(57)【要約】【課題】制御基板へ作用するストレスを抑制し、部品間の位置精度を容易に向上できる半導体装置の基板固定構造を提供する。【解決手段】電流センサコア５及び電流センサ７を収容する収容部２２が、固定ブラケット８自体に形成されており、電流センサコア５及び電流センサ７は本体部２０の上側で支持される。また、制御基板４も、基板固定部２１を介して本体部２０の上側で支持される。このように、固定ブラケット８の本体部２０が、制御基板４、電流センサコア５、及び電流センサ７の荷重を各部品の下側で受けることができる。従って、制御基板４に対する電流センサコア５及び電流センサ７の重量の影響を低減し、制御基板４へ作用するストレスを抑制できる。また、電流センサコア５及び電流センサ７が固定ブラケット８自体に収容されて、制御基板４が基板固定部２１によって固定ブラケット８自体に位置決めされる。【選択図】図１
2018038145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路が実装され、端子電極が形成された回路基板と、
前記回路基板が載置されたヒートシンクと、
前記回路基板の前記回路を制御する制御回路が実装された制御基板と、
複数のコンデンサが実装されたコンデンサ基板と、
前記端子電極の周囲に配置される電流センサコアと、
前記端子電極の電流を検出する電流センサと、
少なくとも制御基板を固定する固定ブラケットと、を備え、
前記固定ブラケットは、
本体部と、
前記本体部から上方へ延びて前記制御基板を位置決めすると共に固定する基板固定部と、
前記本体部から上方へ延びて前記電流センサコア及び前記電流センサを収容する収容部と、を備える、半導体装置の基板固定構造。
【請求項２】
前記収容部は、上端部にて前記制御基板を支持する、請求項１に記載の半導体装置の基板固定構造。
【請求項３】
前記固定ブラケットの所定方向における一方には前記制御基板が固定され、前記所定方向における他方には前記コンデンサ基板が固定される、請求項１又は２に記載の基板固定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の基板固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の各基板を固定する基板固定構造として、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された半導体装置は、回路が実装され、端子電極が形成された回路基板と、回路基板が載置されたヒートシンクと、回路基板の回路を制御する制御回路が実装された制御基板と、複数のコンデンサが実装されたコンデンサ基板と、を備えている。また、このような半導体装置の各基板を固定するために、固定ブラケットが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１５６７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、半導体装置においては、端子電極の周囲に電流センサコアが配置されると共に、当該電流センサコアを介して端子電極の電流を検出する電流センサが設けられる場合がある。このような電流センサコア及び電流センサは、専用のケースに収容されて、当該ケースごと制御基板の下面側に固定される場合がある。しかしながら、制御基板の下面側にぶら下がるようにケースを固定した場合、ケースの重量の影響によって制御基板にストレスが作用してしまう可能性がある。従って、制御基板へストレスが作用することを抑制することが求められていた。また、別部材としてのケースを固定ブラケットに固定する必要があるため、電流センサコア及び電流センサと、制御基板との間の位置合わせを行わなくてはならず、容易に部品間の位置精度を高めることが求められていた。
【０００５】
従って、本発明は、制御基板へ作用するストレスを抑制し、部品間の位置精度を容易に向上できる半導体装置の基板固定構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る半導体装置の基板固定構造は、回路が実装され、端子電極が形成された回路基板と、回路基板が載置されたヒートシンクと、回路基板の回路を制御する制御回路が実装された制御基板と、複数のコンデンサが実装されたコンデンサ基板と、端子電極の周囲に配置される電流センサコアと、端子電極の電流を検出する電流センサと、少なくとも制御基板を固定する固定ブラケットと、を備え、固定ブラケットは、本体部と、本体部から上方へ延びて制御基板を位置決めすると共に固定する基板固定部と、本体部から上方へ延びて電流センサコア及び電流センサを収容する収容部と、を備える。
