JP7247755B2

JP7247755B2 - 半導体装置

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Publication number: JP7247755B2
Application number: JP2019101609A
Authority: JP
Inventors: 薫吉川; 賢一郎伊東; 一善紺谷
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2023-03-29
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: JP2020195274A

Description

本発明は、半導体装置に関する。

複数の基板を備える半導体装置では、基板同士を層状に配置するためにブラケットを用いる場合がある。例えば、特許文献１に記載の半導体装置は、ヒートシンクと、半導体素子が実装された回路基板と、ブラケットと、制御基板と、制御基板をブラケットに固定する固定ネジと、を備える。回路基板は、ヒートシンクに載置されている。制御基板は、固定ネジが挿通される貫通孔を備える。ブラケットは、位置決めピンを備え、位置決めピンが制御基板の孔に挿入されることで制御基板が位置決めされている。制御基板をブラケットに固定する際には、位置決めピンによって制御基板の位置決めを行った後に貫通孔を挿通した固定ネジが締結される。

特開２０１８－３８１４５号公報

固定ネジを締結する際には、固定ネジの回転力が制御基板に伝わることで、制御基板が回転しようとする。位置決めピンを複数設けることで、制御基板の回転を抑制することができる。しかしながら、位置決めピンと、位置決めピンが挿入される孔を形成する面との間には位置決めピンを挿入しやすくするためのクリアランスが確保されている。従って、位置決めピンによる制御基板の位置決めによって制御基板の回転は抑制できるものの、クリアランスに起因して制御基板には位置ずれが生じる。制御基板に生じる位置ずれが大きいと、固定ネジによる締結を行えなかったり、固定ネジによる締結が行いにくくなる場合がある。また、制御基板に位置ずれが生じたとしても固定ネジによる締結を行いやすくしようとすると、制御基板の貫通孔を大きくする必要がある。

本発明の目的は、制御基板の組み付け性を向上させることができる半導体装置を提供することにある。

上記課題を解決する半導体装置は、ヒートシンクと、前記ヒートシンクに固定されており、半導体素子が実装された半導体基板と、前記半導体基板の板厚方向に前記半導体基板と間隔を空けて配置されており、電子部品が実装された制御基板と、前記制御基板と前記ヒートシンクとの間に設けられたブラケットと、前記制御基板を挿通して前記ヒートシンクに締結される固定ネジと、を備え、前記ヒートシンク又は前記半導体基板は、第１位置決め孔を形成する第１形成面を複数備え、前記制御基板は、第２位置決め孔を形成する第２形成面を複数備え、前記ブラケットは、ブラケット本体と、前記ブラケット本体から前記板厚方向のうちの前記ヒートシンク側に突出し、前記第１位置決め孔に挿入される第１ピンと、前記ブラケット本体から前記板厚方向のうちの前記制御基板側に突出し、かつ、前記第１ピンと同軸上に位置しないように設けられており、前記第２位置決め孔に挿入される第２ピンと、を備え、前記第１ピンは、第１主位置決めピンと、前記第１主位置決めピンよりも前記第１形成面との間のクリアランスが大きい第１副位置決めピンと、を含み、前記第２ピンは、第２主位置決めピンと、前記第２主位置決めピンよりも前記第２形成面との間のクリアランスが大きい第２副位置決めピンと、を含み、前記第１主位置決めピンから前記第１副位置決めピンに向かう方向と、前記第２主位置決めピンから前記第２副位置決めピンに向かう方向とは逆向きである。

制御基板を組み付ける際には、ブラケットの第１ピンを第１位置決め孔に挿入し、ブラケットの第２ピンを第２位置決め孔に挿入した状態で固定ネジをヒートシンクに締結する。第１主位置決めピンによってヒートシンクに対するブラケットの位置決めが行われ、第１副位置決めピンによりブラケットの回転が抑制されている。第２主位置決めピンによってブラケットに対する制御基板の位置決めが行われ、第２副位置決めピンにより制御基板の回転が抑制されている。固定ネジによる締結を行う際には、制御基板及びブラケットは固定ネジからの回転力によって回転しようとする。ブラケットの回転による位置ずれは、第１副位置決めピンと第１形成面との間のクリアランスの大きさに依存しており、クリアランスが大きいほどブラケットの位置ずれも大きくなる。制御基板の回転による位置ずれは、第２副位置決めピンと第２形成面との間のクリアランスの大きさに依存しており、クリアランスが大きいほど制御基板の位置ずれも大きくなる。

