JP2012028552A - Semiconductor module case structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor module which ensures an enough insulation distance for a electric conduction part without a growth in size of a case.SOLUTION: The semiconductor module case structure comprises a base (130), a plate-like electric conduction part (140) on which a semiconductor element is mounted and a case (110) equipped with attachment parts in which an attachment component for fixing the case (110) to the base (130) is disposed. The semiconductor module case structure is the structure where the base (130) and the case (110) hold the electric conduction part (140) by sandwiching and fix the electric conduction part (140) in a state of being electrically insulated. The attachment parts (111, 131) has a reinforcement member (120) inside for reinforcing the fixing of the attachment component (160) and a protrusion (170) protruding on the base (130) side is formed. The base (130) has a recess (180) denting from a face on the case (110) side. The attachment component (160) fixes the case (110) to the base (130) in a state where the protrusion (170) is disposed inside the recess (180).

Description

本発明は、半導体モジュールのケース構造に関し、省スペース化が可能な半導体モジュールのケース構造に関する。   The present invention relates to a semiconductor module case structure, and more particularly to a semiconductor module case structure capable of saving space.

電動機等の制御に用いられるインバータは、サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等の半導体素子を基板上に実装し、これを樹脂等のケースに組み込んだ半導体モジュールとして実用化されている。   An inverter used for controlling an electric motor or the like has been put into practical use as a semiconductor module in which a semiconductor element such as a thyristor, GTO, or IGBT is mounted on a substrate and this is incorporated in a case of resin or the like.

このような半導体モジュールとして、半導体チップと半導体チップが実装されるチップ実装金属電極と外部バスバーと接続される電極端子とを備えるパワーモジュール、半導体チップを冷却するためのヒートシンク、パワーモジュールとヒートシンクとを絶縁する絶縁シート、及び、絶縁シートを介して固定されるモジュールケース、を有する半導体装置が（特許文献１参照。）が知られている。   As such a semiconductor module, a power module including a semiconductor chip, a chip mounting metal electrode on which the semiconductor chip is mounted, and an electrode terminal connected to an external bus bar, a heat sink for cooling the semiconductor chip, a power module and a heat sink A semiconductor device having an insulating sheet for insulation and a module case fixed via the insulating sheet is known (see Patent Document 1).

特開２００５−２７７４８３号公報JP-A-2005-277483

従来の半導体モジュールは、半導体素子を収容する樹脂製のモジュールケースを、絶縁シートを介してネジによりヒートシンクに固定していた。モジュールケースは樹脂製であるので、固定ボルトの締結力を向上するために、モジュールケースの締結部位にカラー等の金属製の補強部材を設けることが一般的である。   In a conventional semiconductor module, a resin module case that houses a semiconductor element is fixed to a heat sink with screws through an insulating sheet. Since the module case is made of resin, in order to improve the fastening force of the fixing bolt, it is common to provide a metal reinforcing member such as a collar at the fastening part of the module case.

一方、半導体モジュールには高周波高電圧の電流が導通するため、補強部材と半導体素子の通電部分との間またはヒートシンクと導通部分の間を、相応の絶縁距離とする必要がある。絶縁距離を確保するためにはモジュールケースが大型化するという問題がある。   On the other hand, since a high-frequency high-voltage current is conducted to the semiconductor module, it is necessary to provide a suitable insulation distance between the reinforcing member and the energized portion of the semiconductor element or between the heat sink and the conducting portion. In order to secure the insulation distance, there is a problem that the module case becomes large.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ケースを大型化することなく、電気導通部の絶縁距離を確保できる半導体モジュールのケース構造を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor module case structure that can secure an insulating distance of an electrically conductive portion without increasing the size of the case.

本発明の一実施態様によると、基部と、半導体素子が実装される平板状の電気導通部と、基部に固定するための取付部品が配置される取付部を備えるケースと、を備え、基部とケースとによって電気導通部を挟持して、電気導通部を電気的に絶縁した状態で固定する半導体モジュールのケース構造である。取付部は、取付部品による固定を補強するための補強部材を内装すると共に、基部側に突設される凸部が形成される。基部は、ケース側の面から後退した凹部を備える。取付部品は、凸部が凹部の内部に配置された状態で、ケースと基部とを固定する。   According to one embodiment of the present invention, a base, a flat plate-like electrical conduction portion on which a semiconductor element is mounted, and a case including a mounting portion on which mounting parts for fixing to the base are arranged, the base, This is a case structure of a semiconductor module in which an electrically conductive portion is sandwiched between a case and the electrically conductive portion is fixed in an electrically insulated state. The mounting portion is internally provided with a reinforcing member for reinforcing the fixing by the mounting component, and a convex portion that protrudes toward the base portion side is formed. The base includes a recess that is recessed from the case-side surface. The attachment component fixes the case and the base in a state where the convex portion is disposed inside the concave portion.