【０００７】
半導体装置の基板固定構造は、少なくとも制御基板を固定する固定ブラケットを備えている。固定ブラケットは、本体部と、本体部から上方へ延びて制御基板を位置決めすると共に固定する基板固定部と、本体部から上方へ延びて電流センサコア及び電流センサを収容する収容部と、を備える。このように、電流センサコア及び電流センサを収容する収容部が、固定ブラケット自体に形成されており、電流センサコア及び電流センサは本体部の上側で支持される。また、制御基板も、基板固定部を介して本体部の上側で支持される。このように、固定ブラケットの本体部が、制御基板、電流センサコア、及び電流センサの荷重を各部品の下側で受けることができる。従って、制御基板に対する電流センサコア及び電流センサの重量の影響を低減し、制御基板へ作用するストレスを抑制できる。また、電流センサコア及び電流センサが固定ブラケット自体に収容されて、制御基板が基板固定部によって固定ブラケット自体に位置決めされる。従って、各部品を容易に位置精度よく配置することができる。以上により、制御基板へ作用するストレスを抑制し、部品間の位置精度を容易に向上できる。
【０００８】
収容部は、上端部にて制御基板を支持してよい。これにより、電流センサコア及び電流センサを収容する収容部が、制御基板を支持する支持部としての機能も兼ねることができる。また、収容部自体が制御基板を支持することで、電流センサコア及び電流センサと制御基板との間の位置精度を更に向上できる。
【０００９】
固定ブラケットの所定方向における一方には制御基板が固定され、所定方向における他方にはコンデンサ基板が固定されてよい。このように、制御基板とコンデンサ基板とを互いに異なる位置に配置することで、コンデンサと制御基板とが干渉することを回避することが可能となる。従って、制御基板がコンデンサとの関係で、上下方向における配置上の制約を受けることを回避できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、制御基板へ作用するストレスを抑制し、部品間の位置精度を容易に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る基板固定構造を採用した半導体装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す固定ブラケットの構造の一例を示す斜視図である。
【図３】図２に示す固定ブラケットの収容部を上方から見た拡大図である。
【図４】比較例に係る基板固定構造を採用した半導体装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００１３】
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置１の基板固定構造１００について説明する。基板固定構造１００が適用される半導体装置１は、例えば、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置である。基板固定構造１００は、回路基板２と、ヒートシンク３と、制御基板４と、コンデンサ基板６と、電流センサコア５と、電流センサ７と、固定ブラケット８と、を備える。
【００１４】
回路基板２は、インバータ回路としての主回路（回路）が実装された基板である。回路基板２に実装された主回路は、例えば、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子、当該スイッチング素子に並列接続されたフライホイールダイオード等を含んだ回路であってよい。回路基板２には、端子電極１１が形成されている。端子電極１１は、回路基板２の上面側から上方へ向かって延びている。端子電極１１は、例えば、正極電極端子、負極電極端子、Ｕ相出力端子、Ｖ相出力端子、Ｗ相出力端子等によって構成されている。回路基板２は、ヒートシンク３の上面に載置されている。ヒートシンク３は、載置された回路基板２から熱を奪い、冷却する部材である。
【００１５】
