專利名稱：電源模塊結(jié)構(gòu)以及利用該電源模塊結(jié)構(gòu)的固態(tài)繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及要求較高的可靠性與散熱性的電子元件的電源模塊結(jié)構(gòu)以及利用該電源模塊結(jié)構(gòu)的固態(tài)繼電器背景技術(shù)一直以來，伴隨著電路的集成化，對于發(fā)熱的電子元件的散熱，通常利用散熱器來進行。因此，電子元件或者基板與散熱器的粘接對于散熱性具有較高的重要性。但是，由于從減少有害物質(zhì)的觀點出發(fā)，使用了高熔點的焊料，所以存在產(chǎn)生妨礙上述粘接性的“彎曲”的問題。
另外，眾所周知如果利用焊料將多張熱膨脹系數(shù)不同的板材接合起來，就會產(chǎn)生彎曲的問題。如果焊料的種類不同(如果溶點不同)，產(chǎn)生彎曲程度也不同。其傾向隨著溶點的增高而加大。對于高溶點焊料，通常使用Pb作為主要的成分。由于Pb具有柔軟的特性，所以可用來對應(yīng)彎曲應(yīng)力。
作為使用上述發(fā)熱電子元件，電源模塊的結(jié)構(gòu)如圖25所示，利用焊料將絕緣板2接合在與散熱器(未圖示)接觸的導(dǎo)熱板1上，并利用焊料將第一端子4接合在該絕緣板2上，再利用焊料將半導(dǎo)體芯片3接合在第一端子4上，使該第一端子4與其對應(yīng)的半導(dǎo)體芯片3的接點連接，并利用焊料將第二端子5、第三端子6接合在該半導(dǎo)體芯片3上，使第二端子5、第三端子6分別與其對應(yīng)的半導(dǎo)體芯片3的接點連接。第一端子4在薄長方形狀的端子主體4A的前側(cè)具有端子部4B。并且，導(dǎo)熱板1對散熱器表面的保持是通過將設(shè)置于導(dǎo)熱板1上的安裝部7用螺釘固定在散熱器上來實現(xiàn)的。
上述電源模塊結(jié)構(gòu)中，在導(dǎo)熱板1的板主體1A上，在圖26中以虛線表示的長方形焊接區(qū)域10-1上焊接絕緣板2，并且，在絕緣板2上，在圖27中以虛線表示的長方形焊接區(qū)域10-2上，焊接第一端子4，另外，在第一端子4的端子主體4A的中央部位，在圖28中以虛線表示的長方形焊接區(qū)域10-3上，焊接半導(dǎo)體芯片3，另外，在半導(dǎo)體芯片3上，在圖29中以虛線表示的三角形焊接區(qū)域10-4上，焊接第二端子5，在半導(dǎo)體芯片3上的長方形焊接區(qū)域10-5上焊接第三端子6。
上述焊接是在將導(dǎo)熱板1、絕緣板2、半導(dǎo)體芯片3、以及第一端子4、第二端子5、第三端子6層疊的狀態(tài)下，通過加熱處理使各個焊接區(qū)域10-1～10-5的焊料融化后再硬化來進行的，或者，也可以對導(dǎo)熱板1與絕緣板2、絕緣板2與第一端子4，第一端子4與半導(dǎo)體芯片3、半導(dǎo)體芯片3與第二端子5、第三端子6分別進行焊接。并且，通過利用樹脂12對如上所述焊接形成的模塊構(gòu)成體11進行模塑，構(gòu)成圖24所示的電源模塊結(jié)構(gòu)。
對于上述的電源模塊結(jié)構(gòu)，參照圖30至圖33對絕緣板2與第一端子4產(chǎn)生彎曲的機理進行說明。
圖30是模式表示絕緣板2采用Al2O3，第一端子4采用Cu材料，并通過焊料10將第一端子4接合在絕緣板2上的狀態(tài)的視圖，圖中L1是絕緣板2的基準長度，L2是第一端子4的基準長度。并且在使溫度從室溫(25℃)上升到Tp時，絕緣板2因其材質(zhì)不太產(chǎn)生熱膨脹，但是第一端子4向外方向F1產(chǎn)生熱膨脹。因此，如圖30所示，第一端子4伸長而超過其基準長度L2。
當(dāng)溫度從Tp下降到Tm時，第一端子4向圖31所示的箭頭方向F2收縮，如果溫度從Tm(＜Tp)開始進一步下降，則第一端子4向圖32所示的箭頭方向F3收縮，如果溫度達到室溫(25°)，則由于是在第一端子4伸展的狀態(tài)下使焊料10硬化的，所以在第一端子4與絕緣板2上會產(chǎn)生圖33中向下凸出的彎曲。
即，由于焊料10使用高熔點的焊料，硬化溫度在300℃附近(比現(xiàn)有的數(shù)值高，現(xiàn)有的數(shù)值為180℃左右)，所以焊料在300℃附近硬化，將第一端子4接合在絕緣板2上。此時，第一端子4是熱膨脹伸長的狀態(tài)，由于絕緣板2不太產(chǎn)生熱膨脹而不會從原來的尺寸伸長，所以如果溫度下降，在第一端子4與絕緣板2上作用有使彼此恢復(fù)到原來尺寸的力，由于只是第一端子4處于收縮的狀態(tài)，所以會產(chǎn)生向下凸出的彎曲。
另外，有關(guān)現(xiàn)有的電源模塊結(jié)構(gòu)，在電源模塊等發(fā)熱較大的用途上使用電路基板的場合，在與散熱器銅板接合時，會使制造電路基板時產(chǎn)生的殘留應(yīng)力增大，容易產(chǎn)生裂縫，為了解決這種問題，采用陶瓷基板，該陶瓷基板是具有彎曲的陶瓷燒結(jié)板，其一個方向的彎曲量是該方向長度的1/4000至1/100，該方向的垂直方向的彎曲量小于等于該方向彎曲量的1/2(包含0)。另外也有提倡如下的電路基板的制造方法，在該陶瓷基板的凸面?zhèn)扰渲秒娐沸纬捎媒饘侔?，在其凹面?zhèn)扰渲蒙岵啃纬捎媒饘侔澹偻ㄟ^加熱進行接合(參照專利文獻1)。
日本特開平10-167804號公報如上所述，上述現(xiàn)有的電源模塊結(jié)構(gòu)由于熱膨脹系數(shù)之差而產(chǎn)生彎曲，這種彎曲變形使導(dǎo)熱板1與散熱器之間產(chǎn)生間隙，從而存在不能良好地發(fā)揮散熱效果等的問題。
另外，如上所述，對于第一端子4彎曲的電源模塊結(jié)構(gòu)，存在向彎曲少的一側(cè)傳遞熱量，從而向作為接合部的焊料10上施加應(yīng)力，從而產(chǎn)生疲勞的問題。
