JP2014011339A - 半導体モジュールの接続構造およびその接続構造が適用された半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】低インダクタンス化を実現しつつ、正極端子と負極端子の接続箇所の信頼性を向上させる。
【解決手段】正極端子３と正極側接続端子１１との接続箇所や負極端子４と負極側接続端子１２との接続箇所の樹脂２からの距離がほぼ等しくなるようにする。これにより、振動が加わったとき、特に車両に搭載されるときのように強い振動が生じて各接続箇所に繰り返し伸び縮みの応力が発生したとしても、その応力は大きくならない。つまり、各接続箇所の樹脂２からの距離がほぼ等しいことから、伸縮状態が同様となるため伸縮量に差が無く、大きな応力が発生しない。したがって、疲労による断線を抑制することが可能となる。よって、低インダクタンス化を実現しつつ、正極端子３と負極端子４の接続箇所の信頼性を向上させることが可能な半導体モジュール１の接続構造とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、平滑コンデンサ等を被接続対象物として、被接続対象物との接続が行われる半導体モジュールの接続構造およびその接続構造が適用された半導体モジュールに関するものである。

従来、特許文献１において、複数のパワー半導体素子を有していて、複数のパワー半導体素子のスイッチング動作に基づいて直流電流を交流電流に変換する電力変換装置を構成している半導体装置が提案されている。この半導体装置では、略四角平板状とされた半導体装置のケースの一辺より垂直方向に突き出すように正極端子（正極側主電極）および負極端子（負極側主電極）を備えている。これら正極端子と負極端子とは、板状電極によって構成されており、正極端子および負極端子を構成する板状電極が絶縁部材を挟んで互いに貼り合わされた板状導体（平行導体）とされている。また、正極端子と負極端子の先端の位置をずらしてあり、負極端子側の先端が正極端子の先端よりも、よりケースから離れるように突出させた構造としてある。

このように構成された半導体モジュールの正極端子と負極端子は、正極側直流バスバーや負極側直流バスバーに対して接続され、これら各バスバーを介して平滑コンデンサに接続されている。具体的には、正極側直流バスバーや負極側直流バスバーも板状導体によって構成されており、正極側直流バスバーの先端や負極側直流バスバーの先端よりも突出された構造とされている。そして、半導体モジュールの両端子のうち突き出した負極端子の上に負極側直流バスバーを設置すると、負極側直流バスバーよりも突出された正極側直流バスバーの先端が正極端子の上に配置される。これに基づき、負極端子の先端や正極側直流バスバーの先端において、負極端子と負極側直流バスバーとをろう付けすると共に、正極端子と正極側直流バスバーとをろう付けすることで、電気的および機械的接続を行っている。

特開２０１０−１２４６９１号公報

図１０に示す簡易モデルのように、例えば半導体モジュールは、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子Ｊ１と還流ダイオードＪ２とを並列接続したものを上アームと下アームにそれぞれ備えたブリッジ回路Ｊ３をモジュール化することで構成される。この半導体モジュールに備えられるブリッジ回路Ｊ３における上下アームの間にモータなどのＬ負荷Ｊ４が接続されると共に、ブリッジ回路Ｊ３に並列的に平滑コンデンサＪ５が接続される。そして、上アームと下アームの半導体スイッチング素子Ｊ１のオンオフを切り替えることで、直流電源Ｊ６から供給される直流電流を交流電流に変換し、Ｌ負荷Ｊ４に対して供給されるようにする。このときのドレイン−ソース間電流Ｉｄｓやドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓおよびスイッチング損失Ｅｓｗの様子を表すと図１１のように示される。

上記のような回路構成においては、図１０中に矢印で示した上下アームの短絡ループが形成され、下アーム側の半導体スイッチング素子Ｊ１をオンからオフに切り替えるときに、短絡ループでのｄＩ／ｄｔ変化が生じている。

ここで、図１１に示されるように、スイッチング時にはサージ電圧ΔＶｓｕｒが発生する。このサージ電圧ΔＶｓｕｒは、次式で示される。なお、次式において、Ｌは短絡ループでのインダクタンスを示している。

（数１） ΔＶｓｕｒ＝Ｌ・ｄＩ／ｄｔ
サージ電圧ΔＶｓｕｒは、近年進められている大電流・高速スイッチング化により増加傾向にある。サージ保護については素子耐圧を高く取れば実現可能であるが、トレードオフの関係にあるオン抵抗が増加してしまい、定常損失の増加を招く。また、スイッチング損失Ｅｓｗの低減や装置の小型化のニーズがあり、そのニーズに応えるには、ｄＩ／ｄｔの向上や高周波化が必要となる。したがって、サージ電圧ΔＶｓｕｒを増加させることなく、ｄＩ／ｄｔの向上を図るためには、短絡ループ内における低インダクタンス化が必要である。

これに対して、上記特許文献１に示される接続構造は、負極端子や正極端子を平行導体で構成し、これらに対して互いに逆方向に電流が流れるようにして磁気相殺を生じさせられる構造であることから、低インダクタンス化に有効である。

