初に、図１０を用いて、エンジン始動装置１００の構成について説明する。図１０は、本発明の一応用例としてのエンジン始動装置の回路図である。

【0096】

エンジン始動装置１００は、マグネットスイッチ１０２の動作により、ピニオン１０４を矢印方向に移動して、エンジンと連結したリングギア１０５と噛合わせる。そして、スタータモータ１０３を動作させエンジンのクランクシャフトを回転させて燃料や点火の制御をすることによりエンジンを始動する。

【0097】

車両に搭載されるバッテリ１０８には、イグニッションスイッチ１０９を介してエンジンコントロールユニット１０７が接続されている。マグネットスイッチ１０２及びスタータモータ１０３はスタータ制御部１０６により制御される。マグネットスイッチ１０２及びスタータモータ１０３は、外部接続用端子１１１、１１２、１１３、１１４から中継用端子１２１、１２２、１２３、１２４を介して、半導体スイッチ１３１、１３２や、フリーホイールダイオード１３３、１３４などと接続されている。

【0098】

半導体スイッチ１３１、１３２はスタータ制御部１０６に接続される。スタータ制御部１０６はエンジンコントロールユニット１０７からの信号に基づいて半導体スイッチ１３１、１３２を駆動する。スタータ制御部１０６は中継用端子１２５、１２６、１２７、１２８から外部接続用端子１１５、１１６、１１７、１１８を介して、エンジンコントロールユニット１０７や、イグニッションスイッチ１０９と接続されている。

【0099】

本実施例の電力用半導体モジュールは符号１０１で示される部分に適用される。ここで、中継用端子１２１、１２２、１２３、１２４が電力系の中継用端子９に対応し、中継用端子１２５、１２６、１２７、１２８が信号系の中継用端子１０に対応する。

【0100】

また、外部接続用端子１１１、１１２、１１３、１１４が電力系の外部接続用端子１３に対応し、中継用端子１１５、１１６、１１７、１１８が信号系の外部接続用端子１４に対応する。

【0101】

図１１は、図１０に示される電力用半導体モジュール１０１の平面図であり、図１２は、図１１のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。

【0102】

図１２において、半導体スイッチ１３２は、基板２上に配線パターン３及びはんだ４を介して接続され、かつ、配線パターン３及びはんだ４を介して電力系の中継用端子１２３、外部接続用端子１１３に接続されている。外部接続用端子１１３はスタータモータ１０３（図１０）に接続される。

【0103】

また、図１２において、スタータ制御部１０６は基板２上に配線パターン３及びはんだ４を介して接続され、かつ、配線パターン３及びはんだ４を介して信号系の中継用端子１２７、外部接続用端子１１７に接続されている。外部接続用端子１１７はエンジンコントロールユニット１０７（図１０）に接続される。

【0104】

本実施例によれば、基板２に備えられた貫通穴５と中継用端子保持部材６に備えられた凸部７が係合し、かつ電力系の中継用端子１２１、１２２、１２３、１２４及び信号系の中継用端子１２５、１２６、１２７、１２８が中継用端子保持部材６の嵌合部１７と嵌合される。

【0105】

これにより、電力系の中継用端子１２１、１２２、１２３、１２４及び信号系の中継用端子１２５、１２６、１２７、１２８が基板２にはんだリフロー実装されても位置ずれを起こさず、所定の位置に配置される。

【0106】

加えて、電力系の中継用端子１２１、１２２、１２３、１２４及び信号系の中継用端子１２５、１２６、１２７、１２８はそれぞれ電力系の外部接続用端子１１１、１１２、１１３、１１４及び信号系の外部接続用端子１１５、１１６、１１７、１１８と接合される際の最適な位置に定まるように嵌合部１７と嵌合される。

【0107】

また、中継用端子保持部材６に備えられた凸部８と外部接続用端子保持部材１１に備えられた凹部１２が係合し、かつ電力系の外部接続用端子１１１、１１２、１１３、１１４及び信号系の外部接続用端子１１５、１１６、１１７、１１８がそれぞれ電力系の中継用端子１２１、１２２、１２３、１２４及び信号系の中継用端子１２５、１２６、１２７、１２８と接合される際の最適な位置に定まるように外部接続用端子保持部材１１の嵌合部１８と嵌合される。

【0108】

以上説明したように、本実施形態によれば、電力系の中継用端子１２１、１２２、１２３、１２４及び信号系の中継用端子１２５、１２６、１２７、１２８と電力系の外部接続用端子１１１、１１２、１１３、１１４及び信号系の外部接続用端子１１５、１１６、１１７、１１８の相対位置精度が良くなる。そのため、両者を接合する際、電力系の中継用端子１２１、１２２、１２３、１２４及び信号系の中継用端子１２５、１２６、１２７、１２８を強制的に曲げて位置合わせする必要が無く、はんだ付部への応力が緩和されることではんだ寿命を向上でき、長寿命なエンジン始動装置を提供できる。

【0109】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【0110】

例えば、電力用半導体モジュール１の内側に形成される開口部ＯＰ１、ＯＰ２を樹脂で埋めてもよい。このようにすると、接合部の耐振動性や耐腐食性を向上できる。

【符号の説明】

【0111】

１…電力用半導体モジュール
２…基板
３…配線パターン
４…はんだ
５…基板の中継用端子保持部材との係合用貫通穴
６…中継用端子保持部材
７…中継用端子保持部材の基板との係合用凸部
８…中継用端子保持部材の外部接続用端子保持部材との係合用凸部
９…電力系の中継用端子
１０…信号系の中継用端子
１１…外部接続用端子保持部材
１２…外部接続用端子保持部材の中継用端子保持部材との係合用凹部
１３…電力系の外部接続用端子
１４…信号系の外部接続用端子
１５…基板の外部接続用端子保持部材との係合用貫通穴
１６…基板の治具との係合用貫通穴
１７…中継用端子を外部接続用端子と接合可能な位置関係に定まるように位置決めする嵌合部
１８…外部接続用端子を中継用端子と接合可能な位置関係に定まるように位置決めする嵌合部
２１…治具
２２…治具の基板との係合用凸部
２３…治具の中継用端子保持部材との係合用凹部
２４…外部接続用端子保持部材の基板との係合用凸部
２５…中継用端子保持部材の治具との係合用凸部
３１…基板の中間部材との係合用貫通穴
３２…中間部材
３３…中間部材の基板との係合用凸部
３４…中間部材の外部接続用端子保持部材との係合用凸部
３５…外部接続用端子保持部材の中間部材との係合用凹部
１００…エンジン始動装置
１０１…電力用半導体モジュール
１０２…マグネットスイッチ
１０３…スタータモータ
１０４…ピニオン
１０５…リングギア
１０６…スタータ制御部
１０７…エンジンコントロールユニット
１０８…バッテリ
１０９…イグニッションスイッチ
１１１、１１２、１１３、１１４…電力系の外部接続用端子
１１５、１１６、１１７、１１８…信号系の外部接続用端子
１２１、１２２、１２３、１２４…電力系の中継用端子
１２５、１２６、１２７、１２８…信号系の中継用端子
１３１、１３２…半導体スイッチ
１３３、１３４…フリーホイールダイオード

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】