JP3193133U - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトとナットとを締結する際、ナット収容孔の損傷を抑制しながら、ナットとボルトとをより確実に締結可能な半導体モジュールを提供する。【解決手段】半導体モジュールは、半導体チップと、半導体チップを収容するケースと、半導体チップに電気的に接続されると共に、ケースの一壁部から引き出されるバスバーと、を備え、バスバーには、外部接続用端子をバスバーに固定するボルトが通されるボルト挿通孔が形成されており、一壁部の外面には、ボルト挿通孔に通されたボルトを受けるナット５２が収容されるナット収容孔５８が形成されており、ナット収容孔は、複数の頂部６０と、隣接する頂部を繋ぐ複数の内壁面６２とを有し、複数の内壁面のうち少なくとも一つはナット収容孔の内側に湾曲している。ボルトをナット５２に締結する際に、ナット収容孔５８の損傷を抑制しながら、ボルトとナット５２をより確実に締結可能となっている。【選択図】図５

Description

本考案は、半導体モジュールに関する。

半導体モジュールの一例として、半導体チップ、配線基板、バスバー、及び、ケースを備えた半導体モジュールが知られている。半導体チップは、配線基板上に搭載されており、配線基板には、配線パターンが形成されている。半導体チップを搭載した配線基板はケース内に収容されており、バスバーは、ケース内部の配線基板又は半導体チップからの引き出し電極として機能する。このような、半導体モジュールとしては、例えば、特許文献１、２に記載されたものが知られている。

特許第４０８９１４３号公報 特開２００６−３４４８４１号公報

引出し電極としてのバスバーを有する半導体モジュールでは、バスバーに外部接続用端子を電気的に接続することによって、ケース内の半導体チップを外部の機器（或いは電気回路）に電気的に接続する。バスバーと外部接続用端子との接続は、通常、バスバーと外部接続用端子とを、ボルト及びナットを利用して固定することによって行われる傾向にある。ボルト及びナットを利用して、外部接続用端子をバスバーに固定する方法として次のような方法が考えられる。バスバー及び外部接続用端子に、ボルトを通すボルト挿通孔を形成すると共に、ケース外面に、図７に示したようなナット収容孔６６を形成する。ナット５２をナット収容孔６６に収容した後、ケースから引き出されたバスバーを、ナット収容孔６６側に折り曲げる。そして、外部接続用端子及びバスバーに形成されているボルト挿通孔に通されたボルトをナット５２に螺合することによって、ボルトとナット５２とを締結する。

しかしながら、ボルトの回転に伴ってナット５２が回転すると、図７に示したように、ナット５２の角部と、ナット収容孔６６の内壁面６８とが接触する。この接触部分に、ナット５２の回転トルクが付加される。そのため、ナット５２の回転に伴って、ナット５２の角部がナット収容孔の内壁面６８を削り、ナット５２が空回りしたり、或いは、ナット収容孔６６にクラックが生じる等、ナット収容孔６６の損傷（或いは破壊）が生じたりする場合があり、結果として、ボルトとナット５２の締結力が低下するという問題がある。

そこで、本考案は、ボルトとナットとを締結する際、ナット収容孔の損傷を抑制しながら、ナットとボルトとをより確実に締結可能な半導体モジュールを提供することを目的とする。

本考案の一側面に係る半導体モジュールは、半導体チップと、半導体チップを収容するケースと、半導体チップに電気的に接続されると共に、ケースの一壁部から引き出されるバスバーと、を備え、バスバーには、外部接続用端子をバスバーに固定するボルトが通されるボルト挿通孔が形成されており、一壁部の外面には、ボルト挿通孔に通されたボルトを受けるナットが収容されるナット収容孔が形成されており、ナット収容孔の壁面の材料は樹脂であり、ナット収容孔は、複数の頂部と、隣接する頂部を繋ぐ複数の内壁面とを有し、複数の内壁面のうち少なくとも一つはナット収容孔の内側に湾曲している。