しかしながら、上記特許文献１に示される接続構造では、図１２に示すように、負極端子Ｊ１０の先端や正極側直流バスバーＪ１１の先端において、負極端子Ｊ１０と負極側直流バスバーＪ１２とをろう付けすると共に、正極端子Ｊ１３と正極側直流バスバーＪ１１とをろう付けしている。このため、各ろう付け場所Ｊ１４、Ｊ１５が、ケースＪ１６からの正極端子Ｊ１３および負極端子Ｊ１０の突出し方向と平行な方向においてずれることになる。このため、振動が加わったとき、特に車両に搭載されるときのように強い振動が生じて、ろう付け部Ｊ１４、Ｊ１５に繰り返し伸び縮みの応力が発生したときに、その応力が大きなものとなり、疲労による断線を招き易くなるという問題がある。

なお、大電流に対応して、沿面距離を確保すべく、負極端子Ｊ１０および負極側直流バスバーＪ１２と正極端子Ｊ１３および正極側直流バスバーＪ１２との間が離れるようにする必要があることから、各ろう付け部Ｊ１４、Ｊ１５の距離がより離れることになる。このような場合、より上記応力が大きくなってしまう。これに対して負極端子Ｊ１０と正極端子Ｊ１３との間および負極側直流バスバーＪ１２と正極側直流バスバーＪ１１の間の絶縁膜Ｊ１７、Ｊ１８の厚みを増すことで沿面距離を確保することも考えられる。ところが、絶縁膜Ｊ１７、Ｊ１８の厚みを増すと、その両側の各端子Ｊ１０、Ｊ１３および各バスバーＪ１１、Ｊ１２に逆方向に電流を流すことで磁気相殺を生じさせることによる低インダクタンス化の効果が薄れてしまう。

本発明は上記点に鑑みて、低インダクタンス化を実現しつつ、正極端子と負極端子の接続箇所の信頼性を向上させることが可能な半導体モジュールの接続構造およびそれに適用される半導体モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体モジュール（１）の接続構造において、正極端子（３）および負極端子（４）は、部分的に樹脂（２）の突き出させられることで該樹脂からの露出部分させられており、樹脂から突き出させられた方向を突出方向、該突出方向に対する垂直方向を幅方向として、突出方向において樹脂から所定距離の位置に切抜き部（３ａ、４ａ）が形成され、正極端子の切抜き部と負極端子の切抜き部が幅方向において逆方向に形成されるようにする。また、正極側接続端子（１１）および負極側接続端子（１２）は、平行導体となる部分において、正極端子および負極端子それぞれに備えられた切抜き部と対応する切抜き部（１１ａ、１２ａ）が形成されるようにする。そして、幅方向において、正極端子のうち該正極端子の切抜き部（３ａ）の反対側と正極側接続端子のうち該正極側接続端子の切抜き部（１１ａ）の反対側とが接続されており、負極端子のうち該負極端子の切抜き部（４ａ）の反対側と負極側接続端子のうち該負極側接続端子の切抜き部（１２ａ）の反対側とが接続されるようにすることを特徴としている。

このような構成によれば、正極端子および正極側接続端子を含む正極側配線を通じて半導体モジュールに供給される電流と負極端子と負極側接続端子を含む負極側配線を通じて半導体モジュールから流される電流の向きが逆になり、低インダクタンス化が図れる。そして、このような低インダクタンス化が図れる構造において、正極端子と正極側接続端子との接続箇所や負極端子と負極側接続端子との接続箇所の樹脂からの距離がほぼ等しくなるようにしている。このため、振動が加わったとき、特に車両に搭載されるときのように強い振動が生じて各接続箇所に繰り返し伸び縮みの応力が発生したとしても、その応力は大きくならない。したがって、疲労による断線を抑制することが可能となる。よって、低インダクタンス化を実現しつつ、正極端子と負極端子の接続箇所の信頼性を向上させることが可能な半導体モジュールの接続構造とすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０との接続前の様子を示した斜視図である。 半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０との接続構造を示した上面レイアウト図である。 半導体モジュール１の接続構造の上面図である。 図３Ａ中におけるIIIB−IIIB’断面図である。 図３Ａ中におけるIIIC−IIIC’断面図である。 平滑コンデンサ１０の接続部の拡大上面図である。 図４Ａ中におけるIVB−IVB’断面図である。 半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０との接続構造の上面図である。 図５Ａ中におけるVB−VB'断面図である。 図５Ａ中におけるVC−VC'断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０との接続構造を示した断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０との接続構造の上面図である。 図７Ａ中におけるVIIB−VIIB'断面図である。 図７Ａ中におけるVIIC−VIIC'断面図である。 第３実施形態の変形例にかかる半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０との接続構造の断面図である。 他の実施形態にかかる平滑コンデンサ１０の接続部の断面図である。 半導体モジュールにて構成されるブリッジ回路Ｊ３が適用される回路の簡易モデル図である。 ブリッジ回路Ｊ３内の半導体スイッチング素子Ｊ１のスイッチング時の様子を示したタイムチャートである。 従来の接続構造を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の一実施形態にかかる半導体モジュールの適用例として、例えば三相交流モータなどの駆動を行う三相インバータが備えられたものを例に挙げて説明する。