如上所述，如圖27中虛線所示，由于作為焊接區(qū)域的固定部位位于整個區(qū)域，因此產(chǎn)生如下問題，即，因為產(chǎn)生定位的起縐現(xiàn)象，所以在外側(cè)端產(chǎn)生變形，在第一端子4上，在固定部位的整個長度部分施加有應(yīng)力，從而成為彎曲的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種電源模塊結(jié)構(gòu)以及利用該電源模塊結(jié)構(gòu)的固態(tài)繼電器，除了可以抑制端子彎曲的發(fā)生，解決散熱性的問題之外，還可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)產(chǎn)品完成后的外部應(yīng)力(熱沖擊)，能夠延長產(chǎn)品的壽命。
為了達成上述目的，本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)通過焊料依次將與散熱器接觸的導(dǎo)熱板、絕緣部件、端子以及半導(dǎo)體芯片接合，并將所述端子連接在與其對應(yīng)的半導(dǎo)體芯片的接點上，其特征在于，在端子上設(shè)置有應(yīng)力緩和部，用以緩和由于該端子與絕緣部件的熱膨脹系數(shù)之差而產(chǎn)生的應(yīng)力，并且局部地形成應(yīng)力束縛部，該應(yīng)力束縛部是將端子焊接在絕緣部件上的焊接區(qū)域。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于在端子上設(shè)有應(yīng)力緩和部，并且，局部地形成有應(yīng)力束縛部，所以可以緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且，使應(yīng)力的束縛形成在局部，從而可以抑制彎曲的發(fā)生，也可以改善受端子彎曲影響的導(dǎo)熱板與散熱器的粘接性，能夠解決散熱性的問題。
另外，因為抑制了端子的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲少的一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
除了可以減輕彎曲而解決散熱性問題之外，還可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)產(chǎn)品完成后的外部應(yīng)力(熱沖擊)，能夠延長產(chǎn)品的壽命。在這里，端子相當(dāng)于第一端子，絕緣部件相當(dāng)于絕緣板。
另外，本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的特征在于，在上述本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)上，應(yīng)力束縛部分位于端子的一側(cè)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于應(yīng)力束縛部分只局部地形成在端子的一側(cè)，所以可以抑制彎曲的發(fā)生，還可以改善受端子彎曲影響的導(dǎo)熱板與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性問題。
另外，本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的特征在于，在上述本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)上，應(yīng)力束縛部分位于端子的兩側(cè)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于應(yīng)力束縛部分局部地形成在端子的兩側(cè)，所以可以抑制彎曲的發(fā)生，還可以改善受端子彎曲影響的導(dǎo)熱板與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性問題。
另外，本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的特征在于，在上述本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)上，應(yīng)力緩和部是形成在端子上的多個切口。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于在端子上通過多個切口來形成應(yīng)力緩和部，并且局部地形成應(yīng)力束縛部，所以可以緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且使應(yīng)力束縛形成在局部，從而可以抑制彎曲的發(fā)生，也可以改善受端子彎曲影響的導(dǎo)熱板與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性問題。
另外，因為抑制了端子的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少的一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
另外，本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的特征在于，在上述本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)上，將端子延其長度方向分割，并將該分割部作為應(yīng)力緩和部，并且，通過將端子的分割部位焊接在絕緣部件上，而使應(yīng)力束縛部分散。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于在端子上以分割部形成有應(yīng)力緩和部，來緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且通過分別將分割部位焊接在絕緣部件上，使應(yīng)力束縛部分散，所以可以使應(yīng)力束縛形成在局部，抑制彎曲的發(fā)生，還可以改善受端子彎曲影響的導(dǎo)熱板與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性問題。