本発明によると、ケースの凸部が基部の凹部に配置された状態で、ケースと基部とを固定することで、電気導通部と取付部品との間の延面距離が、凸部の高さを合わせた距離となる。これによって、ケースを大型化することなく、導通部の絶縁距離を確保することができる。従って半導体モジュールを小型化することができる。   According to the present invention, in the state where the convex portion of the case is disposed in the concave portion of the base portion, by fixing the case and the base portion, the extended surface distance between the electrically conductive portion and the mounting part is the height of the convex portion. Is the combined distance. Thereby, the insulation distance of a conduction | electrical_connection part can be ensured, without enlarging a case. Therefore, the semiconductor module can be reduced in size.

本発明の第１の実施形態の半導体モジュールを含む駆動システムの説明図である。It is explanatory drawing of the drive system containing the semiconductor module of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態の半導体モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor module of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態の半導体モジュールの要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the semiconductor module of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の半導体モジュールの要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the semiconductor module of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態の半導体モジュールの要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the semiconductor module of the 3rd Embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１の実施形態の半導体モジュール１００を含む駆動システム１の説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram of a drive system 1 including a semiconductor module 100 according to the first embodiment of the present invention.

駆動システム１は、制御装置１０、バッテリ２０、駆動用モータＭ及び半導体モジュール１００によって構成され、制御装置１０の制御によって駆動用モータＭを制御する。   The drive system 1 includes a control device 10, a battery 20, a drive motor M, and a semiconductor module 100, and controls the drive motor M under the control of the control device 10.

制御装置１０は、半導体モジュール１００を制御して、駆動用モータＭの出力を制御する。   The control device 10 controls the semiconductor module 100 to control the output of the driving motor M.

バッテリ２０は駆動用モータＭに電力を供給するとともに、駆動用モータＭの回生電力をを蓄電する。バッテリ２０は、例えば、鉛電池、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池等の二次電池が複数直列又は並列に接続されたバッテリモジュールとして構成されている。   The battery 20 supplies power to the drive motor M and stores regenerative power of the drive motor M. The battery 20 is configured as a battery module in which a plurality of secondary batteries such as a lead battery, a nickel metal hydride battery, or a lithium ion battery are connected in series or in parallel.

半導体モジュール１００は、非絶縁型のパワーモジュールであり、複数のパワー半導体６１０及び環流ダイオード６１１から構成される。パワー半導体６１０は、例えば、サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等の半導体素子によって構成される。   The semiconductor module 100 is a non-insulated power module and includes a plurality of power semiconductors 610 and a free-wheeling diode 611. The power semiconductor 610 is configured by a semiconductor element such as a thyristor, GTO, or IGBT, for example.

制御装置１０は、例えば駆動用モータＭの出力を上昇させるときは、半導体モジュール１００の各パワー半導体６１０にゲート電流を印可する。これにより、半導体モジュール１００が、バッテリ２０からの高電流を駆動用モータに供給する。   For example, when increasing the output of the driving motor M, the control device 10 applies a gate current to each power semiconductor 610 of the semiconductor module 100. Thereby, the semiconductor module 100 supplies a high current from the battery 20 to the drive motor.

制御装置１０は、このゲート電流をデューティ比等によって制御することで、駆動用モータＭの出力を制御する。また、駆動用モータＭの回生時には、半導体モジュール１００を介して電力をバッテリ２０へと回生する。   The control device 10 controls the output of the driving motor M by controlling the gate current according to a duty ratio or the like. Further, when the drive motor M is regenerated, power is regenerated to the battery 20 via the semiconductor module 100.

次に、本実施形態の半導体モジュール１００の構成を説明する。   Next, the configuration of the semiconductor module 100 of this embodiment will be described.

図２は、半導体モジュール１００の断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor module 100.

半導体モジュール１００は、樹脂ケース１１０内部にインサート成形された金属製の導通部（バスバー）１４０と、このバスバー１４０上に実装される複数のパワー半導体６１０と、パワー半導体６１０を冷却する目的で備えられる冷却器１３０と、から構成される。なお、冷却器１３０は、樹脂ケース１１０とでバスバー１４０を電気的に絶縁した状態で固定する基部である。   The semiconductor module 100 is provided for the purpose of cooling the power semiconductor 610, a metal conductive portion (bus bar) 140 insert-molded inside the resin case 110, a plurality of power semiconductors 610 mounted on the bus bar 140, and the power semiconductor 610. And a cooler 130. The cooler 130 is a base that fixes the bus bar 140 in an electrically insulated state with the resin case 110.