仮に、第１主位置決めピンと第２主位置決めピンとを同軸上に位置するように設けて、第１副位置決めピンと第２副位置決めピンとを同軸上に位置するように設けたとする。この場合、第１主位置決めピン及び第２主位置決めピンが回転軸となってブラケット及びヒートシンクは位置ずれする。第１主位置決めピン及び第２主位置決めピンに近い位置では、ブラケット及びヒートシンクの位置ずれは小さい一方で、第１副位置決めピン及び第２副位置決めピンに近い位置ではブラケット及びヒートシンクの位置ずれが大きくなりやすい。即ち、ブラケットの位置ずれが大きくなりやすい位置と、ヒートシンクの位置ずれが大きくなりやすい位置とが同一方向に集中し、制御基板とヒートシンクとの相対位置のずれが大きくなりやすい。

これに対して、本構成では、第１ピンと第２ピンとが同軸上に位置しないようにし、かつ、第１主位置決めピンから第１副位置決めピンに向かう方向と、第２主位置決めピンから第２副位置決めピンに向かう方向とを逆向きにしている。これにより、ヒートシンクに対するブラケットの位置ずれが大きくなりやすい位置と、ブラケットに対する制御基板の位置ずれが大きくなりやすい位置とを分散させることができる。従って、制御基板とヒートシンクとの相対位置のずれを小さくすることができ、制御基板の組み付け性を向上させることができる。

上記半導体装置について、前記第１主位置決めピンの中心軸と前記第１位置決め孔の中心軸とが一致し、前記第２主位置決めピンの中心軸と前記第２位置決め孔の中心軸とが一致している状態で、前記第１副位置決めピン及び前記第２副位置決めピンの少なくとも一方の副位置決めピンの中心軸は、当該副位置決めピンが挿入される位置決め孔の中心軸から前記固定ネジを締結する際の前記固定ネジの回転方向の反対方向にずれていてもよい。

固定ネジを締結する際には、固定ネジからの回転力によって制御基板及びブラケットが固定ネジの回転方向と同一方向に回転しようとする。この回転方向の反対方向に第１副位置決めピンの中心軸をずらすと、ブラケットが回転した際に第１副位置決めピンが第１形成面に当たりやすい。同様に、固定ネジの回転方向の反対方向に第２副位置決めピンの中心軸をずらすと、制御基板が回転した際に第２副位置決めピンが第２形成面に当たりやすい。従って、制御基板とヒートシンクとの相対位置のずれを小さくすることができ、制御基板の組み付け性を更に向上させることができる。

上記半導体装置について、前記ヒートシンクが前記第１形成面を備えていてもよい。
第１形成面を半導体基板に設けた場合、ブラケットは半導体基板に対して位置決めされることになる。半導体基板がヒートシンクに対して位置ずれした状態で固定されている場合、半導体基板の位置ずれによって、制御基板とヒートシンクの相対位置にずれが生じる原因になる。これに対して、ヒートシンクに第１形成面を設けることで、半導体基板の位置ずれを原因として制御基板とヒートシンクの相対位置のずれが大きくなることを抑制できる。

本発明によれば、制御基板の組み付け性を向上させることができる。

半導体装置の分解斜視図。制御基板を省略した状態での半導体装置の断面図。ヒートシンクに載置された半導体基板の平面図。制御基板の平面図。半導体装置を制御基板側から見た平面図。ブラケットの斜視図。ブラケットの平面図。（ａ）及び（ｂ）は各位置決め孔に挿入された第１ピン及び第２ピンを示す図。半導体基板及びコンデンサ基板をヒートシンクに組み付けた状態の図。半導体基板にブラケットを載置した状態の図。

以下、半導体装置の一実施形態について説明する。なお、本実施形態の半導体装置は、フォークリフト等の産業車両に搭載されるインバータである。インバータは、バッテリから入力された直流電力を交流電力に変換して、三相モータに出力する。これにより、三相モータが駆動する。三相モータの駆動により産業車両は走行する。

