专利名称：电源模块结构以及利用该电源模块结构的固态继电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及要求较高的可靠性与散热性的电子元件的电源模块结构以及利用该电源模块结构的固态继电器背景技术一直以来，伴随着电路的集成化，对于发热的电子元件的散热，通常利用散热器来进行。因此，电子元件或者基板与散热器的粘接对于散热性具有较高的重要性。但是，由于从减少有害物质的观点出发，使用了高熔点的焊料，所以存在产生妨碍上述粘接性的“弯曲”的问题。
另外，众所周知如果利用焊料将多张热膨胀系数不同的板材接合起来，就会产生弯曲的问题。如果焊料的种类不同(如果溶点不同)，产生弯曲程度也不同。其倾向随着溶点的增高而加大。对于高溶点焊料，通常使用Pb作为主要的成分。由于Pb具有柔软的特性，所以可用来对应弯曲应力。
作为使用上述发热电子元件，电源模块的结构如图25所示，利用焊料将绝缘板2接合在与散热器(未图示)接触的导热板1上，并利用焊料将第一端子4接合在该绝缘板2上，再利用焊料将半导体芯片3接合在第一端子4上，使该第一端子4与其对应的半导体芯片3的接点连接，并利用焊料将第二端子5、第三端子6接合在该半导体芯片3上，使第二端子5、第三端子6分别与其对应的半导体芯片3的接点连接。第一端子4在薄长方形状的端子主体4A的前侧具有端子部4B。并且，导热板1对散热器表面的保持是通过将设置于导热板1上的安装部7用螺钉固定在散热器上来实现的。
上述电源模块结构中，在导热板1的板主体1A上，在图26中以虚线表示的长方形焊接区域10-1上焊接绝缘板2，并且，在绝缘板2上，在图27中以虚线表示的长方形焊接区域10-2上，焊接第一端子4，另外，在第一端子4的端子主体4A的中央部位，在图28中以虚线表示的长方形焊接区域10-3上，焊接半导体芯片3，另外，在半导体芯片3上，在图29中以虚线表示的三角形焊接区域10-4上，焊接第二端子5，在半导体芯片3上的长方形焊接区域10-5上焊接第三端子6。
上述焊接是在将导热板1、绝缘板2、半导体芯片3、以及第一端子4、第二端子5、第三端子6层叠的状态下，通过加热处理使各个焊接区域10-1～10-5的焊料融化后再硬化来进行的，或者，也可以对导热板1与绝缘板2、绝缘板2与第一端子4，第一端子4与半导体芯片3、半导体芯片3与第二端子5、第三端子6分别进行焊接。并且，通过利用树脂12对如上所述焊接形成的模块构成体11进行模塑，构成图24所示的电源模块结构。
对于上述的电源模块结构，参照图30至图33对绝缘板2与第一端子4产生弯曲的机理进行说明。
图30是模式表示绝缘板2采用Al2O3，第一端子4采用Cu材料，并通过焊料10将第一端子4接合在绝缘板2上的状态的视图，图中L1是绝缘板2的基准长度，L2是第一端子4的基准长度。并且在使温度从室温(25℃)上升到Tp时，绝缘板2因其材质不太产生热膨胀，但是第一端子4向外方向F1产生热膨胀。因此，如图30所示，第一端子4伸长而超过其基准长度L2。
当温度从Tp下降到Tm时，第一端子4向图31所示的箭头方向F2收缩，如果温度从Tm(＜Tp)开始进一步下降，则第一端子4向图32所示的箭头方向F3收缩，如果温度达到室温(25°)，则由于是在第一端子4伸展的状态下使焊料10硬化的，所以在第一端子4与绝缘板2上会产生图33中向下凸出的弯曲。
即，由于焊料10使用高熔点的焊料，硬化温度在300℃附近(比现有的数值高，现有的数值为180℃左右)，所以焊料在300℃附近硬化，将第一端子4接合在绝缘板2上。此时，第一端子4是热膨胀伸长的状态，由于绝缘板2不太产生热膨胀而不会从原来的尺寸伸长，所以如果温度下降，在第一端子4与绝缘板2上作用有使彼此恢复到原来尺寸的力，由于只是第一端子4处于收缩的状态，所以会产生向下凸出的弯曲。
