JP2020031153A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端子がコネクタに挿入される際に長尺の異物が発生することを抑制する。【解決手段】本明細書が開示する半導体装置は、端子を有する半導体モジュールと、端子が挿入されたコネクタと、コネクタに挿入される端子に接触して、端子をコネクタへ案内するガイドとを備える。端子の表面には、コネクタへの挿入方向に沿って、凹部が繰り返し形成されている。ここでいう凹部とは、表面加工等によって形成される微細な凹部を意図しており、例えばストライプ状のもの、格子状のもの、又は、物理的若しくは化学的な粗面化によるもの等が挙げられる。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。

特許文献１には、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、端子を有する半導体モジュールと、端子が挿入されたコネクタと、コネクタに挿入される端子に接触して、端子をコネクタへ案内するガイドとを備える。

特開２０１４−２３６１９１号公報

上記した半導体装置では、コネクタに挿入される端子が、ガイドに接触しながらコネクタへ案内される。このとき、端子はガイドに対して摺動するので、端子の表面がガイドによって削り取られることがある。特に、端子を案内するためのガイドは、例えばテーパ状のガイド面を有するなど、端子に対して比較的に一定の圧力で接触するように構成されている。そのことから、端子の表面がコネクタへの挿入方向に沿って連続的に削り取られ、比較的に長尺の削り屑が発生することもある。端子は導電性を有することから、その削り屑も導電性を有する。導電性を有する長尺な異物が発生すると、それが付着することによって、半導体装置やその周囲に位置する電子機器を短絡させるおそれがある。従って、本明細書は、そのような長尺の異物の発生を抑制し得る技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置は、端子を有する半導体モジュールと、端子が挿入されたコネクタと、コネクタに挿入される端子に接触して、端子をコネクタへ案内するガイドとを備える。端子の表面には、コネクタへの挿入方向に沿って、凹部が繰り返し形成されている。ここでいう凹部とは、表面加工等によって形成される微細な凹部を意図しており、例えばストライプ状のもの、格子状のもの、又は、物理的若しくは化学的な粗面化によるもの等が挙げられる。

上記した半導体装置では、端子の表面が平坦ではなく、コネクタへの挿入方向に沿って、凹部が繰り返し形成されている。このような構成によると、端子がコネクタへ挿入されるときに、ガイドによって端子の表面が削り取られたとしても、端子の表面に設けられた凹部によって、その削り屑は断続的に発生する。長尺の異物の発生が抑制されるので、例えば、それに起因する短絡等を防止することができる。

実施例１の電力制御装置１００の内部構造を示す断面図。 実施例１の電力制御装置１００の内部構造を示す断面図。 図１のＩＩＩ部における拡大図。 半導体モジュール２０が有する信号端子２８の詳細図。 信号端子２８がガイド２６によって削られる態様を模式的に示す図。 実施例１の信号端子２８の内部構造を示す断面図。 実施例２の信号端子２８の内部構造を示す断面図。 信号端子２８に設けられた凹部２８ｒの変形例を示す図。

（実施例１）図面を参照して、実施例の電力制御装置１００について説明をする。電力制御装置１００は、本明細書が開示する技術における半導体装置の一例である。ここで例示する電力制御装置１００は、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車等に搭載される。図１、図２、図３に示すように、電力制御装置１００は、主に、半導体モジュールユニット１０、大容量コンデンサ１２、リアクトル１４及び制御基板１６を備える。

半導体モジュールユニット１０は、複数の半導体モジュール２０と複数の冷却器２２とを備える。半導体モジュール２０と冷却器２２は、交互に配置されている。半導体モジュール２０は、パワー半導体素子（不図示）を内蔵している。パワー半導体素子は、例えば、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。半導体モジュール２０は、複数の信号端子２８を有する。各々の信号端子２８は、半導体モジュール２０の上面２０ａから制御基板１６に向かって垂直に延びている。各々の信号端子２８は、例えば銅、アルミニウム又はその他の金属といった導電性を有する材料によって構成されている。

制御基板１６は、概して板形状を有し、例えば、ガラスエポキシやセラミック等といった絶縁材料を用いて構成されている。制御基板１６は、ＣＰＵやメモリを内蔵するコントローラ等を有し、各々の半導体モジュール２０に内蔵されたパワー半導体素子の動作を制御する。制御基板１６には、複数の貫通孔１６ａが設けられており、各々の貫通孔１６ａには、コネクタ２４及びガイド２６が設けられている。各々のコネクタ２４には、対応する半導体モジュール２０の信号端子２８が挿入されており、これによって、各々の半導体モジュール２０が制御基板１６へ電気的に接続されている。貫通孔１６ａの断面形状は、特に限定されないが、矩形状又は円形状を有している。また、貫通孔１６ａは、信号端子２８の断面の外周縁よりも大きく形成されている。