パワー半導体６１０は、はんだ付け等によってバスバー１４０上に電気的に導通可能に実装される。パワー半導体６１０は、お互いが直接、又はアイランド６２０を介して、ボンディングワイヤ６３０によって電気的に導通可能に接続されている。   The power semiconductor 610 is mounted on the bus bar 140 so as to be electrically conductive by soldering or the like. The power semiconductors 610 are electrically connected to each other by bonding wires 630 directly or via islands 620.

また、ボンディングワイヤ６３０は、樹脂ケース１１０に備えられる外部電極６４０に接続されており、外部電極６４０とパワー半導体６１０とが電気的に接続される。   The bonding wire 630 is connected to an external electrode 640 provided in the resin case 110, and the external electrode 640 and the power semiconductor 610 are electrically connected.

半導体モジュール１００の底側には、冷却器１３０が固定される。冷却器１３０とバスバー１４０との間には、これらを電気的に絶縁するための絶縁シート１５０が挟み込まれている。絶縁シート１５０は、絶縁を確保しつつ熱導電性を高めるためのグリースが塗布又は含浸されている。   A cooler 130 is fixed to the bottom side of the semiconductor module 100. Between the cooler 130 and the bus bar 140, an insulating sheet 150 for electrically insulating them is sandwiched. The insulating sheet 150 is coated or impregnated with grease for enhancing thermal conductivity while ensuring insulation.

樹脂ケース１１０と冷却器１３０とは、取付部材であるボルト１６０及びナット１６１によって固定される。すなわち、樹脂ケース１１０と冷却器１３０とによってバスバー１４０及び絶縁シート１５０を挟持し、これをボルト１６０及びナット１６１によって共締めする。これにより半導体モジュール１００の各部品が固定される。   The resin case 110 and the cooler 130 are fixed by bolts 160 and nuts 161 as mounting members. That is, the bus bar 140 and the insulating sheet 150 are sandwiched between the resin case 110 and the cooler 130, and are fastened together with the bolt 160 and the nut 161. Thereby, each component of the semiconductor module 100 is fixed.

なお、後述するように、樹脂ケース１１０において、ボルト１６０が貫通する貫通孔には、補強の目的で金属製のカラー１２０が挿入されている。   As will be described later, in the resin case 110, a metal collar 120 is inserted into a through hole through which the bolt 160 passes for the purpose of reinforcement.

パワー半導体６１０は、電流の導通時に内部損失等によって熱が発生する。この熱を放熱しなければパワー半導体６１０の劣化を招くばかりか、最悪の場合は破壊に至る可能性がある。これを防止するために、パワー半導体６１０が実装されるバスバー１４０と冷却器１３０とを密接させて、この冷却器３０によって熱を放出する。   The power semiconductor 610 generates heat due to internal loss or the like when current is conducted. If this heat is not dissipated, the power semiconductor 610 is not only deteriorated, but in the worst case, there is a possibility of destruction. In order to prevent this, the bus bar 140 on which the power semiconductor 610 is mounted and the cooler 130 are brought into close contact with each other, and the cooler 30 releases heat.

冷却器１３０は、例えば金属やセラミックス等の熱伝導性の高い材質によって構成され、その表面積を拡大させて熱を放出する。   The cooler 130 is made of a material having high thermal conductivity such as metal or ceramics, and expands its surface area to release heat.

冷却器１３０は、パワー半導体６１０が発生した熱を外部に伝達することによって、パワー半導体６１０が発生した熱を放熱させる。なお、冷却器１３０とバスバー１４０との間の接触熱抵抗を低減するために、これらに挟持される絶縁シート１５０の表面にはグリースが塗布されている。   The cooler 130 dissipates the heat generated by the power semiconductor 610 by transferring the heat generated by the power semiconductor 610 to the outside. In addition, in order to reduce the contact thermal resistance between the cooler 130 and the bus bar 140, grease is applied to the surface of the insulating sheet 150 sandwiched between them.

冷却器１３０は、例えば車輌のメンバに固定され、車輌の走行風で冷却されるとともに熱をメンバを伝えることによって、パワー半導体６１０を冷却する。   The cooler 130 is fixed to a member of the vehicle, for example, is cooled by the traveling wind of the vehicle, and cools the power semiconductor 610 by transferring heat to the member.

