説明

半導体制御装置

【課題】半導体モジュールを固定するバネの構造を簡略化する
【解決手段】半導体制御装置1は、冷却部材2に半導体モジュール4押し付けるバネ部材6を有する。バネ部材6は、3つの半導体モジュール4の1つずつ当接するアーム部11が1対ずつ形成されているので、アーム部11が変形させられることで生じる押し付け力を半導体モジュール4ごとに均一に作用できる。ネジ止めされる貫通孔12から離れている中央のアーム部11Aは、他の2つのアーム部11より下側に折り曲げられているので、アーム部11Aの浮き上がりが防止される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、移動体の半導体制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
車両などの移動体は、半導体素子を有する半導体モジュールを用いて制御されている。半導体モジュールは、データ処理に伴って発熱するので、冷却することが好ましい。半導体モジュールの冷却方法としては、例えば、半導体モジュールにヒートシンクを取り付け、ヒートシンクを通して半導体モジュールの熱を放熱することがあげられる。ここで、ヒートシンクから効率的に放熱するために、従来の半導体制御装置では、半導体モジュールをヒートシンクに板状のバネ部材によって押さえ付けてからネジ止めしている。これによって、半導体モジュールがヒートシンクに密着して両者の間の熱抵抗が減少されるので、半導体モジュールの熱が放出され易くなる。
【0003】
従来のバネ部材は、中央部分にヒートシンクに固定するときに使うネジ孔が等間隔に複数形成されており、半導体モジュールに押し当てられる周縁部は、スリットによって複数に分割されている。さらに、バネ部材を用いて半導体モジュールをヒートシンクに固定するときは、バネ部材の中央部分に補強梁を添えてから板バネを補強する。補強梁には、貫通孔が設けられており、補強梁と板状バネを重ねた状態で、半導体モジュールがヒートシンクにネジ止めされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−235992号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来では、バネ部材とは別体の補強梁が必要であるために、部品点数が多かった。また、補強梁を添える部分をバネ部材に設ける必要があったので、部品の構成が複雑であった。さらに、半導体モジュールの取り付け時には板状バネのネジ孔と補強梁の貫通孔を位置合わせする必要があるので、組み立て工数が増加していた。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、半導体モジュールを固定するバネの構造を簡略化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願の一観点によれば、複数の半導体モジュールを冷却部材に押さえ付けるバネ部材を有する半導体制御装置において、前記バネ部材は、前記冷却部材に固定する固定具を通す挿通部が両端に形成された基部と、前記挿通部を挟んで前記基部に形成されたリブと、前記基部の前記リブが形成された両側部のそれぞれから延び、前記基部に沿って複数配列され、前記半導体モジュールを1つずつ付勢することで、複数の前記半導体モジュールを前記冷却部材に押さえ付けるアーム部と、を含むことを特徴とする半導体制御装置が提供される。
【0007】
本発明の別の観点によれば、前記基部に対して複数配列された前記アーム部のうち、中央の前記アーム部は両隣の他の前記アームより大きい角度で前記基部に対して折り曲げられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体制御装置が提供される。
【0008】
本発明の別の観点によれば、前記リブを複数列配列させたことを特徴とする請求項1又
は請求項2に記載の半導体制御装置が提供される。
【0009】
本発明の別の観点によれば、前記基部には、一方の前記挿通部から他方の前記挿通部に至るまでの間に中央リブが設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体制御装置が提供される。
【0010】
本発明の別の観点によれば、前記アーム部に切り欠きを設けたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体制御装置が提供される。
【0011】
本発明の別の観点によれば、前記アーム部に貫通孔を設けたことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体制御装置が提供される。
【0012】
本発明の別の観点によれば、前記アーム部の先端部分が前記半導体モジュールと反対側に折り曲げられていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体制御装置が提供される。
【0013】
