(57)【要約】      （修正有）【課題】ケースとコネクタとの取付強度が高く、水密性に優れた半導体モジュールを提供する。【解決手段】コネクタは、半導体装置の出力端子に接続された端子１２１を有する電気絶縁材からなるインナコネクタ１２２と、このインナコネクタを被覆するとともにケースの電磁波シールド層１１１に接触した状態でケースの外側樹脂層１１３に取り付けられた電磁波シールド材からなるアウタコネクタ１２３とを有する。インナコネクタ１２２とケースの内側樹脂層１１２とが一体的に成形され、内側樹脂層１１２とアウタコネクタ１２３との間の、一体的に成形された接合面１２６の上流側にシール部材１２５が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に半導体装置が収容され、電磁波を遮蔽する材料からなる電磁波シールド層、この電磁波シールド層のケース内側に設けられた内側樹脂層及び電磁波シールド層のケース外側に設けられた外側樹脂層を有するケースと、前記半導体装置の入力端子または出力端子の少なくとも何れか一方に電気的に接続されたコネクタと、を備えた半導体モジュールにおいて、
前記コネクタは、前記半導体装置の入力端子または出力端子の何れか一方に接続された端子を有する、電気絶縁材からなるインナコネクタと、このインナコネクタの少なくとも一部を被覆するとともに前記ケースの電磁波シールド層に接触した状態で前記ケースの外側樹脂層に取り付けられた電磁波シールド材からなるアウタコネクタとを有し、
前記インナコネクタと前記ケースの内側樹脂層または外側樹脂層とが一体的に成形され、
前記ケースの内側樹脂層または外側樹脂層と前記アウタコネクタとの間の、前記一体的に成形された接合面の上流側にシール部材が設けられていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記インナコネクタと一体的に成形された内側樹脂層または外側樹脂層の接合部は、前記電磁波シールド層を跨いでケースの外側へ延在していることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記インナコネクタと一体的に成形された内側樹脂層または外側樹脂層の接合部は、前記インナコネクタの端子を挟持していることを特徴とする請求項１または２記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記インナコネクタのケース内側端部は、鍔状に延在して前記電磁波シールド層のケース内側に存在する内側樹脂層または外側樹脂層と一体的に接合されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記インナコネクタは、一体的に成形される前記内側樹脂層または外側樹脂層より弾性率が高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置などに利用される半導体モジュールに関し、特に半導体モジュールのコネクタ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置は、半導体素子などで構成される半導体装置がケース内に収容され（特許文献１参照）、この半導体装置の入力端子及び出力端子がコネクタを介して直流電源及び交流負荷（モータなど）に電気的に接続されている。
【０００３】
この種のコネクタは、ケースに取り付けられる第１の部品と、ハーネスに取り付けられる第２の部品とで構成され、これら第１の部品と第２の部品とを機械的な雄雌嵌合させることでコネクタの電気的接続がなされる。
【０００４】
ところで、ケースに取り付けられる第１の部品には、ケース内外で生じた電磁波を遮断するシールド機能と、ケース内に水等が浸入しないように水密にする耐水機能が必要とされるが、ケースとの取り付け強度が弱いと、コネクタの第２の部品を抜き差しする際にがたつき、ここから水がケース内に浸入して耐水機能を損なうおそれがあった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３３７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、ケースとコネクタとの取付強度が高く、水密性に優れた半導体モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内部に半導体装置が収容され、電磁波を遮蔽する材料からなる電磁波シールド層、この電磁波シールド層のケース内側に設けられた内側樹脂層及び電磁波シールド層のケース外側に設けられた外側樹脂層を有するケースと、前記半導体装置の入力端子または出力端子の少なくとも何れか一方に電気的に接続されたコネクタと、を備えた半導体モジュールにおけるコネクタ部分の構造に関するものである。