ところで、半導体モジュール１００は、バスバー１４０に高電圧かつ高周波の電流が印可されているので、この電流が外部に伝達しないように、バスバー１４０と冷却器１３０とを電気的に絶縁させる必要がある。   In the semiconductor module 100, since a high voltage and high frequency current is applied to the bus bar 140, it is necessary to electrically insulate the bus bar 140 from the cooler 130 so that the current is not transmitted to the outside.

バスバー１４０と冷却器１３０との間は絶縁シート１５０によって絶縁されている。一方、樹脂ケース１１０と冷却器とを固定するボルト１６０付近は、ボルト１６０やカラー１２０等の金属製の部品が冷却器１３０に直接接する。そのため、これらボルト１６０及びカラー１２０とバスバー１４０との間は、電気的な絶縁を確保するための距離（以下、絶縁距離と呼ぶ）をとる必要がある。   The bus bar 140 and the cooler 130 are insulated by an insulating sheet 150. On the other hand, metal parts such as the bolt 160 and the collar 120 are in direct contact with the cooler 130 in the vicinity of the bolt 160 that fixes the resin case 110 and the cooler. Therefore, it is necessary to take a distance for securing electrical insulation (hereinafter referred to as an insulation distance) between the bolt 160 and the collar 120 and the bus bar 140.

また、従来の半導体モジュールは、バスバー１４０と冷却器１３０との間に絶縁シート１５０を挟持して固定していた。このような構成では、樹脂ケース１１０と冷却器１３０との締結力と、絶縁シート１５０のグリースを挟み込む荷重とが同一となるので、これら締結力と荷重とを適正な範囲にするためには制約があった。   In the conventional semiconductor module, the insulating sheet 150 is sandwiched and fixed between the bus bar 140 and the cooler 130. In such a configuration, the fastening force between the resin case 110 and the cooler 130 and the load sandwiching the grease of the insulating sheet 150 are the same. was there.

そこで、本実施形態では、以下に説明するような構成によって、バスバー１４０と冷却器１３０との間に絶縁距離を確保するように構成した。   Thus, in the present embodiment, the insulation distance is secured between the bus bar 140 and the cooler 130 by the configuration described below.

図３は、第１の実施形態の半導体モジュール１００のボルト１６０付近の断面図である。なお、この図３は、前述の図２とは切断方向が異なる。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of the bolt 160 of the semiconductor module 100 of the first embodiment. In addition, this FIG. 3 differs in the cutting | disconnection direction from above-mentioned FIG.

前述のように、半導体モジュール１００は、樹脂ケース１１０と冷却器１３０とでバスバー１４０を挟持し、これらをボルト１６０によって締結されて構成される。   As described above, the semiconductor module 100 is configured by sandwiching the bus bar 140 between the resin case 110 and the cooler 130 and fastening them with the bolts 160.

樹脂ケース１１０は、ボルト１６０が貫通する貫通孔１１１が貫通して設けられている。この貫通孔１１１の内周には、円筒形状の金属製のカラー１２０がインサートされている。ボルト１６０は、カラー１２０を貫通して、冷却器１３０側に締結される。   The resin case 110 is provided with a through hole 111 through which the bolt 160 passes. A cylindrical metal collar 120 is inserted in the inner periphery of the through hole 111. The bolt 160 passes through the collar 120 and is fastened to the cooler 130 side.

カラー１２０は、ボルト１６０の締結によって樹脂ケース１１０が破損することを防ぐための補強部材である。   The collar 120 is a reinforcing member for preventing the resin case 110 from being damaged by fastening of the bolt 160.

また、樹脂ケース１１０の冷却器１３０側の面において、貫通孔１１１の周囲に凸形状１７０が冷却器１３０側に突設されている。カラー１２０は、樹脂ケース１１０の貫通孔１１１の上端部分から凸形状１７０の下端部分に達するような形状となっている。   Further, on the surface of the resin case 110 on the cooler 130 side, a convex shape 170 protrudes around the through hole 111 on the cooler 130 side. The collar 120 has a shape that reaches the lower end portion of the convex shape 170 from the upper end portion of the through hole 111 of the resin case 110.

冷却器１３０は、ボルト１６０が貫通する貫通孔１３１が貫通して設けられている。また、樹脂ケース１１０から突設する凸形状１７０を収容する凹形状１８０が、貫通孔１３１の周囲に穿設されている。   The cooler 130 is provided with a through hole 131 through which the bolt 160 passes. A concave shape 180 that accommodates a convex shape 170 protruding from the resin case 110 is formed around the through-hole 131.

