JP6910318B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御基板の電気的接続を行うための構成を有する半導体装置に関する。

特許文献１には、半導体素子が実装されたモジュールと、当該半導体素子を制御する制御回路基板とを、電気的かつ機械的に結合する構成（以下、「関連構成Ａ」ともいう）が開示されている。関連構成Ａでは、固定ブロックにより、制御回路基板が、モジュールに圧着される。

特開２０１０−２６７８７３号公報

関連構成Ａでは、導通ピンと、端子孔（貫通孔）および端子穴（底を有する穴）とが点接触することにより、当該導通ピンと、当該端子孔および当該端子穴とが電気的に接続される。しかしながら、電気的接続を実現する構成において、点接触を利用した状況では、当該点接触が発生している箇所において、局所的な温度上昇が発生しやすいという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電気的接続を実現する構成において、局所的な温度上昇の発生を抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体装置は、中継端子が設けられているケースと、スルーホールが設けられている制御基板と、前記制御基板を前記中継端子に圧着させるための留め具とを備え、前記中継端子には、貫通した孔である端子孔が設けられており、前記留め具は、前記スルーホールおよび前記端子孔に挿入するための、長尺状のピンを有し、前記留め具の状態には、前記ピンが前記スルーホールおよび前記端子孔に挿入されている挿入状態と、当該ピンが当該スルーホールおよび当該端子孔に挿入されていない非挿入状態とが存在し、前記留め具の状態が前記非挿入状態から前記挿入状態に移行した状況において前記制御基板が前記中継端子に圧着されるように、当該留め具および前記ピンは構成されており、前記制御基板は、前記挿入状態において、前記中継端子の少なくとも一部の表面である端子表面と対向する主面を有し、前記制御基板の前記主面のうち、前記スルーホールの周辺の領域であるホール周辺領域には、ランドである制御端子が設けられており、前記挿入状態において、前記制御端子が前記端子表面に面接触し、かつ、当該制御端子が当該端子表面に電気的に接続されるように、当該制御端子は構成されている。

本発明によれば、前記留め具の状態には、前記ピンが前記スルーホールおよび前記端子孔に挿入されている挿入状態と、当該ピンが当該スルーホールおよび当該端子孔に挿入されていない非挿入状態とが存在する。前記挿入状態において、前記制御端子が前記端子表面に面接触し、かつ、当該制御端子が当該端子表面に電気的に接続されるように、当該制御端子は構成されている。

すなわち、前記制御端子が前記中継端子の前記端子表面に面接触する。これにより、電気的接続を実現する構成において、局所的な温度上昇の発生を抑制することができる。

実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態１に係る固定用モジュールを示す斜視図である。 実施の形態１に係る留め具を示す斜視図である。 穴付近の拡大図である。 実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。 変形例１に係る構成を有する固定用モジュールを示す図である。 変形例１に係る構成を有する留め具の構成を示す斜視図である。 変形例２に係る構成を有する半導体装置の断面図である。 変形例３に係る構成を説明するための図である。 変形例４に係る構成を説明するための、穴周辺の断面図である。 変形例５に係る一形態の構成を説明するための図である。 変形例５に係る変形構成を説明するための図である。 変形例５に係る別の形態の構成を説明するための図である。 変形例５に係る別の形態の構成を説明するための図である。 変形例５に係る、さらに別の形態の構成を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面では、同一の各構成要素には同一の符号を付してある。同一の符号が付されている各構成要素の名称および機能は同じである。したがって、同一の符号が付されている各構成要素の一部についての詳細な説明を省略する場合がある。

なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、当該各構成要素の相対配置などは、本発明が適用される装置の構成、各種条件等により適宜変更されてもよい。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。

＜実施の形態１＞
（構成）
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００の断面図である。図１において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（−Ｘ方向）とを含む方向を「Ｘ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（−Ｙ方向）とを含む方向を「Ｙ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（−Ｚ方向）とを含む方向を「Ｚ軸方向」ともいう。

また、以下においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む平面を、「ＸＹ面」ともいう。また、以下においては、Ｘ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＸＺ面」ともいう。また、以下においては、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＹＺ面」ともいう。

図１を参照して、半導体装置１００は、半導体モジュールＭ１と、制御基板１０と、固定用モジュールＭ２とを含む。半導体モジュールＭ１に対し、固定用モジュールＭ２および制御基板１０の各々が着脱自在なように、当該半導体モジュールＭ１、当該制御基板１０および当該固定用モジュールＭ２は構成されている。

以下においては、固定用モジュールＭ２および制御基板１０が半導体モジュールＭ１に取り付けられている状態を、「取り付け状態」ともいう。また、以下においては、固定用モジュールＭ２および制御基板１０が半導体モジュールＭ１に取り付けられていない状態を、「非取り付け状態」ともいう。なお、図１は、取り付け状態における半導体装置１００の構成を示す。

図２は、実施の形態１に係る固定用モジュールＭ２を示す斜視図である。固定用モジュールＭ２は、複数の留め具５０と、蓋Ｆ１とを含む。なお、図２では、一例として、２個の留め具５０が示されている。各留め具５０には、蓋Ｆ１が固定されている。

図３は、実施の形態１に係る留め具５０を示す斜視図である。留め具５０は、部材５１と、ｍ個のピンＰ１とを有する。「ｍ」は、２以上の自然数である。各ピンＰ１は、後述のスルーホールＨ１および後述の端子孔Ｈ２に挿入するためのピンである。

部材５１の形状は、板状である。部材５１は、下面５１ｓを有する。ｍ個のピンＰ１は、部材５１の下面５１ｓに設けられている（固定されている）。部材５１は、絶縁性を有する部材である。なお、部材５１は、導電性を有する部材であってもよい。

ピンＰ１の形状は、長尺状（棒状）である。ピンＰ１は、導電性を有するピンである。ピンＰ１は、例えば、金属で構成される。なお、ピンＰ１は、絶縁性を有するピンであってもよい。ピンＰ１は、先端部Ｐ１ａと、直線部Ｐ１ｂとを有する。先端部Ｐ１ａは、弾性を有する。先端部Ｐ１ａの形状は、一例として、リング状である。