【０００８】
本発明に係るコネクタは、前記半導体装置の入力端子または出力端子の何れか一方に接続された端子を有する、電気絶縁材からなるインナコネクタと、このインナコネクタの少なくとも一部を被覆するとともに前記ケースの電磁波シールド層に接触した状態で前記ケースの外側樹脂層に取り付けられた電磁波シールド材からなるアウタコネクタとを有する。
【０００９】
そして、前記インナコネクタと前記ケースの内側樹脂層または前記インナコネクタと外側樹脂層とが一体的に成形され、インナコネクタと一体的に成形された、前記ケースの内側樹脂層または外側樹脂層と前記アウタコネクタとの間の、前記一体的に成形された接合面の上流側にシール部材が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、インナコネクタとケースの内側樹脂層または外側樹脂層とが一体的に成形されているので、コネクタ部分の取付強度が高い。
【００１１】
また、インナコネクタと一体的に成形された、前記ケースの内側樹脂層または外側樹脂層と前記アウタコネクタとの間の、前記一体的に成形された接合面の上流側にシール部材が設けられているので、インナコネクタに外力が作用して接合面に隙間やがたつきが生じたとしても、ケースの外部から内部に至る水の浸入経路の、前記接合面の上流側(ケース外側)にシール部材が設けられているので水密性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明の半導体モジュールの一例を示す全体斜視図、図２は本発明の半導体モジュールの一例を示す電気回路図である。以下に説明する実施形態の半導体モジュール（パワーモジュールとも称される。）１０は、図２に示すように直流電源１からの電力を、三相交流電源に変換し、これを交流モータ２に供給するもので、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）３及びダイオード（整流素子）４の対（同図に示す例では６対）で構成される電力変換回路５を有するものとして構成することができる。ただし、本発明の半導体モジュール１０は電力変換回路にのみ限定される趣旨ではなく、外部装置と接続するための入力コネクタまたは出力コネクタを有する半導体装置がケース内に収納されたものであれば本発明を適用することができる。
【００１４】
図１に示すように、本発明の半導体モジュール１０は、図２に示す半導体素子３，４からなる半導体装置５が収容されるケース１１と、この半導体装置５と外部装置１，２とを電気的に接続するためのコネクタ１２とを有する。以下の実施形態では半導体装置５と交流モータ２とを接続するコネクタ（出力側コネクタ）１２ａとして本発明を説明するが、直流電源１と半導体装置５とを接続するコネクタ(入力側コネクタ)１２ｂに本発明を適用することもできる。
【００１５】
ケース１１は、電磁波を遮蔽する材料、たとえばアルミニウムからなる電磁波シールド層１１１と、この電磁波シールド層１１１のケース内側に設けられた内側樹脂層１１２と、電磁波シールド層１１１のケース外側に設けられた外側樹脂層１１３を有する、三層構造の筐体で構成されている。
【００１６】
電磁波シールド層１１１は、半導体装置５から発生する電磁波がケース１１外の各種装置に悪影響を与えたり、逆に外部装置から発生した電磁波が半導体装置５に悪影響を与えたりするのを防止するために、半導体装置５を囲んだかたちで構成されている。一方、ケース１１の全部をアルミニウムなどの電磁波シールド材料で構成することもできるが、ケース１１の軽量化及びコストダウンを図るために電磁波シールド層１１１の両面に内側樹脂層１１２と外側樹脂層１１３が設けられている。
【００１７】
なお、こうした三層構造のケース１１は二色成形法により製造することができる。たとえば電磁波シールド層１１１を成形型にセットした状態で内側樹脂層１１２または外側樹脂層１１３の一方を射出成形し、これをコア型の方に残した状態で一方の成形型を交換し、この状態で内側樹脂層１１２または外側樹脂層１１３の他方を射出成形する。
【００１８】
ケース１１の４つの側壁面１１ａの上面には、同じくアルミニウムなどの電磁波シールド材料で構成された蓋体１１ｂが被せられる一方で、底部にはアルミニウムなどの電磁波シールド材料で構成されたヒートシンク１１ｃ(冷却装置)が設けられている。ヒートシンク１１ｃは半導体装置５を冷却するための冷却装置であり、図３（Ｂ）に示すように４つの側壁面１１ａにボルトなどの締結手段により固定される。また、蓋体１１ｂはケース１１内に収納した半導体装置５などの部品を保護するための蓋であり、保守点検作業のために同図に示すようにボルトなどによって開閉可能に装着される。これら４つの側壁面１１ａ、蓋体１１ｂ及びヒートシンク１１ｃを構成する電磁波シールド材料で半導体装置５を包み込むことで、半導体装置５とケース１１外との電磁波が遮断されることになる。