本考案によれば、ボルトとナットとを締結する際、ナット収容孔の損傷を抑制しながら、ナットとボルトとをより確実に締結可能な半導体モジュールを提供し得る。

図１は、一形態に係る半導体モジュールの斜視図である。 図２は、図１に示した半導体モジュールが有しており、半導体チップが搭載された配線基板の平面図である。 図３は、図１に示した半導体モジュールに、外部接続用端子を接続した状態の一例を示す図面である。 図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図５は、ナット収容孔の平面図である。 図６（ａ）は、ボルトのサイズがＭ３の場合において、対応するナット収容孔の平面図であり、図６（ｂ）は、ボルトのサイズがＭ５の場合において、対応するナット収容孔の平面図であり、図６（ｃ）は、ボルトのサイズがＭ６の場合において、対応するナット収容孔の平面図であり、図６（ｄ）は、ボルトのサイズがＭ８の場合において、対応するナット収容孔の平面図である。 図７は、内壁面が平坦面であるナット収容孔の平面図である。 図８は、半導体モジュールの他の例を示す図面である。

［本願考案の実施形態の説明］
最初に、本願考案の実施形態の内容を列記して説明する。（１）本考案の一側面に係る半導体モジュールは、半導体チップと、半導体チップを収容するケースと、半導体チップに電気的に接続されると共に、ケースの一壁部から引き出されるバスバーと、を備え、バスバーには、外部接続用端子をバスバーに固定するボルトが通されるボルト挿通孔が形成されており、一壁部の外面には、ボルト挿通孔に通されたボルトを受けるナットが収容されるナット収容孔が形成されており、ナット収容孔の内壁面の材料は樹脂であり、ナット収容孔は、複数の頂部と、隣接する頂部を繋ぐ複数の内壁面とを有し、複数の内壁面のうち少なくとも一つはナット収容孔の内側に湾曲している。

上記構成では、ナット収容孔にナットを収容した状態で、外部接続用端子をバスバーに固定するためのボルトをボルト挿通孔に通し、ナットと螺合することによって、外部接続用端子とバスバーとを固定し得える。バスバーは、ケース内の半導体チップに電気的に接続されているので、バスバーに外部接続用端子を上記のように固定することで、ケース内の半導体チップを外部の機器に接続し得る。ボルトとナットとを締結する際、ボルトの回転に伴ってナットが回転しても、ナット収容孔の少なくも一つの上記内壁面が内側に湾曲していることから、湾曲している内壁面とナットの側面とは面接触する。このような面接触では、ナットに生じている回転トルクが、ナットが接触している内壁面に分散されやすい。そのため、ナットの回転トルクによって内壁面の損傷が生じにくい。また、湾曲している内壁面とナットの側面とが面接触するので、ナットの回転がより確実に止められやすい。その結果、ボルトとナットとがより確実に締結される。

（２）一形態において、複数の上記内壁面が内側に湾曲していてもよい。この場合、ボルトをナットに締結する際、ナットの側面と、ナット収容孔の全ての内壁面とが面接触することになる。そのため、ナットの回転トルクが、ナット収容孔に対して分散され易いと共に、ナットの回転が確実に止められやすい。その結果、ナット収容孔の損傷を抑制しながら、ボルトとナットとがより一層確実に締結される。

（３）一形態において、複数の内壁面の材料は樹脂であってもよい。

内壁面の材料が樹脂である場合、ナットの回転によって内壁面が削られやすい。そのため、内壁面が内側に湾曲しており、ボルトの回転に伴ってナットが回転した場合に、ナット収容孔の内壁面にナットが面接触するようになっている構成は、内壁面の材料が樹脂である形態に対して有効である。