再び、図１を参照して、半導体モジュールＭ１は、ケースＣｓ１と、ベース板２０と、中継端子Ｅ２とを含む。

ケースＣｓ１の形状は、例えば、筒状である。平面視（ＸＹ面）におけるケースＣｓ１の形状は、閉ループ状（矩形）である。ケースＣｓ１は、開口Ｈ１０を有する。非取り付け状態では、半導体装置１００の内部が、開口Ｈ１０を介して、半導体装置１００の外部に露出される。ケースＣｓ１は、例えば、樹脂で構成される。ケースＣｓ１は、端部Ｃｓ１ａ，Ｃｓ１ｂを有する。

ケースＣｓ１には、複数の穴Ｈ３が設けられている。具体的には、ケースＣｓ１の端部Ｃｓ１ａには、ｍ個の穴Ｈ３が設けられている。ｍ個の穴Ｈ３がＹ軸方向に沿って並ぶように、当該ｍ個の穴Ｈ３は端部Ｃｓ１ａに設けられている。１個の留め具５０におけるｍ個のピンＰ１は、それぞれ、端部Ｃｓ１ａのｍ個の穴Ｈ３に対応する。

図４は、図１における穴Ｈ３付近の拡大図である。各穴Ｈ３は、底Ｂ１を有する。各穴Ｈ３は、ピンＰ１の先端部Ｐ１ａを収容するための穴である。なお、端部Ｃｓ１ｂにも、端部Ｃｓ１ａと同様に、ｍ個の穴Ｈ３が設けられている。

図１および図４を参照して、ケースＣｓ１には、導電性を有する中継端子Ｅ２が設けられている。具体的には、ケースＣｓ１の端部Ｃｓ１ａには、ｍ個の中継端子Ｅ２が設けられている。ｍ個の中継端子Ｅ２がＹ軸方向に沿って並ぶように、当該ｍ個の中継端子Ｅ２は端部Ｃｓ１ａに設けられている。各中継端子Ｅ２は、端子表面Ｅ２ａを有する。端子表面Ｅ２ａは、取り付け状態において、制御基板１０と接する面である。なお、前述の留め具５０は、制御基板１０をｍ個の中継端子Ｅ２に圧着させるための器具である。

各中継端子Ｅ２には、１個の端子孔Ｈ２が設けられている。端子孔Ｈ２は、貫通した孔である。すなわち、ｍ個の中継端子Ｅ２が設けられている、ケースＣｓ１の端部Ｃｓ１ａには、ｍ個の端子孔Ｈ２が設けられている。ｍ個の端子孔Ｈ２がＹ軸方向に沿って並ぶように、当該ｍ個の端子孔Ｈ２は端部Ｃｓ１ａに設けられている。１個の留め具５０におけるｍ個のピンＰ１は、それぞれ、当該ｍ個の端子孔Ｈ２に対応する。なお、穴Ｈ３の幅（径）は、端子孔Ｈ２の幅（径）以上である。

なお、端部Ｃｓ１ａに設けられている中継端子Ｅ２の数はｍに限定されない。端部Ｃｓ１ａに設けられている中継端子Ｅ２の数がｋである構成としてもよい。「ｋ」は、１以上、かつ、ｍ未満の自然数である。当該構成では、ｋ個の中継端子Ｅ２は、１個または２個以上の端子孔Ｈ２が設けられた中継端子Ｅ２を含む。なお、当該構成では、ｋ個の中継端子Ｅ２が設けられている端部Ｃｓ１ａには、ｍ個の端子孔Ｈ２が設けられている。

なお、端部Ｃｓ１ｂにも、端部Ｃｓ１ａに設けられている中継端子Ｅ２と同じ構成を有する中継端子Ｅ２が設けられている。

ケースＣｓ１は、ベース板２０に結合されている。ベース板２０には、絶縁基板７を介して、半導体チップとしての半導体素子Ｓ１が設けられている。半導体素子Ｓ１は、例えば、電力用半導体素子である。半導体素子Ｓ１は、導電性を有するワイヤＷ１を介して、中継端子Ｅ２に電気的に接続されている。

制御基板１０には、複数の電子部品１１が設けられている。複数の電子部品１１の全てまたは一部は、半導体素子Ｓ１を制御する機能を有する。また、制御基板１０は、主面１０ｓと、側面１０ｓｄとを有する。主面１０ｓは、取り付け状態において、端子表面Ｅ２ａと接する。側面１０ｓｄは、取り付け状態において、ケースＣｓ１（端部Ｃｓ１ａまたは端部Ｃｓ１ｂ）に接する。

また、制御基板１０は、端部１０ａ，１０ｂを有する。制御基板１０には、複数のスルーホールＨ１が設けられている。具体的には、制御基板１０の端部１０ａには、ｍ個のスルーホールＨ１が設けられている。ｍ個のスルーホールＨ１がＹ軸方向に沿って並ぶように、当該ｍ個のスルーホールＨ１は端部１０ａに設けられている。１個の留め具５０におけるｍ個のピンＰ１は、それぞれ、当該ｍ個のスルーホールＨ１に対応する。

以下においては、制御基板１０の主面１０ｓのうち、スルーホールＨ１の周辺の領域を、「ホール周辺領域」ともいう。制御基板１０には、複数の制御端子Ｅ１が設けられている。具体的には、制御基板１０の端部１０ａのうち、各スルーホールＨ１のホール周辺領域には、制御端子Ｅ１が設けられている。制御端子Ｅ１は、導電性を有するランドである。また、制御端子Ｅ１は、端部１０ａのうち、各スルーホールＨ１に接する部分に固定されている。以下においては、ホール周辺領域に制御端子Ｅ１が設けられることにより形成されるスルーホールを、「スルーホールＨ１ａ」ともいう。