制御基板４は、回路基板２の主回路を制御する制御回路が実装された基板である。例えば、制御回路は、主回路の各スイッチング素子のスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御する。制御回路は、電子制御ユニットの一部として構成することができる。制御回路は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）の一部として構成することができる。制御回路は、例えば、負荷状態、又は操作者の要求値などに応じて各スイッチング素子を適宜スイッチングする。また、制御基板４の下面側には、電流センサ７が半田付けされている。なお、電流センサ７は、制御基板４に半田付けされた状態にて、後述の収容部２２の溝部４３ａ（詳細は後述）に収容される。
【００１６】
コンデンサ基板６は、複数のコンデンサ１２が実装された基板である。コンデンサ１２は、端子電極１１のうちの正極電極端子及び負極電極端子との間に接続される。コンデンサ１２は、コンデンサ基板６の上面から上方へ向かって延びている。
【００１７】
電流センサコア５は、端子電極１１の周囲に配置される部材である。電流センサコア５は、端子電極１１の周囲の磁界の検出をするための部材である。電流センサ７は、端子電極１１の電流を検出するセンサである。電流センサ７は、電流センサコア５の磁界の検出に基づいて端子電極１１の電流を検出する。
【００１８】
固定ブラケット８は、制御基板４、コンデンサ基板６、電流センサコア５、回路基板２を固定するための部材である。固定ブラケット８は、ヒートシンク３の上面３ａと対向して平行に広がる本体部２０と、本体部２０の一の方向（所定方向）における端部２０ａ側に設けられる基板固定部２１と、本体部２０の略中央部に設けられる収容部２２と、本体部２０の他方の端部２０ｂ側に設けられる脚部２３と、を備える。固定ブラケット８は、樹脂によって形成される部品である。ただし、固定ブラケット８のうち後述の固定ネジ３２，３１が締結される箇所には、金属カラーがインサートされていてよい。本体部２０、基板固定部２１、収容部２２、及び脚部２３は、単一の成形品として一体的に形成されていてよい。ただし、基板固定部２１、収容部２２、及び脚部２３の何れかが本体部２０とは別体の成形品として構成され、成形後に本体部２０に接合されてよい。
【００１９】
基板固定部２１は、本体部２０から上方へ延びて制御基板４を位置決めすると共に固定する。基板固定部２１は、上端部２１ａにて制御基板４の下面を支持し、位置決めピン３３にて制御基板４の位置決めを行い、固定ネジ３２にて制御基板４を固定可能である。基板固定部２１の上端部２１ａには、固定ネジ３２を締結させるネジ穴部３７が形成されている。なお、基板固定部２１は、本体部２０から下方へも延びており、下端部から回路基板２の位置決めを行うための位置決めピン３４が設けられている。なお、基板固定部２１は、制御基板４に半田付けされた電流センサ７が収容部２２の溝部４３ａに（詳細は後述）収容されるように、制御基板４を位置決めする。従って、制御基板４と基板固定部２１の上端部２１ａとは面一であることが好ましい。ただし、制御基板４と基板固定部２１の上端部２１ａとが面一でない場合があってもよい。
【００２０】
具体的には、図２に示すように、本体部２０は、平面方向における一の方向に端部２０ａ，２０ｂを有し、当該一の方向と直交する方向に端部２０ｃ，２０ｄを有する。固定ブラケット８は、基板固定部２１Ａ、及び一対の基板固定部２１Ｂを備えている。基板固定部２１Ａは、本体部２０の端部２０ａに設けられる。また、一対の基板固定部２１Ｂは、本体部２０の端部２０ｂ，２０ｃにそれぞれ設けられる。基板固定部２１Ｂは、端部２０ａ，２０ｂ間における略中央位置に設けられる。
【００２１】
図１に戻り、収容部２２は、本体部２０から上方へ延びて電流センサコア５及び電流センサ７を収容する。また、収容部２２は、その内部に下部の回路基板２から延びる端子電極１１を挿通させる。収容部２２の上端部２２ａは、基板固定部２１の上端部２１ａと同位置まで延びている。従って、収容部２２は、上端部２２ａにて制御基板４の下面を支持することができる。
【００２２】
具体的には、図２に示すように、固定ブラケット８は、正極側の端子電極１１に対して設けられた収容部２２と、負極側の端子電極１１に対して設けられた収容部２２と、を備える。収容部２２は、本体部２０から上方へ延びる円筒部材を二分割した形状を有しており、円弧状に形成された支持部４１，４２を有している。支持部４１，４２は、同一の中心線に対して円弧を描くように形成され、同一の中心線を挟んで互いに対向するように配置される。互いに対向する支持部４１の内周面４１ｃと、支持部４２の内周面４２ｃ（図３参照）とは、略円柱状の空間を形成し、当該内周面４１ｃ，４２ｃに取り囲まれる空間に、端子電極１１が配置される。
【００２３】