（４）一形態において、複数の頂部を仮想的に繋いで形成される多角形が六角形であってもよい。この場合、ナットとして六角ナットを有効に利用することができる。

［本願考案の実施形態の詳細］
本考案の実施形態に係る半導体モジュールの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本考案はこれらの例示に限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲によって示され、実用新案登録請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面を参照して本考案の実施形態について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１〜図４を参照して、一形態に係る半導体モジュールについて説明する。図１は、一形態に係る半導体モジュールの斜視図である。図１では、バスバーを屈曲させる前の状態を示している。図２は、図１に示した半導体モジュールが有しており、半導体チップが搭載された配線基板の平面図である。図３は、図１に示した半導体モジュールに、外部接続用端子を接続した状態の一例を示す図面である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図４中の配線基板の断面は、図２のＩＶ―ＩＶ線に沿った断面に対応している。

図１〜図４に示すように、半導体モジュール１０は、一以上の半導体チップ１２と、半導体チップ１２が搭載される配線基板１４と、配線基板１４を収容するケース１６と、半導体チップ１２に電気的に接続されておりケース１６から外部に引き出される３本のバスバー１８を備えている。一形態において、半導体モジュール１０は、例えば、スイッチングデバイスである。一形態において、半導体モジュール１０は、例えば、モータ及び電力変換装置などに適用されえるパワー半導体モジュールであり得る。

以下、説明のために、ケース１６の深さ方向（厚さ方向）をＺ方向と称し、Ｚ方向に直交する２つの方向をＸ方向及びＹ方向と称す。Ｘ方向及びＹ方向は互いに直交する。

半導体チップ１２の例はトランジスタ及びダイオードを含む。トランジスタの例は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effecttransistor）及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate BipolarTransistor、IGBT）を含む。図２に示すように、一以上の半導体チップ１２は、配線基板１４上に搭載されている。配線基板１４は絶縁基板２０を有する。絶縁基板２０の材料の例はセラミックスであり、セラミックスの例は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）及び酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む。

絶縁基板２０の上面（主面）には、配線パターン２２が形成されている。配線パターン２２の材料の例は銅である。半導体チップ１２は、配線パターン２２に導線を介して電気的に接続されている。導線の例は、ワイヤ及びリボンを含むが、以下では導線としてワイヤを例示して説明する。図２では、半導体チップ１２及び配線基板１４の一例を示していおり、半導体チップ１２の例として、複数のＭＯＳ−ＦＥＴ １２ａ及び複数のダイオード１２ｂが示されている。

一形態において、絶縁基板２０の上面は、第１の基板領域２０ａ及び第２の基板領域２０ｂを含み得る。第１の基板領域２０ａには、配線パターン２２として、ゲートパターンＧＰ１、ソースパターンＳＰ１、ドレインパターンＤＰ１が設けられている。ドレインパターンＤＰ１上には、裏面ドレイン電極が電気的に接続するように、ＭＯＳ−ＦＥＴ １２ａが搭載されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ １２ａのゲート電極は、ワイヤを介して、ゲートパターンＧＰ１に接続されており、ソース電極は、別のワイヤを介して、ソースパターンＳＰ１に接続されている。ドレインパターンＤＰ１上にはダイオード１２ｂが搭載されている。ゲートパターンＧＰ１は、ワイヤを介して別のゲートパターンＧ１に電気的に接続されており、ソースパターンＳＰ１は、ワイヤを介して、補助エミッタパターンＥ１に接続されている。ドレインパターンＤＰ１は、配線基板１４の一縁部に設けられたドレインパターンＤ１に、ワイヤを介して接続されている。

第２の基板領域２０ｂにも、配線パターン２２として、ゲートパターンＧＰ２、ソースパターンＳＰ２、ドレインパターンＤＰ２が設けられている。ドレインパターンＤＰ２上には、裏面ドレイン電極が電気的に接続するように、ＭＯＳ−ＦＥＴ １２ａが搭載されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ １２ａのゲート電極は、ワイヤを介して、ゲートパターンＧＰ２に接続されており、ソース電極は、別のワイヤを介して、ソースパターンＳＰ２に接続されている。ドレインパターンＤＰ１上にはダイオード１２ｂが搭載されている。ゲートパターンＧＰ２は、ワイヤを介して別のゲートパターンＧ２に電気的に接続されており、ソースパターンＳＰ２は、ワイヤを介して、補助エミッタパターンＥ２及び配線基板１４の一縁部に設けられたソースパターンＳ２に接続されている。ドレインパターンＤＰ２は、配線基板１４の一縁部に設けられたドレインパターンＤ２に、ワイヤを介して接続されている。

