JP5581792B2

JP5581792B2 - 電子モジュール及び電子モジュール取付け構造

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Publication number: JP5581792B2
Application number: JP2010104925A
Authority: JP
Inventors: 誠一佐藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: JP2011233814A

Description

この発明は、電子モジュール及び電子モジュール取付け構造に関する。

従来、半導体チップを実装した金属電極をケースに収納した電子モジュールが知られている。半導体チップなど電気が流れる導電性部品は流される電流量に応じて発熱する発熱体であり、冷却する必要がある。特許文献１では、電子モジュールの樹脂製のモジュールケースをアルミ製のヒートシンクにボルトで固定させて、電子モジュールを冷却している。

特開２００８−２７７４８３号公報

モジュールケースをヒートシンクに取り付けるときに、モジュールケースに直接ボルトを挿通させると、樹脂は金属に比べて剛性が低いので樹脂変形などによってボルトの固定力が低減する。そこでボルト固定部を強化するためモジュールケースのボルト孔に金属カラーを入れる対策が考えられる。

しかし、金属カラーはボルト孔の内側に埋め込まれていて、その端面は樹脂製のモジュールケースの表面に露出する。このとき金属カラーは導電性であるため同じく導電性である発熱体との間に沿面距離（２つの導電性部分の、絶縁部材の表面に沿った最短距離）を確保する必要があり、ボルト固定部を発熱体の近傍に設けることができない。このためモジュールケースが大型化していた。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、電気導通部を有する樹脂製の電子モジュールを取り付ける場合に、電子モジュールの絶縁性及びボルト固定力を確保しつつ、小型化できる電子モジュール及び電子モジュール取付け構造を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明の電子モジュールは、固定部材に当接される面に開口し、ボルトが内側に配置される孔を有する樹脂部材と、前記樹脂部材の凹部に設けられ、表面が前記固定部材に当接される面に一致するとともに、インバータの電力変換用電子チップが実装された電極部と、を有する。そして前記樹脂部材に入れ込まれ、前記ボルトが内側に配置される孔を有し、前記固定部材に当接される面から直交方向に離間して設けられる金属部品を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電子モジュールのボルト孔に設けられ導電性を有する金属部品と、電気導通部との間の沿面距離が長くなる。このため固定部材に当接される面上におけるボルト孔位置を電気導通部に近づけても両者間の絶縁性能は確保できる。よって電子モジュールを小型化することができる。

本発明の第１実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。本発明の第２実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。本発明の第３実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。本発明の第４実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。本発明の第５実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。本発明の第６実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。本発明の第７実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。電子モジュール取付け構造１００は、電子モジュール１と、固定部材２と、ボルト３と、ナット４と、を備える。

電子モジュール１は、電気導通部１０と、樹脂部材１１と、金属カラー１２と、を含む。

電気導通部１０は、樹脂部材１１の凹部１１ａに設けられ、電子モジュール１と固定部材２との取付け面１ｂ上に表面が露出する。電気導通部１０は、樹脂部材１１に一体成形される。ここで電気導通部１０とは、例えばインバーターの中の電力変換用電子チップが実装される電極部である。

樹脂部材１１は、電気導通部１０に密接して取付け面１ｂ以外の面を覆う。樹脂部材１１は、取付け面１ｂに開口して貫通する樹脂孔１ａを有する。樹脂孔１ａは、電気導通部１０と孔縁との取付け面１ｂに沿った最短距離が距離Ｚ１になるように設けられる。樹脂孔１ａは電子モジュール１のボルト孔である。

金属カラー１２は、樹脂部材１１の樹脂孔１ａに埋め込まれる。金属カラー１２は、円筒型で、樹脂孔１ａと同軸かつ同径のカラー孔１２ａを有する。金属カラー１２は、取付け面１ｂから直交方向に距離Ｚ２だけ内側に端面１２ｂが位置するように設けられる。ここで金属カラー１２の外形と電気導通部１０との最短距離は距離Ｌ１である。そして金属カラー１２と電気導通部１０との樹脂部材１１の表面に沿った最短距離、すなわち沿面距離は距離Ｚ１と距離Ｚ２とを足し合わせた距離Ｚａである。

ここで沿面距離とは、２つの導電性部分の、絶縁物の表面に沿った最短距離のことである。本実施形態において２つの導電性部分とは電気導通部１０及び金属カラー１２である。絶縁物とは樹脂部材１１である。本実施形態のように電気導通部１０が電子モジュール１の表面に露出している場合に、絶縁部材である樹脂部材１１の誘電率が高いと、誘電体の表面を伝って放電がおこる可能性がある。電気導通部１０から金属カラー１２に樹脂部材１１の表面を伝って電気が流れてしまうのを防止するために、ある程度の沿面距離をとって絶縁性を確保する必要がある。絶縁に必要な沿面距離は、電気導通部１０の動作電圧など様々な要因から決定される。

