JP5782884B2 - 半導体モジュール、及び、電気接続箱 - Google Patents

Description

本発明は、電源を分配し又は電源若しくは信号を制御する半導体モジュール、及び、半導体モジュールを収納する電気接続箱に関する。

従来、電磁リレーにより電源を分配し制御する技術がある。車載の電装機器への給電を制御する場合には、リレーボックスを用いることにより車内に電磁リレーを搭載している。電磁リレーには、アース接続が必要になる。そこで例えば、特許文献１には、金属製のブラケットを用いることにより、電磁リレーを格納して車体に取り付けると同時にアース接続するリレーボックスの技術が記載されている。

ところで、近年用いられている半導体スイッチは、電磁リレーに比べて、小型・軽量、消費電力が小さい、長期に亘って耐久性が高い等の特徴がある。しかし、半導体スイッチは、回路の状態により誤動作や素子の破損が生じることがある。

例えば、ＭＯＳＦＥＴによる負荷制御を行う場合、ＭＯＳＦＥＴのアース電位が浮遊状態になると、ゲート電位が不安定になり、ＭＯＳＦＥＴがハーフオン状態になることがある。このとき、大電流負荷と電源とが接続されていると、大電流により異常発熱が発生し、ＭＯＳＦＥＴが破損する虞がある。

そこで、例えば、特許文献２には、切替素子に接続するコネクタ構造の技術において、アース電位に接続するグランド端子が属するコネクタと、電源入力端子及び信号出力端子の少なくとも一方とを、一体に構成するコネクタ構造の技術が記載されている。特許文献２に記載の技術によれば、グランド端子が接触異常の場合には、電源入力端子及び信号出力端子の少なくとも一方も、同時に接触異常になる。これにより、切替素子が常にオフになり、異常発熱を防止することができる。

特開平１１−２７８２５号公報 実開平６−１２７６３号公報

しかしながら、上記特許文献２のコネクタ構造では、グランド端子が接触異常の場合に、異常発熱を防止することはできるが、同時にスイッチ機能も停止してしまう。スイッチ機能を停止させないためには、グランド端子の接触、すなわち、アース接続を確実にする必要がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、半導体モジュールのアース接続を確実にする半導体モジュール、及び、その半導体モジュールを収納する電気接続箱を提供することを目的とする。

本発明に係る電気接続箱は、外部の導電体に接続するための第１電極を有し、複数の電線間を接続／遮断する半導体モジュールと、該半導体モジュールを収納する箱本体と、該箱本体を覆う蓋部とを備える電気接続箱において、前記箱本体は、前記導電体に接続され前記第１電極に接触する第２電極と、前記箱本体の外部に設けられ該箱本体を固定するための固定部とを有しており、前記第２電極が接続される第２の導電体を備え、前記固定部は、該第２の導電体に重ねられ前記導電体に固定されるように構成してあることを特徴とする。

本発明に係る電気接続箱にあっては、半導体モジュールが有する第１電極が外部の導電体に接続し、複数の電線間を接続／遮断する。箱本体が、半導体モジュールを収納する。蓋が該箱本体を覆う。前記箱本体が有する第２電極は、前記導電体に接続され前記第１電極に接触する。固定部は、箱本体を固定する。第２の導電体は、前記第２電極が接続される。前記固定部は、該第２の導電体に重ねられ前記導電体に固定される。
これにより、第１電極から外部の導電体への接続を、箱本体の固定とともに実現するので、確実に接続することができる。

また、本発明に係る電気接続箱は、前記第２電極と第２の導電体とを接続する第３の導電体を備え、前記第２電極、第２の導電体、又は、第３の導電体が、前記箱本体に一体成形されていることを特徴とする。

本発明に係る電気接続箱にあっては、第３の導電体が、前記第２電極と前記第２の導電体とを接続する。前記第２電極、前記第２の導電体、又は、第３の導電体が、前記箱本体に一体成形されている。
これにより、箱本体の内部に対する防水性を高めることができる。

