JP5045111B2 - 半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
この半導体モジュールでは、正極バスバーと負極バスバーの配線インダクタンスによって、スイッチング時にサージ電圧が発生する。特に、ハイブリッド自動車等の大電圧下で使用される半導体モジュールでは、発生するサージ電圧も大きくなる。大きなサージ電圧がスイッチング素子に印加されると、スイッチング素子の破壊等の要因となる。正極バスバーと負極バスバーの配線インダクタンスを低減するためには、正極バスバーと負極バスバーの間隔をできるだけ小さくすることが好ましい。しかしながら、インサート成形によって、正極バスバーと負極バスバーとの間に薄い樹脂製の絶縁部を形成することは難しい。そこで、正極バスバーと負極バスバーの間隔を小さくする方法として、正極バスバーと負極バスバーとの間を薄い絶縁部材(例えば、絶縁紙)によって絶縁する方法が用いられている。しかしながら、薄い絶縁部材(特に、絶縁紙)は高温になると変形が生じる。このため、インサート成形時に高温の溶融樹脂と絶縁部材が接触すると、溶融樹脂の成型圧によって絶縁部材が変形して正極バスバーと負極バスバーとの間隔を維持することができなくなる。そこで、正極バスバーと負極バスバーとの間に絶縁部材を挟んだ状態でハウジングを成形しても、絶縁部材が高温とならないようにする技術が開示されている(例えば、特許文献1)。
なお、この半導体モジュールでは、絶縁部材として、例えば厚さが薄い絶縁紙を用いることができる。
この構成によれば、第4バスバーを第1バスバー又は第2バスバーに簡単に組付けることができる。
また、上述の締結部材は、一方のバスバーの第4バスバー側と反対側に配置されるナットと、第4バスバー側から第4バスバーと一方のバスバーを貫通してナットと螺合するボルトとすることができる。この場合に、ナットは、第1、第2及び第3バスバーと共にインサート成形によってハウジングに一体化されていることが好ましい。
この構成では、インサート成形後は、一方のバスバーにナットが取り付けられた状態となっているため、第4バスバーを一方のバスバーに接続するには、ボルトをナットに締め付けるだけでよい。このため、一方のバスバーに第4バスバーを容易に取り付けることができる。
この半導体モジュールの製造方法では、絶縁部材をインサート成形後に第1又は第2バスバーと第4バスバーの間に配置する。そのため、絶縁部材をインサート品とするときのような制約を無くすことができる。
(形態1) 第1バスバー、第2バスバー及び第3バスバーは平坦な面を有しており、その平坦な面の少なくとも一部がハウジング表面から露出している。
(形態2) インサート成形されるナットは、袋ナットである。この袋ナットは、一方のバスバーをかしめることによって、一方のバスバーに取り付けられている。
図1〜3に示すように、半導体モジュール10は、ハウジング40にインサートされる第1バスバー30,第2バスバー20及び第3バスバー24と、第1バスバー30に連結される第4バスバー14を備えている。
図3によく示されるように、第1バスバー30は、その長手方向が前後方向に伸びる第1支持板部30aと、第1支持板部30aと平行に伸びる第1上板部30cと、第1支持板部30aと第1上板部30cとを連接する第1連接部30bを有している。第1連接部30bは、第1支持板部30aの後端から側方(図3の右側)に伸びてから垂直上方(図3の上方)に向かって折れ曲がっており、その上端が第1上板部30cに接続されている。第1支持板部30aと第1連接板部30bと第1上板部30cは、導電性の金属によって一体で作製されている。第1上板部30cには貫通孔30dが形成されている。第1上板部30cの下面には、袋ナット32が配置されている。袋ナット32のネジ穴と第1上板部30cの貫通孔30dが一直線状となるように、第1上板部30cに対して袋ナット32の位置が調整されている。袋ナット32は、第1上板部30cをかしめることによって、第1上板部30cに固定されている。
第3バスバー24は、その長手方向が前後方向に伸びる第3支持板部24aと、第3支持板部24aと平行に伸びる第3上板部24cと、第3支持板部24aと第3上板部24cを連接する第3連接板部24bを有している。第3連接板部24bは、第3支持板部24aの前端から側方(図3の左側)に伸びてから垂直上方に折れ曲がっており、その上端が第3上板部24cに接続されている。第3支持板部24aと第3連接板部24bと第3上板部24cは、導電性の金属によって一体で作製されている。
第1バスバー30と第3バスバー24がハウジング40にインサートされた状態では、ハウジング40の台座40a上に第1バスバー30の第1支持板部30aと第3バスバー24の第3支持板部24aが配置される。また、第1支持板部30aの上方には、第3バスバー24の第3上板部24cが第1支持板部30aと平行に配置される。図1に示すように、第1支持板部30aと第3上板部24cの間には樹脂製の絶縁部40dが形成され、また、第1支持板部30aと第3連接部24bの間にも樹脂製の絶縁部40eが形成される。これにより、第1バスバー30と第3バスバー24が互いに接触することはない。