另外，有关现有的电源模块结构，在电源模块等发热较大的用途上使用电路基板的场合，在与散热器铜板接合时，会使制造电路基板时产生的残留应力增大，容易产生裂缝，为了解决这种问题，采用陶瓷基板，该陶瓷基板是具有弯曲的陶瓷烧结板，其一个方向的弯曲量是该方向长度的1/4000至1/100，该方向的垂直方向的弯曲量小于等于该方向弯曲量的1/2(包含0)。另外也有提倡如下的电路基板的制造方法，在该陶瓷基板的凸面侧配置电路形成用金属板，在其凹面侧配置散热部形成用金属板，再通过加热进行接合(参照专利文献1)。
日本特开平10-167804号公报如上所述，上述现有的电源模块结构由于热膨胀系数之差而产生弯曲，这种弯曲变形使导热板1与散热器之间产生间隙，从而存在不能良好地发挥散热效果等的问题。
另外，如上所述，对于第一端子4弯曲的电源模块结构，存在向弯曲少的一侧传递热量，从而向作为接合部的焊料10上施加应力，从而产生疲劳的问题。
如上所述，如图27中虚线所示，由于作为焊接区域的固定部位位于整个区域，因此产生如下问题，即，因为产生定位的起绉现象，所以在外侧端产生变形，在第一端子4上，在固定部位的整个长度部分施加有应力，从而成为弯曲的原因。
发明内容
本发明是为解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种电源模块结构以及利用该电源模块结构的固态继电器，除了可以抑制端子弯曲的发生，解决散热性的问题之外，还可以适当地对应产品完成后的外部应力(热冲击)，能够延长产品的寿命。
为了达成上述目的，本发明的电源模块结构通过焊料依次将与散热器接触的导热板、绝缘部件、端子以及半导体芯片接合，并将所述端子连接在与其对应的半导体芯片的接点上，其特征在于，在端子上设置有应力缓和部，用以缓和由于该端子与绝缘部件的热膨胀系数之差而产生的应力，并且局部地形成应力束缚部，该应力束缚部是将端子焊接在绝缘部件上的焊接区域。
根据上述结构，由于在端子上设有应力缓和部，并且，局部地形成有应力束缚部，所以可以缓和成为弯曲原因的应力，并且，使应力的束缚形成在局部，从而可以抑制弯曲的发生，也可以改善受端子弯曲影响的导热板与散热器的粘接性，能够解决散热性的问题。
另外，因为抑制了端子的弯曲，所以可以消除热量向弯曲少的一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。
除了可以减轻弯曲而解决散热性问题之外，还可以适当地对应产品完成后的外部应力(热冲击)，能够延长产品的寿命。在这里，端子相当于第一端子，绝缘部件相当于绝缘板。
另外，本发明的电源模块结构的特征在于，在上述本发明的电源模块结构上，应力束缚部分位于端子的一侧。
根据上述结构，由于应力束缚部分只局部地形成在端子的一侧，所以可以抑制弯曲的发生，还可以改善受端子弯曲影响的导热板与散热器的粘接性，从而能够解决散热性问题。
另外，本发明的电源模块结构的特征在于，在上述本发明的电源模块结构上，应力束缚部分位于端子的两侧。
根据上述结构，由于应力束缚部分局部地形成在端子的两侧，所以可以抑制弯曲的发生，还可以改善受端子弯曲影响的导热板与散热器的粘接性，从而能够解决散热性问题。
另外，本发明的电源模块结构的特征在于，在上述本发明的电源模块结构上，应力缓和部是形成在端子上的多个切口。
根据上述结构，由于在端子上通过多个切口来形成应力缓和部，并且局部地形成应力束缚部，所以可以缓和成为弯曲原因的应力，并且使应力束缚形成在局部，从而可以抑制弯曲的发生，也可以改善受端子弯曲影响的导热板与散热器的粘接性，从而能够解决散热性问题。
另外，因为抑制了端子的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少的一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。
另外，本发明的电源模块结构的特征在于，在上述本发明的电源模块结构上，将端子延其长度方向分割，并将该分割部作为应力缓和部，并且，通过将端子的分割部位焊接在绝缘部件上，而使应力束缚部分散。
根据上述结构，由于在端子上以分割部形成有应力缓和部，来缓和成为弯曲原因的应力，并且通过分别将分割部位焊接在绝缘部件上，使应力束缚部分散，所以可以使应力束缚形成在局部，抑制弯曲的发生，还可以改善受端子弯曲影响的导热板与散热器的粘接性，从而能够解决散热性问题。