半導体チップ１２が搭載された配線基板１４はケース１６に収容されている。図１及び図４に示すように、ケース１６は、枠体２４と、枠体２４の下部開口（第１開口）を塞ぐベース板２６と、枠体２４の上部開口（第２開口）を塞ぐ蓋体（一壁部）２８とを有する。

ベース板２６の上面には、半導体チップ１２を搭載した配線基板１４が搭載される。一形態において、ベース板２６は、放熱板であってもよい。ベース板２６の材料の例は、Ｃｕである。

枠体２４は、ケース１６の周壁部を構成しており、配線基板１４の周囲を囲む。枠体２４は、図１に示すように、４つの側壁３０，３２，３４，３６を有する。側壁３０，３２は対向しており、側壁３４，３６が対向している。側壁３４，３６は、側壁３０，３２を連結する連結部でもある。枠体２４の材料の例は熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を含む。

図１に示すように、側壁３４からは、外部接続用の４本の端子３８，３８，３８，３８が引き出されている。４つの端子３８は、それぞれゲートパターンＧ１、補助エミッタパターンＥ１、補助エミッタパターンＥ２及びゲートパターンＧ２に電気的に接続され得る。一形態において、図４に示すように、側壁３４には段部４０が形成されており、段部４０には、各端子３８に電気的に接続される電極が設けられている。各端子３８に電気的に接続される電極が、対応するゲートパターンＧ１、補助エミッタパターンＥ１、補助エミッタパターンＥ２及びゲートパターンＧ２にワイヤによって電気的に接続される。これによって、各端子３８と、対応するゲートパターンＧ１、補助エミッタパターンＥ１、補助エミッタパターンＥ２及びゲートパターンＧ２が電気的に接続され得る。図４では、ゲートパターンＧ１，Ｇ２と端子３８，３８とが電気的に接続され得る電極４２を例示している。

図４に示すように、側壁３０は段部４４を有し、側壁３０において段部４４より上部開口側の部分には、３本のバスバー１８が一体的にインサートされている。バスバー１８は、導電性を有する金属プレートであり得る。

バスバー１８は、図４に示すように、一部が側壁３０に埋設され、バスバー１８の両端部が側壁３０から露出するように側壁３０にインサートされている。バスバー１８のケース１６内の端部１８ａ側の領域は、段部４４近傍でＸ方向に折り曲げられ、バスバー１８の端部１８ａは、段部４４上に露出している。３本のバスバー１８の端部１８ａのそれぞれが、ドレインパターンＤ１，ソースパターンＳ２及びドレインパターンＤ２（図４参照）にワイヤを介して電気的に接続されることによって、バスバー１８が半導体チップ１２に電気的に接続されることになる。

バスバー１８がインサートされた枠体２４は、成形技術によって製造され得る。バスバー１８が一体的にインサートされた枠体２４の成形技術の例は、射出成形である。

枠体２４の上部開口は、蓋体２８によって閉じられている。蓋体２８は、枠体２４に対してネジ止めされてもよいし、或いは、接着剤によって接着されてもよい。蓋体２８は、ベース板２６に対向しており、ベース板２６から見て天井部である。蓋体２８には、各バスバー１８に対応した位置に、各バスバー１８を引き出すための引出し孔４６が形成されている。蓋体２８の材料は樹脂であり、樹脂の例は、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を含む。蓋体２８は、枠体２４と同様に、成形技術によって製造され得る。