三相インバータは、直流電源に基づいて負荷、例えば三相交流モータを交流駆動するのに用いられ、図１０に示した上アームおよび下アームを有するブリッジ回路Ｊ３と同様の構成とされたブリッジ回路がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相分備えられた構造とされている。本実施形態の半導体モジュールはこの三相分のブリッジ回路を構成する各種回路部品や回路配線を樹脂封止して一体化したものである。

図１に示すように、半導体モジュール１は、三相インバータを構成する各種回路部品や回路配線を樹脂２にて封止して一体化することで構成されている。樹脂２は略四角平板状で構成されており、そのうちの一辺から垂直方向に突き出すように、回路配線の一部となるブリッジ回路の正極端子３と負極端子４が備えられている。

正極端子３および負極端子４は、薄板状の絶縁膜５を挟んで互いに貼り合わされており、これら正極端子３と負極端子４および絶縁膜５が一体化されることで一枚の板状導体６、つまり正極端子３と負極端子４が平行に配置された平行導体とされている。そして、このように構成される半導体モジュール１の正極端子３および負極端子４に平滑コンデンサ１０の正極側接続端子１１と負極側接続端子１２がそれぞれ接続されることで、各ブリッジ回路に対して平滑コンデンサ１０が並列接続されるようになっている。

なお、半導体モジュール１には、ブリッジ回路に備えられた各半導体スイッチング素子のゲート電極などに接続される制御端子７や、各層の上アームと下アームの間と負荷となる三相交流モータなどとを接続する出力端子８ｕ、８ｖ、８ｗなどが備えられている。これら制御端子７や出力端子８ｕ、８ｖ、８ｗも樹脂２から露出させられており、樹脂２の外部において外部回路や三相交流モータなどの負荷との電気的な接続が行えるようになっている。

具体的には、半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０との接続構造は、以下のようになっている。この接続構造について、図２〜図５を参照して説明する。なお、図２は断面図ではないが、半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０との接続構造を見易くするために、部分的にハッチングを示してある。

まず、図１、図２および図３Ａ〜図３Ｃを参照して、半導体モジュール１における接続部の詳細構造、つまり正極端子３と負極端子４および絶縁膜５などの詳細構造について説明する。

半導体モジュール１の接続部は、正極端子３と負極端子４および絶縁膜５によって構成された板状導体６にて構成され、板状導体６を平滑コンデンサ１０側の接続部に接続することにより、半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０との接続構造が構成される。以下、板状導体６の樹脂２からの突出し方向を突出方向、突出方向と垂直方向を幅方向とする。

図１および図２に示すように、正極端子３や負極端子４に対して絶縁膜５は突出方向および幅方向において一回り大きなサイズで構成されており、正極端子３や負極端子４の外縁部が絶縁膜５の外縁部の内側に入り込んだ状態となっている。樹脂２の外部に露出している部分において、絶縁膜５の外形は略四角形状を成している。そして、正極端子３と負極端子４は、樹脂２側ではほぼ絶縁膜５と同じ幅とされているが、図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、樹脂２から離れる側では一方の角部が切抜き部３ａ、４ａとされることで絶縁膜５よりも幅狭とされている。正極端子３と負極端子４の各切抜き部３ａ、４ａは、それぞれ、板状導体６の先端における異なる角部に形成されている。突出方向において、樹脂２のうち板状導体６が突き出された一辺から各切抜き部３ａ、４ａまでの距離はほぼ等しくされている。

また、正極端子３および絶縁膜５のうち切抜き部４ａと対応する部位には開口部（第１開口部）９ａが形成され、負極端子４および絶縁膜５のうち切抜き部３ａ対応する部位には開口部（第２開口部）９ｂが形成されている。各開口部９ａ、９ｂの形状は任意であるが、本実施形態では円形状としてある。また、各切抜き部３ａ、４ａの切抜き形状についても任意であるが、本実施形態では、各開口部９ａ、９ｂを中心として各開口部９ａ、９ｂから所定距離ｒ以上離れるように形成した円弧形状としてある。したがって、円弧形状とされた各切抜き部３ａ、４ａの中心位置に配置された各開口部９ａ、９ｂを結んだ直線は、樹脂２のうち板状導体６が突き出された一辺と平行となり、この一辺から各開口部９ａ、９ｂまでの距離がほぼ等しくなる。

次に、図１および図４Ａ、図４Ｂを参照して、平滑コンデンサ１０における接続部の詳細構造、つまり正極側接続端子１１と負極側接続端子１２などの詳細構造について説明する。

平滑コンデンサ１０の接続部は、正極側接続端子１１と負極側接続端子１２に加えて、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、これらの間に備えられた絶縁部１３を有した構造とされている。本実施形態では、正極側接続端子１１と負極側接続端子１２は、図１および図４Ｂに示すように平滑コンデンサ１０の本体の一面より垂直方向に延設され、本体の一面から離間した位置において、共に先端部位がそれぞれ垂直方向に折り曲げられた構造とされている。このように折り曲げた構造とすることで、接続部での接続性を良好にすると共に半導体モジュール１と接続してできるユニットのコンパクト化が図れるようにしている。