また、本発明に係る電気接続箱は、前記第２電極と第２の導電体とを接続する第３の導電体を備え、前記第２電極、第２の導電体、又は、第３の導電体と前記箱本体との間に封止体が介装してあることを特徴とする。

本発明に係る電気接続箱にあっては、第３の導電体が、前記第２電極と第２の導電体とを接続する。封止体が、前記第２電極、第２の導電体、又は、第３の導電体と前記箱本体との間を封止する。
これにより、箱本体の内部に対する防水性を高めることができる。

また、本発明に係る電気接続箱は、前記第２電極は、前記第１電極に弾接するように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る電気接続箱にあっては、前記第２電極は、前記第１電極に弾接する。
これにより、第２電極と第１電極との接触をより確実にすることができる。

また、本発明に係る電気接続箱は、前記半導体モジュールは、外部から受電するための第３電極を有し、前記箱本体は、外部から受電し前記第３電極に弾接する第４電極を有することを特徴とする。

本発明に係る電気接続箱にあっては、前記半導体モジュールが有する第３電極は、外部からの受電に供せられる。前記箱本体が有する第４電極は、外部から受電し前記第３電極に弾接する。
これにより、半導体モジュールへの給電に係る電極の接触を確実にすることができる。

また、本発明に係る電気接続箱は、前記第１電極と第２電極とが弾接する位置は、前記第３電極と第４電極とが弾接する位置よりも、前記箱本体が半導体モジュールを収納する収納口に近いことを特徴とする。

本発明に係る電気接続箱にあっては、記第１電極と第２電極は、前記第３電極と第４電極とが弾接する位置よりも、前記箱本体が半導体モジュールを収納する収納口に近い位置で弾接する。
これにより、半導体モジュールへの給電が開始されるより前に、第１電極と第２電極とが接触することによる外部の導電体への接続がなされる。

また、本発明に係る半導体モジュールは、本発明の何れか一つの電気接続箱が備える半導体モジュールであって、外面に沿設されて平板状をなし、外部の導電体に接続するための前記第１電極を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る半導体モジュールは、本発明の何れか一つの電気接続箱が備える半導体モジュールであって、外面に沿設されて平板状をなし、外部の導電体に接続するための前記第３電極を備えることを特徴とする。

本発明に係る半導体モジュールにあっては、本発明の何れか一つの電気接続箱に備えられる。外面に沿設されて平板状をなす第１電極が、外部の導電体に接続する。
本発明に係る半導体モジュールにあっては、本発明の何れか一つの電気接続箱に備えられる。外面に沿設されて平板状をなす第３電極が、外部の導電体に接続する。
これにより、本発明の電気接続箱に収納された場合に、半導体モジュールが有する電極と前記電気接続箱の外部に設けられている導電体との接続を確実にすることができる。

本発明に係る半導体モジュール及び電気接続箱によれば、半導体モジュールのアース接続を確実にする半導体モジュール、及び、半導体モジュールを収納する電気接続箱を提供することができる。

本発明に係る半導体モジュールの実施の形態である半導体スイッチモジュールの外観を示す斜視図である。 本発明に係る半導体モジュールの実施の形態である半導体スイッチモジュールの外観を示す投影図である。 本発明に係る電気接続箱の実施の形態である電源ボックスの平面図である。 本発明に係る電気接続箱の実施の形態である電源ボックスの縦断面図である。 本発明に係る電気接続箱の実施の形態である電源ボックスの縦断面図である。 箱本体に半導体スイッチモジュールを収納する際の中間状態を示す説明図である。 半導体スイッチモジュールが収納された電源ボックスが、車体に取り付けられた状態を示す縦断面図である。

以下、本発明に係る電気接続箱及び半導体モジュールの実施の形態である電源ボックス及び半導体スイッチモジュールを図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明に係る半導体モジュールの実施の形態である半導体スイッチモジュールの外観を示す斜視図である。図２は、本発明に係る半導体モジュールの実施の形態である半導体スイッチモジュールの外観を示す投影図であり、図２Ａは正面図、図２Ｂ及び図２Ｃは側面図、図２Ｄは上面図、図２Ｅは底面図である。