另外，由于抑制了端子的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少的一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
其中，作為分割部優(yōu)選直線形狀或者鍵型形狀，并優(yōu)選分割成多于等于2的多個部分。
另外，本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的特征在于，在上述電源模塊結(jié)構(gòu)上，應(yīng)力緩和部是形成在端子表面的凹形槽。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于通過在端子表面形成凹形槽來設(shè)置應(yīng)力緩和部，并且局部地形成應(yīng)力束縛部，所以可以緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且可以使應(yīng)力束縛形成在局部，抑制彎曲的發(fā)生，還可以改善受端子彎曲影響的導(dǎo)熱板與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性問題。
另外，由于抑制了端子的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少的一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。另外，優(yōu)選凹形槽為多個。
另外，本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的特征在于，在上述電源模塊結(jié)構(gòu)上，應(yīng)力緩和部是形成在端子背面的凹形槽。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于通過在端子背面形成凹形槽來設(shè)置應(yīng)力緩和部，并且局部地形成應(yīng)力束縛部，所以可以緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且可以使應(yīng)力束縛形成在局部，抑制彎曲的發(fā)生，還可以改善受端子彎曲影響的導(dǎo)熱板與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性問題。
另外，由于抑制了端子的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少的一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。另外，優(yōu)選凹形槽為多個。
另外，本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的特征在于，在上述電源模塊結(jié)構(gòu)上，在導(dǎo)熱板上形成導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于在端子上設(shè)置應(yīng)力緩和部，并且局部地形成應(yīng)力束縛部，并在此基礎(chǔ)上，在導(dǎo)熱板上也具有導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部，所以可以緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且可以使應(yīng)力束縛形成在局部，抑制彎曲的發(fā)生，還可以改善受端子彎曲影響的導(dǎo)熱板與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性問題。
另外，由于抑制了端子的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少的一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
而且，除了可以減輕彎曲而解決散熱性問題之外，還可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)產(chǎn)品完成后的外部應(yīng)力(熱沖擊)，能夠延長產(chǎn)品的壽命。
另外，本發(fā)明的固態(tài)繼電器的特征在于，其有上述本發(fā)明的任何一種所述的電源模塊結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于電源模塊結(jié)構(gòu)可以減輕彎曲而解決散熱性的問題，所以可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)固態(tài)繼電器外部的應(yīng)力(熱沖擊)，從而可以延長固態(tài)繼電器的產(chǎn)品壽命。
根據(jù)本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)，由于在端子上設(shè)有應(yīng)力緩和部，并且局部地形成應(yīng)力束縛部，所以可以緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且可以使應(yīng)力束縛形成在局部，抑制彎曲的發(fā)生，還可以改善受端子彎曲影響的導(dǎo)熱板與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性問題。
并且，由于抑制了端子的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少的一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
如上所述，除了可以減輕彎曲而解決散熱性問題之外，還可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)產(chǎn)品完成后的外部應(yīng)力(熱沖擊)，能夠延長產(chǎn)品的壽命。