另外，由于抑制了端子的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少的一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。
其中，作为分割部优选直线形状或者键型形状，并优选分割成多于等于2的多个部分。
另外，本发明的电源模块结构的特征在于，在上述电源模块结构上，应力缓和部是形成在端子表面的凹形槽。
根据上述结构，由于通过在端子表面形成凹形槽来设置应力缓和部，并且局部地形成应力束缚部，所以可以缓和成为弯曲原因的应力，并且可以使应力束缚形成在局部，抑制弯曲的发生，还可以改善受端子弯曲影响的导热板与散热器的粘接性，从而能够解决散热性问题。
另外，由于抑制了端子的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少的一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。另外，优选凹形槽为多个。
另外，本发明的电源模块结构的特征在于，在上述电源模块结构上，应力缓和部是形成在端子背面的凹形槽。
根据上述结构，由于通过在端子背面形成凹形槽来设置应力缓和部，并且局部地形成应力束缚部，所以可以缓和成为弯曲原因的应力，并且可以使应力束缚形成在局部，抑制弯曲的发生，还可以改善受端子弯曲影响的导热板与散热器的粘接性，从而能够解决散热性问题。
另外，由于抑制了端子的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少的一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。另外，优选凹形槽为多个。
另外，本发明的电源模块结构的特征在于，在上述电源模块结构上，在导热板上形成导热板一侧应力缓和部。
根据上述结构，由于在端子上设置应力缓和部，并且局部地形成应力束缚部，并在此基础上，在导热板上也具有导热板一侧应力缓和部，所以可以缓和成为弯曲原因的应力，并且可以使应力束缚形成在局部，抑制弯曲的发生，还可以改善受端子弯曲影响的导热板与散热器的粘接性，从而能够解决散热性问题。
另外，由于抑制了端子的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少的一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。
而且，除了可以减轻弯曲而解决散热性问题之外，还可以适当地对应产品完成后的外部应力(热冲击)，能够延长产品的寿命。
另外，本发明的固态继电器的特征在于，其有上述本发明的任何一种所述的电源模块结构构成。
根据上述结构，由于电源模块结构可以减轻弯曲而解决散热性的问题，所以可以适当地对应固态继电器外部的应力(热冲击)，从而可以延长固态继电器的产品寿命。
根据本发明的电源模块结构，由于在端子上设有应力缓和部，并且局部地形成应力束缚部，所以可以缓和成为弯曲原因的应力，并且可以使应力束缚形成在局部，抑制弯曲的发生，还可以改善受端子弯曲影响的导热板与散热器的粘接性，从而能够解决散热性问题。
并且，由于抑制了端子的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少的一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。
如上所述，除了可以减轻弯曲而解决散热性问题之外，还可以适当地对应产品完成后的外部应力(热冲击)，能够延长产品的寿命。
并且根据本发明的电源模块结构，由于电源模块结构可以减轻弯曲而解决散热性问题，所以，可以适当地对应固态继电器的外部应力(热冲击)可以延长固态继电器的产品寿命。
图1为使用了本发明的电源模块结构的固态继电器的外观立体图。
图2为上述固态继电器的分解状态立体图。
图3为本发明的电源模块结构的实施例1的立体图。
图4为实施例1的电源模块结构除去树脂模塑状态的立体图。