蓋体２８からケース１６の外部に引き出されたバスバー１８は、ケース内部の半導体チップ１２を、外部接続するための引出し電極として機能する。半導体モジュール１０の使用時、すなわち、外部の機器（或いは電気回路）に接続する場合には、図３及び図４に示すように、バスバー１８に、導電性を有する外部接続用端子４８が、ボルト５０及びナット５２を利用して固定される。外部接続用端子４８は例えば金属プレートである。ナット５２の例は、平面視形状が六角形のナット（いわゆる六角ナット）、及び、平面視形状が四角形のナットである。以下の説明では、ナット５２は、特に断らない限り、六角ナットである。

ボルト５０を利用してバスバー１８及び外部接続用端子４８を固定するために、バスバー１８及び外部接続用端子４８のそれぞれには、ボルト挿通孔５４，５６（図４参照）が形成されている。図１では、バスバー１８は、Ｚ方向に延びているが、半導体モジュール１０の使用時、すなわち、バスバー１８に、外部接続用端子４８を固定する際には、図３及び図４に示すように、蓋体２８の上面(外面)２８ａ側に折り曲げられる。

蓋体２８の上面２８ａには、図１及び図４に示すように、ナット５２が収容されるナット収容孔５８が形成されている。ナット収容孔５８は、ナット５２が落とし込まれる座繰り孔でもある。ナット収容孔５８の深さ（Ｚ方向の長さ）は、ナット５２の厚さと同じか或いはナット５２の厚さより深ければよい。

図５を利用して、ナット収容孔５８について具体的に説明する。図５は、ナット収容孔５８の平面図であり、図１の領域Ａを拡大した図面である。図１では、ナット５２が収容された状態が示されている。ナット収容孔５８は、図５に示すように、６個の頂部６０を有している。６個の頂部６０を仮想線（図５の二点鎖線）で繋いで形成される仮想的な多角形（図５の二点鎖線で形成される多角形）は、六角形である。図５では、正六角形の場合を示している。

隣接する頂部６０，６０間の内壁面であって、ナット収容孔５８を画成する６つの内壁面６２は、ナット収容孔５８の内側に向けて湾曲している。すなわち、ナット収容孔５８は、平面視形状が六角形である有底筒状の孔であって、内壁面が内側に湾曲した孔である。頂部６０の観点からみれば、内壁面６２が湾曲するように、頂部６０が外側に向けて突出している孔でもある。蓋体２８の材料が樹脂であるため、内壁面６２の材料も樹脂である。湾曲した内壁面６２の曲率は、ナット収容孔５８に収容されたナット５２が、ボルト５０の回転に伴って回転した際に、ナット５２の側面６４が、内壁面６２に面接触するような曲率であればよい。ボルト５０のサイズが、Ｍ３、Ｍ５、Ｍ６及びＭ８の場合において、対応するナット５２のナット収容孔５８の曲率半径の例は、次の通りである。

すなわち、ボルト５０のサイズがＭ３の場合、曲率半径は１．６ｍｍ〜５．５ｍｍであり、ボルト５０のサイズがＭ５の場合、曲率半径は２．３ｍｍ〜８．０ｍｍであり、ボルト５０のサイズがＭ６の場合、曲率半径は５．９ｍｍ〜１０．０ｍｍであり、ボルト５０のサイズがＭ８の場合、曲率半径は７．０ｍｍ〜１２．０ｍｍである。

図６（ａ）〜図６（ｄ）にボルト５０のサイズがＭ３、Ｍ５、Ｍ６及びＭ８の場合において、対応するナット収容孔５８の平面図を示す。具体的には、図６（ａ）は、ボルトサイズがＭ３の場合を示し、図６（ｂ）は、ボルトサイズがＭ５の場合を示しており、図６（ｃ）は、ボルトサイズがＭ６の場合を示しており、図６（ｄ）は、ボルトサイズがＭ６の場合を示している。図６（ａ）〜図６（ｄ）では、説明の便宜のために、収容されるナット５２の外形を一点鎖線で示している。図６（ａ）〜図６（ｄ）では、内壁面６２の曲率を示すために、便宜的に、内壁面６２に接する円弧Ａｃを破線で示している。破線で示した仮想的な円弧Ａｃの半径が曲率半径である。一形態において、内壁面６２の曲率は、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すように、内壁面６２のうち最も内側の位置での曲率とし得る。