樹脂ケース１１０を冷却器１３０へと固定する場合は、まず、樹脂ケース１１０の凸形状１７０が、冷却器１３０の凹形状１８０へと配置する。そして、これら凸形状１７０及び凹形状１８０の略中心部分をそれぞれ貫通する貫通孔１１１及び１３１にボルト１６０を貫通させる。   When fixing the resin case 110 to the cooler 130, first, the convex shape 170 of the resin case 110 is arranged into the concave shape 180 of the cooler 130. Then, the bolt 160 is passed through the through holes 111 and 131 that pass through the substantially central portions of the convex shape 170 and the concave shape 180, respectively.

貫通したボルト１６０は、冷却器１３０の貫通孔１３１を貫通して突出する長さに設定されているので、この突出部分にナット１６１を螺合する。これにより、ボルト１６０及びナット１６１によって樹脂ケース１１０と冷却器１３０とが固定されるとともに、バスバー１４０及び絶縁シート１５０が、樹脂ケース１１０及び冷却器１３０に挟持される。すなわち、貫通孔１１１及び貫通孔１３１が、取付部品であるボルト１６０及びナット１６１が配置される取付部である。   Since the penetrated bolt 160 is set to a length that projects through the through hole 131 of the cooler 130, a nut 161 is screwed into the projecting portion. Accordingly, the resin case 110 and the cooler 130 are fixed by the bolt 160 and the nut 161, and the bus bar 140 and the insulating sheet 150 are sandwiched between the resin case 110 and the cooler 130. That is, the through-hole 111 and the through-hole 131 are attachment parts in which the bolts 160 and the nuts 161 that are attachment parts are arranged.

このとき、バスバー１４０と冷却器１３０との間は、図３に示すように、バスバー１４０の端部から凸形状１７０までの距離Ｌ１１０と、樹脂ケース１１０の下端面から冷却器１３０までの距離Ｚ１１０と、の和（Ｌ１１０＋Ｚ１１０）となる。   At this time, between the bus bar 140 and the cooler 130, as shown in FIG. 3, a distance L110 from the end of the bus bar 140 to the convex shape 170, and a distance Z110 from the lower end surface of the resin case 110 to the cooler 130. And the sum (L110 + Z110).

従って、電流が印可されるバスバー１４０と冷却器１３０との間は、この（Ｌ１１０＋Ｚ１１０）の距離だけ絶縁距離を確保することができる。   Therefore, an insulation distance can be ensured between the bus bar 140 to which the current is applied and the cooler 130 by this distance (L110 + Z110).

これにより、ボルト１６０の周囲に補強の目的でカラー１２０を備えたとしても、貫通孔１１１の周囲とバスバー１４０の端面との直線距離を絶縁距離とする必要がなくなる。これにより、ボルト１６０周辺からバスバー１４０を遠ざけるために樹脂ケース１１０が大型化することがない。   Thereby, even if the collar 120 is provided around the bolt 160 for the purpose of reinforcement, it is not necessary to set the linear distance between the periphery of the through hole 111 and the end face of the bus bar 140 as the insulation distance. Thereby, the resin case 110 does not increase in size in order to keep the bus bar 140 away from the periphery of the bolt 160.

なお、図３において、樹脂ケース１１０の下端面から冷却器１３０までの距離Ｚ１１０を、冷却器１３０の上端面から凹形状の底部までの距離Ｚ１２０よりも大きくすることが好適である。   In FIG. 3, the distance Z110 from the lower end surface of the resin case 110 to the cooler 130 is preferably larger than the distance Z120 from the upper end surface of the cooler 130 to the concave bottom.

すなわち、凸形状１７０の高さを凹形状１８０の深さよりも大きくし、この大きさを調整することによって、樹脂ケース１１０と冷却器１３０とに挟持される絶縁シート１５０のつぶし代を設定することができる。   That is, by setting the height of the convex shape 170 to be larger than the depth of the concave shape 180 and adjusting the size, a margin for crushing the insulating sheet 150 sandwiched between the resin case 110 and the cooler 130 is set. Can do.

絶縁シート１５０は、樹脂やゴム等の絶縁性の素材からなり、その表面にグリースが塗布されている。絶縁シート１５０は、バスバー１４０と冷却器１３０とを絶縁しつつ、バスバー１４０の熱を冷却器１３０に伝達する働きをもつので、適切な荷重でこれらに挟持される必要がある。   The insulating sheet 150 is made of an insulating material such as resin or rubber, and grease is applied to the surface thereof. The insulating sheet 150 has a function of transmitting the heat of the bus bar 140 to the cooler 130 while insulating the bus bar 140 and the cooler 130, and thus needs to be sandwiched between them with an appropriate load.