图5为在图4的X-X线截面位置的立体图。
图6为导热板的立体图。
图7为第一端子的立体图。
图8为本发明的电源模块结构的实施例2的除去树脂模塑状态的立体图。
图9为用于实施例2的电源模块结构的第一端子的立体图。
图10为第一端子的另一形式的立体图。
图11为第一端子的其他形式的立体图。
图12为第一端子的其他形式的立体图。
图13为导热板的其他形式的立体图。
图14为本发明的电源模块结构的实施例3的立体图。
图15为实施例3的电源模块结构除去树脂模塑状态的俯视图。
图16为实施例3的电源模块结构的导热板的立体图。
图17为导热板的其他形式的立体图。
图18为导热板的其他形式的立体图。
图19为导热板的其他形式的立体图。
图20为导热板的其他形式的立体图。
图21为导热板的其他形式的立体图。
图22为导热板的其他形式的立体图。
图23为导热板的其他形式的立体图。
图24为现有的电源模块结构的立体图。
图25为现有的电源模块结构除去模塑状态的立体图。
图26为现有的电源模块结构在导热板上焊接了绝缘板状态的立体图。
图27为现有的电源模块结构在绝缘板上焊接了第一端子状态的立体图。
图28为现有的电源模块结构在第一端子上焊接了半导体芯片状态的立体图。
图29为现有的电源模块结构在半导体芯片上焊接了第二、第三端子状态的立体图。
图30为电源模块结构的绝缘板与第一端子发生弯曲的机理的模式图。
图31为相对于绝缘板，第一端子产生了热膨胀状态的模式图。
图32为相对于绝缘板，第一端子产生了收缩状态的模式图。
图33为绝缘板以及第一端子发生弯曲状态的模式图。
附图标记A电源模块结构A-1 电源模块结构1导热板1A 导热板主体1F 分割部(应力缓和部)1a 分割部位1b 分割部位1a-1 分割部位1b-1 分割部位1-1 导热板2绝缘板(绝缘部件)2A 板主体2-1 绝缘板3半导体芯片3-1 半导体芯片4第一端子(端子)
4A端子主体4a切口(应力缓和部)4b基端部(一侧)4c端部4g基端侧部位4h中部部位4i前侧部位4j直线分割部(应力缓和部)4k直线分割部(应力缓和部)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端子主体6B端子部6-1 第三端子
7 安装部8 凹形槽(应力缓和部)9 凹形槽(应力缓和部)10焊料11电源模块构成体11-1 电源模块构成体12树脂12-1 树脂14切口15切口16形槽(导热板一侧应力缓和部)17形槽(导热板一侧应力缓和部)18形槽(导热板一侧应力缓和部)19形槽(导热板一侧应力缓和部)20固态继电器21散热器具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1表示使用了本发明的电源模块结构的固态继电器的外观。如图2所示，该固态继电器20包括散热器21、安装在该散热器21的端面21A上的底座22，收容在该底座22内并与散热器21面接触的本发明的电源模块结构A，连接在该电源模块结构A上的电路基板23、以及可拆装自如地卡止在底座22上并覆盖电路基板23的壳体24。在该壳体24上摆动自如地安装有罩(未图示)。
在散热器21的端面21A上，在其长度方向的两侧设置有螺钉孔21B。另外，底座22是模仿散热器21的端面21A的箱体形状，在其底部22A上开设有电源模块结构安装部28，另外在底座22的底部22A的长度方向的两侧设有端子支撑部29。
另外，在电路基板23上，沿其长度方向在两端边缘部设有基板侧端子部23-1、23-2，在电路基板23的安装面上设有一对端子部23-3、23-4，且在电路基板23上还设有栅极端子连接部23-5。
另外，壳体24在其长度方向的两端部具有端子露出部24A、24B，在其宽度方向的一侧边缘部具有一对端子露出孔24C、24D，且在壳体24的长度方向的两端部设有向里侧突出的突起部24E，在这些突起部24E的前部设有螺钉孔24F。