【００１９】
一方、コネクタ１２ａは、図１に示すようにケース１１の側壁面の一つに装着され、このコネクタ１２ａに交流モータ２に接続された相手側のコネクタ１３(図３（Ｂ）参照)が接続される。このため、この側壁面１１ａにコネクタ１２ａを貫通させるためのコネクタ取付部１４が設けられており、このコネクタ取付部１４において、電磁波シールド層１１１、内側樹脂層１１２及び外側樹脂層１１３が欠如している。
【００２０】
本発明に係るコネクタ１２ａは、半導体装置５の３つの出力端子に接続された端子１２１を有するインナコネクタ１２２と、このインナコネクタ１２２のほぼ全体を被覆するとともにケース１１の電磁波シールド層１１１に接触した状態でケース１１の外側樹脂層１１３にボルト締めなどにより取り付けられるアウタコネクタ１２３とを有する。
【００２１】
インナコネクタ１２２は端子１２１を電気的に絶縁するために電気絶縁材料からなり、アウタコネクタ１２３はケースのコネクタ取付部１４において欠如した電磁波シールド層を補うために電磁波シールド材料から構成されている。
【００２２】
以上が以下に説明する実施形態に共通の構成である。以降は、各実施形態の構成及び作用効果について説明する。
【００２３】
《第１実施形態》
図３（Ａ）は本発明の半導体モジュールの第１実施形態を示す破断斜視図であって、図１のＡ−Ａ線に沿う破断図、図３（Ｂ）は同じく第１実施形態を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）のＣ部拡大断面図である。
【００２４】
本実施形態のコネクタ取付部１４においては、ケース１１の側壁面１１ａを構成する内側樹脂層１１２が、コネクタ取付部１４の全周にわたって電磁波シールド層１１１を跨いでケース１１の外側へ延在するように形成されている。この延在した部分の外表面に全周にわたって溝部１２４が形成され、ここに水密性を確保するための、ＮＢＲ(ニトリルゴム)やＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）などの弾性率が高いシール部材１２５が装着される。
【００２５】
また、このケース１１の外側へ延在した内側樹脂層１１２とインナコネクタ１２２は一体的に成形されている。このため、内側樹脂層１１２とインナコネクタ１２２は同質の樹脂材料、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）やＰＡ６６（ナイロン６６）のような耐熱性、硬質の樹脂で構成されている。一体成形する内側樹脂層１１２とインナコネクタ１２２を同質材料で構成することで、熱融着により接合力が強固になるとともに、熱膨張性及び熱収縮性が等価になるので接合面の接合信頼性も向上する。
【００２６】
なお、この内側樹脂層１１２とインナコネクタ１２２とが一体的に成形された境界面を接合面１２６と称するが(図３（Ｃ）参照)、上述したシール部材１２５は、インナコネクタ１２２と一体的に成形された内側樹脂層１１２とアウタコネクタ１２３との間の、接合面１２６の上流側に位置することになる。
【００２７】
ここで、ケース１１の外部から水が浸入する際の浸入経路は、図３（Ｃ）に示す点Ｐ１から浸入し、点Ｐ２→点Ｐ３を通過してシール部材１２５に至り、その後に点Ｐ４から接合面１２６に浸入し、最後に点Ｐ５からケース１１内に入ることになるが、接合面１２６の上流側とは、この浸入経路において上流側という意味である。そして、シール部材１２５は接合面１２６の上流側に設けられているので、点Ｐ１から水が浸入して点Ｐ２→Ｐ３に至ったとしても、ここでシール部材１２５によってそれ以上の浸入が阻止される。したがって、インナコネクタ１２２に外力が作用して内側樹脂層１１２との接合面に隙間やがたつきが生じたとしてもシール部材１２５によってケース１１内への水の浸入が防止される。
【００２８】
一方、電磁波シールド材製アウタコネクタ１２３は、上述したインナコネクタ１２２を包み込むとともに、先端１２３ａがケース１１の電磁波シールド層１１１に当接するように挿入され、図示しないボルトなどの締結手段によりケース１１に固定される。これにより、コネクタ取付部１４で欠如した電磁波シールド機能が連続することになり、ケース１１全体として電磁波シールド機能が働くことになる。
【００２９】