なお、制御基板１０の端部１０ｂにも、端部１０ａと同様に、ｍ個のスルーホールＨ１が設けられている。

各ピンＰ１が、当該ピンＰ１に対応するスルーホールＨ１、端子孔Ｈ２および穴Ｈ３に挿入可能なように、当該スルーホールＨ１、当該端子孔Ｈ２および当該穴Ｈ３は配置されている。

以下においては、ピンＰ１がスルーホールＨ１および端子孔Ｈ２に挿入されている状態を、「挿入状態」ともいう。挿入状態は、前述の取り付け状態に相当する。また、以下においては、ピンＰ１がスルーホールＨ１および端子孔Ｈ２に挿入されていない状態を、「非挿入状態」ともいう。非挿入状態は、前述の非取り付け状態に相当する。留め具５０の状態には、挿入状態と、非挿入状態とが存在する。

留め具５０の状態が非挿入状態から挿入状態に移行した状況において制御基板１０がｍ個の中継端子Ｅ２に圧着されるように、留め具５０およびピンＰ１は構成されている。なお、各中継端子Ｅ２の端子表面Ｅ２ａは、当該中継端子Ｅ２の少なくとも一部の表面である。

制御基板１０の主面１０ｓは、挿入状態において、端子表面Ｅ２ａと対向する。また、留め具５０の下面５１ｓは、挿入状態において制御基板１０と接触する。

また、挿入状態において、制御端子Ｅ１が端子表面Ｅ２ａに面接触し、かつ、当該制御端子Ｅ１が当該端子表面Ｅ２ａに電気的に接続されるように、当該制御端子Ｅ１は構成されている。

具体的には、図４のように、制御端子Ｅ１は、平面部Ｅ１ａを有する。挿入状態において、平面部Ｅ１ａが端子表面Ｅ２ａに面接触するように、平面部Ｅ１ａは構成されている。平面視（ＸＹ面）における平面部Ｅ１ａの形状は、平面状である。

また、ケースＣｓ１の穴Ｈ３は、挿入状態において、ピンＰ１の先端部Ｐ１ａを収容する。また、図１のように、挿入状態において制御基板１０が開口Ｈ１０をふさぐように、当該制御基板１０は構成されている。

次に、ピンＰ１の先端部Ｐ１ａについて説明する。以下においては、先端部Ｐ１ａに圧力が加わっていない場合における、当該先端部Ｐ１ａまたはピンＰ１の状態を、「非圧力状態」ともいう。また、以下においては、非圧力状態の先端部Ｐ１ａの幅を、「通常幅」ともいう。また、以下においては、先端部Ｐ１ａに圧力が加わっている場合における、当該先端部Ｐ１ａまたはピンＰ１の状態を、「圧力状態」ともいう。

挿入状態において先端部Ｐ１ａが中継端子Ｅ２から露出するように、ピンＰ１は構成されている（図４参照）。また、挿入状態において、先端部Ｐ１ａの状態が非圧力状態となるように、穴Ｈ３の幅は設定される。すなわち、挿入状態では、先端部Ｐ１ａは、ケースＣｓ１のうち穴Ｈ３に接する面から圧力を受けない。なお、図４のように、非圧力状態の先端部Ｐ１ａの幅（通常幅）は、端子孔Ｈ２の幅より大きい。なお、挿入状態において、先端部Ｐ１ａの状態が圧力状態となるように、穴Ｈ３の幅は設定されてもよい。

次に、半導体装置１００を組み立てるための工程（以下、「組み立て工程」ともいう）について説明する。組み立て工程では、まず、非取り付け状態において、固定用モジュールＭ２の各ピンＰ１が、当該ピンＰ１に対応するスルーホールＨ１、端子孔Ｈ２および穴Ｈ３に挿入可能なように、制御基板１０が、ケースＣｓ１における中継端子Ｅ２の端子表面Ｅ２ａに載せられる。

次に、取り付け動作が行われる。取り付け動作は、非取り付け状態の固定用モジュールＭ２の状態が取り付け状態となるように、固定用モジュールＭ２を半導体モジュールＭ１に取り付ける動作である。また、取り付け動作は、留め具５０の状態を非挿入状態から挿入状態に移行させるための動作でもある。取り付け動作は、例えば、作業員またはロボットが行う。

以下においては、留め具５０の状態が非挿入状態から挿入状態に移行する期間を、「期間Ｐｒ１」ともいう。期間Ｐｒ１では、留め具５０の各ピンＰ１が、当該ピンＰ１に対応するスルーホールＨ１、端子孔Ｈ２および穴Ｈ３に、当該スルーホールＨ１、当該端子孔Ｈ２および当該穴Ｈ３の順で挿入される。

なお、期間Ｐｒ１において、ピンＰ１の先端部Ｐ１ａの幅が、端子孔Ｈ２の幅以下となるように、当該先端部Ｐ１ａは弾性変形する。先端部Ｐ１ａが端子孔Ｈ２を通過すると、先端部Ｐ１ａの幅は、通常幅となる。これにより、ピンＰ１の先端部Ｐ１ａは、図４のように、穴Ｈ３に収容される。

また、留め具５０の状態が非挿入状態から挿入状態に移行した状況において、留め具５０の下面５１ｓと先端部Ｐ１ａとにより、制御基板１０および中継端子Ｅ２は挟まれる。これにより、制御基板１０が中継端子Ｅ２に圧着される。なお、制御端子Ｅ１の平面部Ｅ１ａは、端子表面Ｅ２ａに面接触する。そのため、制御端子Ｅ１が中継端子Ｅ２の端子表面Ｅ２ａに電気的に接続される。これにより、制御基板１０の制御端子Ｅ１は、中継端子Ｅ２およびワイヤＷ１を介して、半導体素子Ｓ１と電気的に接続される。