支持部４１は、上端部に電流センサコア５の下面を支持する支持面４１ａを有する。また、支持部４１は、支持面４１ａの外周縁部から上方へ延びて、電流センサコア５の外周面を支持する円弧状の支持壁４１ｂを有する。支持壁４１ｂの上端が、制御基板４を支持する上端部２２ａを構成する。支持部４２は、上端部に電流センサコア５の下面を支持する支持面４２ａ（図３参照）を有する。また、支持部４２は、支持面４２ａの外周縁部から上方へ延びて、電流センサコア５の外周面を支持する円弧状の支持壁４２ｂを有する。また、支持面４２ａの周方向における一方の端部からは、上方へ向かって延びるセンサ保持部４３が形成されている。センサ保持部４３は、電流センサ７を収容するための溝部４３ａを有している。溝部４３ａは、センサ保持部４３の上端から下方へ向かって延びている。支持壁４１ｂの上端、及びセンサ保持部４３の上端が、制御基板４を支持する上端部２２ａを構成する。また、センサ保持部４３は、周方向に対向する側面４３ｂ，４３ｃ（図３参照）を有している。
【００２４】
図３を参照して、収容部２２に収容された電流センサコア５と電流センサ７について説明する。電流センサ７は、センサ保持部４３の溝部４３ａに収容されている。また、電流センサコア５は、支持面４１ａ，４２ａ上に載置される。これにより、電流センサコア５の下面は支持面４１ａ，４２ａに支持され、電流センサコア５の外周面は支持壁４１ｂ，４２ｂの内周面に支持される。また、電流センサコア５は、円環部材の周方向における一部を切り欠くことによって、略Ｃ字状の形状を有している。電流センサコア５は、切欠部分に端面５ａ，５ｂを有している。このような端面５ａ，５ｂは、センサ保持部４３の側面４３ｂ，４３ｃと当接（あるいは離間して対向）するように配置される。これにより、電流センサコア５は、センサ保持部４３によって周方向に位置決めされる。
【００２５】
図１に戻り、脚部２３は、本体部２０の端部２０ｂから下方へ向かって延びている。脚部２３の下端部２３ａは、ヒートシンク３の上面３ａと当接する。脚部２３は、回路基板２と異なる位置にて、ヒートシンク３と当接する。ヒートシンク３の上面３ａに配置された回路基板２は、固定ブラケット８の本体部２０の下面と対向するように配置される。本体部２０には、当該本体部２０と回路基板２とを固定するための固定ネジ３１を締結するためのネジ穴部３６を有している。当該ネジ穴部３６に挿入された固定ネジ３１は、回路基板２を貫通してヒートシンク３まで延びている。これにより、固定ブラケット８、回路基板２、及びヒートシンク３は互いに固定される。なお、本実施形態では、ネジ穴部３６は、端部２０ａ側と端部２０ｂ側の二列に配列されるように形成される。このうち、端部２０ｂ側のネジ穴部３６に挿入される固定ネジ３１は、コンデンサ基板６も固定する。
【００２６】
本体部２０は、端部２０ｂ側の領域に、コンデンサ基板６を固定している。本体部２０は、位置決めピン３５によってコンデンサ基板６の位置決めを行い、固定ネジ３１によってコンデンサ基板６を固定している。このような構成により、固定ブラケット８の端部２０ａ側（所定方向における一方）には制御基板４が固定され、端部２０ｂ側（所定方向における他方）にはコンデンサ基板６が固定される。なお、コンデンサ基板６の一部は、制御基板４と上下方向から見て重なっていてもよいが、コンデンサ１２は制御基板４と重ならない位置に形成されることが好ましい。これによって、制御基板４がコンデンサ１２と干渉することが回避され、制御基板４をコンデンサ１２よりも高い位置に設ける必要が無くなる。
【００２７】
次に、本実施形態に係る半導体装置１の基板固定構造１００の作用・効果について説明する。
【００２８】
まず、図４を参照して、比較例に係る基板固定構造２００について説明する。基板固定構造２００において、固定ブラケット２０８は、本体部２２０と、制御基板４を固定する基板固定部２２２と、ヒートシンク３から本体部２２０を上方へ離間させる脚部２２１と、を備えている。本体部２２０の上面側に制御基板４が固定される。一方、電流センサコア５及び電流センサ７は、固定ブラケット２０８とは別部材として構成された専用のケース２５０に収容される。そして、制御基板４の下面に対し、本体部２２０を介してケース２５０ごとネジ止め及び半田付けによって固定される。しかしながら、固定ブラケット２０８の本体部２２０が上面で制御基板４を固定した状態で、下面側でケース２５０を固定した場合、すなわち、制御基板４の下面側にケース２５０をぶら下げるように配置した場合、ケース２５０の重量の影響によって制御基板４にストレスが作用してしまう可能性がある。