并且根據(jù)本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)，由于電源模塊結(jié)構(gòu)可以減輕彎曲而解決散熱性問題，所以，可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)固態(tài)繼電器的外部應(yīng)力(熱沖擊)可以延長固態(tài)繼電器的產(chǎn)品壽命。


圖1為使用了本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的固態(tài)繼電器的外觀立體圖。
圖2為上述固態(tài)繼電器的分解狀態(tài)立體圖。
圖3為本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的實施例1的立體圖。
圖4為實施例1的電源模塊結(jié)構(gòu)除去樹脂模塑狀態(tài)的立體圖。
圖5為在圖4的X-X線截面位置的立體圖。
圖6為導(dǎo)熱板的立體圖。
圖7為第一端子的立體圖。
圖8為本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的實施例2的除去樹脂模塑狀態(tài)的立體圖。
圖9為用于實施例2的電源模塊結(jié)構(gòu)的第一端子的立體圖。
圖10為第一端子的另一形式的立體圖。
圖11為第一端子的其他形式的立體圖。
圖12為第一端子的其他形式的立體圖。
圖13為導(dǎo)熱板的其他形式的立體圖。
圖14為本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的實施例3的立體圖。
圖15為實施例3的電源模塊結(jié)構(gòu)除去樹脂模塑狀態(tài)的俯視圖。
圖16為實施例3的電源模塊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱板的立體圖。
圖17為導(dǎo)熱板的其他形式的立體圖。
圖18為導(dǎo)熱板的其他形式的立體圖。
圖19為導(dǎo)熱板的其他形式的立體圖。
圖20為導(dǎo)熱板的其他形式的立體圖。
圖21為導(dǎo)熱板的其他形式的立體圖。
圖22為導(dǎo)熱板的其他形式的立體圖。
圖23為導(dǎo)熱板的其他形式的立體圖。
圖24為現(xiàn)有的電源模塊結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖25為現(xiàn)有的電源模塊結(jié)構(gòu)除去模塑狀態(tài)的立體圖。
圖26為現(xiàn)有的電源模塊結(jié)構(gòu)在導(dǎo)熱板上焊接了絕緣板狀態(tài)的立體圖。
圖27為現(xiàn)有的電源模塊結(jié)構(gòu)在絕緣板上焊接了第一端子狀態(tài)的立體圖。
圖28為現(xiàn)有的電源模塊結(jié)構(gòu)在第一端子上焊接了半導(dǎo)體芯片狀態(tài)的立體圖。
圖29為現(xiàn)有的電源模塊結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體芯片上焊接了第二、第三端子狀態(tài)的立體圖。
圖30為電源模塊結(jié)構(gòu)的絕緣板與第一端子發(fā)生彎曲的機理的模式圖。
圖31為相對于絕緣板，第一端子產(chǎn)生了熱膨脹狀態(tài)的模式圖。
圖32為相對于絕緣板，第一端子產(chǎn)生了收縮狀態(tài)的模式圖。
圖33為絕緣板以及第一端子發(fā)生彎曲狀態(tài)的模式圖。
附圖標記A電源模塊結(jié)構(gòu)A-1 電源模塊結(jié)構(gòu)1導(dǎo)熱板1A 導(dǎo)熱板主體1F 分割部(應(yīng)力緩和部)1a 分割部位1b 分割部位1a-1 分割部位1b-1 分割部位1-1 導(dǎo)熱板2絕緣板(絕緣部件)2A 板主體2-1 絕緣板3半導(dǎo)體芯片3-1 半導(dǎo)體芯片4第一端子(端子)
4A端子主體4a切口(應(yīng)力緩和部)4b基端部(一側(cè))4c端部4g基端側(cè)部位4h中部部位4i前側(cè)部位4j直線分割部(應(yīng)力緩和部)4k直線分割部(應(yīng)力緩和部)4B端子部4-1 第一端子5 第二端子5B端子部5-1 第二端子6 第三端子6A端子主體6B端子部6-1 第三端子
7 安裝部8 凹形槽(應(yīng)力緩和部)9 凹形槽(應(yīng)力緩和部)10焊料11電源模塊構(gòu)成體11-1 電源模塊構(gòu)成體12樹脂12-1 樹脂14切口15切口16形槽(導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部)17形槽(導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部)18形槽(導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部)19形槽(導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部)20固態(tài)繼電器21散熱器具體實施方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。
圖1表示使用了本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)的固態(tài)繼電器的外觀。如圖2所示，該固態(tài)繼電器20包括散熱器21、安裝在該散熱器21的端面21A上的底座22，收容在該底座22內(nèi)并與散熱器21面接觸的本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)A，連接在該電源模塊結(jié)構(gòu)A上的電路基板23、以及可拆裝自如地卡止在底座22上并覆蓋電路基板23的殼體24。在該殼體24上擺動自如地安裝有罩(未圖示)。
在散熱器21的端面21A上，在其長度方向的兩側(cè)設(shè)置有螺釘孔21B。另外，底座22是模仿散熱器21的端面21A的箱體形狀，在其底部22A上開設(shè)有電源模塊結(jié)構(gòu)安裝部28，另外在底座22的底部22A的長度方向的兩側(cè)設(shè)有端子支撐部29。