また、挿入状態において蓋Ｆ１は、ケースＣｓ１の開口Ｈ１０をふさぐ。取り付け動作が行われることにより、蓋Ｆ１、制御基板１０、ケースＣｓ１等の組み立て、すなわち、半導体装置１００の組み立てを一括して行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、留め具５０の状態には、ピンＰ１がスルーホールＨ１および端子孔Ｈ２に挿入されている挿入状態と、ピンＰ１がスルーホールＨ１および端子孔Ｈ２に挿入されていない非挿入状態とが存在する。挿入状態において、制御端子Ｅ１が端子表面Ｅ２ａに面接触し、かつ、制御端子Ｅ１が端子表面Ｅ２ａに電気的に接続されるように、当該制御端子Ｅ１は構成されている。

すなわち、制御端子Ｅ１が中継端子Ｅ２の端子表面Ｅ２ａに面接触する。これにより、電気的接続を実現する構成において、局所的な温度上昇の発生を抑制することができるという効果が得られる。また、接触熱抵抗の増加を抑制することができる。

また、本実施の形態では、留め具５０により、制御基板１０を半導体モジュールＭ１に固定できる。そのため、本実施の形態では、関連構成Ａのロックピンおよびロック溝等は不要である。したがって、制御基板１０を半導体モジュールＭ１に固定するために必要な部品の数を、関連構成Ａよりも削減することができるという効果が得られる。

また、本実施の形態では、固定用モジュールＭ２は、蓋Ｆ１および留め具５０を含む。そのため、本実施の形態では、中継端子の先端部が、制御基板の上部から突き出るような構成の半導体装置よりも、半導体装置の高さを低くすることができる。

また、本実施の形態では、蓋Ｆ１を含む固定用モジュールＭ２を半導体モジュールＭ１に取り付けることにより、制御基板１０を半導体モジュールＭ１に固定できる。そのため、蓋取り付け工程、制御基板取り付け工程等を省略することができる。したがって、半導体装置１００の製造のための工程の数を少なくすることができる。その結果、半導体装置１００の製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態では、中継端子Ｅ２は、ワイヤＷ１を介して、半導体素子Ｓ１（半導体チップ）に電気的に接続される。そのため、ピンＰ１は、導電体および絶縁体のいずれであってもよい。すなわち、ピンＰ１を構成する材料は限定されない。

したがって、制御基板１０の材料、中継端子Ｅ２の材料、ケースＣｓ１の材料等から、ピンＰ１に適した材料を選択することが可能である。例えば、ピンＰ１を構成する材料を、留め具５０の部材５１の材料と同じ材料にすることにより、留め具５０を、一度の加工で製造できる。

また、ケースＣｓ１の穴Ｈ３は、先端部Ｐ１ａを収容できる程度の、単純な構成の穴である。そのため、穴Ｈ３を形成するために、高度な加工精度は要求されない。そのため、関連構成Ａよりも、穴Ｈ３を形成するための加工コストを低減することができるという効果が得られる。

なお、関連構成Ａでは、制御回路基板と、半導体素子を有するモジュールとの電気的接続を実現するために、導通ピンの２つの拡幅部が、それぞれ、端子孔の側面、および、端子穴の側面に点接触する。すなわち、電気的接合面が小さいため、以下の不具合が生じる可能性がある。当該不具合は、例えば、接触熱抵抗の増加である。また、当該不具合は、例えば、点接触部における局所的な温度上昇である。

また、関連構成Ａでは、端子穴と端子との電気的接続は構造的に困難である。また、材料に関しては、電気的接続の観点から、導通ピンは導電性を有する材料で構成される必要があった。

また、関連構成Ａでは、モジュールの加工性に関しては、以下のことが必要である。例えば、端子穴の加工において、当該端子穴の内周面に金メッキ等の導体を設ける工程が必要である。また、端子穴の径を、導通ピンの径より僅かに小さくする加工精度、端子穴と端子とを接合させる加工等が必要である。

また、ロックピンがロック溝に挿入でき、かつ、ロックピンがロック溝に掛合うように、モジュールにロック溝を形成するための加工が必要である。そのため、ロック溝の長手方向の長さが、貫通孔の長さより長くなるように、当該ロック溝を形成するための加工が必要である。

材料、加工性に関しては、直材費、加工費といったコストに反映される。そのため、コスト低減のために、材料については、選択多様性が不可欠である。また、コスト低減のために、加工性については、加工容易さが不可欠となる。

そこで、本実施の形態の半導体装置１００は、上記の効果を奏するための構成を有する。そのため、本実施の形態の半導体装置１００により、関連構成Ａにおける、材料および加工性に関する上記の要求を満たすことができる。

＜実施の形態２＞
図５は、実施の形態２に係る半導体装置１００Ａの断面図である。半導体装置１００Ａは、図１の半導体装置１００と比較して、固定用モジュールＭ２のかわりに固定用モジュールＭ２ａを含む点が異なる。半導体装置１００Ａのそれ以外の構成および機能は、半導体装置１００と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

固定用モジュールＭ２ａは、図２の固定用モジュールＭ２と比較して、蓋Ｆ１を含まない点が異なる。固定用モジュールＭ２ａのそれ以外の構成は、固定用モジュールＭ２と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。すなわち、固定用モジュールＭ２ａは、２個の留め具５０を含む。

以下においては、固定用モジュールＭ２ａおよび制御基板１０が半導体モジュールＭ１に取り付けられている状態を、「取り付け状態」ともいう。また、以下においては、固定用モジュールＭ２ａおよび制御基板１０が半導体モジュールＭ１に取り付けられていない状態を、「非取り付け状態」ともいう。なお、図５は、取り付け状態における半導体装置１００Ａの構成を示す。

次に、半導体装置１００Ａを組み立てるための工程（以下、「組み立て工程Ａ」ともいう）について説明する。組み立て工程Ａは、実施の形態１の組み立て工程と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。以下、簡単に説明する。

組み立て工程Ａでは、まず、非取り付け状態において、固定用モジュールＭ２ａの各ピンＰ１が、当該ピンＰ１に対応するスルーホールＨ１、端子孔Ｈ２および穴Ｈ３に挿入可能なように、制御基板１０が、中継端子Ｅ２の端子表面Ｅ２ａに載せられる。