半導体スイッチモジュール１は、略直方体をなし、図示しない半導体チップを搭載した回路基板１９を樹脂部１８が覆っている。半導体スイッチモジュール１の底面には、車両ハーネスにより給電される電力を分配するための端子群１３が設けられている。端子群１３は、回路基板１９又は回路基板１９に搭載されている半導体チップの制御により電力が出力され、又は、停止される。

半導体スイッチモジュール１の一つの側面には、回路基板１９のアース部に接続される平板状のアースプレート１１が設けられ、他の側面には、回路基板１９の電源部に接続される平板状の電源プレート１２が設けられている。アースプレート１１及び電源プレート１２は、樹脂部１８の外面に沿って設けられている。

図１は、端子群１３が設けられている面を下にして示している。図２中、電源プレート１２の下端（底面側の端）は、アースプレート１１の下端（底面側の端）より上方（上面側）に位置している。なお、アースプレート１１と電源プレート１２とは、半導体スイッチモジュール１の同一の表面に設けられてもよく、また、アースプレート１１が底面に設けられ、電源プレート１２が側面に設けられてもよい。

図３及び図４は、本発明に係る電気接続箱の実施の形態である電源ボックスの平面図及び縦断面図である。図３は、電源ボックスが有する蓋８（後に詳述する）を取り外した箱本体２（後に詳述する）を上方から見た平面図である。図４は、蓋８と箱本体２とを図３に示す一点鎖線Ａ−Ａで切断した断面図である。なお、図３及び図４には、半導体スイッチモジュール１が収納された状態を示している。

電源ボックスは、半導体スイッチモジュール１を収納する箱本体２と、箱本体２の上面を覆う蓋８とを有する。箱本体２は、略直方体をなし、半導体スイッチモジュール１を覆うように収納する。

箱本体２の外側下部には、箱本体２を車体に固定するための固定脚２ｂが設けられ、固定脚２ｂには、固定ボルトが貫通する孔が開設されている。

箱本体２の内部には、半導体スイッチモジュール１を収納するための収納位置が設けられており、さらに、外部の電源線に接続される電源端子５、電源端子５に接続されるヒューズ群６が設けられている。

箱本体２の内壁の一面には、導電体からなるアースバスバー３が、半導体スイッチモジュール１が箱本体２に収納された状態で、半導体スイッチモジュール１が有するアースプレート１１と対向する位置に取り付けられている。アースバスバー３には、さらに、バネ状の接触子３ａが、アースプレート１１と弾接するように取り付けられている。接触子３ａは板バネである。アースバスバー３と接触子３ａとにより、アース電極が構成される。アース電極がバネ状の接触子３ａを有してアースプレート１１に弾接することにより、半導体スイッチモジュール１のアース接続を確実にすることができる。

アースバスバー３は、箱本体２の下部から箱本体２の外部に延出する導電体３ｃ、及び、導電体３ｂに導電性を有して接続している。導電体３ｂは、孔が設けられており、固定脚２ｂの下側、すなわち、車体側に重ねられている。

なお、アースバスバー３、導電体３ｃ、及び、導電体３ｂは、一体をなして形成されているとよい。これにより、半導体スイッチモジュール１のアース接続をより確実にすることができる。

なお、上記説明では、導電体３ｃが箱本体２の下部から箱本体２の外部に延出しているが、この構成に限らず、アースバスバー３、導電体３ｃ、及び、導電体３ｂが電気的に接続され、さらに、少なくとも何れか一つと、箱本体２との間が封止されていればよい。

半導体スイッチモジュールを格納する電源ボックスは、電磁リレーを格納する電源ボックスよりも高い防水性を求められる。蓋８が箱本体２を覆うことに加えて、導電体等と箱本体との間が封止されていることにより、箱本体２の防水性を高めることができる。