第2バスバー20の上面と絶縁部40bの上面で形成される平面上には、第4バスバー14が配置されている。第4バスバー14は、第2バスバー20と平行に伸びる並進部14aと、並進部14aの中間から側方(図3の左)に伸びる連結部14bを有している。連結部14bには貫通孔14cが形成されている。第4バスバー14の連結部14bは、第1バスバー30の第1上板部30cに連結される。すなわち、第4バスバー14の連結部14bの貫通孔14c及び第1上板部30cの貫通孔30dに上方からボルト12を挿通し、そのボルト12を第1上板部30cの下面に固定されている袋ナット32に締め付けることによって、第4バスバー14が第1バスバー30の第1上板部30cに固定(接続)されている。
第4バスバー14と第2バスバー20及び絶縁部40eの間には、絶縁紙18が配置されている。絶縁紙18は、第4バスバー14が第1バスバー30の第1上板部30cに固定されることにより、第4バスバー14と第2バスバー20との間で挟持されている。絶縁紙18は、汎用の絶縁紙を用いることができ、その厚さは0.1mm〜0.5mm程度である。
なお、図1に示すように、第4バスバー14と第3バスバー24の間にも、樹脂製の絶縁部40cが形成されている。台座40a、絶縁部40b、絶縁部40c、絶縁部40d及び絶縁部40eは、ハウジング40をインサート成形する際に成形される。
放熱板42上には、台座40aの左側にスイッチング部52が取り付けられている。スイッチング部52は、スイッチング素子53と基板56を有している。基板56には、配線(図示省略)が設けられている。基板56に設けられた配線の一端は、ワイヤ38を介して第1バスバー30の第1支持板部30aと接続されている。基板56上には、スイッチング素子53が取り付けられている。スイッチング素子53は、基板56に設けられた配線の他端に接続されている。スイッチング素子53は、第3バスバー24の第3上板部24cに接続されている。
半導体モジュール10では、ハウジング40の台座40a、絶縁部40b、絶縁部40c、絶縁部40d及び絶縁部40eは、射出成形によって一体に成形されている。第1バスバー30と第2バスバー20と第3バスバー24は、射出成形時に金型にインサートされている。また、袋ナット32は、第1バスバー30がインサート成形される前に上板30cにかしめによって固定されている。つまり、袋ナット32も金型内にインサートされている。袋ナット32は上板30cに固定されているため、インサート成形されても袋ナット32の雌ネジ部分に樹脂が入り込むことはない。
図4は、インサート成形後の成形体に絶縁紙18と第4バスバー14を取付ける工程を示している。インサート成形後、第1バスバー30、第2バスバー20及び第3バスバー24は、その上面の一部が樹脂に被覆されることなく露出している。まず、第2バスバー20の上面と絶縁部40bの上面に跨って絶縁紙18を配置する(図4に示す状態)。次に、第1バスバー30の第1上板部30cの上面に第4バスバー14を配置し、ボルト12を袋ナット32に締付けて第4バスバー14を第1バスバー30に取り付ける。
なお、本実施例では、インサート成形後に第2バスバー20と第4バスバー14の間に絶縁紙18を配置するため、絶縁紙18を絶縁部40b上、すなわち、溶融樹脂によって成形される部位の上にも配置することができる。このため、第2バスバー20と第4バスバー14の長手方向全長にわたって絶縁紙18を配置することができる。
次に、第1バスバー30の露出面、詳しくは、第1バスバー30の第1支持板部30aの露出面には、ワイヤ38の一端をワイヤボンディングによって接着する。ワイヤ38の他端は、基板56の配線に接続する。第2バスバー20の露出面には、ワイヤ26の一端をワイヤボンディングによって接着する。ワイヤ26の他端は、スイッチング素子51に接続する。第3バスバー24の露出面、詳しくは、第3バスバー24の第3上板部24cの露出面には、ワイヤ28の一端をワイヤボンディングによって接着する。ワイヤ28の他端は、スイッチング素子53に接続する。第3バスバー24の露出面、詳しくは、第3バスバー24の第3支持板部24aの露出面には、ワイヤ36の一端をワイヤボンディングによって接着する。ワイヤ36の他端は、基板54の配線に接続する。なお、本実施例では、第1バスバー30、第2バスバー20及び第3バスバー24の各ワイヤがワイヤボンディングされる平面がインサート成形後の表面に露出している。そのため、ワイヤボンディングを容易に行うことができる。