次に、取り付け動作Ａが行われる。取り付け動作Ａは、非取り付け状態の固定用モジュールＭ２ａの状態が取り付け状態となるように、固定用モジュールＭ２ａを半導体モジュールＭ１に取り付ける動作である。また、取り付け動作Ａは、留め具５０の状態を非挿入状態から挿入状態に移行させるための動作でもある。上記の取り付け動作が行われることにより、実施の形態１と同様な作用が得られる。また、挿入状態において制御基板１０が開口Ｈ１０をふさぐ。取り付け動作Ａが行われることにより、制御基板１０、ケースＣｓ１等の組み立て、すなわち、半導体装置１００Ａの組み立てを一括して行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様な効果が得られる。また、挿入状態において制御基板１０が開口Ｈ１０をふさぐ。そのため、制御基板１０は、開口Ｈ１０をふさぐ蓋として機能する。したがって、本実施の形態では、蓋Ｆ１のコストだけ、半導体装置１００Ａのコストを削減することができる。

＜変形例１＞
以下においては、実施の形態１の構成を、「構成Ｃｔ１」ともいう。また、以下においては、実施の形態２の構成を、「構成Ｃｔ２」ともいう。また、以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ１」ともいう。構成Ｃｔｍ１は、留め具５０が有するピンＰ１の数が、構成Ｃｔ１または構成Ｃｔ２における留め具５０が有するピンＰ１の数より少ない構成である。構成Ｃｔｍ１は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）および構成Ｃｔ２（実施の形態２）の全てまたは一部に適用される。

一例として、構成Ｃｔｍ１が適用された構成Ｃｔ１（以下、「構成Ｃｔ１ｍ１」ともいう）を、以下に示す。構成Ｃｔ１ｍ１は、図２の構成に、構成Ｃｔｍ１が適用された構成である。

図６は、変形例１に係る構成Ｃｔ１ｍ１を有する固定用モジュールＭ２を示す図である。図７は、変形例１に係る構成Ｃｔ１ｍ１を有する留め具５０の構成を示す斜視図である。

図６および図７を参照して、構成Ｃｔ１ｍ１では、留め具５０は、ｎ個のピンＰ１を有する。「ｎ」は、ｍより小さい自然数である。すなわち、構成Ｃｔ１ｍ１では、留め具５０が有するピンＰ１の数（ｎ）は、ケースＣｓ１における、端部Ｃｓ１ａまたは端部Ｃｓ１ｂに設けられた中継端子Ｅ２の数（ｍ）より少ない。

また、構成Ｃｔ１ｍ１では、端部Ｃｓ１ａまたは端部Ｃｓ１ｂにおけるｍ個の中継端子Ｅ２のうち、ｎ個の中継端子Ｅ２のみに端子孔Ｈ２が設けられる。すなわち、留め具５０が有するピンＰ１の数（ｎ）は、端部Ｃｓ１ａまたは端部Ｃｓ１ｂに設けられた端子孔Ｈ２の数（ｎ）と同じである。また、構成Ｃｔ１ｍ１では、挿入状態において、全ての端子孔Ｈ２に、ピンＰ１が挿入される。

以上説明したように、本変形例によれば、構成Ｃｔ１または構成Ｃｔ２よりも、部材のコストを削減することができる。

＜変形例２＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ２」ともいう。構成Ｃｔｍ２は、挿入状態において制御基板の側面が、半導体装置の外部に露出している構成である。構成Ｃｔｍ２は、構成Ｃｔ１、構成Ｃｔ２および構成Ｃｔｍ１の全てまたは一部に適用される。

一例として、構成Ｃｔｍ２が適用された構成Ｃｔ２（以下、「構成Ｃｔ２ｍ２」ともいう）を、以下に示す。構成Ｃｔ２ｍ２は、図５の構成に、構成Ｃｔｍ２が適用されたものである。

図８は、変形例２に係る構成Ｃｔ２ｍ２を有する半導体装置１００Ａの断面図である。構成Ｃｔ２ｍ２では、制御基板１０における、一方の側面１０ｓｄおよび他方の側面１０ｓｄが、それぞれ、端部Ｃｓ１ａおよび端部Ｃｓ１ｂに接しないように、ケースＣｓ１は構成される。すなわち、構成Ｃｔ２ｍ２では、挿入状態において制御基板１０の側面１０ｓｄが、半導体装置１００Ａの外部に露出している構成である。

以上説明したように、本変形例によれば、例えば、図５の構成のように、ケースＣｓ１の側面により制御基板１０を支持することなく、留め具５０により、制御基板１０を半導体モジュールＭ１に固定することができる。そのため、制御基板１０の側面１０ｓｄの位置まで、半導体装置の幅を小さくできる。したがって、半導体装置を小型化できる。

＜変形例３＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ３」ともいう。構成Ｃｔｍ３は、穴Ｈ３の深さが特徴的である構成である。構成Ｃｔｍ３は、構成Ｃｔ１、構成Ｃｔ２、構成Ｃｔｍ１および構成Ｃｔｍ２の全てまたは一部に適用される。

図９は、変形例３に係る構成Ｃｔｍ３を説明するための図である。図９（ａ）は、挿入状態における、穴Ｈ３の周辺構成を示す図である。なお、図９（ａ）は、非圧力状態の先端部Ｐ１ａを示している。

以下においては、非圧力状態のピンＰ１の長手方向の長さを、「長さＬ１」または「Ｌ１」ともいう。また、以下においては、非圧力状態の先端部Ｐ１ａの長手方向の長さを、「長さＬ１ａ」または「Ｌ１ａ」ともいう。また、以下においては、直線部Ｐ１ｂの長手方向の長さを、「長さＬ１ｂ」または「Ｌ１ｂ」ともいう。