上述した半導体モジュール１０は、例えば、次のようにして製造され得る。３本のバスバー１８及び４本の端子３８が一体的にインサートされた枠体２４を準備する。続いて、半導体チップ１２が搭載された配線基板１４をベース板２６上に搭載する。その後、ベース板２６を、枠体２４の下部開口を塞ぐように、枠体２４に固定する。固定方法は、接着剤を利用しても良いし、或いは、ネジ止めでもよい。続いて、端子３８及びバスバー１８と配線パターン２２とをワイヤによって接続する等の所定の配線接続を行った後、蓋体２８を枠体２４に取り付けることによって、半導体モジュール１０が完成する。

半導体モジュール１０を使用する際には、ナット収容孔５８にナット５２を落とし込んだ後、バスバー１８を蓋体２８に向けて折り曲げる。その後、外部接続用端子４８のボルト挿通孔５６及びバスバー１８のボルト挿通孔５４にボルト５０を通して、ボルト５０とナット５２を締結する。ボルト５０をナット５２に締結する際、ボルト５０の回転に伴ったナット５２の回転は、ナット収容孔５８の内壁面６２にナット５２が当接することによって止められる。その結果、ボルト５０とナット５２が締結されることになる。これにより、外部接続用端子４８が、半導体モジュール１０に固定されると共に、バスバー１８に電気的に接続される。その結果、外部接続用端子４８がバスバー１８を介して半導体チップ１２に電気的に接続され、ケース１６内の半導体チップ１２を駆動可能である。

半導体モジュール１０では、バスバー１８を利用していることによって、半導体チップ１２に高電圧及び高電流を供給可能である。そのため、半導体モジュール１０は、高電力を扱うモータ及び電力変換装置などに有効に利用され得る。

半導体モジュール１０では、ナット収容孔５８の内壁面６２が内側に湾曲していることによって、ボルト５０をナット５２に締結する際に、ナット収容孔５８の損傷を抑制しながら、ボルト５０とナット５２をより確実に締結可能となっている。この点を、図７に示すナット収容孔６６のように、内壁面が内側に湾曲していない場合と比較して説明する。

通常、ナット収容孔の大きさは、ナット５２の大きさより僅かに大きい状態で形成される。これは、ナット収容孔の大きさがナット５２の大きさとちょうど同じであると、製造誤差等によって、ナット収容孔にナット５２が収容され得ない場合が生じ、結果として、半導体モジュールの製造効率の低下に繋がるからである。ナット収容孔の大きさがナット５２より大きいことから、ボルト５０をナット５２に締結する際、ボルト５０の回転に伴いナット５２がナット収容孔の中で回転することになる。

図７に示したナット収容孔６６のように、内壁面６８が平坦であると、ナット５２の角部がナット収容孔６６に当接するので、ナット５２と内壁面６８との接触領域は線状である。この場合、ナット５２の回転トルクが、ナット収容孔５８の狭い領域に集中し易い。その結果、ナット５２の角部がナット収容孔５８の内壁面６８を削って、ナット５２が空回りしたり、或いは、ナット収容孔６６を破壊する場合が生じ得る。この場合、ボルト５０とナット５２とを締結できない或いは適切な締結力が得られないことになる。これは、内壁面６８の材料が樹脂である場合に生じ易い。