なお、交流モータ２に接続された相手側のコネクタ１３も、雌型端子１３１が埋設された電気絶縁性樹脂からなるインナコネクタ１３２と、これを包み込む電磁波シールド材料からなるアウタコネクタ１３３を有し、雌型端子１３１をコネクタ１２ａの端子１２１に嵌合させることにより電気的に接続される。また、インナコネクタ１３２の外表面に設けられたシール部材１３４がコネクタ１２ａのアウタコネクタ１２３の内面に当接することにより、コネクタ１３側から水が浸入するのを防止することができる。さらに、コネクタ１２ａのアウタコネクタ１２３とコネクタ１３のアウタコネクタ１３３とが合わさることで、コネクタ１２ａ，１３の電磁波シールド性が確保される。
【００３０】
《第２実施形態》
図４（Ａ）は本発明の半導体モジュールの第２実施形態を示す破断斜視図であって、図１のＡ−Ａ線に沿う破断図、図４（Ｂ）は同じく第２実施形態を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）のＣ部拡大断面図である。
【００３１】
本実施形態のコネクタ取付部１４においては、上述した第１実施形態と同様、ケース１１の側壁面１１ａを構成する内側樹脂層１１２が、コネクタ取付部１４の全周にわたって電磁波シールド層１１１を跨いでケース１１の外側へ延在するように形成されている。そして、この延在した部分の外表面に全周にわたって溝部１２４が形成され、ここに水密性を確保するための、ＮＢＲ(ニトリルゴム)やＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）などの弾性率が高いシール部材１２５が装着される。
【００３２】
ただし、内側樹脂層１１２の先端１１２ａが、上述した第１実施形態に比べてさらに外側に延在し、端子１２１の屈折部の直近部分を挟み込むように形成されている。
【００３３】
このように内側樹脂層１１２の先端１１２ａにより端子１２１を挟み込むことにより、コネクタ１３をコネクタ１２ａに対して挿抜したときに作用する力が内側樹脂層１１２の先端１１２ａに集中する際に、接合面１２６に作用する応力が分散及び緩和される。換言すれば、コネクタ１３の挿抜時の負荷はケース１１で受けることになるので、インナコネクタ１２２と内側樹脂層１１２との接合面１２６に隙間やがたつきが生じ難くなる。
【００３４】
《第３実施形態》
図５（Ａ）は本発明の半導体モジュールの第３実施形態を示す破断斜視図であって、図１のＡ−Ａ線に沿う破断図、図５（Ｂ）は同じく第３実施形態を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）のＣ部拡大断面図である。
【００３５】
本実施形態のコネクタ取付部１４においては、上述した第１実施形態と同様、ケース１１の側壁面１１ａを構成する内側樹脂層１１２が、コネクタ取付部１４の全周にわたって電磁波シールド層１１１を跨いでケース１１の外側へ延在するように形成されている。そして、この延在した部分の外表面に全周にわたって溝部１２４が形成され、ここに水密性を確保するための、ＮＢＲ(ニトリルゴム)やＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）などの弾性率が高いシール部材１２５が装着される。
【００３６】
また、上述した第２実施形態と同様、内側樹脂層１１２の先端１１２ａが、上述した第１実施形態に比べてさらに外側に延在し、端子１２１の屈折部の直近部分を挟み込むように形成されている。
【００３７】
これに加えて、インナコネクタ１２２のケース内側端部１２７は、鍔状に拡がって内側樹脂層１１２と一体的に接合されている。特に、コネクタ取付部１４において電磁波シールド層１１１の全体をケース外側に突出させ、電磁波シールド層１１１の一部と重なるように内側端部１２７が鍔状に延在している。
【００３８】
また、インナコネクタ１２２は、内側樹脂層１１２や外側樹脂層１１３を構成するＰＰＳまたはＰＡ６６よりも弾性力がある（弾性率が高い）材料、たとえばＰＰＳやＰＡ６６にエラストマー樹脂をブレンドしたブレンドポリマーで構成されている。
【００３９】
このようにインナコネクタ１２２のケース内側端部１２７を鍔状に拡げることにより、インナコネクタ１２２の内側端部１２７の強度が向上するので、コネクタ１３をコネクタ１２ａに対して挿抜したときに作用する力が内側樹脂層１１２の先端１１２ａに集中する際に、接合面１２６に作用する応力が分散及び緩和される。また、インナコネクタ１２２を弾性率が高い材料で構成することにより、インナコネクタ１２２と内側樹脂層１１２との接合面１２６が剥離し難くなる。
【００４０】
《第４実施形態》
図６（Ａ）は本発明の半導体モジュールの第４実施形態を示す破断斜視図であって、図１のＡ−Ａ線に沿う破断図、図６（Ｂ）は同じく第４実施形態を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図６（Ｃ）は図６（Ａ）の電磁波シールド層の構造を示す破断斜視図である。