また、以下においては、挿入状態における制御基板１０の厚さを、「厚さＬ２１」または「Ｌ２１」ともいう。また、以下においては、挿入状態における中継端子Ｅ２の厚さを、「厚さＬ２２」または「Ｌ２２」ともいう。また、以下においては、挿入状態において、Ｌ２１＋Ｌ２２に相当する長さを、「長さＬ２」または「Ｌ２」ともいう。長さＬ２は、挿入状態における、制御基板１０の厚さと中継端子Ｅ２の厚さとの合計に相当する。また、以下においては、穴Ｈ３の深さを、「深さＬ３」または「Ｌ３」ともいう。

図９（ｂ）は、変形例３に係る構成Ｃｔｍ３における穴Ｈ３の深さを示す図である。構成Ｃｔｍ３では、挿入状態において穴Ｈ３の底Ｂ１が先端部Ｐ１ａに圧力を加えるように、当該穴Ｈ３の深さは設定される。具体的には、Ｌ３＜Ｌ１−Ｌ２（すなわち、Ｌ３＜Ｌ１ａ）の関係式が成立するように、穴Ｈ３の深さは設定される。

これにより、挿入状態において、底Ｂ１が先端部Ｐ１ａに圧力を加える。また、底Ｂ１が先端部Ｐ１ａに圧力を加えた状況において当該先端部Ｐ１ａは中継端子Ｅ２に圧力を加える。具体的には、先端部Ｐ１ａに圧力が加わることにより発生する反発力が、中継端子Ｅ２に加わる。

以上説明したように、本変形例によれば、挿入状態において、先端部Ｐ１ａは中継端子Ｅ２に圧力を加える。そのため、制御基板１０と中継端子Ｅ２との圧着力を強化でき、電気的接着を強化できる。

＜変形例４＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ４」ともいう。構成Ｃｔｍ４は、中継端子Ｅ２の厚みを大きくした構成である。構成Ｃｔｍ４は、構成Ｃｔ１、構成Ｃｔ２、構成Ｃｔｍ１、構成Ｃｔｍ２および構成Ｃｔｍ３の全てまたは一部に適用される。以下においては、中継端子Ｅ２のうち端子孔Ｈ２の周辺の領域を、「端子孔周辺領域Ｒ２」ともいう。

図１０は、変形例４に係る構成Ｃｔｍ４を説明するための、穴Ｈ３周辺の断面図である。図１０（ａ）は、留め具５０の状態が、非挿入状態から挿入状態へ移行している途中の状況における、端子孔周辺領域Ｒ２を示す図である。図１０（ｂ）は、挿入状態における端子孔周辺領域Ｒ２（中継端子Ｅ２）を示す図である。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照して、構成Ｃｔｍ４では、中継端子Ｅ２の端子孔周辺領域Ｒ２は、凹凸部Ｘ２を含む。具体的には、端子孔周辺領域Ｒ２のうち、制御基板１０と接触対象となる側に、凹凸部Ｘ２が設けられる。凹凸部Ｘ２は、弾性を有する。凹凸部Ｘ２は、凹部および凸部を有する。

以下においては、端子孔周辺領域Ｒ２に圧力が加わっていない場合における、当該端子孔周辺領域Ｒ２の状態を、「非圧力状態」ともいう。また、以下においては、構成Ｃｔｍ４において、非圧力状態の端子孔周辺領域Ｒ２のうち、最大の厚さを有する部分の当該厚さを、「厚さＬ２２」または「Ｌ２２」ともいう。

また、構成Ｃｔｍ４では、図１０（ｂ）の挿入状態において先端部Ｐ１ａが端子孔周辺領域Ｒ２（中継端子Ｅ２）に圧力を加えるように、凹凸部Ｘ２は構成されている。具体的には、非圧力状態の端子孔周辺領域Ｒ２の厚さＬ２２が、図９（ａ）において、Ｌ２＞Ｌ１ｂが成立する厚さとなるように、凹凸部Ｘ２は構成される。

なお、長さＬ２は、制御基板１０の厚さＬ２１と中継端子Ｅ２の厚さＬ２２との合計である。すなわち、構成Ｃｔｍ４では、端子孔周辺領域Ｒ２の状態が非圧力状態である状況における長さＬ２が、直線部Ｐ１ｂの長さＬ１ｂより長くなるように、凹凸部Ｘ２は構成される。

次に、構成Ｃｔｍ４において、実施の形態１と同様に、取り付け動作が行われたと仮定する。この場合、留め具５０の状態が、非挿入状態から挿入状態へ移行する。前述したように、図１０（ａ）は、留め具５０の状態が、非挿入状態から挿入状態へ移行している途中の状況における、端子孔周辺領域Ｒ２を示す。図１０（ａ）のように、先端部Ｐ１ａは、端子孔Ｈ２の周辺の凹凸部Ｘ２に圧力を加えながら、穴Ｈ３に向かう。

そして、留め具５０の状態が挿入状態になった状況では、先端部Ｐ１ａが凹凸部Ｘ２（端子孔周辺領域Ｒ２）に圧力を加える。これにより、当該凹凸部Ｘ２は弾性変形し（圧縮し）、図１０（ｂ）のような形状となる。

以上説明したように、本変形例によれば、挿入状態において、先端部Ｐ１ａは端子孔周辺領域Ｒ２（中継端子Ｅ２）に圧力を加える。そのため、制御基板１０と中継端子Ｅ２との圧着力を強化することができる。

なお、凹凸部Ｘ２が有する凹部および凸部の形状は、制御基板１０と中継端子Ｅ２との圧着力を強化する形状であれば、どのような形状でもよい。

＜変形例５＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ５」ともいう。構成Ｃｔｍ５は、ピンＰ１の形状に特徴を有する構成である。構成Ｃｔｍ５は、構成Ｃｔ１、構成Ｃｔ２、構成Ｃｔｍ１、構成Ｃｔｍ２、構成Ｃｔｍ３および構成Ｃｔｍ４の全てまたは一部に適用される。構成Ｃｔｍ５は、複数の形態を有する。以下においては、構成Ｃｔｍ５の一形態の構成を、「構成Ｃｔｍ５ａ」ともいう。