半導体モジュール10に直流電圧が供給され、スイッチング素子51,53がスイッチングを行うと、正極のバスバー(第1バスバー30と第4バスバー14)と負極のバスバー(第2バスバー20)の配線インダクタンスによって、正極のバスバー(第1バスバー30と第4バスバー14)と負極のバスバー(第2バスバー20)にサージ電圧が発生する。正極のバスバー(第1バスバー30と第4バスバー14)と負極のバスバー(第2バスバー20)の配線インダクタンスを低減するためには、正極のバスバーと負極のバスバーの間隔をできるだけ小さくする必要がある。本実施例の半導体モジュール10では、正極の第4バスバー14と負極の第2バスバー20との間隔が、絶縁紙18の厚さ、即ち、0.1mm〜0.5mm程度となっている。これにより、正極のバスバー(第1バスバー30と第4バスバー14)と負極のバスバー(第2バスバー20)の配線インダクタンスを低減することができる。
図5に示すように、半導体モジュール100では、側面から見て第1バスバー30と第2バスバー20の間の絶縁部40bに、上下方向の溝62が形成されている。溝62には、側面から見て屈曲された絶縁紙60の一方側が挿入されている。絶縁紙60の他方側は、第2バスバー20と第4バスバー14に挟持されている。
本実施例では、絶縁部40bに溝62を設けることで、第1バスバー30と第2バスバー20の沿面距離を長くとることができる。これによって、第1バスバー30と第2バスバー20の水平距離を短くしても、第1バスバー30と第2バスバー20の絶縁性を確保するために必要な沿面距離を確保することができる。したがって、第1バスバー30と第2バスバー20の間隔を小さくすることができ、半導体モジュール100を左右方向に小さくすることができる。
例えば、第4バスバー14を第2バスバー20に接触させて、第4バスバー14と第1バスバー30との間に絶縁紙を配置してもよい。
また、第4バスバー14は、第1バスバー30に接着剤等を用いて取り付けてもよい。
また、第4バスバー14をバッテリ等外部電源に接続してもよい。
また、本明細書また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り、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
12:ボルト
14:第4バスバー
18:絶縁紙
20:第2バスバー
24:第3バスバー
26,28,36,38:ワイヤ
30:第1バスバー
40:ハウジング
50,52:スイッチング部
51,53:スイッチング素子
54,56:基板
Claims (5)
- 少なくとも一対のスイッチング部と、
一方のスイッチング部とワイヤを介して接続されると共に電源の正極側に接続される第1バスバーと、
他方のスイッチング部とワイヤを介して接続されると共に前記電源の負極側に接続される第2バスバーと、
各スイッチング部とワイヤを介して接続され、外部に電圧を供給する第3バスバーと、
前記第1バスバー、前記第2バスバー及び前記第3バスバーを互いに絶縁する樹脂製のハウジングを備える半導体モジュールにおいて、
前記第1バスバー、前記第2バスバー及び前記第3バスバーは、互いに直接接することなくインサート成形によって前記ハウジングに一体化されており、
前記第1バスバー又は前記第2バスバーのいずれか一方のバスバーと接続され、かつ、他方のバスバーと絶縁部材を挟んで配置される第4バスバーをさらに備えることを特徴とする半導体モジュール。 - 前記第4バスバーは、前記第1バスバー又は前記第2バスバーのいずれかの前記一方のバスバーと締結部材によって接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体モジュール。
- 前記締結部材は、前記一方のバスバーの前記第4バスバー側と反対側に配置されるナットと、前記第4バスバー側から前記第4バスバーと前記一方のバスバーを貫通して前記ナットと螺合するボルトであり、前記ナットは前記第1、第2及び第3バスバーと共にインサート成形によって前記ハウジングに一体化されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体モジュール。
- 前記絶縁部材が絶縁紙であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体モジュール。
- 少なくとも一対のスイッチング部と、一方のスイッチング部とワイヤを介して接続されると共に電源の正極側に接続される第1バスバーと、他方のスイッチング部とワイヤを介して接続されると共に前記電源の負極側に接続される第2バスバーと、各スイッチング部とワイヤを介して接続され、外部に電圧を供給する第3バスバーと、前記第1バスバー、前記第2バスバー及び前記第3バスバーを互いに絶縁する樹脂製のハウジングを備える半導体モジュールの製造方法であって、
前記第1バスバー、前記第2バスバー及び前記第3バスバーを、互いに直接接することなくインサート成形によって前記ハウジングに一体化する工程と、
インサート成形後に第4バスバーを前記第1バスバー又は前記第2バスバーのいずれか一方のバスバーと接続し、他方のバスバーと絶縁部材を挟んで配置する工程と、
を備えることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
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