図１及び図２に示すように、半導体装置１０は、ヒートシンク１１と、半導体基板２０と、コンデンサ基板４０と、制御基板６０と、を備える。ヒートシンク１１は、アルミニウム系金属や銅等の金属製である。

図２及び図３に示すように、ヒートシンク１１は、板状の載置部１２と、載置部１２の板厚方向の一面から突出するフィン１３と、載置部１２の板厚方向に延びるネジ孔Ｈ１を形成している締結部１４と、載置部１２の板厚方向に延びる第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２を形成している第１形成面１５，１６と、を備える。締結部１４は、ネジ孔Ｈ１を囲む雌ネジ溝が設けられた部位である。第１形成面１５，１６は、第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２を囲む環状の面である。第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２は、円形状である。載置部１２は、２つの第１形成面１５，１６を備え、第１形成面１５，１６のそれぞれによって２つの第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２が形成されている。第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２同士は、互いに間隔を空けて配置されている。２つの第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２の直径は同一である。なお、ここでいう同一は、公差の範囲内での寸法のずれを許容するものである。

半導体基板２０は、載置部１２の板厚方向の両面のうちフィン１３が設けられた面の反対面に固定されている。本実施形態の半導体基板２０は、絶縁金属基板であり、金属製のベースに絶縁層を設けたものである。半導体基板２０は、パターン２１と、第１貫通孔Ｈ２を形成する第１貫通孔形成面２２と、第２貫通孔Ｈ３を形成する第２貫通孔形成面２３と、を備える。第１貫通孔形成面２２は、第１貫通孔Ｈ２を囲む環状の面である。第２貫通孔形成面２３は、第２貫通孔Ｈ３を囲む環状の面である。第１貫通孔Ｈ２及び第２貫通孔Ｈ３はネジ孔Ｈ１と向かい合って配置されている。半導体基板２０は、第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２を塞がないように配置されている。

図１及び図２に示すように、半導体装置１０は、複数の半導体素子２４と、正極入力端子２５と、負極入力端子２６と、３つの出力端子３０と、２つの内部端子３５と、を備える。半導体素子２４、正極入力端子２５、負極入力端子２６、出力端子３０及び内部端子３５は、半導体基板２０に実装されている。本実施形態の半導体素子２４は、ＭＯＳＦＥＴである。なお、半導体素子２４としては、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等のスイッチング素子を用いることもできる。複数の半導体素子２４は、６つの半導体素子群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６に分かれて配置されている。各半導体素子群Ｇ１～Ｇ６において、各半導体素子２４は、一列に並んでいる。以下、各半導体素子群Ｇ１～Ｇ６を構成する半導体素子２４の並ぶ方向を第１方向とする。

各半導体素子群Ｇ１～Ｇ６は、間隔を空けて並んで配置されている。詳細にいえば、各半導体素子群Ｇ１～Ｇ６は、半導体基板２０の板厚方向の面に沿う方向のうち、第１方向に交差する方向に並んでいる。以下、各半導体素子群Ｇ１～Ｇ６の並ぶ方向を第２方向とする。各半導体素子群Ｇ１～Ｇ６は、インバータにおける三相の上下アームを構成している。なお、第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２は、第２方向に間隔を空けて配置されている。第２方向において、第１位置決め孔Ｐ１は第１位置決め孔Ｐ２よりも正極入力端子２５側に位置している。

正極入力端子２５と、負極入力端子２６と、３つの出力端子３０とは、第２方向に間隔を空けて並んでいる。正極入力端子２５と、負極入力端子２６とは、各半導体素子群Ｇ１～Ｇ６を挟んで配置されている。即ち、正極入力端子２５及び負極入力端子２６は、第２方向において、半導体素子群Ｇ１～Ｇ６よりも半導体基板２０の外縁に寄って配置されている。３つの出力端子３０は、正極入力端子２５と負極入力端子２６との間に配置されている。正極入力端子２５と負極入力端子２６とは、同一形状である。正極入力端子２５及び負極入力端子２６は、それぞれ、基部２７と、基部２７から突出する柱状部２８と、柱状部２８の周面から突出する台座部２９と、を備える。出力端子３０は、基部３１と、基部３１から突出する柱状部３２と、を備える。正極入力端子２５、負極入力端子２６及び出力端子３０は、アルミニウム系金属や銅などの金属製である。正極入力端子２５にはバッテリの正極が接続される。負極入力端子２６には、バッテリの負極が接続される。出力端子３０には、三相モータが接続される。２つの内部端子３５は、第２方向に間隔を空けて並んでいる。各内部端子３５は、出力端子３０同士の間に配置されている。内部端子３５は、アルミニウム系金属や銅などの金属製である。