并且，底座22安装在散热器21的端面21A上，在该底座22的电源模块结构安装部28安装有电源模块结构A，并且该电源模块结构A的安装部7的安装槽7a与散热器21的螺钉孔21B重合。另外，电源模块结构A的导热板1的背面与散热器21的端面21A接触。并且，电源模块结构A的端子部4B、5B沿着底座22的端子支撑部29。
而且，电路基板23重叠在电源模块结构A上，这时，电路基板23的基板侧端子部23-1、23-2与电源模块结构A的端子部4B、5B重合。并且，电源模块结构A的栅极端子部5B连接在电路基板23的栅极端子连接部23-5上。
另外，在底座22上安装有壳体24，用以覆盖电路基板23，端子部23-1与端子螺钉(未图示)从该壳体24的一个端子露出部24A露出，端子部23-2与端子螺钉(未图示)从另一个端子露出部24B露出。另外，电路基板23的端子部23-3、23-4插入到壳体24的端子露出孔24C、24D中。并且，壳体24的突起部24E按压导热板1的安装部7，通过将插入突起部24E的螺钉孔24F的安装螺钉(未图示)螺合在散热器21的螺钉孔21B中，从而将导热板1的安装部7安装在散热器21上。
如图3以及图4所示，电源模块结构A具有单相的导热板1、作为绝缘部件的绝缘板2、半导体芯片3、作为端子的第一端子4以及第二、第三端子5、6。
并且，导热板1由Cu材料构成，如图6所示，沿着该导热板主体1A的长度方向，在其两端部伸出有用于安装在散热器21上的安装部7，在各安装部7上形成有用于螺合固定到散热器上的安装槽7a。
另外，如图4所示，绝缘板2在陶瓷制的板主体2A的两面上蒸镀有钼、锰等金属，而形成金属层(未图示)，从而可以进行焊接。
另外，作为半导体芯片3，例如使用作为输出元件的三端双向可控硅开关(triac)(未图示)，为四方形的板状体，如图5所示，具有第一、第二接点部3a、3b以及栅极接点部3c。
如图7所示，第一端子4具有端子主体4A，该端子主体4A呈薄长方形，在其宽度方向的两侧边缘部，分别形成有一对切口4a，这些切口4a构成应力缓和部，在端子主体4A的前端侧形成有弯折成曲柄状的端子部4B。
如图4所示，第二端子5是栅极端子，呈细长的形状，其基端部作为接合部5a，其前端部被弯折形成端子部5B。
如图4所示，第三端子6具有较宽的带状的端子主体6A，在该端子主体6A的前端部形成有弯折成曲柄形状的端子部6B。
并且，在导热板1的板主体1A上通过焊接接合有绝缘板2，在该绝缘板2的板主体2A上，如图4所示，作为局部焊接区域，仅在第一端子4的端子主体4A的一侧的基端部4b侧焊接。
另外，如图4所示，在第一端子4的端子主体4A的中央部焊接有半导体芯片3，第二端子5以其基端部的接合部5a焊接在半导体芯片3上，第三端子6以其基端部焊接在半导体芯片3上。通过利用树脂12对如上所述焊接构成的模块构成体11进行模塑，构成图3所示的电源模块结构A。
如上所述，绝缘板2的板主体2A与第一端子4之间的焊接，只对第一端子4的端子主体4A的前端部4b进行焊接，通过将该焊料局部地形成在比现有的焊接区域窄的区域上，而使得应力束缚局部地形成在第一端子4上，并且，该焊接部4b构成应力束缚部。
并且，如图3所示，电源模块结构A在其长度方向的两侧，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(栅极端子部)5B从表面一侧突出，进一步地，在电源模块结构A上，在其长度方向的两侧伸出用于安装到散热器2上的导热板1的安装部7。
上述的电源模块结构A在绝缘板2的板主体2A上，仅第一端子4的端子主体4A的前端部4b焊接在焊接区域上，应力束缚形成于局部，另外，在第一端子4上形成有多个由切口6a构成的应力缓和部，用来缓和成为弯曲原因的应力，由此，可以抑制第一端子4产生弯曲，也可以改善受第一端子4的弯曲影响的导热板1与散热器的粘接性，从而能够解决散热性的问题。
另外，因为抑制了第一端子4的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。
除了这样减轻弯曲而可以解决散热性的问题之外，也可以适当地对应产品完成后的外部应力(热冲击)，从而能够延长产品寿命。