すなわち、過度に高い荷重で挟持した場合はグリースが漏出したり絶縁シートが破損したりすることによる絶縁破壊の慮がある。一方、荷重が小さい場合は接触熱抵抗が増加して、バスバー１４０を冷却する効率が低下する。   In other words, if it is sandwiched with an excessively high load, there is a possibility of dielectric breakdown due to leakage of grease or damage to the insulating sheet. On the other hand, when the load is small, the contact thermal resistance increases and the efficiency of cooling the bus bar 140 decreases.

これに対して、本実施の形態では、凸形状１７０の高さを凹形状１８０の深さよりも大きくし、この大きさを調整することにより、絶縁シート１５０を適切な荷重で挟持することができる。   On the other hand, in the present embodiment, the height of the convex shape 170 is made larger than the depth of the concave shape 180, and by adjusting the size, the insulating sheet 150 can be held with an appropriate load. .

また、凸形状１７０の高さと凹形状１８０の深さとを調節することで、絶縁シート１５０を挟持する荷重と、樹脂ケース１１０と冷却器１３０との締結力とを個別に管理することができるので、半導体モジュール１００の形状やパワー半導体６１０が発生する熱容量に応じて、調節することができる。   Further, by adjusting the height of the convex shape 170 and the depth of the concave shape 180, the load for sandwiching the insulating sheet 150 and the fastening force between the resin case 110 and the cooler 130 can be individually managed. It can be adjusted according to the shape of the semiconductor module 100 and the heat capacity generated by the power semiconductor 610.

以上のように本発明の第１の実施形態の半導体モジュール１００は、樹脂ケース１１０と冷却器１３０とによってバスバー１４０を、ボルト１６０及びナット１６１によって挟持する構造である。そして、樹脂ケース１１０に突設するとともに内部にカラー１２０を内装した凸形状１７０を冷却器１３０に穿設した凹形状１８０の内部に位置させ、これらの間をボルト１６０で固定した。   As described above, the semiconductor module 100 according to the first embodiment of the present invention has a structure in which the bus bar 140 is sandwiched between the resin case 110 and the cooler 130 with the bolt 160 and the nut 161. Then, a convex shape 170 that protrudes from the resin case 110 and has a collar 120 inside is positioned inside a concave shape 180 that is formed in the cooler 130, and the space between them is fixed with a bolt 160.

このような構成により、電流が印可されるバスバー１４０と非絶縁性の冷却器１３０との間の絶縁距離を確保できるとともに樹脂ケース１１０を小型化でき、冷却器１３０の放熱面積を縮小することなく半導体モジュール１００を小型化することができる。   With such a configuration, an insulation distance between the bus bar 140 to which current is applied and the non-insulating cooler 130 can be secured, and the resin case 110 can be reduced in size without reducing the heat radiation area of the cooler 130. The semiconductor module 100 can be reduced in size.

また、凹形状１８０の深さ（Ｚ１２０）よりも凸形状１７０の突設高さ（Ｚ１１０）を大きくしたので、樹脂ケース１１０と冷却器１３０とを固定する締結力と、絶縁シート１５０のグリースを挟持する荷重をと各々独立して適切に管理できる。   In addition, since the protruding height (Z110) of the convex shape 170 is larger than the depth (Z120) of the concave shape 180, the fastening force for fixing the resin case 110 and the cooler 130 and the grease of the insulating sheet 150 are reduced. The load to be sandwiched can be appropriately managed independently of each other.

次に、本発明の第２の実施形態の半導体モジュール１００について説明する。なお、第２の実施形態の基本構成は、図１及び図２と同様である。   Next, the semiconductor module 100 of the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. The basic configuration of the second embodiment is the same as that shown in FIGS.

図４は、第２の実施形態の半導体モジュール１００のボルト１６０付近の断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view of the vicinity of the bolt 160 of the semiconductor module 100 of the second embodiment.

第２の実施形態では、前述の第１の実施形態と同様に、樹脂ケース１１０が、下端側に凸形状が突設されるとともに、冷却器１３０が、樹脂ケース１１０の凸形状１７０を収容する凹形状１８０が穿設されている。   In the second embodiment, as in the first embodiment described above, the resin case 110 has a convex shape protruding on the lower end side, and the cooler 130 accommodates the convex shape 170 of the resin case 110. A concave shape 180 is formed.

そして、第２の実施形態では、冷却器１３０が、この凹形状１８０の内部に、絶縁素材からなる円環状の絶縁リング２１０を挿設する。   In the second embodiment, the cooler 130 inserts an annular insulating ring 210 made of an insulating material into the concave shape 180.