制御基板６０は、半導体基板２０の板厚方向に対して、半導体基板２０と間隔を空けて配置されている。コンデンサ基板４０は、半導体基板２０と、制御基板６０との間に配置されている。半導体基板２０の板厚方向と、制御基板６０の板厚方向と、コンデンサ基板４０の板厚方向とは一致している。ヒートシンク１１、半導体基板２０、コンデンサ基板４０及び制御基板６０は、層状に配置されているといえる。

コンデンサ基板４０は、正極入力端子２５の基部２７、負極入力端子２６の基部２７、出力端子３０の基部３１及び内部端子３５に重ねて配置されている。コンデンサ基板４０は、３つの出力孔４１を形成している出力孔形成面４２と、第３貫通孔Ｈ４を形成している第３貫通孔形成面４３と、を備える。出力孔４１は、コンデンサ基板４０を板厚方向に貫通した孔であり、出力端子３０の柱状部３２が挿通される。第３貫通孔Ｈ４は、コンデンサ基板４０を板厚方向に貫通した孔である。第３貫通孔形成面４３は、第３貫通孔Ｈ４を囲む環状の面である。第３貫通孔Ｈ４同士の間隔は、第１貫通孔Ｈ２同士の間隔と同一である。半導体装置１０は、コンデンサ基板４０に実装された複数のコンデンサ５０を備える。

図４に示すように、制御基板６０は、出力孔６１を形成する出力孔形成面６２と、第４貫通孔Ｈ５を形成している第４貫通孔形成面６３と、第５貫通孔Ｈ６を形成している第５貫通孔形成面６４と、第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４を形成している第２形成面６５，６６と、を備える。出力孔６１は、制御基板６０を板厚方向に貫通した孔であり、出力端子３０の柱状部３２が挿通される。第４貫通孔Ｈ５同士の間隔は、第２貫通孔Ｈ３同士の間隔と同一である。第４貫通孔形成面６３は、第４貫通孔Ｈ５を囲む環状の面である。第５貫通孔形成面６４は、第５貫通孔Ｈ６を囲む環状の面である。

第２形成面６５，６６は、第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４を囲む環状の面である。第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４は、円形状である。制御基板６０は、２つの第２形成面６５，６６を備え、第２形成面６５，６６のそれぞれによって２つの第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４が形成されている。第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４は、互いに間隔を空けて配置されている。２つの第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４の直径は同一である。なお、ここでいう同一は、公差の範囲内での寸法のずれを許容するものである。

図５に示すように、制御基板６０は、２つの第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４が、第２方向に間隔を空けて並ぶように配置されている。第２方向において、第２位置決め孔Ｐ３は第２位置決め孔Ｐ４よりも正極入力端子２５側に位置している。

半導体装置１０は、制御基板６０に実装された複数の電子部品６７を備える。電子部品６７は、各半導体素子群Ｇ１～Ｇ６を制御する制御回路を構成している。制御回路により各半導体素子群Ｇ１～Ｇ６が制御されることで、電力変換が行われる。

図１に示すように、半導体装置１０は、制御基板６０とヒートシンク１１との間に設けられたブラケット７０を備える。ブラケット７０は、ヒートシンク１１との間隔を維持した状態で制御基板６０をヒートシンク１１に固定するための部材である。