本発明の別の観点によれば、前記アーム部は、前記基部から前記半導体モジュールと反対側に折り曲げられた後、前記半導体モジュール側に折り返されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体制御装置が提供される。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、補強梁を設ける必要がなくなり、部品点数を削減できる。アーム部によって複数の半導体モジュールが押さえ付けられるので、半導体モジュールを確実に固定できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体制御装置の分解斜視図である。
【図2】図2は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体制御装置の一部を拡大した斜視図である。
【図3】図3は、(a)が図1の一部を拡大した図であり、(b)が(a)のA−A線に沿った断面図である。
【図4】図4は、(a)が第2の実施の形態に係るバネ部材の斜視図であり、(b)が第3の実施の形態に係るバネ部材の斜視図、(c)が第4の実施の形態に係るバネ部材の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
(第1の実施の形態)
本発明を実施するための形態について以下に詳細に説明する。
図1に本実施形態の半導体制御装置の分解斜視図を示す。また、図2に半導体制御装置を上方からみた斜視図を示す。
半導体制御装置1は、冷却部材(ヒートシンク)2を有する。冷却部材2の上面(一方の面)は平面であり、下面(他方の面)には放熱フィン2Aが多数配列されている。冷却部材2の上面には、絶縁シート3を介して3つの半導体モジュール4が載置される。絶縁シート3には、例えばシリコーンゴム系の樹脂が用いられる。半導体モジュール4は、半導体モジュール4の周囲を覆うフレーム5と共に冷却部材2にネジで固定される。さらに、半導体モジュール4は、バネ部材6によって冷却部材2に押し付けられつつ、固定される。
【0017】
半導体モジュール4は、不図示の半導体素子や半導体回路が樹脂でパッケージされ、信
号や電流を入出力する端子4Aが複数設けられている。端子4Aは、不図示の制御基板の回路に電気的に接続される。この実施の形態において、半導体モジュール4は、3相モータのスイッチング素子として使用可能であり、3相のそれぞれに対応して3つ設けられている。各半導体モジュール4には、電流供給用の端子4Bが2つずつ設けられている。半導体モジュール4の形状や数は、図1に限定されない。
【0018】
フレーム5は、3つの半導体モジュール4を囲む枠体5Aを有し、枠体5Aには3つの半導体モジュール4を仕切る梁5Bが枠体5Aを横断するように2つ形成されている。なお、フレーム5には、不図示の部材を位置決めして固定する位置決めピン5Cが2つ上向きに突出している。位置決めピン5Cは、フレーム5に必須の構成要素ではない。
【0019】
図1、図2及び図3(a)と、図3(a)のA−A線に沿った断面図である図3(b)に示すように、バネ部材6は、細長の基部10を有する。基部10は、矢印Xに示す長辺方向の両端部分にネジ(固定具)を通す貫通孔(挿通部)12が1つずつ形成されている。挿通部は、貫通孔12の代わりに切り欠きを用いても良い。さらに、基部10には、長辺方向に沿って2つのリブ13が貫通孔12を挟んで1つずつ形成されている。リブ13は、バネ部材6の板材を上向きに凸となるようにU字形に曲げ加工して形成されている。これらリブ13は、基部10の強度を高める役割を担うと共に、バネ部材6の全体のバネ定数を調整する役割も担っている。
【0020】
リブ13が形成された基部10の両方の側端部のそれぞれから、アーム部11が3つずつ延びている。即ち、基部10からは、6つのアーム部11が一体に延びている。各アーム部11は、X方向において半導体モジュール4の配置間隔に合わせて、この実施の形態では等間隔に配置されている。基部10を挟んで延びる一対のアーム部11は、基部10の中心線に対して対称に配置されている。なお、基部10及びアーム部11は、弾性変形可能な材料から製造されている。
【0021】
図3(a)に示すように、各アーム部11は、リブ13の側面から矢印Xと直交する矢印Yに延びている。さらに、図3(b)に示すように、先端部分が基部10より下側に配置されるように曲げられている。ここで、下側とは、半導体モジュール4に向かう方向であり、半導体モジュール4の押し付け方向と略一致する。X方向に配列された3つのアーム部11の中で、中央のアーム部11Aの曲げ角度が、他の2つのアーム部11の曲げ角度より大きい。このために、中央のアーム部11Aの先端部分が、他の2つのアーム部11の先端部分より下方に配置されている。
【0022】
各アーム部11の先端部分は、半導体モジュール4の上面に押し当てられる当接部15になる。当接部15は、上向き、即ち半導体モジュール4の反対側に折り返されており、半導体モジュール4の上面に線接触するようになっている。この実施の形態では、基部10を挟む一対のアーム部11によって、1つの半導体モジュール4が冷却部材2に押し付けられる。このために、バネ部材6の押さ付け力を半導体モジュール4に均等に作用させ易い。なお、アーム部11の数や配置は、図1に限定されない。
【0023】
次に、半導体制御装置1の組み立て方向について説明する。