在上述本发明的实施例1中，对于绝缘体2的板主体2A与第一端子4的焊接部只采用前端部4b，但是，如图4所示，相对于绝缘板2的板主体2A，也可以在位于其两侧的两端部4b、4c处对第一端子4的端子主体4A进行焊接。此时，两端部4b、4c侧的焊接部构成应力束缚部。
这时，在绝缘板2的板主体2A上，作为焊接区域第一端子4的端子主体4A的两端部4b、4c被焊接，应力的束缚形成在局部，另外，在第一端子4上形成由多个切口6a构成的应力缓和部，来缓和成为弯曲原因的应力，由此，可以抑制第一端子4的弯曲，改善受第一端子4的弯曲影响的导热板1与散热器的粘接性，从而可以解决散热性的问题。
另外，因为抑制了第一端子4的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。
除了这样减轻弯曲而可以解决散热性的问题之外，也可以适当地对应产品完成后的外部应力(热冲击)，从而能够延长产品寿命。
(实施例2)参照图8以及图9对本发明的实施例2进行说明。
在本发明的实施例2中，如图9所示，第一端子4的端子主体4A三段分割为基端侧部位4g、中部部位4h以及前侧部位4i，基端侧部位4g、中部部位4h以及前侧部位4i分别局部地焊接在绝缘板2上，由基端侧部位4g与中部部位4h的直线分割部4j以及中部部位4h与前侧部位4i的直线分割部4k形成应力缓和部。其他结构与本发明实施例1相同。
因此，在第一端子4上形成了由多个直线分割部4j、4k构成的应力缓和部，来缓和成为弯曲原因的应力，并且，由于分别将基端侧部位4g、中部部位4h以及前侧部位4i焊接在绝缘板2的板主体2A上，使应力束缚部分散，所以可使应力束缚形成在局部，可以抑制弯曲的发生，改善受第一端子4的弯曲影响的导热板1与散热器的粘接性，能够解决散热性的问题。
另外，因为抑制了第一端子4的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力，而产生应力疲劳的不良状况。
除了这样减轻弯曲而可以解决散热性的问题之外，也可以适当地对应产品完成后的外部应力(热冲击)，从而能够延长产品寿命。
另外，对于将第一端子4的端子主体4A三段分割为基端侧部位4g、中部部位4h以及前侧部位4i，如图10所示，分割部4j、4k也可以呈键型。
另外，如图11所示，第一端子4的应力缓和部也可以通过在端子主体4A的表面P1的长度方向上形成多个沿着宽度方向延伸的凹形槽8。并且，这样的第一端子4在其背面P2使用焊料，在比现有的焊接区域窄的焊接区域上，被局部地焊接在绝缘板2上。
因此，在第一端子4上形成由多个凹形槽8构成的应力缓和部，来缓和成为弯曲原因的应力，并且，对于绝缘板2的板主体2A与第一端子4的焊接，由于通过焊料局部地形成在比现有的焊接区域窄的焊接区域上，使应力束缚局部地形成在第一端子4上，所以可以抑制弯曲的发生，改善受第一端子4的弯曲影响的导热板1与散热器的粘接性，从而能够解决散热性的问题。
另外，因为抑制了第一端子4的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。
另外，如图12所示，第一端子4上的应力缓和部也可以通过在端子主体4A的背面P2的长度方向上形成多个沿着宽度方向延伸的凹形槽9来构成，并且，这样的第一端子4在其背面P2上使用焊料，在比现有的焊接区域窄的焊接区域上局部地焊接在绝缘板2上。
因此，在第一端子4上形成由多个凹形槽9构成的应力缓和部，来缓和成为弯曲原因的应力，并且，对于绝缘板2的板主体2A与第一端子4的焊接，由于通过焊料局部地形成在比现有的焊接区域窄的焊接区域上，使应力束缚局部地形成在第一端子4上，所以可以抑制弯曲的发生，改善受第一端子4的弯曲影响的导热板1与散热器的粘接性，从而能够解决散热性的问题。
另外，因为抑制了第一端子4的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。
在上述本发明的实施例1、2中，使用了在导热板1上不形成导热板一侧应力缓和部的结构，但是如图13所示，也可以将导热板1的板主体1A分割成两份，利用分割部1F构成应力缓和部，并且，也可以通过将分割部位1a、1b分别焊接在绝缘板2上，来使应力束缚部分散。