另外，在電路基板23上，沿其長度方向在兩端邊緣部設(shè)有基板側(cè)端子部23-1、23-2，在電路基板23的安裝面上設(shè)有一對端子部23-3、23-4，且在電路基板23上還設(shè)有柵極端子連接部23-5。
另外，殼體24在其長度方向的兩端部具有端子露出部24A、24B，在其寬度方向的一側(cè)邊緣部具有一對端子露出孔24C、24D，且在殼體24的長度方向的兩端部設(shè)有向里側(cè)突出的突起部24E，在這些突起部24E的前部設(shè)有螺釘孔24F。
并且，底座22安裝在散熱器21的端面21A上，在該底座22的電源模塊結(jié)構(gòu)安裝部28安裝有電源模塊結(jié)構(gòu)A，并且該電源模塊結(jié)構(gòu)A的安裝部7的安裝槽7a與散熱器21的螺釘孔21B重合。另外，電源模塊結(jié)構(gòu)A的導(dǎo)熱板1的背面與散熱器21的端面21A接觸。并且，電源模塊結(jié)構(gòu)A的端子部4B、5B沿著底座22的端子支撐部29。
而且，電路基板23重疊在電源模塊結(jié)構(gòu)A上，這時，電路基板23的基板側(cè)端子部23-1、23-2與電源模塊結(jié)構(gòu)A的端子部4B、5B重合。并且，電源模塊結(jié)構(gòu)A的柵極端子部5B連接在電路基板23的柵極端子連接部23-5上。
另外，在底座22上安裝有殼體24，用以覆蓋電路基板23，端子部23-1與端子螺釘(未圖示)從該殼體24的一個端子露出部24A露出，端子部23-2與端子螺釘(未圖示)從另一個端子露出部24B露出。另外，電路基板23的端子部23-3、23-4插入到殼體24的端子露出孔24C、24D中。并且，殼體24的突起部24E按壓導(dǎo)熱板1的安裝部7，通過將插入突起部24E的螺釘孔24F的安裝螺釘(未圖示)螺合在散熱器21的螺釘孔21B中，從而將導(dǎo)熱板1的安裝部7安裝在散熱器21上。
如圖3以及圖4所示，電源模塊結(jié)構(gòu)A具有單相的導(dǎo)熱板1、作為絕緣部件的絕緣板2、半導(dǎo)體芯片3、作為端子的第一端子4以及第二、第三端子5、6。
并且，導(dǎo)熱板1由Cu材料構(gòu)成，如圖6所示，沿著該導(dǎo)熱板主體1A的長度方向，在其兩端部伸出有用于安裝在散熱器21上的安裝部7，在各安裝部7上形成有用于螺合固定到散熱器上的安裝槽7a。
另外，如圖4所示，絕緣板2在陶瓷制的板主體2A的兩面上蒸鍍有鉬、錳等金屬，而形成金屬層(未圖示)，從而可以進行焊接。
另外，作為半導(dǎo)體芯片3，例如使用作為輸出元件的三端雙向可控硅開關(guān)(triac)(未圖示)，為四方形的板狀體，如圖5所示，具有第一、第二接點部3a、3b以及柵極接點部3c。
如圖7所示，第一端子4具有端子主體4A，該端子主體4A呈薄長方形，在其寬度方向的兩側(cè)邊緣部，分別形成有一對切口4a，這些切口4a構(gòu)成應(yīng)力緩和部，在端子主體4A的前端側(cè)形成有彎折成曲柄狀的端子部4B。
如圖4所示，第二端子5是柵極端子，呈細長的形狀，其基端部作為接合部5a，其前端部被彎折形成端子部5B。
如圖4所示，第三端子6具有較寬的帶狀的端子主體6A，在該端子主體6A的前端部形成有彎折成曲柄形狀的端子部6B。
并且，在導(dǎo)熱板1的板主體1A上通過焊接接合有絕緣板2，在該絕緣板2的板主體2A上，如圖4所示，作為局部焊接區(qū)域，僅在第一端子4的端子主體4A的一側(cè)的基端部4b側(cè)焊接。
另外，如圖4所示，在第一端子4的端子主體4A的中央部焊接有半導(dǎo)體芯片3，第二端子5以其基端部的接合部5a焊接在半導(dǎo)體芯片3上，第三端子6以其基端部焊接在半導(dǎo)體芯片3上。通過利用樹脂12對如上所述焊接構(gòu)成的模塊構(gòu)成體11進行模塑，構(gòu)成圖3所示的電源模塊結(jié)構(gòu)A。
如上所述，絕緣板2的板主體2A與第一端子4之間的焊接，只對第一端子4的端子主體4A的前端部4b進行焊接，通過將該焊料局部地形成在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的區(qū)域上，而使得應(yīng)力束縛局部地形成在第一端子4上，并且，該焊接部4b構(gòu)成應(yīng)力束縛部。
并且，如圖3所示，電源模塊結(jié)構(gòu)A在其長度方向的兩側(cè)，具有第一端子4、第三端子6的端子部4B、6B，并且，第二端子5的端子部(柵極端子部)5B從表面一側(cè)突出，進一步地，在電源模塊結(jié)構(gòu)A上，在其長度方向的兩側(cè)伸出用于安裝到散熱器2上的導(dǎo)熱板1的安裝部7。
上述的電源模塊結(jié)構(gòu)A在絕緣板2的板主體2A上，僅第一端子4的端子主體4A的前端部4b焊接在焊接區(qū)域上，應(yīng)力束縛形成于局部，另外，在第一端子4上形成有多個由切口6a構(gòu)成的應(yīng)力緩和部，用來緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，由此，可以抑制第一端子4產(chǎn)生彎曲，也可以改善受第一端子4的彎曲影響的導(dǎo)熱板1與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性的問題。
另外，因為抑制了第一端子4的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
除了這樣減輕彎曲而可以解決散熱性的問題之外，也可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)產(chǎn)品完成后的外部應(yīng)力(熱沖擊)，從而能夠延長產(chǎn)品壽命。
在上述本發(fā)明的實施例1中，對于絕緣體2的板主體2A與第一端子4的焊接部只采用前端部4b，但是，如圖4所示，相對于絕緣板2的板主體2A，也可以在位于其兩側(cè)的兩端部4b、4c處對第一端子4的端子主體4A進行焊接。此時，兩端部4b、4c側(cè)的焊接部構(gòu)成應(yīng)力束縛部。