最初に冷却部材2上の所定位置に絶縁シート3を載置する。さらに、絶縁シート3の上に、3つの半導体モジュール4を端子4Aが上向きになるように並んで配置する。その上から、フレーム5を配置し、フレーム5の枠体5Aと梁5Bで区切られた空間に、半導体モジュール4を1つずつ配置する。半導体モジュール4及びフレーム5は、バネ部材6をネジ17でフレーム5及び冷却部材2に固定する際に、バネ部材6とネジ17によって冷却部材2に固定される。
【0024】
バネ部材6は、2つのネジ17でフレーム5に、3つの半導体モジュール4を横断するように位置決めして固定される。このとき、X方向に配列された3対のアーム部11が、3つの半導体モジュール4に一対ずつ当接する。アーム部11が撓んで変形する一方で、アーム部11の復元力によって半導体モジュール4を冷却部材2側に付勢する。これによって、ネジ17の締め付け力がアーム部11によって各半導体モジュール4に与えられ、半導体モジュール4が冷却部材2に押し付けられる。これは、バネ部材6をフレーム部5に固定したときの絶縁シート3から基部10までの高さが、半導体モジュール4の高さとアーム部11の高さの合計より小さいためである。
【0025】
各半導体モジュール4は、一対のアーム部11によって冷却部材2に押さえ付けられる。1つのアーム部11は、1つの半導体モジュール4のみに当接している。このために、各半導体モジュール4は、バネ部材6によって、他の半導体モジュール4の影響を受けずに冷却部材2に押さえ付けられる。さらに、バネ部材6は、半導体モジュール4の製品ごとのばらつきを吸収しながら、確実な押さえ付けを実現できる。
また、アーム部11は、半導体モジュール4の両端部の近傍に一箇所ずつ当接する。従って、1つの半導体モジュール4に対してバネ部材6からの押し付け力が均等に作用する。これらのことから、半導体モジュール4を冷却部材2に確実に押し付けることができ、半導体モジュール4で発生した熱を冷却部材2に確実に伝達できる。従って、半導体モジュール4を効率良く冷却できる。
【0026】
また、バネ部材6は、貫通孔12が基部10の両端部に1つずつ形成されているので、ネジ固定時に発生する締め付けトルクがアーム部11による半導体モジュール4の押し付けに影響を与え難くなる。さらに、従来のように、ネジを3つ以上使用する場合や、補強梁を使用する場合に比べて、部品点数を削減でき、組み立て工数の削減が図れる。
また、配列方向の中央のアーム部11Aは、両端の2つのアーム部11より下方に折り曲げられている。従って、バネ部材6のネジ止め箇所から離れた中央部分の半導体モジュール4の浮き上がりを防止し、中央の半導体モジュール4を確実に冷却部材2に固定できる。
さらに、各アーム部11の先端部分を跳ね上げ形状にしたので、半導体モジュール4の表面を傷付けることはない。
【0027】
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態について図面を参照して説明する。第1の実施の形態と同じ構成要素は同一の符号を付している。また、第1の実施の形態と重複する説明は省略する。
図4(a)に示すように、バネ部材21は、基部10の側端部から弾性変形可能な3対のアーム部32が延びている。さらに、2つのリブ13の間には、中央リブ22が形成されている。中央リブ22は、一方の貫通孔12から他方の貫通孔12に至るまでの間に形成されており、その長さは2つの貫通孔12の間の距離より小さい。中央リブ22は、例えばプレス加工によって一体に形成される。
中央リブ22を設けることによって基部10の変形や浮き上がりが防止されるので、半導体モジュール4を確実に固定できる。バネ部材21を有する半導体制御装置1の作用及び効果は、第1の実施の形態と同様である。
【0028】
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態について図面を参照して説明する。第1の実施の形態と同じ構成要素は同一の符号を付している。また、第1の実施の形態と重複する説明は省略する。
図4(b)に示すように、バネ部材31は、基部10の側端部から弾性変形可能な3対のアーム部32が延びている。3列に配置されたアーム部32のうち、中央のアーム部32Aは図3(b)と同様に他のアーム部32より下方に折り曲げられている。
【0029】
ここで、各アーム部32の両側面には、切り欠き部33が1つずつ形成されている。切り欠き部33は、アーム部32の平面視における面積を、先端の当接部15を除いて減少させる。さらに、各アーム部32の略中央には、貫通孔34が1つずつ形成されている。切り欠き部33及び貫通孔34は、アーム部32の一部が例えばプレス加工によって打ち抜かれることによって形成される。
【0030】
切り欠き部33と貫通孔34によって、アーム部32の面積が減少するので、アーム部32のバネ定数を調整、即ち減少させることができる。アーム部32が変形し易くなるので、半導体モジュール4をより確実に押さえ付けることができる。ここで、切り欠き部33と貫通孔34は、どちらか一方のみを形成しても良い。
また、切り欠き部33は、当接部15の面積は減少させないので、半導体モジュール4とアーム部32との接触面積は十分に確保できる。バネ部材21を有する半導体制御装置1のその他作用及び効果は、第1の実施の形態と同様である。
【0031】
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態について図面を参照して説明する。第1の実施の形態と同じ構成要素は同一の符号を付している。また、第1の実施の形態と重複する説明は省略する。