因此，由于在导热板1上形成由分割部1F构成的应力缓和部，所以可以缓和成为弯曲原因的应力，并且，对于导热板1与绝缘板2的板主体2A的焊接，由于通过焊料局部地形成在比现有的焊接区域窄的焊接区域上，使应力束缚局部地形成在导热板1上，所以可以抑制弯曲的发生，改善导热板1与散热器的粘接性，从而能够解决散热性的问题。
(实施例3)图14至图16表示本发明的实施例3的电源模块结构，该电源模块结构A-1为三相结构，如图15所示，其具有导热板1-1、绝缘板2-1、半导体芯片3-1以及第一、第二、第三端子4-1、5-1、6-1，因为绝缘板2-1、半导体芯片3-1以及第一、第二、第三端子4-1、5-1、6-1与上述本发明实施例1的绝缘板2、半导体芯片3以及第一、第二、第三端子4、5、6结构相同，所以标以相同符号并省略说明。
导热板1-1由Cu材料构成，如图16所示，安装部7从该板主体1A-1的四个角落部伸出，在各安装部7上形成有用于在散热器上进行螺合固定的安装孔7b。
并且，通过焊料将三张绝缘板2-1接合在导热板1-1的板主体1A-1上，另外，如图15所示，在该绝缘板2-1的板主体2A上作为局部焊接区域，将第一端子4-1的端子主体4A的两端部4b、4c一侧焊接。
另外，如图15所示，半导体芯片3-1焊接在第一端子4-1的端子主体4A的中央部，第二端子5-1以其基端部的接合部5a焊接在半导体芯片3-1上，第三端子6-1以其基端部焊接在半导体芯片3-1上。通过利用树脂12-1对如上所述焊接构成的模块构成体11-1进行模塑，而构成电源模块结构A-1。
如上所述，绝缘板2-1的板主体2A与第一端子4-1的焊接是对第一端子4-1的端子主体4A的两端部4b、4c进行焊接，通过将该焊料局部地形成在比现有的焊接区域窄的焊接区域上，使应力束缚局部地形成在第一端子4-1上，并且，该焊接部构成应力束缚部。
如图14所示，该电源模块结构A-1在其长度方向的两侧，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(栅极端子部)5B从表面侧突出，进一步地，在电源模块结构A-1的长度方向的两侧伸出用于安装到散热器(未图示)上的导热板1-1的安装部7。
如上所述，上述电源模块结构A-1在第一端子4-1上形成由多个切口4a构成的应力缓和部，来缓和成为弯曲原因的应力，并且，绝缘板2-1的板主体2A与第一端子4-1的焊接、由于通过将焊料局部地形成在比现有的焊接区域窄的焊接区域上，使应力束缚局部地形成在第一端子4-1上，所以可以抑制弯曲的发生，改善导热板1-1与散热器的粘接性，从而能够解决散热性的问题。
另外，因为抑制了第一端子4-1的弯曲，所以可以消除热量向弯曲变少一侧传递，从而向作为接合部的焊料上施加应力而产生应力疲劳的不良状况。
上述本发明的实施例3使用了在第一端子4-1上形成由多个切口4a构成的应力缓和部的结构，但是也可以采用如下的结构，即，如图9所示，将第一端子4-1的端子主体4A三段分割成基端侧部位4g、中部部位4h以及前侧部位4i；或者，在将端子主体4A三段分割成基端侧部位4g、中部部位4h以及前侧部位4i的基础上，如图10所示，将分割部4j、4k做成键型；也可以如图11所示，在第一端子4-1的端子主体4A的表面上，在其长度方向上形成多个沿着其宽度方向延伸的凹形槽8来作为应力缓和部；或者，也可以如图12所示在端子主体4A的背面上，在其长度方向上形成多个沿着宽度方向延伸的凹形槽9。
上述的本发明的实施例3使用了在导热板1-1上不形成导热板一侧应力缓和部的结构，但是也可以采用如下的结构，即，如图17所示，将导热板1-1的板主体1A分割成两部分，在比现有的焊接区域窄的焊接区域上，分别将分割部位1a-1、1b-1局部地焊接在绝缘板2-1上，使应力束缚部分散，并且，利用分割部1F构成应力缓和部。