図１１は、変形例５に係る構成Ｃｔｍ５ａを説明するための図である。以下においては、先端部Ｐ１ａの上端を、「上端Ｐ１ａｕ」ともいう。また、以下においては、挿入状態における、部材５１の下面５１ｓから先端部Ｐ１ａの上端Ｐ１ａｕまでの距離（最短距離）を、「挟み距離」ともいう。構成Ｃｔｍ５ａは、ピンＰ１が回転することにより、挟み距離が変化する構成である。

図１１（ａ）は、挿入状態における構成Ｃｔｍ５ａの正面図である。図１１（ｂ）は、挿入状態における構成Ｃｔｍ５ａの正面図である。なお、図１１（ａ）および図１１（ｂ）では、構成を分かりやすくするために、制御基板１０および中継端子Ｅ２は示していない。また、図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、留め具５０の部材５１の断面を示している。

構成Ｃｔｍ５ａでは、挿入状態においてピンＰ１が回転することにより、挟み距離が短くなるように、留め具５０およびピンＰ１は構成されている。具体的には、構成Ｃｔｍ５ａでは、ピンＰ１は、回転自在なように、部材５１に固定されている。すなわち、ピンＰ１は、回転体である。ピンＰ１は、突起部Ｐ１ｘを有する。また、留め具５０の部材５１にくぼみＶ１，Ｖ２が設けられている。くぼみＶ１，Ｖ２の各々は、突起部Ｐ１ｘを収容するためのくぼみである。くぼみＶ２の深さは、くぼみＶ１の深さより小さい（浅い）。

以下においては、ピンＰ１の上部を利用して、当該ピンＰ１を反時計周りに９０度回転させる動作を、「回転動作」ともいう。回転動作は、例えば、作業員が行う。なお、構成Ｃｔｍ５ａでは、回転動作を行うことができるように、ピンＰ１の上部が部材５１の外部に露出されるように、部材５１は構成されている。

挿入状態において回転動作が行われることにより、ピンＰ１の状態は、図１１（ａ）の状態から、図１１（ｂ）の状態に変化する。また、ピンＰ１の回転に伴い、突起部Ｐ１ｘは、くぼみＶ１からくぼみＶ２に移動する。その結果、挟み距離は短くなる。これにより、図１１（ｂ）の状態では、部材５１（留め具５０）の下面５１ｓ、および、先端部Ｐ１ａの上端Ｐ１ａｕにより、制御基板１０および中継端子Ｅ２が挟まれる。すなわち、制御基板１０と中継端子Ｅ２との圧着力を強化することができ、かつ、電気的接着を強化することができる。

なお、図１１の部材５１において、くぼみＶ１の位置と、くぼみＶ２の位置とを入替えた構成（以下、「変形構成」ともいう）としてもよい。図１２は、変形例５に係る構成Ｃｔｍ５ａの変形構成を説明するための図である。図１２（ａ）は、挿入状態における変形構成の側面図である。図１２（ｂ）は、挿入状態における変形構成の側面図である。変形構成では、挿入状態において回転動作が行われることにより、ピンＰ１の状態は、図１２（ａ）の状態から、図１２（ｂ）の状態に変化する。また、ピンＰ１の回転に伴い、突起部Ｐ１ｘは、くぼみＶ１からくぼみＶ２に移動する。その結果、挟み距離は短くなる。これにより、図１１の構成と同じ効果が得られる。

以下においては、構成Ｃｔｍ５の別の形態の構成を、「構成Ｃｔｍ５ｂ」ともいう。図１３は、変形例５に係る構成Ｃｔｍ５ｂを説明するための図である。ピンＰ１の先端部Ｐ１ａの形状は、図１３（ａ）に示されるリング状（円状）に限定されず、他の形状であってもよい。ピンＰ１の先端部Ｐ１ａの形状は、例えば、楕円状であってもよい。また、ピンＰ１の先端部Ｐ１ａの形状は、例えば、図１３（ｂ）に示される矩形状であってもよい。また、ピンＰ１の先端部Ｐ１ａの形状は、例えば、図１３（ｃ）に示される、二又形状であってもよい。

また、図１４に示すように、ピンＰ１のうち、部材５１側（付根部分）に、テーパー面Ｔｐ１（斜面）が設けられてもよい。テーパー面Ｔｐ１は、挿入状態における、制御基板１０と中継端子Ｅ２との圧着力が大きくなるように、ピンＰ１に設けられる。

図１４（ａ）は、図１３（ａ）のピンＰ１にテーパー面Ｔｐ１を設けた構成を示す。図１４（ｂ）は、図１３（ｂ）のピンＰ１にテーパー面Ｔｐ１を設けた構成を示す。図１４（ｃ）は、図１３（ｃ）のピンＰ１にテーパー面Ｔｐ１を設けた構成を示す。

ピンＰ１にテーパー面Ｔｐ１を設けた構成は、テーパー面を設けていない構成よりも、制御基板１０と中継端子Ｅ２との圧着力を強化することができ、かつ、電気的接着を強化することができる。

以下においては、構成Ｃｔｍ５のさらに別の形態の構成を、「構成Ｃｔｍ５ｃ」ともいう。図１５は、変形例５に係る構成Ｃｔｍ５ｃを説明するための図である。構成Ｃｔｍ５ｃでは、留め具５０（ピンＰ１）が、プレスフィット構造を有する。なお、構成Ｃｔｍ５ｃでは、ピンＰ１は、導電性を有する。

図１５を参照して、構成Ｃｔｍ５ｃでは、ピンＰ１は、拡幅部Ｐ１ｂを有する。挿入状態において拡幅部Ｐ１ｂが制御端子Ｅ１に接触するように、当該拡幅部Ｐ１ｂは構成される。そのため、拡幅部Ｐ１ｂは、挿入状態において制御端子Ｅ１に接触する。すなわち、拡幅部Ｐ１ｂは、スルーホールＨ１の側面に存在する制御端子Ｅ１と電気的に接続される。