固定部材２は、取付け面１ｂに当接して設けられる。固定部材２は、樹脂孔１ａと同軸の固定孔２ａを有する。固定部材２は、樹脂製である。

ボルト３は、樹脂孔１ａ、カラー孔１２ａ及び固定孔２ａに挿通する。ボルト３は、取付け面１ｂとは反対側の面１ｃの樹脂孔１ａから挿入されて樹脂部材１１及び固定部材２を貫通する。

またボルト３が金属製の場合は、電気導通部１０とボルト３との沿面距離も考慮する必要がある。このときの沿面距離Ｚａは、樹脂部材１１の樹脂孔径Ｄ１とボルト径Ｄ３との差の半分の距離ｄと、距離Ｚ１とを足し合わせた距離である。ボルト３が金属製の場合には、金属カラー１２の端面１２ｂの取付け面１ｂからの距離Ｚ２が距離ｄ以上になると、電気導通部１０とボルト３との沿面距離が電子モジュール１の絶縁性能を決定する。

ナット４は、固定孔２ａから突き出るボルト３と螺合して電子モジュール１と固定部材２とを固定する。

本実施形態では、電子モジュール１を固定部材２に取り付けるための樹脂孔１ａに、取付け面１ｂから距離をおいて金属カラー１２を設けている。そして金属カラー１２は、取付け面１ｂに面して設けられる電気導通部１０との沿面距離を、距離Ｌ１よりも長い距離Ｚａを確保している。

本実施形態によれば、電子モジュール１を固定部材２にボルト３で取り付けるときに、電子モジュール１の樹脂孔１ａに金属カラー１２を用いる。金属は樹脂よりも剛性が高い。このため電子モジュール１が樹脂部材１１のみでボルト３の軸力を受けるよりも強いボルト固定力が得られる。

そして、金属カラー１２は電気導通部１０との樹脂部材１１の表面に沿った最短距離である沿面距離を距離Ｚａだけ確保している。金属カラー１２が取付け面１ｂ上の樹脂孔１ａの孔縁から孔面に沿って設けられる場合は、沿面距離は距離Ｌ１である。距離Ｌ１は距離Ｚａよりも短い。本実施形態のように金属カラー１２の端面１２ｂを取付け面１ｂから離して設けることで、同じボルト位置でも沿面距離を長く確保することができる。言い換えると、必要とされる沿面距離が同じであれば、ボルト位置を従来の位置よりも電気導通部１０に近づけることができる。よって電気導通部１０と金属カラー１２との間の絶縁性を確保したまま、電子モジュール１を小型化することができる。

また電子モジュール１が小型化されるので、樹脂部材１１のコストが低減される。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。なお以下では前述した内容と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

本実施形態では、第１実施形態から、樹脂部材１１の樹脂孔径Ｄ１を金属カラー１２のカラー孔径Ｄ１２よりも大きくする。そして金属カラー１２の肉厚ｔは、樹脂孔径Ｄ１とカラー孔径Ｄ１２との差の半分の長さよりも大きく設定する。すなわち、金属カラー１２は、樹脂部材１１の樹脂孔１ａの内面から一部が突き出して段差になっている。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、電子モジュール１の絶縁性及びボルト固定力の両方を確保しつつ、電子モジュール１を小型化することができる。また電子モジュール１が小型化されるので、樹脂部材１１のコストが低減される。

さらに、金属カラー１２はその一部が樹脂部材１１から突き出して段差となっている。このため樹脂部材１１と金属カラー１２とを一体成形するときに金属カラーの端面１２ｂの突き出し部分にピンを当てることができるので、金属カラー１２の位置決めが容易になる。また精度よく金属カラー１２の位置決めができ、成形性が向上する。

（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。

本実施形態では、第１実施形態から、電子モジュール１の取付け面１ｂと固定部材２との間に樹脂製の絶縁部材５を挟む。さらに固定部材２を金属製とする。

さらに、電子モジュール１と固定部材２との間に絶縁部材５を挟むことで固定部材２を金属製にするので、樹脂製に比べて剛性が高くなる。このため固定部材２のボルト３の軸力を受ける力が大きくなるので、ボルト固定力が向上する。よってボルト３の信頼性が高まる。

（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。

本実施形態では、第２実施形態から、金属カラー１２をボルト軸方向に延ばす。金属カラー１２のもう一方の端面１２ｃを樹脂部材１１のボルト側の面１ｃから突出させる。

本実施形態によれば、第２実施形態と同様に、電子モジュール１の絶縁性及びボルト固定力の両方を確保しつつ、電子モジュール１を小型化することができる。また電子モジュール１が小型化されるので、樹脂部材１１のコストが低減される。