絶縁リング２１０は、その外形が凹形状１８０の内径（Ｌ２２０）よりも小さく、その内径が、凸形状１７０の外形（Ｌ２１０）よりも大きい形状に設定される。そして、絶縁リング２１０は、凹形状１８０の底部から冷却器１３０の上端部まで略同じ高さに設定される。   The insulating ring 210 has an outer shape that is smaller than the inner diameter (L220) of the concave shape 180, and an inner diameter that is larger than the outer shape (L210) of the convex shape 170. The insulating ring 210 is set at substantially the same height from the bottom of the concave shape 180 to the upper end of the cooler 130.

樹脂ケース１１０と冷却器１３０とに挟持される絶縁シート１５０は、ボルト１６０付近では余裕を持って凹形状１８０の径よりも小さく形成される。これにより絶縁シート１５０は、凹形状１８０の内側に張出した状態で固定される。   The insulating sheet 150 sandwiched between the resin case 110 and the cooler 130 is formed smaller than the diameter of the concave shape 180 with a margin in the vicinity of the bolt 160. As a result, the insulating sheet 150 is fixed in a state of protruding inside the concave shape 180.

そのため、経時変化により絶縁シート１５０が凹形状１８０の内部に倒れ込むと、バスバー１４０と冷却器１３０との間の絶縁距離が変化する可能性がある。   Therefore, when the insulation sheet 150 falls into the concave shape 180 due to a change with time, the insulation distance between the bus bar 140 and the cooler 130 may change.

第２の実施形態では、凹形状１８０に絶縁リング２１０を備え、絶縁リング２１０の上面が絶縁シート１５０の端部を支持する構造とした。これにより、絶縁シート１５０が経時変化により変形することを防ぎ、絶縁シート１５０を高寿命化させることができる。すなわち、絶縁リング２１０が、絶縁シート１５０の支持部材として構成されている。   In the second embodiment, the concave shape 180 includes the insulating ring 210, and the upper surface of the insulating ring 210 supports the end of the insulating sheet 150. Thereby, it is possible to prevent the insulating sheet 150 from being deformed due to a change with time, and to extend the life of the insulating sheet 150. That is, the insulating ring 210 is configured as a support member for the insulating sheet 150.

また、絶縁リング２１０の内部空洞部分が、凸形状１７０の位置決め穴となるので、半導体モジュール１００の組立て時の作業性が向上する。   Further, since the internal cavity portion of the insulating ring 210 becomes a positioning hole of the convex shape 170, workability at the time of assembling the semiconductor module 100 is improved.

次に、本発明の第３の実施形態の半導体モジュール１００について説明する。なお、第３の実施形態の基本構成は、図１及び図２と同様である。   Next, the semiconductor module 100 of the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. The basic configuration of the third embodiment is the same as that shown in FIGS.

図５は、第３の実施形態の半導体モジュール１００のボルト１６０付近の断面図である。なお、図５は、前述の図３及び図４とは上下が倒立して描写されていることに留意されたい。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the vicinity of the bolt 160 of the semiconductor module 100 of the third embodiment. Note that FIG. 5 is depicted upside down with respect to FIGS. 3 and 4 described above.

第３の実施形態の半導体モジュール１００は、前述の第１及び第２の実施形態とは異なり、樹脂ケース１１０は、ボルト１６０が螺合するナット３１０が、インサート又は圧入によって固定されている。   In the semiconductor module 100 of the third embodiment, unlike the first and second embodiments described above, the resin case 110 has a nut 310 to which a bolt 160 is screwed fixed by insert or press fitting.

ボルト１６０は、冷却器１３０側から挿入され、貫通孔１３１を貫通して樹脂ケース１１０のナット３１０に螺合する。   The bolt 160 is inserted from the cooler 130 side, passes through the through hole 131, and is screwed into the nut 310 of the resin case 110.

なお、凸形状１７０及び凹形状１８０は、前述の第１の実施形態と同様である。すなわち、バスバー１４０の端部から凸形状１７０までの距離Ｌ１１０と、樹脂ケース１１０の下端面から冷却器１３０までの距離Ｚ１１０と、の和（Ｌ１１０＋Ｚ１１０）によって、絶縁距離を確保することができる。   The convex shape 170 and the concave shape 180 are the same as those in the first embodiment. That is, the insulation distance can be secured by the sum (L110 + Z110) of the distance L110 from the end of the bus bar 140 to the convex shape 170 and the distance Z110 from the lower end surface of the resin case 110 to the cooler 130.

また、凸形状１７０の高さを凹形状１８０の深さよりも大きくし、この大きさを調整することにより、絶縁シート１５０を適切な圧力で挟持することができる。   Further, by making the height of the convex shape 170 larger than the depth of the concave shape 180 and adjusting the size, the insulating sheet 150 can be held with an appropriate pressure.