正極側接続端子１１と負極側接続端子１２は、折り曲げ部分よりも先端部位側と平滑コンデンサ１０の本体側の両方において、平行に配置されており、これら正極側接続端子１１と負極側接続端子１２も平行導体を構成している。そして、この折り曲げられた先端部位において、正極側接続端子１１と負極側接続端子１２は半導体モジュール１の接続部と対応する形状とされている。

具体的には、図４Ａに示すように、接続部の先端部位のうち折り曲げ部分近傍では、正極側接続端子１１および負極側接続端子１２の幅（図中左右方向の幅）が同じ幅とされている。そして、さらに先端位置において、正極側接続端子１１および負極側接続端子１２は、一方の角部が切抜き部１１ａ、１２ａとされている。各切抜き部１１ａ、１２ａは、それぞれ、接続部の先端部位の先端における異なる角部に形成されており、突出方向と同方向において、折り曲げ部分から各切抜き部１１ａ、１２ａまでの距離がほぼ等しくされている。より詳しくは、各切抜き部１１ａ、１２ａは、半導体モジュール１に備えられた正極端子３および負極端子４の各切抜き部３ａ、４ａと対応する位置に形成されている。このため、後述するように、半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０とを接続したときには、正極端子３の切抜き部３ａと正極側接続端子１１の切抜き部１１ａとが一致し、負極端子４の切抜き部４ａと負極側接続端子１２の切抜き部１２ａとが一致する。また、正極端子３のうち切抜き部３ａの反対側の角部と正極側接続端子１１のうち切抜き部１１ａの反対側の角部が一致し、負極端子４のうち切抜き部４ａの反対側の角部と負極側接続端子１２のうち切抜き部１２ａの反対側の角部が一致する。

また、正極側接続端子１１のうち切抜き部１２ａと対応する部位には開口部（第３開口部）１１ｂが形成され、負極側接続端子１２のうち切抜き部１１ａと対応する部位には開口部（第４開口部）１２ｂが形成されている。各開口部１１ｂ、１２ｂの形状は任意であるが、本実施形態では円形状としてある。また、各切抜き部３ａ、４ａの切抜き形状についても任意であるが、本実施形態では、各開口部１１ｂ、１２ｂを中心として各開口部１１ｂ、１２ｂから所定距離ｒ以上離れるように形成した円弧形状としてある。したがって、円弧形状とされた各切抜き部１１ａ、１２ａの中心位置に配置された各開口部１１ｂ、１２ｂを結んだ直線は、折り曲げ部分が構成する辺と平行となり、この辺から各開口部１１ｂ、１２ｂまでの距離がほぼ等しくなる。

したがって、後述するように、半導体モジュール１と平滑コンデンサ１０とを接続したときには、図２に示すように、開口部１１ｂと半導体モジュール１側の開口部９ａとが一致し、開口部１２ｂと半導体モジュール１側の開口部９ｂとが一致する。

絶縁部１３は、平滑コンデンサ１０の本体の一面から垂直方向に延設されており、正極側接続端子１１および負極側接続端子１２の間に配置されることで、これらの間を絶縁している。絶縁部１３については、正極側接続端子１１および負極側接続端子１２に対して接するように形成されていても良いが、本実施形態では、正極側接続端子１１および負極側接続端子１２から離間して配置するようにしてある。このように、絶縁部１３を正極側接続端子１１および負極側接続端子１２から離間させることにより、正極側接続端子１１と負極側接続端子１２との間の沿面距離を長くすることが可能となる。

絶縁部１３の幅（図４Ａ中左右方向の幅）は、任意であるが、正極側接続端子１１と負極側接続端子１２の幅方向両側での沿面距離を稼げるように、正極側接続端子１１と負極側接続端子１２よりも広くしてある。このため、絶縁部１３の幅方向両端が正極側接続端子１１と負極側接続端子１２の同方向両端よりも突き出した状態になっている。また、絶縁部１３の平滑コンデンサ１０の一面からの突き出し量についても任意であるが、正極側接続端子１１と負極側接続端子１２との間において必要な沿面距離の１／２以上あると好ましい。このようにすれば、絶縁部１３のみによって必要な沿面距離を満たすことができる。ただし、板状導体６が正極側接続端子１１および負極側接続端子１２の間に配置されたときに、絶縁部１３との干渉が生じないように、突き出し量を小さくしておくと好ましい。

なお、正極側接続端子１１と負極側接続端子１２および絶縁部１３の厚みなどについては、任意である。ただし、少なくとも接続箇所において、正極側接続端子１１と負極側接続端子１２の対向する面同士の間の距離Ｓが、板状導体６の厚み、つまり正極端子３や負極端子４および絶縁膜５の厚みの合計以上になるように設計してある。また、平滑コンデンサ１０には、電源接続用正極端子１４と電源接続用負極端子１５が備えられ、これら各端子１４、１５を介して直流電源に接続される。