また、別部材としてのケース２５０を固定ブラケット２０８に固定する必要があるため、電流センサコア５及び電流センサ７と、制御基板４との間の位置合わせを行わなくてはならず、容易に部品間の位置精度を高めることが求められていた。更に、コンデンサ基板６は、固定ブラケット２０８とは直接的に固定されず、本体部２２０の下側にて、回路基板２及びヒートシンク３と固定ネジ３１で固定されていた。また、固定ブラケット２０８と回路基板２との間の位置決めもなされていなかった。従って、コンデンサ基板６と回路基板２とを固定するための専用の治具が必要であった。また、コンデンサ基板６のコンデンサ１２との干渉を回避するため、制御基板４を本体部２２０ごとコンデンサ１２よりも高い位置に配置する必要があった。
【００２９】
これに対し、本実施形態に係る基板固定構造１００は、少なくとも制御基板４を固定する固定ブラケット８を備えている。固定ブラケット８は、本体部２０と、本体部２０から上方へ延びて制御基板４を位置決めすると共に固定する基板固定部２１と、本体部２０から上方へ延びて電流センサコア５及び電流センサ７を収容する収容部２２と、を備える。このように、電流センサコア５及び電流センサ７を収容する収容部２２が、固定ブラケット８自体に形成されており、電流センサコア５及び電流センサ７は本体部２０の上側で支持される。また、制御基板４も、基板固定部２１を介して本体部２０の上側で支持される。このように、固定ブラケット８の本体部２０が、制御基板４、電流センサコア５、及び電流センサ７の荷重を各部品の下側で受けることができる。従って、図４の構成に比して、制御基板４に対する電流センサコア５及び電流センサ７の重量の影響を低減し、制御基板４へ作用するストレスを抑制できる。また、電流センサコア５及び電流センサ７が固定ブラケット８自体に収容されて、制御基板４が基板固定部２１によって固定ブラケット８自体に位置決めされる。従って、各部品を容易に位置精度よく配置することができる。以上により、制御基板４へ作用するストレスを抑制し、部品間の位置精度を容易に向上できる。
【００３０】
収容部２２は、上端部２２ａにて制御基板４を支持する。これにより、電流センサコア５及び電流センサ７を収容する収容部２２が、制御基板４を支持する支持部としての機能も兼ねることができる。また、収容部２２自体が制御基板４を支持することで、電流センサコア５及び電流センサ７と制御基板４との間の位置精度を更に向上できる。
【００３１】
固定ブラケット８の端部２０ａ側には制御基板４が固定され、端部２０ｂ側にはコンデンサ基板６が固定されている。このように、制御基板４とコンデンサ基板６とを互いに異なる位置に配置することで、コンデンサ１２と制御基板４とが干渉することを回避することが可能となる。従って、制御基板４がコンデンサ１２との関係で、上下方向における配置上の制約を受けることを回避できる。
【００３２】
また、固定ブラケット８は、コンデンサ基板６に加えて回路基板２を位置決め及び固定する機能を有している。従って、コンデンサ基板６と回路基板２を固定する際に、専用の治具が不要となる。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
例えば、図２は固定ブラケットの具体的構成の一例を示しているに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、形状や各部分の位置関係は適宜変更されてよい。また、収容部２２の形状も図２及び図３に示すようなものに限定されず、電流センサコア及び電流センサを本体部の上側で収容することができる限り、あらゆる構成を採用してもよい。例えば、収容部の上端部が制御基板から離間していてもよい。
【００３５】
また、固定ブラケットは、少なくとも基板固定部及び収容部を有していればよく、コンデンサ基板、回路基板を位置決め及び固定する機能が省略されていてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…半導体装置、２…回路基板、３…ヒートシンク、４…制御基板、５…電流センサコア、６…コンデンサ基板、７…電流センサ、８…固定ブラケット、１１…端子電極、１２…コンデンサ、２０…本体部、２１…基板固定部、２２…収容部、２３…脚部、１００…基板固定構造。
【図１】
2018038145.tif 000003
【図２】
2018038145.tif 000004
【図３】
2018038145.tif 000005
【図４】
2018038145.tif 000006