例えば、アースバスバー３、導電体３ｃ、又は、導電体３ｂが防水性のあるインサート成形により箱本体２に取り付けられていてもよい。また、アースバスバー３、導電体３ｃ、又は、導電体３ｂと箱本体２との間に封止体が介装されていてもよい。封止体は、例えば、接着材、又は、弾性のあるゴムである。

図５は、本発明に係る電気接続箱の実施の形態である電源ボックスの縦断面図であって、Ｏリング７ａとＯリング固定部材７ｂとによりアースバスバー３と箱本体２との間が封止されている例を示す断面図である。図５では、アースバスバー３と箱本体２の底面との間に、ゴム製のＯリング７ａが介装され、Ｏリング固定部材７ｂがＯリング７ａを上方から押さえ込んで固定している。これにより、Ｏリング７ａが箱本体２とアースバスバー３とに圧力をかけた状態で固定されるので、アースバスバー３が箱本体２に防水性を有して取り付けられている。

箱本体２の内壁の他の一面には、導電体からなる電源バスバー４が、半導体スイッチモジュール１が箱本体２に収納された状態で、半導体スイッチモジュール１が有する電源プレート１２と対向する位置に設けられている。電源バスバー４には、さらに、バネ状の接触子４ａが、電源プレート１２と弾接するように取り付けられている。接触子４ａは、板バネである。電源バスバー４は、電源端子５に接続されている。電源バスバー４と接触子４ａとにより、電源電極が構成される。

なお、図３、図４、及び、図５では、アースバスバー３と電源バスバー４とが、箱本体２の内部の互いに異なる壁面に取り付けられているが、同一の壁面に取り付けられていてもよい。また、電源バスバー４も、アースバスバー３と同様に、防水性を有して箱本体２に取り付けられるとよい。

また、アースバスバー３の上端は、電源バスバー４の上端よりも箱本体２内の上方に位置し、接触子３ａは接触子４ａよりも箱本体２内の半導体スイッチモジュール１の収納口に近い位置に取り付けられている。

なお、接触子３ａが接触子４ａよりも箱本体２の収納口に近い位置、すなわち、上方に設けられる他に、半導体スイッチモジュール１が有するアースプレート１１の下端が電源プレート１２の下端よりも下方、すなわち、半導体スイッチモジュール１を箱本体２に収納する際の収納方向側に設けられていてもよい。

箱本体２の内壁の半導体スイッチモジュール１の収納位置の上方には、収納される半導体スイッチモジュール１を固定するための爪２ｃが設けられている。

図６は、箱本体２に半導体スイッチモジュール１を収納する際の中間状態を示す説明図である。なお、図６は、図３に示す一点鎖線Ａ−Ａと同位置の箱本体２の断面図である。図６では、半導体スイッチモジュール１の一部が箱本体２内に収納されている。

図６に示す半導体スイッチモジュール１の位置では、アースプレート１１が、アースバスバー３が有する接触子３ａに接触しているが、電源プレート１２は、電源バスバー４が有する接触子４ａには接触していない。これにより、半導体スイッチモジュール１が箱本体２内の収納位置にはめ込まれる際に、電源接続よりも先にアース接続がなされることが判る。

図７は、半導体スイッチモジュール１が収納された電源ボックスが、車体に取り付けられた状態を示す縦断面図である。なお、図７は、図３に示す一点鎖線Ａ−Ａと同位置の断面図である。図７では、半導体スイッチモジュール１が箱本体２内の収納位置に収納されている。半導体スイッチモジュール１は、上部を爪２ｃにより固定されている。これにより、半導体スイッチモジュール１は、箱本体２内で固定され、アースプレート１１が接触子３ａと、電源プレート１２が接触子４ａと、それぞれ確実に接触する。