コネクタ２４は、概して筒形状を有し、制御基板１６の貫通孔１６ａを通過した信号端子２８を受け入れる。コネクタ２４は、例えば樹脂といった絶縁材料によって構成されている。コネクタ２４は、制御基板１６の下側に位置する部分（以下、下側部分という）と、制御基板１６の上側に位置する部分（以下、上側部分という）とを有する。コネクタ２４の下側部分には、信号端子２８が挿入される挿入口２４ａが設けられている。コネクタ２４の上側部分には、挿入された信号端子２８に接触する接触端子（不図示）が設けられている。コネクタ２４の内部において、各々の信号端子２８と接触端子とが接触することにより、半導体モジュール２０と制御基板１６とが電気的に接続される。

コネクタ２４の下側部分には、ガイド２６が設けられている。ガイド２６は、挿入口２４ａの内側に位置しており、挿入された信号端子２８をコネクタ２４（詳しくは、コネクタ２４内の接触端子）へ案内する。一例ではあるが、本実施例におけるガイド２６は、概してテーパ形状を有するガイド面２６ａを有している。信号端子２８は、そのガイド面２６ａに接触しながら、コネクタ２４へ案内される。ガイド２６は、例えば樹脂といった絶縁材料によって構成されている。加えて、ガイド２６を構成する絶縁材料には、例えばガラス繊維といったフィラーが含有されている。このフィラーの含有により、電力制御装置１００の製造段階でガイド２６に必要とされる耐熱性を向上することができる。

図３−図６を参照して、複数の信号端子２８の詳細について説明する。上記したが、半導体モジュール２０は、複数の信号端子２８を有する。各々の信号端子２８は、概して細長い板形状を有し、表裏に位置する二つの主表面と、その二つの主表面に隣接する二つの側面とを有する。また信号端子２８の先端部は、概してテーパ形状を有している。また、図４に示すように、各々の信号端子２８の主表面は、干渉部２８ａと接点部２８ｂとを有する。接点部２８ｂは、信号端子２８がコネクタ２４へ完全に挿入されたときに、コネクタ２４内の接触端子（図示省略）に接触する部位であり、干渉部２８ａは、接点部２８ｂに隣接するその他の部位である。干渉部２８ａには、コネクタ２４への挿入方向に沿って、凹部２８ｒが繰り返し形成されている。一方、接点部２８ｂには、そのような凹部２８ｒが形成されていない。

信号端子２８がコネクタ２４に挿入されるとき、信号端子２８はガイド２６に接触しながら案内される。このとき、信号端子２８の主表面はガイド２６に対して摺動するので、当該主表面がガイド２６によって削り取られることがある。特に、ガイド２６には、例えばガラス繊維といった硬質のフィラーＸが含有されている。そのため、図５に示すように、信号端子２８の主表面は、ガイド２６内のフィラーＸによって削り取られ易い。

特に、ガイド２６は、ガイド面２６ａにおいて、信号端子２８に対して比較的に一定の圧力で接触するように構成されている。そのことから、仮に信号端子２８の主表面が平坦であると、信号端子２８の主表面がコネクタ２４への挿入方向に沿って連続的に削り取られ、比較的に長尺の削り屑が発生することもある。信号端子２８は導電性を有することから、その削り屑も導電性を有する。このような導電性を有する長尺な異物が発生すると、それが付着することによって、半導体モジュール２０やその周囲に位置する制御基板１６等の電子機器を短絡させる。

上記課題を解決するために、本実施例の各々の信号端子２８の表面には、コネクタ２４への挿入方向に沿って、凹部２８ｒが繰り返し形成されている。ここでいう凹部とは、表面加工等によって形成される微細な凹部を意図している。このような構成によると、図５、図６に示すように、信号端子２８がコネクタ２４へ挿入されるときに、ガイド２６（フィラーＸ）によって信号端子２８の表面が削り取られたとしても、信号端子２８の表面に設けられた凹部２８ｒによって、その削り屑Ｙは断続的に発生する。従って、長尺の異物の発生が抑制されるので、例えば、それに起因する短絡等を防止することができる。削り屑Ｙの長さは、コネクタ２４への挿入方向における信号端子２８の凹部２８ｒと隣接する凹部２８ｒとの間の距離を変えることによって、調整することができる。