このように構成された各接続部を用いて半導体モジュール１および平滑コンデンサ１０を接続すると、例えば図５に示す接続構造となる。なお、ここでは接続構造での接続にボルト２０、２２やナット２１、２３を有するネジ機構２０〜２３を用いる場合について説明するが、ネジ機構２０〜２３でなくても良い。例えば、ろう付けや溶接などによる接続であっても良い。上記した各開口部９ａ、９ｂ、１１ｂ、１２ｂは、各導体部の接続のときの位置合わせに用いるものであり、ネジ機構２０〜３２を用いることを考慮して円形状としたが、ろう付けや溶接などによる場合には、円形でなくても良いし、数も複数であっても良い。勿論、ネジ機構２０〜２３を採用する場合であっても、ネジ機構２０〜２３による接続が行えれば、円形に限るものではない。

半導体モジュール１の接続部を平滑コンデンサ１０の接続部に対して、図１の矢印で示した方向から嵌め込み、ネジ機構２０〜２３による接続を行うことで図５に示す接続構造とすることができる。

すなわち、板状導体６を正極側接続端子１１と負極側接続端子１２との間に挟み込み、正極端子３と正極側接続端子１１とを当接させると共に負極端子４と負極側接続端子１２とを当接させる。これにより、切抜き部３ａと切抜き部１１ａとが一致し、切抜き部４ａと切抜き部１２ａとが一致する。また、開口部９ａと開口部１１ｂとが一致し、開口部９ｂと開口部１２ｂとが一致する。そして、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ボルト２０の雄ネジ部２０ａを開口部９ａ、１１ｂに通したのち、ネジ頭２０ｂと反対側においてナット２１の雌ネジ部２１ａに螺合させ、絶縁膜５と正極端子３および正極側接続端子１１を挟み込んだ状態で締結させる。また、図５Ａおよび図５Ｃに示すように、ボルト２２の雄ネジ部２２ａを開口部９ｂ、１２ｂに通したのち、ネジ頭２２ｂと反対側においてナット２３の雌ネジ部２３ａに螺合させ、絶縁膜５と負極端子４および負極側接続端子１２を挟み込んだ状態で締結させる。これにより、正極端子３と正極側接続端子１１とがネジ機構（第１ネジ機構）２０、２１によって挟持されると共に電気的に接続され、負極端子４と負極側接続端子１２とがネジ機構（第２ネジ機構）２２、２３によって挟持されると共に電気的に接続された接続構造が実現する。

なお、ボルト２０、２２とナット２１、２３の位置関係については任意である。つまり、ネジ頭２０ｂ、２２ｂとナット２１、２３が板状導体６や正極側接続端子１１もしくは負極側接続端子１２を挟んだいずれの面に位置していても構わず、図５Ａ〜図５Ｃで示された位置の反対の位置とされていても良い。つまり、沿面距離が確保される前提において、ボルト２０、２２とナット２１、２３がどちらに位置していても構わない。

また、ボルト２０、２２やナット２１、２３については、導体材料によって構成されていても良いし、絶縁材料で構成されていても良い。ただし、導体材料、具体的には金属によってボルト２０、２２やナット２１、２３を構成する方が締結力をより大きくすることができる。

これらを絶縁材料で構成する場合、開口部９ａ、９ｂを通過して正極電位となる部分と負極電位となる部分の最短距離Ｌは、切抜き部３ａと負極端子４のうち開口部９ｂからの露出箇所および切抜き部４ａと正極端子３のうち開口部９ａからの露出箇所までの間となる。この最短距離Ｌが沿面距離として必要な長さ以上に設定されていれば良い。

また、これらを導体材料で構成する場合、これらが正極電位もしくは負極電位になることから、これらも沿面距離に関わってくる。しかしながら、各切抜き部３ａ、４ａ、１１ａ、１２ａそれぞれが対応する各開口部９ａ、９ｂ、１１ｂ、１２ｂから所定距離ｒ以上離れるようにしてある。つまり、各切抜き部３ａ、４ａ、１１ａ、１２ａの内径をネジ機構２０〜２３の最大径よりも大きく、かつ、沿面距離を見込んだ値に設定している。

このため、図５Ｂに示すように、ネジ頭２０ｂ（もしくはナット２１）から切抜き部４ａもしくは切抜き部１２ａの輪郭部までの距離Ｇを沿面距離に必要な長さ以上離すことが可能となる。同様に、図５Ｃに示すように、ネジ頭２２ｂ（もしくはナット２３）から切抜き部３ａもしくは切抜き部１１ａの輪郭部までの距離Ｇを沿面距離に必要な長さ以上離すことが可能となる。そして、各切抜き部３ａ、４ａ、１１ｂ、１２ｂを円弧形状にしており、その中心に各開口部９ａ、９ｂ、１１ｂ、１２ｂが配置されるようにしていることから、距離Ｇを最小にでき、その分、各導体部分の面積を増やすことが可能になる。このため、各導体部分の断面積を増やしたり、各導体部分の接触面積を大きくとることができるため、配線抵抗を低減でき、より大電流に対応することが可能となる。