さらに、金属カラー１２がボルト軸方向に延ばされて、金属カラー１２の端面１２ｃが樹脂部材１１の面１ｃから露出するので、ボルト３とナット４との間のボルト軸方向の樹脂量が減って金属量が増える。樹脂量が減るのでクリープによる変形量が減る。また樹脂より剛性が高い金属の割合が増えて、樹脂部材１１のボルト３の軸力を受ける力が大きくなるので、ボルト固定力が向上する。よってボルト３の信頼性が高まる。

（第５実施形態）
図５は、本発明の第５実施形態の電子モジュール取付け構造を示す断面図である。

前述した実施形態では、重ね合わせた電子モジュール１及び固定部材２の電子モジュール１側からボルト３を挿入して固定部材２から露出するボルト３にナット４を螺合することにより両者が固定される。本実施形態では、電子モジュール１の樹脂部材１１に金属製の袋ナット４が内包される。そして電子モジュール１及び固定部材２の固定部材２側からボルト３が挿入されて電子モジュール１内の袋ナット４に螺合することにより両者が固定される。袋ナット４は、取付け面１ｂ側の端面４ｂに開口して樹脂孔１ａと同軸かつ同径のナット孔４ａを有する。袋ナット４は、端面４ｂが取付け面１ｂから距離Ｚ４だけ樹脂部材１１の内側に設けられる。ここで袋ナット４の外形から電気導通部１０までの最短距離は距離Ｌ２である。また樹脂孔１ａと電気導通部１０との取付け面１ｂに沿った距離は距離Ｚ３である。本実施形態において、金属製の袋ナット４と電気導通部１０との沿面距離は距離Ｚ３と距離Ｚ４とを足し合わせた距離Ｚｂである。

本実施形態によれば、電子モジュール１を固定部材２にボルト３で取付けるときに、電子モジュール１に金属製の袋ナット４を内包する。金属は樹脂よりも剛性が高い。このため電子モジュール１が樹脂部材１１のみでボルト３の軸力を受けるよりも強いボルト固定力が得られる。

そして、袋ナット４は電気導通部１０との樹脂部材１１の表面に沿った最短距離である沿面距離を距離Ｚｂだけ確保している。袋ナット４が取付け面１ｂ上のボルト孔１ａの孔縁から設けられる場合は、沿面距離は距離Ｌ２となる。距離Ｌ２は、距離Ｚｂよりも短い。本実施形態のように金属製の袋ナット４の端面４ｂを取付け面１ｂから離して設けることで、同じボルト位置でも沿面距離を長く確保することができる。言い換えると、必要とされる沿面距離が同じであれば、ボルト位置を従来の位置よりも電気導通部１０に近づけることができる。よって電気導通部１０と金属製の袋ナット４との間の絶縁性を確保したまま、電子モジュール１を小型化することができる。

（第６実施形態）
図６は、本発明の第６実施形態の電子モジュール取付け構造を示す図である。

本実施形態では、第５実施形態から、電子モジュール１の取付け面１ｂと固定部材２との間に樹脂製の絶縁部材５を挟む。さらに固定部材２を金属製とする。

本実施形態によれば、第５実施形態と同様に、電子モジュール１の絶縁性及びボルト固定力の両方を確保しつつ、電子モジュール１を小型化することができる。また電子モジュール１が小型化されるので、樹脂部材１１のコストが低減される。

（第７実施形態）
図７は、本発明の第７実施形態の電子モジュール取付け構造を示す図である。

本実施形態では、第１実施形態の電子モジュール１を、金属製の袋ナット４を内包する固定部材２にボルト３で取り付ける。固定部材２は樹脂製である。固定部材２は、ボルト孔１ａと同軸の固定孔２ａを有する。袋ナット４は、取付け面１ｂからボルト軸方向に距離Ｚ６だけ離して、固定部材２の内側に端面４ｂが設けられる。固定孔２ａの孔縁と電気導通部１０との沿面距離は距離Ｚ５である。本実施形態において、袋ナット４と電気導通部１０との沿面距離は距離Ｚ５と距離Ｚ６とを足し合わせた距離Ｚｃである。ここで袋ナット４と電気導通部１０との最短距離は距離Ｌ３である。距離Ｌ３は距離Ｚｃよりも短い。また金属カラー１２と電気導通部１０との沿面距離は距離Ｚａで、最短距離は距離Ｌ１である。