図４に示すように、信号端子２８の凹部２８ｒは、格子状に設けられた複数の溝によって構成されている。また本実施例の形態では、凹部２８ｒは、信号端子２８の干渉部２８ａに形成されている。但し、他の実施形態として、凹部２８ｒは、干渉部２８ａ及び接点部２８ｂの全体に亘って形成されてもよいし、接点部２８ｂのみに形成されていてもよい。

信号端子２８の表面に、凹部２８ｒを形成する方法は特に限定されない。図６に示すように、本実施例の信号端子２８は、母材２８ｃと、その表面に設けられた金属層２８ｄとを有し、母材２８ｃの表面に凹部が繰り返し形成されている。この母材２８ｃの凹部は、母材２８ｃをプレス加工で成形するときに、同じ型を用いて同時に形成することができる。そして、凹部が形成された母材２８ｃの表面を、金属層２８ｄによって連続的に覆うことにより、金属層２８ｄ上に凹部２８ｒを有する信号端子２８を形成することができる。この金属層２８ｄは、ニッケル、錫、金及び／又は銀といった接触信頼性を有する金属によって構成されることができる。金属層２８ｄは、例えば電気めっきによって形成されてもよい。上記のように構成された信号端子２８の凹部２８ｒによって、ガイド２６（フィラーＸ）に削られた削り屑Ｙは断続的に発生し、長尺な異物の発生は抑制される。

上記の方法によって、凹部２８ｒを形成すると、母材から信号端子２８をプレス加工するときに、同時に凹部も形成することができるため、信号端子２８を容易に作製することができる。そして、金型によって凹部２８ｒを形成できることから、ガイド２６によって生成される異物（削り屑Ｙ）の微細化も容易に調整可能である。また、信号端子２８の母材２８ｃの表面が連続的に金属層２８ｄによって覆われる。そのため、信号端子２８の母材２８ｃの表面が酸化することによって生じる信号端子２８とコネクタ２４の接触端子との接触不良も抑制される。

（実施例２）図７に示すように、凹部２８ｒは、母材２８ｃの表面上を断続的に覆う金属層２８ｄによって構成されていてもよい。この点において、実施例１とは異なっている。金属層２８ｄは、例えば、信号端子２８の母材２８ｃの表面をマスキングした後に、めっき処理を行うことによって設けられてもよい。

上記の方法によって凹部２８ｒを形成すると、金属層２８ｄの形成に使用される金属の使用量を低減することができる。金属層２８ｄの形成には、例えば金といった高価な金属が使用されることも多い。高価な金属の使用量を低減することができれば、製造コストを効果的に削減することができる。

信号端子２８の凹部２８ｒは、格子状の溝に限定されず、様々な態様で形成することができる。図８（Ａ）に示すように、凹部２８ｒは、信号端子２８のコネクタ２４への挿入方向に対して垂直方向に形成されたストライプ状の溝であってもよい。また、図８（Ｂ）に示すように、信号端子２８の表面には、物理的又は化学的な粗面化処理によってランダムに形成された凹部２８ｒが設けられていてもよい。

本実施例では、信号端子２８として、金属層２８ｄを有するものを例示したが、これに限定されず、金属層２８ｄを有さない（即ち、母材２８ｃが露出する）ものであってもよい。また、信号端子２８における凹部が形成される面においても限定されず、二つの主表面に加え、側面にも形成されていてもよい。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

１０：半導体モジュールユニット
１２：大容量コンデンサ
１４：リアクトル
１６：制御基板
１６ａ：貫通孔
２０：半導体モジュール
２２：冷却器
２４：コネクタ
２４ａ：挿入口
２６：ガイド
２６ａ：ガイド面
２８：信号端子
２８ａ：干渉部
２８ｂ：接点部
２８ｃ：母材
２８ｄ：金属層
２８ｒ：凹部
１００：電力制御装置

Claims (1)

1. 端子を有する半導体モジュールと、
   前記端子が挿入されたコネクタと、
   前記コネクタに挿入される前記端子に接触して、前記端子を前記コネクタへ案内するガイドと、を備え、
   前記端子の表面には、前記コネクタへの挿入方向に沿って、凹部が繰り返し形成されている、
   半導体装置。

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