なお、ボルト２０、２２のネジ頭２０ｂ、２２ｂやナット２１、２３については、沿面距離が確保されていれば、六角形状などの多角形状としても良いが、丸形状にすると、ネジ機構２０〜２３の中心軸からの最大径を一定にできる。このため、ネジ機構２０〜２３を導体材料で構成する場合には、丸形状にした方が沿面距離を均等に確保することができるため好ましい。すなわち、多角形状だと、角部において沿面距離が短くなることから、丸形状にする方が好ましい。具体的には、沿面距離が問題となる正極端子３からネジ頭２０ｂとの間や負極端子４とネジ頭２２ｂとの間では、丸形状にすると好ましい。このため、本実施形態の場合、ネジ頭２０ｂ、２２ｂを丸形状にしてあり、その中央に六角レンチが嵌め込まれる六角穴を形成した構造としてある。

以上のような構造により、本実施形態にかかる半導体モジュール１の接続構造が構成されている。このように、半導体モジュール１における正極端子３および負極端子４を平行導体となる板状導体６にて構成すると共に、平滑コンデンサ１０における正極側接続端子１１および負極側接続端子１２についても平行導体としている。また、正極端子３と正極側接続端子１１とを接続することで正極側配線を構成すると共に、負極端子４と負極側接続端子１２とを接続することで負極側配線を構成している。このため、正極側配線を通じて半導体モジュール１に供給される電流と負極側配線を通じて半導体モジュール１から流される電流の向きが逆になる構造において、正極側配線と負極側配線が平行導体にて構成されるようにでき、低インダクタンス化を図ることが可能となる。

そして、このような低インダクタンス化が図れる構造において、正極端子３と正極側接続端子１１との接続箇所や負極端子４と負極側接続端子１２との接続箇所（ネジ機構２０〜２３の位置）の樹脂２からの距離がほぼ等しくなるようにしている。このため、振動が加わったとき、特に車両に搭載されるときのように強い振動が生じて各接続箇所に繰り返し伸び縮みの応力が発生したとしても、その応力は大きくならない。つまり、各接続箇所の樹脂２からの距離がほぼ等しいことから、伸縮状態が同様となるため伸縮量に差が無く、大きな応力が発生しない。したがって、疲労による断線を抑制することが可能となる。

よって、低インダクタンス化を実現しつつ、正極端子３と負極端子４の接続箇所の信頼性を向上させることが可能な半導体モジュール１の接続構造とすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して各導体部分の接続構造を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、ネジ機構２０〜２３を導体材料で構成する場合について、より沿面距離が稼げる接続構造としたものである。すなわち、ネジ機構２０〜２３のうち、絶縁膜５を挟んで導体部分の接続箇所と反対側の位置に絶縁部材２４を配置し、ネジ機構２０〜２３の露出箇所から非接続側の導体部分までの沿面距離が長くなるようにしている。具体的には、図６に示すように、正極端子３と正極側接続端子１１をボルト２０およびナット２１で締結した場合、絶縁膜５を挟んで正極端子３と正極側接続端子１１の接続箇所と反対側となるボルト２０のネジ頭２０ｂ側に絶縁部材２４を配置している。これにより、ネジ頭２０ｂから非接続側となる負極端子４と負極側接続端子１２までの沿面距離が絶縁部材２４の高さ分長くなるようにできる。例えば、絶縁部材２４としては、雄ネジ部２０ａ、２２ａが挿入される穴部を有する樹脂などで構成された中空形状の絶縁スペーサを用いることができる。

なお、図６では、正極端子３と正極側接続端子１１とが接続される部分について説明したが、勿論、負極端子４と負極側接続端子１２とが接続される部分についても同様のことが言える。また、ボルト２０、２２とナット２１、２３の位置関係が逆になる場合でも、同様のことが言える。

このように、ネジ機構２０〜２３を導体材料で構成する場合において、絶縁部材２４を用いることにより、よりネジ機構２０〜２３の露出箇所から非接続側の導体部分までの沿面距離が長くなるようにできる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してネジ機構２０〜２３を用いた接続構造がより強固になるようにしたものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

第１実施形態で説明したように、ネジ機構２０〜２３を用いて各導体部の接続を行うことが可能である（図５Ａ〜図５Ｃ参照）。しかしながら、正極端子３と正極側接続端子１１との接続はネジ機構２０、２１を用いた一箇所でのみ行われており、負極端子４と負極側接続端子１２との接続もネジ機構２２、２３を用いた一箇所でのみ行われている。このため、接続箇所から離れた位置ではネジ機構２０〜２３による締め付け力が弱まり、各導体部分の接触面が離れて接触面積が確保できなくなる可能性がある。

このため、本実施形態では、正極端子３と正極側接続端子１１との接続と負極端子４と負極側接続端子１２との接続の両方が共にネジ機構２０、２１とネジ機構２２、２３の両方を用いて行われるようにする。

具体的には、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、板状導体６や正極側接続端子１１および負極側接続端子１２を両側から挟みこむ補強板（第１、第２補強板）２５、２６と、補強板２５、２６と絶縁膜５の間に挟み込まれるスペーサ２７とを備えるようにしている。