這時，在絕緣板2的板主體2A上，作為焊接區(qū)域第一端子4的端子主體4A的兩端部4b、4c被焊接，應(yīng)力的束縛形成在局部，另外，在第一端子4上形成由多個切口6a構(gòu)成的應(yīng)力緩和部，來緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，由此，可以抑制第一端子4的彎曲，改善受第一端子4的彎曲影響的導(dǎo)熱板1與散熱器的粘接性，從而可以解決散熱性的問題。
另外，因為抑制了第一端子4的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
除了這樣減輕彎曲而可以解決散熱性的問題之外，也可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)產(chǎn)品完成后的外部應(yīng)力(熱沖擊)，從而能夠延長產(chǎn)品壽命。
(實施例2)參照圖8以及圖9對本發(fā)明的實施例2進行說明。
在本發(fā)明的實施例2中，如圖9所示，第一端子4的端子主體4A三段分割為基端側(cè)部位4g、中部部位4h以及前側(cè)部位4i，基端側(cè)部位4g、中部部位4h以及前側(cè)部位4i分別局部地焊接在絕緣板2上，由基端側(cè)部位4g與中部部位4h的直線分割部4j以及中部部位4h與前側(cè)部位4i的直線分割部4k形成應(yīng)力緩和部。其他結(jié)構(gòu)與本發(fā)明實施例1相同。
因此，在第一端子4上形成了由多個直線分割部4j、4k構(gòu)成的應(yīng)力緩和部，來緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且，由于分別將基端側(cè)部位4g、中部部位4h以及前側(cè)部位4i焊接在絕緣板2的板主體2A上，使應(yīng)力束縛部分散，所以可使應(yīng)力束縛形成在局部，可以抑制彎曲的發(fā)生，改善受第一端子4的彎曲影響的導(dǎo)熱板1與散熱器的粘接性，能夠解決散熱性的問題。
另外，因為抑制了第一端子4的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力，而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
除了這樣減輕彎曲而可以解決散熱性的問題之外，也可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)產(chǎn)品完成后的外部應(yīng)力(熱沖擊)，從而能夠延長產(chǎn)品壽命。
另外，對于將第一端子4的端子主體4A三段分割為基端側(cè)部位4g、中部部位4h以及前側(cè)部位4i，如圖10所示，分割部4j、4k也可以呈鍵型。
另外，如圖11所示，第一端子4的應(yīng)力緩和部也可以通過在端子主體4A的表面P1的長度方向上形成多個沿著寬度方向延伸的凹形槽8。并且，這樣的第一端子4在其背面P2使用焊料，在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上，被局部地焊接在絕緣板2上。
因此，在第一端子4上形成由多個凹形槽8構(gòu)成的應(yīng)力緩和部，來緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且，對于絕緣板2的板主體2A與第一端子4的焊接，由于通過焊料局部地形成在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上，使應(yīng)力束縛局部地形成在第一端子4上，所以可以抑制彎曲的發(fā)生，改善受第一端子4的彎曲影響的導(dǎo)熱板1與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性的問題。
另外，因為抑制了第一端子4的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
另外，如圖12所示，第一端子4上的應(yīng)力緩和部也可以通過在端子主體4A的背面P2的長度方向上形成多個沿著寬度方向延伸的凹形槽9來構(gòu)成，并且，這樣的第一端子4在其背面P2上使用焊料，在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上局部地焊接在絕緣板2上。
因此，在第一端子4上形成由多個凹形槽9構(gòu)成的應(yīng)力緩和部，來緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且，對于絕緣板2的板主體2A與第一端子4的焊接，由于通過焊料局部地形成在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上，使應(yīng)力束縛局部地形成在第一端子4上，所以可以抑制彎曲的發(fā)生，改善受第一端子4的彎曲影響的導(dǎo)熱板1與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性的問題。
另外，因為抑制了第一端子4的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
在上述本發(fā)明的實施例1、2中，使用了在導(dǎo)熱板1上不形成導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部的結(jié)構(gòu)，但是如圖13所示，也可以將導(dǎo)熱板1的板主體1A分割成兩份，利用分割部1F構(gòu)成應(yīng)力緩和部，并且，也可以通過將分割部位1a、1b分別焊接在絕緣板2上，來使應(yīng)力束縛部分散。
因此，由于在導(dǎo)熱板1上形成由分割部1F構(gòu)成的應(yīng)力緩和部，所以可以緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且，對于導(dǎo)熱板1與絕緣板2的板主體2A的焊接，由于通過焊料局部地形成在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上，使應(yīng)力束縛局部地形成在導(dǎo)熱板1上，所以可以抑制彎曲的發(fā)生，改善導(dǎo)熱板1與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性的問題。