ＪＩＳ規格では、ボルトサイズに応じて推奨の締め付けトルクが規定されている。例えば、ボルトサイズがＭ５の場合、締め付けトルクの例は、約３（Ｎ・ｍ）である。従って、ナット収容孔は、ボルトサイズ(換言すれば、ナットサイズ)に応じたＪＩＳ規格に対応したトルクに対して耐える得る強度を有するように形成されていればよい。しかしながら、ボルト５０の締め付けは、半導体モジュールを外部機器に接続する際に、すなわち、半導体モジュールを使用する際に行われるため、ＪＩＳ規格に沿った締付けトルク内でボルト５０がナット５２に締結されない場合も想定しておく必要がある。例えば、ＪＩＳ規格の締め付けトルクの２倍程度のトルクに耐えるようにナット収容孔を形成する必要もあり得る。このような強度の向上は、例えば、ナット収容孔の深さを深くし、ナット５２の角部とナット収容孔の内壁面との接触面積を確保することが考えられる。しかしながら、仮に、ナット収容孔を深くしたとしても、折り曲げたバスバー１８と、ケース外面との間に隙間が生じている場合、ナット５２がナット収容孔の底面から浮き上がり、結果として、ナット５２の角部とナット収容孔の内壁面との接触面積が小さくなり、上述したような問題点が生じ得る。

これに対して、図５に示したように、内壁面６２が内側に湾曲しているナット収容孔５８では、ボルト５０の回転に伴ってナット５２が回転した場合、ナット５２の各側面６４と、対応するナット収容孔５８の内壁面６２とが接触する。この場合、側面６４と内壁面６２とは面接触するので、線状に接触する場合より接触面積が大きく、ナット５２の回転トルクが内壁面６２に対して分散される。その結果、ナット５２が回転したとしても、内壁面６２が削られることなく、ナット５２の回転が内壁面６２によって止められ易い。その結果、ボルト５０がナット５２により確実に締結され得る。また、ナット５２の回転トルクが内壁面６２に対して分散されることから、ナット５２の回転によって、ナット収容孔５８にクラック等の損傷（或いは破壊）が発生し難い。よって、ナット収容孔５８では、ナット収容孔５８の損傷が抑制され、ボルト５０とナット５２との締結力を確保できる。そして、内壁面６２が内側に湾曲しており、側面６４と内壁面６２とが面接触する構成は、内壁面６２の材料も樹脂である場合に、より有効である。

ボルト５０をナット５２に締結する際、ナット収容孔５８の底面からナット５２が浮いたとしても、面接触は同様に生じる。その結果、内壁面６２が平坦である場合より、ナット５２の回転トルクがナット収容孔５８に分散されやすい。そのため、ナット５２の空回り及びナット収容孔５８の損傷なども生じにくい。

ナット収容孔５８が、６個の頂部６０を仮想線で繋いで形成される仮想的な多角形が六角形であるため、例示したように、ナット５２として、六角ナット、特に市販の六角ナットを有効に利用できる。

ナット収容孔５８の強度確保のために、ナット収容孔５８を必要以上に深く形成しなくてもよく、結果として、ナット収容孔６６の場合より、蓋体２８の厚みを薄くすることが可能である。そのため、内壁面６２が内側に湾曲したナット収容孔５８がケース１６に形成された半導体モジュール１０の構成は、小型化に資する構成でもある。

ナット収容孔５８の強度確保のために、ケース１６の材料の選択が制限されにくいので、ケース１６の材料の選択の自由度も向上する。

更に、ナット収容孔５８は、内壁面６２が湾曲しており、ナット５２の回転時にナット５２の側面６４と内壁面６２とが面接触するように形成されていればよい。そのため、ナット収容孔５８の製造誤差の許容範囲が、内壁面６２が平坦な場合より大きくなる。その結果、半導体モジュール１０の製造効率の向上を図ることが可能である。

以上、本考案の種々の実施形態について説明したが、本考案は、これまで説明した種々の形態に限定されるものではなく、考案の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。ケース１６の形状及びバスバーの数は、半導体モジュールの使用用途に応じたケース１６の形状及びバスバーの数であればよく、図１に示した形状や数に限定されない。