【００４１】
上述した第１〜３実施形態では、コネクタ取付部１４において、ケース１１の側壁面１１ａを構成する内側樹脂層１１２が、コネクタ取付部１４の全周にわたって電磁波シールド層１１１を跨いでケース１１の外側へ延在するように形成され、この延在した部分の外表面に全周にわたって溝部１２４が形成され、ここに水密性を確保するための、ＮＢＲ(ニトリルゴム)やＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）などの弾性率が高いシール部材１２５が装着される。
【００４２】
これに対して、本実施形態では、コネクタ取付部１４の部分だけケース１１の外側樹脂層１１３をケース１１の内側に廻り込ませ、この廻り込ませた外側樹脂層１１３が、コネクタ取付部１４の全周にわたって電磁波シールド層１１１を跨いでケース１１の外側へ延在するように形成されている。そして、この延在した部分の外表面に全周にわたって溝部１２４が形成され、ここに水密性を確保するための、ＮＢＲ(ニトリルゴム)やＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）などの弾性率が高いシール部材１２５が装着される。
【００４３】
上述した二色成形法によりコネクタ取付部１４の部分だけ外側樹脂層１１３をケース１１の内側に廻り込ませるために、図６（Ｃ）に示すように電磁波シールド層１１１のコネクタ取付部１４の周囲に射出樹脂が挿通可能な複数の孔１１４が形成されている。そして、外側樹脂層１１３に対応するキャビティに溶融樹脂を注入すると、溶融樹脂はケース１１の外側に充填されると同時に、孔１１４を通ってケース１１の内側に廻り込むことになる。
【００４４】
このように、内側樹脂層１１２に代えて外側樹脂層１１３とインナコネクタ１２２を一体的に成形しても、上述した第１実施形態と同様、インナコネクタ１２２に外力が作用して外側樹脂層１１３との接合面１２６に隙間やがたつきが生じたとしてもシール部材１２５によってケース１１内への水の浸入が防止される。
【００４５】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４６】
たとえば、第４実施形態のように外側樹脂層１１３にシール部材１２５を設けた形態に、第２実施形態や第３実施形態の構成を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の半導体モジュールの実施形態を示す全体斜視図である。
【図２】本発明の半導体モジュールの実施形態を示す電気回路図である。
【図３】（Ａ）は本発明の半導体モジュールの第１実施形態を示す破断斜視図であって、図１のＡ−Ａ線に沿う破断図、（Ｂ）は同じく第１実施形態を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図３（Ｂ）のＣ部拡大断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の半導体モジュールの第２実施形態を示す破断斜視図であって、図１のＡ−Ａ線に沿う破断図、（Ｂ）は同じく第２実施形態を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図４（Ｂ）のＣ部拡大断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の半導体モジュールの第３実施形態を示す破断斜視図であって、図１のＡ−Ａ線に沿う破断図、（Ｂ）は同じく第３実施形態を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図５（Ｂ）のＣ部拡大断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の半導体モジュールの第４実施形態を示す破断斜視図であって、図１のＡ−Ａ線に沿う破断図、（Ｂ）は同じく第４実施形態を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は図６（Ａ）の電磁波シールド層の構造を示す破断斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１…ケース
１１１…電磁波シールド層
１１２…内側樹脂層
１１３…外側樹脂層
１２ａ，１２ｂ…コネクタ
１２１…端子
１２２…インナコネクタ
１２３…アウタコネクタ
１２４…溝部
１２５…シール部材
１２６…接合面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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