(實施例3)圖14至圖16表示本發(fā)明的實施例3的電源模塊結(jié)構(gòu)，該電源模塊結(jié)構(gòu)A-1為三相結(jié)構(gòu)，如圖15所示，其具有導(dǎo)熱板1-1、絕緣板2-1、半導(dǎo)體芯片3-1以及第一、第二、第三端子4-1、5-1、6-1，因為絕緣板2-1、半導(dǎo)體芯片3-1以及第一、第二、第三端子4-1、5-1、6-1與上述本發(fā)明實施例1的絕緣板2、半導(dǎo)體芯片3以及第一、第二、第三端子4、5、6結(jié)構(gòu)相同，所以標以相同符號并省略說明。
導(dǎo)熱板1-1由Cu材料構(gòu)成，如圖16所示，安裝部7從該板主體1A-1的四個角落部伸出，在各安裝部7上形成有用于在散熱器上進行螺合固定的安裝孔7b。
并且，通過焊料將三張絕緣板2-1接合在導(dǎo)熱板1-1的板主體1A-1上，另外，如圖15所示，在該絕緣板2-1的板主體2A上作為局部焊接區(qū)域，將第一端子4-1的端子主體4A的兩端部4b、4c一側(cè)焊接。
另外，如圖15所示，半導(dǎo)體芯片3-1焊接在第一端子4-1的端子主體4A的中央部，第二端子5-1以其基端部的接合部5a焊接在半導(dǎo)體芯片3-1上，第三端子6-1以其基端部焊接在半導(dǎo)體芯片3-1上。通過利用樹脂12-1對如上所述焊接構(gòu)成的模塊構(gòu)成體11-1進行模塑，而構(gòu)成電源模塊結(jié)構(gòu)A-1。
如上所述，絕緣板2-1的板主體2A與第一端子4-1的焊接是對第一端子4-1的端子主體4A的兩端部4b、4c進行焊接，通過將該焊料局部地形成在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上，使應(yīng)力束縛局部地形成在第一端子4-1上，并且，該焊接部構(gòu)成應(yīng)力束縛部。
如圖14所示，該電源模塊結(jié)構(gòu)A-1在其長度方向的兩側(cè)，具有第一端子4的端子部4B和第三端子6的端子部6B，并且，第二端子5的端子部(柵極端子部)5B從表面?zhèn)韧怀?，進一步地，在電源模塊結(jié)構(gòu)A-1的長度方向的兩側(cè)伸出用于安裝到散熱器(未圖示)上的導(dǎo)熱板1-1的安裝部7。
如上所述，上述電源模塊結(jié)構(gòu)A-1在第一端子4-1上形成由多個切口4a構(gòu)成的應(yīng)力緩和部，來緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且，絕緣板2-1的板主體2A與第一端子4-1的焊接、由于通過將焊料局部地形成在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上，使應(yīng)力束縛局部地形成在第一端子4-1上，所以可以抑制彎曲的發(fā)生，改善導(dǎo)熱板1-1與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性的問題。
另外，因為抑制了第一端子4-1的彎曲，所以可以消除熱量向彎曲變少一側(cè)傳遞，從而向作為接合部的焊料上施加應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞的不良狀況。
上述本發(fā)明的實施例3使用了在第一端子4-1上形成由多個切口4a構(gòu)成的應(yīng)力緩和部的結(jié)構(gòu)，但是也可以采用如下的結(jié)構(gòu)，即，如圖9所示，將第一端子4-1的端子主體4A三段分割成基端側(cè)部位4g、中部部位4h以及前側(cè)部位4i；或者，在將端子主體4A三段分割成基端側(cè)部位4g、中部部位4h以及前側(cè)部位4i的基礎(chǔ)上，如圖10所示，將分割部4j、4k做成鍵型；也可以如圖11所示，在第一端子4-1的端子主體4A的表面上，在其長度方向上形成多個沿著其寬度方向延伸的凹形槽8來作為應(yīng)力緩和部；或者，也可以如圖12所示在端子主體4A的背面上，在其長度方向上形成多個沿著寬度方向延伸的凹形槽9。
上述的本發(fā)明的實施例3使用了在導(dǎo)熱板1-1上不形成導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部的結(jié)構(gòu)，但是也可以采用如下的結(jié)構(gòu)，即，如圖17所示，將導(dǎo)熱板1-1的板主體1A分割成兩部分，在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上，分別將分割部位1a-1、1b-1局部地焊接在絕緣板2-1上，使應(yīng)力束縛部分散，并且，利用分割部1F構(gòu)成應(yīng)力緩和部。
從而，由于在導(dǎo)熱板1-1上形成由分割部1F構(gòu)成的應(yīng)力緩和部，所以可以緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且導(dǎo)熱板1-1與絕緣板2-1的板主體2A的焊接，由于通過焊料局部地形成在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上，使應(yīng)力束縛局部地形成在導(dǎo)熱板1-1上，所以可以抑制彎曲的發(fā)生，改善導(dǎo)熱板1與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性的問題。