ケース１６は、ベース板２６、枠体２４及び蓋体２８を有する形態に限定されない。また、バスバー１８もケース１６の側壁にインサートされていなくてもよい。これらの変形について、図８を参照して説明する。図８は、半導体モジュールの他の例を示す図面であり、バスバー１８に外部接続用端子４８が固定された状態を示している。

半導体モジュール７０は、ケース１６の代わりにケース７２を有し、バスバー１８が配線基板１４に直接接続されている点で、半導体モジュール１０と相違する。この相違点を中心に説明する。ケース７２は、ベース板２６と、ベース板２６を覆うカバー７４とを有する。カバー７４は、ベース板２６の周囲を囲う周壁部７６と、ベース板２６と対向する天井部７８とを有しており、例えば、樹脂の射出成型によって形成され得る。天井部７８には、バスバー１８が引き出されるための引出し孔８０及びナット収容孔８２が形成されている。ナット収容孔８２の構成は、ナット収容孔５８と同様であるので、説明を省略する。バスバー１８は、配線基板１４に直接接続されており、引出し孔８０から引き出されている。半導体モジュール７０では、端子３８も配線基板１４に直接接合されていればよい。端子３８をケース７２の外部に引き出すために、天井部７８には、端子３８を引き出すための引出し孔も形成され得える。

図１に示した半導体モジュール１０の形態においても、バスバー１８は、配線基板１４に直接接合されていてもよい。

ナット収容孔５８が有する全ての内壁面６２が内側に湾曲している形態を例示したが、少なくとも一つの内壁面６２が内側に湾曲していればよい。この場合でも、内側に湾曲した内壁面６２と、ナット５２とが面接触するので、図７に示したように、ナット５２の角部と、ナット収容孔６６の全ての内壁面６８とが線状に接触している場合より、ナット５２の回転トルクがナット収容孔５８に分散されやすくなる。

ナット収容孔５８として、６個の頂部６０を有し、それらの頂部６０を仮想的に接続した多角形が六角形である形状を有する孔を例示した。しかしながら、ナット収容孔５８は、使用するナット５２の形状に対応しており、その内壁面が、ナット５２の回転時にナット５２の側面と面接触する様に内側に湾曲した形状であればよい。例えば、ナット収容孔５８は、４個の頂部６０を有し、それらの頂部６０を仮想的に接続した多角形が四角形である形状を有する孔であってもよい。

内壁面６２の材料としては樹脂に限定されない。内壁面６２の材料がナット５２の材料より強度或いは硬さの小さい材料である一形態では、ナット５２による損傷が生じ易いので、内壁面６２が内側に湾曲したネット収容孔は有効である。

１０…半導体モジュール、１２…半導体チップ、１４…配線基板、１６…ケース、１８…バスバー、４８…外部接続用端子、５０…ボルト、５２…ナット、５４…ボルト挿通孔、５８…ナット収容孔、６０…頂部、６２…内壁面。

Claims (4)

1. 半導体チップと、
   前記半導体チップを収容するケースと、
   前記半導体チップに電気的に接続されると共に、前記ケースの一壁部から引き出されるバスバーと、
   を備え、
   前記バスバーには、外部接続用端子を前記バスバーに固定するボルトが通されるボルト挿通孔が形成されており、
   前記一壁部の外面には、前記ボルト挿通孔に通された前記ボルトを受けるナットが収容されるナット収容孔が形成されており、
   前記ナット収容孔は、複数の頂部と、隣接する前記頂部を繋ぐ複数の内壁面とを有し、
   複数の前記内壁面のうち少なくとも一つは前記ナット収容孔の内側に湾曲している、
   半導体モジュール。
2. 複数の前記内壁面が内側に湾曲している、
   請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 複数の前記内壁面の材料は樹脂である、請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
4. 複数の前記頂部を仮想的に繋いで形成される多角形が六角形である、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体モジュール。

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