補強板２５、２６は、例えば四角形板材によって構成されている。補強板２５、２６は、ネジ機構２０〜２３が導体材料で構成されている場合には少なくとも各導体部との接触箇所が絶縁材料で構成されるように、ネジ機構２０〜２３が絶縁材料で構成されている場合には導体材料もしくは絶縁材料で構成されるようにしている。補強板２５、２６には、開口部９ａ、９ｂ、１１ｂ、１２ｂと対応する２箇所の位置に開口部２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂが形成されており、これらに各雄ネジ部２０ａ、２２ａがそれぞれ通されるようになっている。

スペーサ２７は、補強板２５、２６と絶縁膜５の間の隙間を埋めるために配置され、各雄ネジ部２０ａ、２２ａが通される穴部を有する中空形状とされており、補強板２５、２６と絶縁膜５の間の間隔相当の厚みとされている。スペーサ２７は、導体材料と絶縁材料のいずれで形成されていても構わないが、沿面距離を考慮すると絶縁材料で構成されているのが好ましい。例えば、正極端子３と正極側接続端子１１との接続箇所から負極側配線までの沿面距離を考えてみる。この場合、図７Ｃに示すように、スペーサ２７が導体材料の場合には切抜き部３ａ、１１ａからスペーサ２７までの距離ａ、絶縁材料の場合には切抜き部３ａ、１１ａから開口部９ｂまでの距離ｂとなり、ａ＜ｂとなる。このため、スペーサ２７を絶縁材料で構成する方が沿面距離を考慮した場合に有利である。

このように構成された補強板２５、２６およびスペーサ２７を用いて、ネジ機構２０、２１とネジ機構２２、２３の両方で補強板２５、２６を挟持する。これにより、正極端子３と正極側接続端子１１との接続と負極端子４と負極側接続端子１２との接続の両方が共にネジ機構２０、２１とネジ機構２２、２３の両方を用いて行われるようにできる。さらに、補強板２５、２６の全体で挟み込むようにして、各接続箇所を強固に接続することができる。これにより、各接続箇所の接続を強固に行えると共に、各導体部分の接触面積を確保することが可能となる。

（第３実施形態の変形例）
上記第３実施形態では、補強板２５、２６とスペーサ２７とを別体で構成するようにしたが、図８に示すように補強板２５、２６に対してスペーサ２７を構成する部分を一体化した構造とすることもできる。この場合、補強板２５、２６およびスペーサ２７のうち少なくとも各導体部との接触箇所が絶縁材料で構成されるようにしてあれば良い。なお、図８は、図７Ｃに対応する断面を示している。

（他の実施形態）
上記実施形態では、半導体モジュール１や平滑コンデンサ１０の構造の一例を示したが、ここに示した構造は単なる一例を示したに過ぎず、適宜変更可能である。例えば、平滑コンデンサ１０から突き出すように形成された正極側接続端子１１および負極側接続端子１２について折り曲げた構造としたが、例えば図９に示すように、単に平滑コンデンサ１０の本体から直線状に伸ばされた構造のものであっても良い。つまり、正極端子３および負極端子４のうちの接続箇所と平行方向に伸びる平行導体となる部分を有した構造であれば良い。この場合でも、板状導体６が正極側接続端子１１および負極側接続端子１２の間に挟み込まれたときに板状導体６と絶縁部１３との干渉が生じないように、絶縁部１３の突き出し量を小さくしておくと好ましい。

また、上記実施形態では、ネジ機構２０〜２３の構成材料について述べたが、ボルト２０、２２とナット２１、２３の構成材料を同じにする必要はないし、ボルト２０、２２の全体を同じ構成材料とする必要もない。沿面距離を考慮した場合、ネジ機構２０〜２３のうち少なくとも各切抜き部３ａ、４ａ、１１ａ、１２ａに対向する部分について、絶縁材料で構成されていれば良い。

また、上記実施形態では、ｕ相、ｖ相、ｗ相の三相を有するブリッジ回路を備えた半導体モジュール１、つまり上下アームが各相に備えられていることから６つのアームが１つにモジュール化された６ｉｎ１構造を例に挙げて説明した。しかしながら、これは単なる一例を示したに過ぎず、例えば１相のみをモジュール化した２ｉｎ１構造やＨブリッジ回路のような２相分のブリッジ回路をモジュール化した４ｉｎ１構造としても良い。

また、上記実施形態では、半導体モジュール１との接続が行われる接続部を有する被接続対象物として平滑コンデンサ１０を例に挙げたが、その他の被接続対象物の場合においても、上記実施形態で説明した接続構造を適用できる。例えば、直流電源に接続される配線部をバスバーなどの接続部によって構成する場合が挙げられる。

１ 半導体モジュール
２ 樹脂
３ 正極端子
３ａ、４ａ、１１ａ、１２ａ 切抜き部
４ 負極端子
５ 絶縁膜
９ａ、９ｂ、１１ｂ、１２ｂ 開口部
１０ 平滑コンデンサ
１１ 正極側接続端子
１２ 負極側接続端子
２０〜２３ ネジ機構