从而，由于在导热板1-1上形成由分割部1F构成的应力缓和部，所以可以缓和成为弯曲原因的应力，并且导热板1-1与绝缘板2-1的板主体2A的焊接，由于通过焊料局部地形成在比现有的焊接区域窄的焊接区域上，使应力束缚局部地形成在导热板1-1上，所以可以抑制弯曲的发生，改善导热板1与散热器的粘接性，从而能够解决散热性的问题。
另外，导热板1-1可以采用如下结构，即，如图18所示，将该板主体1A分割成两部分，利用焊料13将分割部位1a-1、1b-1焊接在分割部1F的两侧，构成导热板一侧应力缓和部；或者，如图19所示，在其板主体1A上保留一侧而形成切口14，作为导热板一侧应力缓和部；也可以如图20所示，在板主体1A上保留两侧而形成切口15，来作为导热板一侧应力缓和部；或者，如图21所示，在板主体1A的表面上形成一条沿着其长度方向延伸的凹形槽16，来作为导热板一侧应力缓和部；或者，如图22所示，在板主体1A的表面P1上形成两条沿着其宽度方向延伸的凹形槽17，来作为导热板一侧应力缓和部；还可以如图23所示，在板主体1A的表面P1上分别形成沿着其宽度方向延伸的两条凹形槽18和沿着其长度方向延伸的三条凹形槽19，这些凹形槽18、19排列成格子状，来作为导热板一侧应力缓和部。
并且，如上所述的导热板1-1在比现有的焊接区域窄的焊接区域上局部地焊接在绝缘板2-1上。
从而，由于在导热板1-1上形成有导热板一侧应力缓和部，来缓和成为弯曲原因的应力，并且，绝缘板2-1的板主体2A与导热板1-1的焊接通过将焊料局部地形成在比现有的焊接区域窄的焊接区域上，使应力束缚局部地形成在导热板1-1上，所以可以抑制弯曲的发生，改善导热板1与散热器的粘接性，从而能够解决散热性的问题。
根据本发明，由于在端子上设置应力缓和部，并局部地形成该应力束缚部，所以可以缓和成为弯曲原因的应力，并且使应力束缚形成在局部，具有可以抑制弯曲的发生，改善受弯曲影响的导热板与散热器的粘接性，从而能够解决散热性问题的效果，利于在要求较高的可靠性、散热性的电子元件的电源模块，以及利用该模块的固态继电器等方面使用。
权利要求
1.一种电源模块结构，利用焊料依次将与散热器接触的导热板、绝缘部件、端子以及半导体芯片接合，并将所述端子连接到与其对应的所述半导体芯片的接点上，其特征在于，在所述端子上设置有应力缓和部，用以缓和由该端子与所述绝缘部件的热膨胀系数之差而产生的应力；并且局部地形成应力束缚部，该应力束缚部是将所述端子焊接在所述绝缘部件上的焊接区域。
2.如权利要求1所述的电源模块结构，其特征在于，所述应力束缚部位于所述端子的一侧。
3.如权利要求1所述的电源模块结构，其特征在于，所述应力束缚部位于所述端子的两侧。
4.如权利要求1所述的电源模块结构，其特征在于，所述应力缓和部是形成在所述端子上的多个切口。
5.如权利要求1所述的电源模块结构，其特征在于，将所述端子沿其长度方向分割，将该分割部作为应力缓和部，并且通过将所述端子的分割部位焊接在所述绝缘部件上，从而使所述应力束缚部分散。
6.如权利要求1所述的电源模块结构，其特征在于，所述应力缓和部是形成在所述端子表面的凹形槽。
7.如权利要求1所述的电源模块结构，其特征在于，所述应力缓和部是形成在所述端子背面的凹形槽。
8.如权利要求1所述的电源模块结构，其特征在于，在所述导热板上形成有导热板一侧应力缓和部。
9.一种固态继电器，其特征在于，由权利要求1至8中的任何一项所述的电源模块结构构成。
全文摘要
本发明提供一种电源模块结构以及利用该电源模块结构的固态继电器，其除了可以抑制端子弯曲的产生，解决散热性的问题之外，还可以适当地对应产品完成后的外部应力(热冲击)，能够延长产品寿命。为了达到上述目的，本发明的电源模块结构在第一端子(4)上形成多个切口(4a)作为应力缓和部，来缓和由于第一端子(4)与绝缘板(2)的热膨胀系数之差而产生的应力，并且，局部地形成有应力束缚部，该应力束缚部是将第一端子(4)焊接在绝缘板(2)上的焊接区域。
文档编号H05K3/38GK1984532SQ20061016230
公开日2007年6月20日 申请日期2006年12月11日 优先权日2005年12月14日
发明者藤本卓, 永石弘人, 小永田正一 申请人:欧姆龙株式会社