本実施形態によれば、固定部材２は金属製の袋ナット４を内包する。固定部材２の金属製の袋ナット４によって、電子モジュール１の金属カラー１２と同様に樹脂製の固定部材２のみでボルト３の軸力を受けるよりも強いボルト固定力が得られる。そして袋ナット４と電気導通部との沿面距離は距離Ｌ３よりも長い距離Ｚｃが確保されている。同様に金属カラー１２と電気導通部との沿面距離も距離Ｌ１よりも長い距離Ｚａが確保されている。このため第１実施形態と同様にボルト位置を従来の位置よりも電気導通部１０に近づけることができる。よって電気導通部１０と金属カラー１２及び金属製の袋ナット４との間の絶縁性を確保したまま、電子モジュール１及び固定部材２を小型化することができる。また電子モジュール１及び固定部材２が小型化されるので、部材コストが低減される。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

例えば、電子モジュールの絶縁部材を樹脂部材としたが、これに限らない。電気を通しにくい物質であれば樹脂に変えても同様の効果が得られる。また金属部品がカラーである場合では、電子モジュールは固定部材に当接され、ボルトが電子モジュール側から挿入されて、固定部材側に設けられたナットと螺合することにより電子モジュールを固定部材に取り付けている。これに限らず、ボルトが固定部材側から挿入されて、電子モジュール側に設けられたナットと螺合することにより電子モジュールを固定部材に取り付ける場合にも同様の効果が得られる。また実施形態７では固定部材に金属ナットを設けているが、これに限らず固定部材に金属カラーを設けてもよい。固定部材が樹脂製である場合に同様の効果が得られる。

１電子モジュール
１ａ樹脂孔（ボルト孔）
１ｂ取付け面（固定部材に当接する面）
１ｃ反対側の面
１０電気導通部
１１樹脂部材
１１ａ凹部
１２カラー（金属部品）
１２ａカラー孔
１２ｂ（取付け面側の）端面
１２ｃ反対面
２固定部材
２ａ固定孔
３ボルト
４ナット（金属部品）
４ａナット孔
４ｂ（取付け面側の）端面
１００電子モジュール取付け構造

Claims

固定部材に当接される面に開口し、ボルトが内側に配置される孔を有する樹脂部材と、
前記樹脂部材の凹部に設けられ、表面が前記固定部材に当接される面に一致するとともに、インバータの電力変換用電子チップが実装された電極部と、
前記樹脂部材に入れ込まれ、前記ボルトが内側に配置される孔を有し、前記固定部材に当接される面から直交方向に離間して設けられる金属部品と、
を備える電子モジュール。
請求項１に記載の電子モジュールにおいて、
前記金属部品の孔径は、前記樹脂部材の孔径よりも小さく、
前記金属部品は、前記金属部品の孔半径と前記樹脂部材の孔半径との差よりも肉厚である、
ことを特徴とする電子モジュール。
請求項１又は請求項２に記載の電子モジュールにおいて、
前記金属部品の前記固定部材に当接される面に対して直交方向の両端面のうち、前記固定部材に当接される面に対向する端面とは反対側の端面は、前記樹脂部材の前記固定部材に当接される面と反対側の該樹脂部材の面から露出する、
ことを特徴とする電子モジュール。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電子モジュールにおいて、
前記金属部品は、前記ボルトが貫通するカラーである、
ことを特徴とする電子モジュール。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電子モジュールにおいて、
前記金属部品は、前記ボルトと螺合するナットである、
ことを特徴とする電子モジュール。
請求項４に記載の電子モジュールを取り付ける構造において、
ボルト孔が形成されるとともに、片面に前記電子モジュールが当接する固定部材と、
前記電子モジュール及び前記固定部材のボルト孔を貫通するボルトと、
前記固定部材の裏面に配置され、前記ボルトと螺合するナットと、
を有することを特徴とする電子モジュール取付け構造。
請求項４に記載の電子モジュールを取り付ける構造において、
ボルト孔が形成されるとともに、片面に前記電子モジュールが当接する固定部材と、
前記電子モジュール及び前記固定部材のボルト孔を貫通するボルトと、
前記電子モジュールの固定部材当接面と反対側の面に配置され、前記ボルトと螺合するナットと、
を有することを特徴とする電子モジュール取付け構造。
請求項５に記載の電子モジュールをボルトで固定部材に取り付ける構造において、
ボルト孔が形成されるとともに、片面に前記電子モジュールが当接する固定部材と、
前記固定部材の裏面から前記固定部材のボルト孔を貫通し、前記ナットと螺合するボルトと、
を有することを特徴とする電子モジュール取付け構造。
請求項６から請求項８のいずれか１つに記載の電子モジュール取付け構造において、
前記固定部材は金属製であり、
前記固定部材と前記電子モジュールとの間に設けられる絶縁部材をさらに備える、
ことを特徴とする電子モジュール取付け構造。