Claims (8)

1. 絶縁膜（５）を挟んで正極端子（３）および負極端子（４）が対向配置されて貼り合わせることで平行導体とされた板状導体（６）と、半導体スイッチング素子とを有し、前記板状導体を部分的に露出させつつ前記半導体スイッチング素子を覆うように樹脂（２）にてモジュール化した半導体モジュール（１）と、
   前記板状導体に備えられた前記正極端子および前記負極端子それぞれと接続され、前記正極端子および前記負極端子における接続箇所と平行方向に伸びる部分にて構成される平行導体を有する正極側接続端子（１１）および負極側接続端子（１２）を備えた被接続対象物（１０）と、を有する半導体モジュールの接続構造であって、
   前記正極端子および前記負極端子は、部分的に前記樹脂から突き出させられることで該樹脂から露出させられており、前記樹脂から突き出させられた方向を突出方向、該突出方向に対する垂直方向を幅方向として、前記突出方向において前記樹脂から所定距離の位置に切抜き部（３ａ、４ａ）が形成されていると共に、前記正極端子の切抜き部と前記負極端子の切抜き部が前記幅方向において逆方向に形成されており、
   前記正極側接続端子および前記負極側接続端子は、前記平行導体となる部分において、前記正極端子および前記負極端子それぞれに備えられた切抜き部と対応する切抜き部（１１ａ、１２ａ）が形成されており、
   前記幅方向において、前記正極端子のうち該正極端子の切抜き部（３ａ）の反対側と前記正極側接続端子のうち該正極側接続端子の切抜き部（１１ａ）の反対側とが接続されており、前記負極端子のうち該負極端子の切抜き部（４ａ）の反対側と前記負極側接続端子のうち該負極側接続端子の切抜き部（１２ａ）の反対側とが接続されていることを特徴とする半導体モジュールの接続構造。
2. 前記正極端子および前記絶縁膜のうち前記負極端子の切抜き部と対応する位置に第１開口部（９ａ）が形成され、
   前記負極端子および前記絶縁膜のうち前記正極端子の切抜き部と対応する位置に第２開口部（９ｂ）が形成され、
   前記正極側接続端子のうち前記第１開口部と対応する位置に第３開口部（１１ｂ）が形成され、
   前記負極側接続端子のうち前記第２開口部と対応する位置に第４開口部（１２ｂ）が形成され、
   前記正極端子と前記正極側接続端子とは、前記第１開口部と前記第３開口部とが位置合わせされて接続されており、
   前記負極端子と前記負極側接続端子とは、前記第２開口部と前記第４開口部とが位置合わせされ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の接続構造。
3. 前記第１開口部および前記第３開口部を通じて第１ネジ機構（２０、２１）にて前記絶縁膜と前記正極端子および前記正極側接続端子を挟持していると共に、
   前記第２開口部および前記第４開口部を通じて第２ネジ機構（２２、２３）にて前記絶縁膜と前記負極端子および前記負極側接続端子を挟持し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の接続構造。
4. 前記正極端子に形成された切抜き部は、前記第２開口部を中心として前記第２ネジ機構の最大径よりも大きな内径を有する円弧状で構成され、
   前記負極端子に形成された切抜き部は、前記第１開口部を中心として前記第１ネジ機構の最大径よりも大きな内径を有する円弧状で構成され、
   前記正極側接続端子に形成された切抜き部は、前記第４開口部を中心として、前記第２ネジ機構の最大径よりも大きな内径を有する円弧状で構成され、
   前記負極側接続端子に形成された切抜き部は、前記第３開口部を中心として、前記第１ネジ機構の最大径よりも大きな内径を有する円弧状で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体モジュールの接続構造。
5. 前記絶縁膜を挟んで前記正極端子と前記正極側接続端子の反対側には絶縁部材（２４）が配置され、該絶縁部材も前記第１ネジ機構により挟持されており、
   前記絶縁膜を挟んで前記負極端子と前記負極側接続端子の反対側にも絶縁部材（２４）が配置され、該絶縁部材も前記第２ネジ機構により挟持されていることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体モジュールの接続構造。
6. 前記板状導体と前記正極側接続端子および前記負極側接続端子を挟んだ両側に配置された第１、第２補強板（２５、２６）と、前記補強板と前記絶縁膜の間の隙間を埋めるスペーサ（２７）とを有し、
   前記第１、第２補強板には、前記第１ネジ機構および前記第２ネジ機構の両方の雄ネジ部（２０ａ、２２ａ）が通過する開口部（２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ）が備えられ、前記第１、第２補強板を前記第１ネジ機構および前記第２ネジ機構の両方で挟持することで、前記正極端子と前記正極側接続端子との接続と前記負極端子と前記負極側接続端子との接続の両方が行われていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の半導体モジュールの接続構造。
7. 前記幅方向において、前記絶縁膜は、前記正極端子および前記負極端子よりも寸法が大きくされ、前記正極端子および前記負極端子が前記絶縁膜よりも内側に入り込んだ状態となっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体モジュールの接続構造。
8. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の接続構造が適用された半導体モジュール。

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