另外，導(dǎo)熱板1-1可以采用如下結(jié)構(gòu)，即，如圖18所示，將該板主體1A分割成兩部分，利用焊料13將分割部位1a-1、1b-1焊接在分割部1F的兩側(cè)，構(gòu)成導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部；或者，如圖19所示，在其板主體1A上保留一側(cè)而形成切口14，作為導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部；也可以如圖20所示，在板主體1A上保留兩側(cè)而形成切口15，來作為導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部；或者，如圖21所示，在板主體1A的表面上形成一條沿著其長度方向延伸的凹形槽16，來作為導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部；或者，如圖22所示，在板主體1A的表面P1上形成兩條沿著其寬度方向延伸的凹形槽17，來作為導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部；還可以如圖23所示，在板主體1A的表面P1上分別形成沿著其寬度方向延伸的兩條凹形槽18和沿著其長度方向延伸的三條凹形槽19，這些凹形槽18、19排列成格子狀，來作為導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部。
并且，如上所述的導(dǎo)熱板1-1在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上局部地焊接在絕緣板2-1上。
從而，由于在導(dǎo)熱板1-1上形成有導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部，來緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且，絕緣板2-1的板主體2A與導(dǎo)熱板1-1的焊接通過將焊料局部地形成在比現(xiàn)有的焊接區(qū)域窄的焊接區(qū)域上，使應(yīng)力束縛局部地形成在導(dǎo)熱板1-1上，所以可以抑制彎曲的發(fā)生，改善導(dǎo)熱板1與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性的問題。
根據(jù)本發(fā)明，由于在端子上設(shè)置應(yīng)力緩和部，并局部地形成該應(yīng)力束縛部，所以可以緩和成為彎曲原因的應(yīng)力，并且使應(yīng)力束縛形成在局部，具有可以抑制彎曲的發(fā)生，改善受彎曲影響的導(dǎo)熱板與散熱器的粘接性，從而能夠解決散熱性問題的效果，利于在要求較高的可靠性、散熱性的電子元件的電源模塊，以及利用該模塊的固態(tài)繼電器等方面使用。
權(quán)利要求
1.一種電源模塊結(jié)構(gòu)，利用焊料依次將與散熱器接觸的導(dǎo)熱板、絕緣部件、端子以及半導(dǎo)體芯片接合，并將所述端子連接到與其對應(yīng)的所述半導(dǎo)體芯片的接點上，其特征在于，在所述端子上設(shè)置有應(yīng)力緩和部，用以緩和由該端子與所述絕緣部件的熱膨脹系數(shù)之差而產(chǎn)生的應(yīng)力；并且局部地形成應(yīng)力束縛部，該應(yīng)力束縛部是將所述端子焊接在所述絕緣部件上的焊接區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的電源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述應(yīng)力束縛部位于所述端子的一側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的電源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述應(yīng)力束縛部位于所述端子的兩側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的電源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述應(yīng)力緩和部是形成在所述端子上的多個切口。
5.如權(quán)利要求1所述的電源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，將所述端子沿其長度方向分割，將該分割部作為應(yīng)力緩和部，并且通過將所述端子的分割部位焊接在所述絕緣部件上，從而使所述應(yīng)力束縛部分散。
6.如權(quán)利要求1所述的電源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述應(yīng)力緩和部是形成在所述端子表面的凹形槽。
7.如權(quán)利要求1所述的電源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述應(yīng)力緩和部是形成在所述端子背面的凹形槽。
8.如權(quán)利要求1所述的電源模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述導(dǎo)熱板上形成有導(dǎo)熱板一側(cè)應(yīng)力緩和部。
9.一種固態(tài)繼電器，其特征在于，由權(quán)利要求1至8中的任何一項所述的電源模塊結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電源模塊結(jié)構(gòu)以及利用該電源模塊結(jié)構(gòu)的固態(tài)繼電器，其除了可以抑制端子彎曲的產(chǎn)生，解決散熱性的問題之外，還可以適當(dāng)?shù)貙?yīng)產(chǎn)品完成后的外部應(yīng)力(熱沖擊)，能夠延長產(chǎn)品壽命。為了達到上述目的，本發(fā)明的電源模塊結(jié)構(gòu)在第一端子(4)上形成多個切口(4a)作為應(yīng)力緩和部，來緩和由于第一端子(4)與絕緣板(2)的熱膨脹系數(shù)之差而產(chǎn)生的應(yīng)力，并且，局部地形成有應(yīng)力束縛部，該應(yīng)力束縛部是將第一端子(4)焊接在絕緣板(2)上的焊接區(qū)域。
文檔編號H05K3/38GK1984532SQ20061016230
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者藤本卓, 永石弘人, 小永田正一 申請人:歐姆龍株式會社