図６及び図７に示すように、ブラケット７０は、板状のブラケット本体７１と、ブラケット本体７１の縁からブラケット本体７１の板厚方向に直交する方向に突出する板状の介在部７２と、ブラケット本体７１からブラケット本体７１の板厚方向に突出する２つの第１ピン７３，７４及び２つの第２ピン７７，７８と、を備える。第１ピン７３，７４及び第２ピン７７，７８は、ブラケット本体７１の板厚方向のうち互いに異なる方向に突出している。第１ピン７３，７４と第２ピン７７，７８とは、同軸上に位置しないように設けられている。即ち、第１ピン７３，７４と第２ピン７７，７８とは、互いの中心軸が同一直線上に位置しないように配置されている。第１ピン７３，７４は、ブラケット本体７１の板厚方向に直交する方向であり、かつ、介在部７２が突出する方向に交差する方向に並んで配置されている。本実施形態において、第１ピン７３，７４同士の並ぶ方向と、第２ピン７７，７８同士の並ぶ方向とは同一方向である。

第１ピン７３は、基部７５Ａと、基部７５Ａから突出する挿入部７６Ａと、を備える。基部７５Ａは、挿入部７６Ａよりもブラケット本体７１寄りの部分である。第１ピン７４は、基部７５Ｂと、基部７５Ｂから突出する挿入部７６Ｂと、を備える。基部７５Ｂは、挿入部７６Ｂよりもブラケット本体７１寄りの部分である。基部７５Ａ，７５Ｂは、第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２に挿入不能な大きさである。基部７５Ａのブラケット本体７１からの突出方向の寸法と、基部７５Ｂのブラケット本体７１からの突出方向の寸法とは同一である。挿入部７６Ａ，７６Ｂは、軸線方向に直交する方向の断面が円形状になる柱状である。挿入部７６Ａ，７６Ｂの直径は、基部７５Ａ，７５Ｂから離れるにつれて徐々に小さくなる。第１ピン７３の挿入部７６Ａの直径は、第１ピン７４の挿入部７６Ｂの直径よりも小さい。詳細にいえば、基部７５Ａから第１ピン７３の軸線方向に第１距離離間した位置の挿入部７６Ａの直径と、基部７５Ｂから第１ピン７４の軸線方向に第２距離離間した位置の挿入部７６Ｂの直径と、を比較すると、第１距離と第２距離とが同一であれば、挿入部７６Ａの直径は挿入部７６Ｂの直径よりも小さい。即ち、第１ピン７３，７４において、軸線方向の同一位置同士で比較を行うと、挿入部７６Ａの直径は挿入部７６Ｂの直径よりも小さい。挿入部７６Ａ，７６Ｂのうち最も直径が大きい部分の直径は、第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２の直径よりも小さい。２つの第１ピン７３，７４は、第１副位置決めピン７３と、第１主位置決めピン７４と、を含む。挿入部７６Ｂの直径が大きい第１ピン７４が第１主位置決めピン７４であり、挿入部７６Ａの直径が小さい第１ピン７３が第１副位置決めピン７３である。

第２ピン７７は、基部７９Ａと、基部７９Ａから突出する挿入部８０Ａと、を備える。基部７９Ａは、挿入部８０Ａよりもブラケット本体７１寄りの部分である。第２ピン７８は、基部７９Ｂと、基部７９Ｂから突出する挿入部８０Ｂと、を備える。基部７９Ｂは、挿入部８０Ｂよりもブラケット本体７１寄りの部分である。基部７９Ａ，７９Ｂは、第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４に挿入不能な大きさである。基部７９Ａのブラケット本体７１からの突出方向の寸法と、基部７９Ｂのブラケット本体７１からの突出方向の寸法とは同一である。挿入部８０Ａ，８０Ｂは、軸線方向に直交する方向の断面が円形状になる柱状である。挿入部８０Ａ，８０Ｂの直径は、基部７９Ａ，７９Ｂから離れるにつれて徐々に小さくなる。第２ピン７７の挿入部８０Ａの直径は、第２ピン７８の挿入部８０Ｂの直径よりも大きい。詳細にいえば、基部７９Ａから第２ピン７７の軸線方向に第３距離離間した位置の挿入部８０Ａの直径と、基部７９Ｂから第２ピン７８の軸線方向に第４距離離間した位置の挿入部８０Ｂの直径と、を比較すると、第３距離と第４距離とが同一であれば、挿入部８０Ａの直径は挿入部８０Ｂの直径よりも大きい。即ち、第２ピン７７，７８において、軸線方向の同一位置同士で比較を行うと、挿入部８０Ａの直径は挿入部８０Ｂの直径よりも大きい。挿入部８０Ａ，８０Ｂのうち最も直径が大きい部分の直径は、第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４の直径よりも小さい。２つの第２ピン７７，７８は、第２主位置決めピン７７と、第２副位置決めピン７８と、を含む。挿入部８０Ａの直径が大きい第２ピン７７が第２主位置決めピン７７であり、挿入部８０Ｂの直径が小さい第２ピン７８が第２副位置決めピン７８である。