なお、構成Ｃｔｍ５は、上記の構成Ｃｔｍ５ａ，Ｃｔｍ５ｂ，Ｃｔｍ５ｃに限定されない。留め具５０の状態が非挿入状態から挿入状態に移行することにより、制御基板１０を中継端子Ｅ２に圧着し、制御基板１０を中継端子Ｅ２に電気的に接続する構成であれば、構成Ｃｔｍ５は、構成Ｃｔｍ５ａ，Ｃｔｍ５ｂ，Ｃｔｍ５ｃ以外の他の構成であってもよい。

なお、構成Ｃｔｍ５ａ，Ｃｔｍ５ｂ，Ｃｔｍ５ｃの一部または全てを組み合わせてもよい。例えば、構成Ｃｔｍ５ｃは、構成Ｃｔｍ５ａに適用されてもよい。以下においては、構成Ｃｔｍ５ｃが適用された構成Ｃｔｍ５ａを、「構成Ｃｔｍ５ａｃ」ともいう。また、構成Ｃｔｍ５ａｃは、構成Ｃｔ１、構成Ｃｔ２、構成Ｃｔｍ１、構成Ｃｔｍ２、構成Ｃｔｍ３および構成Ｃｔｍ４の全てまたは一部に適用されてもよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態、各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態、各変形例を適宜、変形、省略することが可能である。

例えば、留め具５０が有するピンＰ１の数が１である構成としてもよい。当該構成では、１個のピンＰ１と、１個の中継端子Ｅ２と、１個の端子孔Ｈ２とが使用される。例えば、１個のピンＰ１は、１個の中継端子Ｅ２に設けられた１個の端子孔Ｈ２に挿入される。

１０ 制御基板、５０ 留め具、１００，１００Ａ 半導体装置、Ｃｓ１ ケース、Ｅ１ 制御端子、Ｅ２ 中継端子、Ｆ１ 蓋、Ｈ１ スルーホール、Ｈ２ 端子孔、Ｈ３ 穴、Ｐ１ ピン、Ｐ１ａ 先端部。

Claims (10)

1. 中継端子が設けられているケースと、
   スルーホールが設けられている制御基板と、
   前記制御基板を前記中継端子に圧着させるための留め具とを備え、
   前記中継端子には、貫通した孔である端子孔が設けられており、
   前記留め具は、前記スルーホールおよび前記端子孔に挿入するための、長尺状のピンを有し、
   前記留め具の状態には、前記ピンが前記スルーホールおよび前記端子孔に挿入されている挿入状態と、当該ピンが当該スルーホールおよび当該端子孔に挿入されていない非挿入状態とが存在し、
   前記留め具の状態が前記非挿入状態から前記挿入状態に移行した状況において前記制御基板が前記中継端子に圧着されるように、当該留め具および前記ピンは構成されており、
   前記制御基板は、前記挿入状態において、前記中継端子の少なくとも一部の表面である端子表面と対向する主面を有し、
   前記制御基板の前記主面のうち、前記スルーホールの周辺の領域であるホール周辺領域には、ランドである制御端子が設けられており、
   前記挿入状態において、前記制御端子が前記端子表面に面接触し、かつ、当該制御端子が当該端子表面に電気的に接続されるように、当該制御端子は構成されている
   半導体装置。
2. 前記留め具は、前記挿入状態において前記制御基板と接触する下面を有し、
   前記ピンは、前記下面に設けられており、
   前記ピンの先端部は、弾性を有し、
   前記先端部の幅は、前記端子孔の幅より大きく、
   前記留め具の状態が前記非挿入状態から前記挿入状態に移行する期間において、前記先端部の幅が、前記端子孔の幅以下となるように、当該先端部は弾性変形し、
   前記挿入状態において前記先端部が前記中継端子から露出するように、前記ピンは構成されており、
   前記留め具の状態が前記非挿入状態から前記挿入状態に移行した状況において、当該留め具の前記下面と前記先端部とにより、前記制御基板および前記中継端子は挟まれる
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ケースは、開口を有し、
   前記挿入状態において前記制御基板が前記開口をふさぐように、当該制御基板は構成されている
   請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記ケースは、開口を有し、
   前記留め具には、前記挿入状態において前記開口をふさぐ蓋が固定されている
   請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記留め具は、前記ピンを含む複数のピンを有し、
   前記ケースには、前記中継端子を含む複数の中継端子が設けられており、
   前記ピンの数は、前記中継端子の数より少ない
   請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記挿入状態において前記制御基板の側面は、前記半導体装置の外部に露出している
   請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記ピンの先端部は、弾性を有し、
   前記挿入状態において前記先端部が前記中継端子から露出するように、前記ピンは構成されており、
   前記ケースには、前記挿入状態において、前記先端部を収容するための、底を有する穴が設けられており、
   前記挿入状態において前記穴の前記底が前記先端部に圧力を加えるように、当該穴の深さは設定され、
   前記底が前記先端部に圧力を加えた状況において前記先端部は前記中継端子に圧力を加える
   請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記ピンの先端部の幅は、前記端子孔の幅より大きく、
   前記挿入状態において前記先端部が前記中継端子から露出するように、前記ピンは構成されており、
   前記中継端子のうち前記端子孔の周辺の領域である端子孔周辺領域は、弾性を有する凹凸部を含み、
   前記挿入状態において前記先端部が前記端子孔周辺領域に圧力を加えるように、前記凹凸部は構成されている
   請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記ピンの先端部は、弾性を有し、
   前記ピンの先端部の幅は、前記端子孔の幅より大きく、
   前記挿入状態において前記先端部が前記中継端子から露出するように、前記ピンは構成されており、
   前記留め具は、前記挿入状態において前記制御基板と接触する下面を有し、
   前記挿入状態において前記ピンが回転することにより、前記下面から前記先端部の上端までの距離が短くなるように、前記留め具および当該ピンは構成されている
   請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 前記ピンは、前記挿入状態において前記制御端子に接触する拡幅部を有する
    請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。

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