このように、第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、樹脂ケース１１０に埋め込まれたナット３１０によって、ボルトの固定強度を高めることができるので、部品点数を削減することができる。   As described above, in the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the fixing strength of the bolt can be increased by the nut 310 embedded in the resin case 110, so that the number of parts can be reduced. can do.

なお、以上説明した本発明の第１乃至第３の実施形態では、パワー半導体６１０を備える半導体モジュール１００について説明したが、この構成に限られるものではない。電流が導通する金属導通部を樹脂製のケースと非絶縁性の固定部材とで挟持して、これらを取付部品によって固定するものに適用することができる。   In the first to third embodiments of the present invention described above, the semiconductor module 100 including the power semiconductor 610 has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. The present invention can be applied to a structure in which a metal conducting portion through which a current is conducted is sandwiched between a resin case and a non-insulating fixing member and these are fixed by an attachment component.

また、冷却器１３０は、非絶縁性の材質ではなく、絶縁性の材質であってもよい。この場合は絶縁シート１５０は無くてもよい。この場合は、バスバー１４０とボルト１６０及びナット１６１との間の絶縁距離を、前述のような構成によって確保することができる。   The cooler 130 may be made of an insulating material instead of a non-insulating material. In this case, the insulating sheet 150 may be omitted. In this case, the insulation distance between the bus bar 140 and the bolt 160 and the nut 161 can be ensured by the configuration as described above.

１００ 半導体モジュール
１１０ 樹脂ケース
１２０ カラー（補強部材）
１３０ 冷却器（基部）
１４０ バスバー（電気導通部）
１５０ 絶縁シート
１６０ ボルト（取付部品）
１６１ ナット
１７０ 凸形状
１８０ 凹形状
２１０ 絶縁リング（支持部材）
３１０ ナット
６１０ パワー半導体 100 Semiconductor module 110 Resin case 120 Color (reinforcing member)
130 Cooler (base)
140 Busbar (electric conduction part)
150 Insulation sheet 160 Bolt (mounting parts)
161 Nut 170 Convex shape 180 Concave shape 210 Insulating ring (support member)
310 Nut 610 Power semiconductor

Claims (5)

基部と、半導体素子が実装される平板状の電気導通部と、前記基部に固定するための取付部品が配置される取付部を備えるケースと、を備え、前記基部と前記ケースとによって前記電気導通部を挟持して、前記電気導通部を電気的に絶縁した状態で固定する半導体モジュールのケース構造であって、
前記取付部は、前記取付部品による固定を補強するための補強部材を内装すると共に、前記基部側に突設される凸部が形成され、
前記基部は、前記ケース側の面から後退した凹部を備え、
前記取付部品は、前記凸部が前記凹部の内部に配置された状態で、前記ケースと前記基部とを固定することを特徴とする半導体モジュールのケース構造。 A base portion, a flat plate-like electrical conducting portion on which a semiconductor element is mounted, and a case having a mounting portion on which mounting parts for fixing to the base portion are arranged, and the base and the case provide the electrical conduction. A semiconductor module case structure that sandwiches a portion and fixes the electrically conducting portion in an electrically insulated state,
The mounting portion is internally provided with a reinforcing member for reinforcing fixation by the mounting component, and is formed with a convex portion protruding from the base side.
The base includes a recess recessed from the case-side surface,
The mounting part is a case structure of a semiconductor module, wherein the case and the base are fixed in a state where the convex portion is disposed inside the concave portion. 前記電気導通部と前記基部との間に平板状の絶縁部を備え、
前記凸部の高さが前記凹部の深さよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールのケース構造。 A flat insulating part is provided between the electrical conduction part and the base part,
2. The semiconductor module case structure according to claim 1, wherein a height of the convex portion is higher than a depth of the concave portion. 前記凹部と前記凸部の外周と前記凹部の内周との間に、絶縁性の材料からなる円環状の支持部材が備えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体モジュールのケース構造。   3. The semiconductor module case according to claim 1, wherein an annular support member made of an insulating material is provided between the concave portion, the outer periphery of the convex portion, and the inner periphery of the concave portion. Construction. 前記取付部材はボルトであって、前記取付部は前記ボルトが貫通する構造であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の半導体モジュールのケース構造。   4. The semiconductor module case structure according to claim 1, wherein the attachment member is a bolt, and the attachment portion has a structure through which the bolt penetrates. 5. 前記補強部材は、前記ボルトが螺合するナットであることを特徴とする請求項４に記載の半導体モジュールのケース構造。   5. The semiconductor module case structure according to claim 4, wherein the reinforcing member is a nut into which the bolt is screwed.
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