図4(c)に示すように、バネ部材41は、基部10にリブ13が2列ずつ平行に形成されている。基部10の側面、即ちリブ13が設けられた側端部からは、アーム部42が3つずつ一体に延びている。各アーム部42は、弾性変形可能な材料から製造されている。各アーム部42は、基部10から所定の角度で上側、即ち半導体モジュール4から離れる方向に折り曲げられている。3列に配置されたアーム部42のうち、中央のアーム部42Aの曲げ角度は、他の2つのアーム部42Aの曲げ角度より小さい。このために、中央のアーム部42Aの先端部分は、図3(b)と同様に他のアーム部42の先端部分より下方に配置されている。
【0032】
ここで、3対のアーム部42は、それぞれの先端部分が反対側、即ち下側に折り返された当接部43を有する。半導体モジュール4に接する当接部43が折り返された部分によって形成されるので、図3(b)に示すケースに比べて基部10から当接部43までの距離が長くなる。このように、基部10から当接部43までの距離が長くなることによって、バネ定数を変化させられる。つまり、アーム部42のバネ定数の調整、例えばバネ定数を減少できるので、アーム部42が変形し易くなって、半導体モジュール4を確実に押さえ付けることが可能になる。ここで、当接部43が折り返して形成されているので、半導体モジュール4を傷付けることはない。
【0033】
また、リブ13が貫通孔12を挟んで基部10の両側に2列ずつ形成されているので、リブ13の面積が増えて強度が上昇する。このために、バネ部材41のバネ定数を調整、例えば減少させられる。これらリブ13は、基部10の強度を高める役割を担うと共に、バネ部材6の全体のバネ定数を調整する役割も担っている。なお、バネ部材41は、リブ13が一列ずつ配列されても良い。バネ部材41を有する半導体制御装置1のその他の作用及び効果は、第1の実施の形態と同様である。
【0034】
本発明は、前記の各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、バネ部材21,41に中央リブ21を設けても良い。バネ部材6,31のリブ13を2列ずつ配置しても良い。リブ13は3列以上配列させても良い。バネ部材41のアーム部42に切り欠き部33を設けたり、貫通孔34を形成したりしても良い。アーム部11,32,42の数は、3つずつに限定されない。2つずつ配列しても良いし、4つ以上配列しても良い。
【符号の説明】
【0035】
1 半導体制御装置
2 冷却部材
4 半導体モジュール
6,21,31,41 バネ部材
10 基部
11,32,42 アーム部
12 貫通孔(挿通部)
13 リブ
15 当接部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の半導体モジュールを冷却部材に押さえ付けるバネ部材を有する半導体制御装置において、
前記バネ部材は、
前記冷却部材に固定する固定具を通す挿通部が両端に形成された基部と、
前記挿通部を挟んで前記基部に形成されたリブと、
前記基部の前記リブが形成された両側部のそれぞれから延び、前記基部に沿って複数配列され、前記半導体モジュールを1つずつ付勢することで、複数の前記半導体モジュールを前記冷却部材に押さえ付けるアーム部と、
を含むことを特徴とする半導体制御装置。
【請求項2】
前記基部に対して複数配列された前記アーム部のうち、中央の前記アーム部は両隣の他の前記アームより大きい角度で前記基部に対して折り曲げられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体制御装置。
【請求項3】
前記リブを複数列配列させたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体制御装置。
【請求項4】
前記基部には、一方の前記挿通部から他方の前記挿通部に至るまでの間に中央リブが設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体制御装置。
【請求項5】
前記アーム部に切り欠きを設けたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体制御装置。
【請求項6】
前記アーム部に貫通孔を設けたことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体制御装置。
【請求項7】
前記アーム部の先端部分が前記半導体モジュールと反対側に折り曲げられていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体制御装置。
【請求項8】
前記アーム部は、前記基部から前記半導体モジュールと反対側に折り曲げられた後、前記半導体モジュール側に折り返されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−74138(P2013−74138A)
【公開日】平成25年4月22日(2013.4.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−212380(P2011−212380)
【出願日】平成23年9月28日(2011.9.28)
【出願人】(000141901)株式会社ケーヒン (1,140)
【Fターム(参考)】