箱本体２の上部は、蓋８で覆われている。蓋８は、図示しない係止爪等により箱本体２に固定される。

ここで、半導体スイッチモジュール１が有するアースプレート１１と電源プレート１２とが、半導体スイッチモジュール１の互いに背向する面に設けられ、それぞれ、接触子３ａ及び接触子４ａと弾接している。これにより、半導体スイッチモジュール１が電源ボックスに収納された場合に、半導体スイッチモジュール１のアース接続及び電源接続を確実にし、半導体スイッチモジュール１が箱本体２内で移動することを抑制することができる。

箱本体２の外部に設けられている固定脚２ｂは、孔を貫通する固定ボルト９により、車体に固定される。ここで、導電体３ｂが、固定脚２ｂの一つの下側に重ねられ、一つの固定ボルト９により車体に確実に接して固定される。これにより、一つの固定ボルトにより、車体に固定することができるため、箱本体２が車体に取り付けられると同時に、半導体スイッチモジュール１のアースプレート１１が、車両のアースポイントに接続される。

なお、請求項に記載の各部と、以上の発明を実施するための形態における各部との対応は、以下の通りである。「第１電極」は、「アースプレート１１」に対応する。「第２電極」は、「アースバスバー３」及び「接触子３ａ」に対応する。「第３電極」は、「電源プレート１２」に対応する。「第４電極」は、「電源バスバー４」及び「接触子４ａ」に対応する。「固定部」は、「固定脚２ｂ」に対応する。「第２の導電体」は、「導電体３ｂ」に対応する。「第３の導電体」は、「導電体３ｃ」に対応する。

以上、発明を実施するための形態について説明を行ったが、本発明は、この発明を実施するための形態で述べた実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能である。

１ 半導体スイッチモジュール（半導体モジュール）
２ 箱本体
２ｂ 固定脚（固定部）
２ｃ 爪
３ アースバスバー（第２電極）
３ａ 接触子（第２電極）
３ｂ 導電体（第２の導電体）
３ｃ 導電体（第３の導電体）
４ 電源バスバー（第４電極）
４ａ 接触子（第４電極）
５ 電源端子
６ ヒューズ群
８ 蓋
９ 固定ボルト
１１ アースプレート（第１電極）
１２ 電源プレート（第３電極）
１８ 樹脂部
１９ 回路基板

Claims (8)

1. 外部の導電体に接続するための第１電極を有し、複数の電線間を接続／遮断する半導体モジュールと、該半導体モジュールを収納する箱本体と、該箱本体を覆う蓋部とを備える電気接続箱において、
   前記箱本体は、前記導電体に接続され前記第１電極に接触する第２電極と、前記箱本体の外部に設けられ該箱本体を固定するための固定部とを有しており、
   前記第２電極が接続される第２の導電体を備え、
   前記固定部は、該第２の導電体に重ねられ前記導電体に固定されるように構成してあることを特徴とする電気接続箱。
2. 前記第２電極と第２の導電体とを接続する第３の導電体を備え、
   前記第２電極、第２の導電体、又は、第３の導電体が、前記箱本体に一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の電気接続箱。
3. 前記第２電極と第２の導電体とを接続する第３の導電体を備え、
   前記第２電極、第２の導電体、又は、第３の導電体と前記箱本体との間に封止体が介装してあることを特徴とする請求項１に記載の電気接続箱。
4. 前記第２電極は、前記第１電極に弾接するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の電気接続箱。
5. 前記半導体モジュールは、外部から受電するための第３電極を有し、
   前記箱本体は、外部から受電し前記第３電極に弾接する第４電極を有することを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の電気接続箱。
6. 前記第１電極と第２電極とが弾接する位置は、前記第３電極と第４電極とが弾接する位置よりも、前記箱本体が半導体モジュールを収納する収納口に近いことを特徴とする請求項５に記載の電気接続箱。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の電気接続箱が備える半導体モジュールであって、
   外面に沿設されて平板状をなし、外部の導電体に接続するための前記第１電極を備えることを特徴とする半導体モジュール。
8. 請求項５又は６に記載の電気接続箱が備える半導体モジュールであって、
   外面に沿設されて平板状をなし、外部の導電体に接続するための前記第３電極を備えることを特徴とする半導体モジュール。

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