２つの第１ピン７３，７４及び２つの第２ピン７７，７８は、ブラケット本体７１の板厚方向の面のうち第２ピン７７，７８が設けられた面を平面視した場合に、時計回りに第２副位置決めピン７８→第１主位置決めピン７４→第１副位置決めピン７３→第２主位置決めピン７７の順に並んでいる。２つの第１ピン７３，７４と２つの第２ピン７７，７８は、時計回りに、主位置決めピンと副位置決めピンとが交互に並ぶように配置されているといえる。

第１ピン７３，７４及び第２ピン７７，７８はヒートシンク１１と制御基板６０との相対位置を定めるためのピンである。詳細にいえば、第１ピン７３，７４及び第２ピン７７，７８による位置決めによって、ヒートシンク１１のネジ孔Ｈ１と、制御基板６０の第４貫通孔Ｈ５とが制御基板６０の板厚方向に重なるように第１ピン７３，７４及び第２ピン７７，７８は設けられている。

ブラケット７０は、第１ボス８１と、第２ボス８２と、を備える。第１ボス８１は、ブラケット本体７１からブラケット本体７１の板厚方向の両側に突出したボスである。第１ボス８１は、３つ設けられている。第１ボス８１同士の間隔は、第４貫通孔Ｈ５同士の間隔と同一である。第２ボス８２は、介在部７２から介在部７２の板厚方向の一方に突出したボスである。

図１に示すように、ブラケット７０は、ヒートシンク１１と、制御基板６０との間に配置されている。ブラケット７０のブラケット本体７１は、半導体基板２０と制御基板６０との間に配置されている。ブラケット本体７１の板厚方向と、半導体基板２０の板厚方向とは一致している。ブラケット本体７１の一部は、半導体基板２０と制御基板６０との間から突出して、載置部１２の板厚方向の面に向かい合っている。ブラケット７０の介在部７２は、コンデンサ基板４０と制御基板６０との間に介在している。第１ピン７３，７４同士は、第２方向に並ぶように配置されている。第２ピン７７，７８同士は、第２方向に並ぶように配置されている。第１ピン７３，７４はブラケット本体７１からヒートシンク１１に向けて突出するように配置されている。第２ピン７７，７８はブラケット本体７１から制御基板６０に向けて突出するように配置されている。第１ボス８１の軸線方向の両端面のうちの一方は半導体基板２０に面接触し、他方は制御基板６０に面接触している。第２ボス８２の軸線方向の端面は、制御基板６０に面接触している。各ボス８１，８２によって制御基板６０が支持され、これにより、制御基板６０とヒートシンク１１との間隔が維持されている。

図５に示すように、２つの第１ピン７３，７４のうち第１主位置決めピン７４の挿入部７６Ｂは、２つの第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２のうち負極入力端子２６側の第１位置決め孔Ｐ２に挿入されている。２つの第１ピン７３，７４のうち第１副位置決めピン７３の挿入部７６Ａは、２つの第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２のうち正極入力端子２５側の第１位置決め孔Ｐ１に挿入されている。第１主位置決めピン７４は、第２方向のうちの負極入力端子２６側に位置しており、第１副位置決めピン７３は、第２方向のうちの正極入力端子２５側に位置している。

２つの第２ピン７７，７８のうち第２主位置決めピン７７の挿入部８０Ａは、２つの第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４のうち正極入力端子２５側の第２位置決め孔Ｐ３に挿入されている。２つの第２ピン７７，７８のうち第２副位置決めピン７８の挿入部８０Ｂは、２つの第２位置決め孔Ｐ３，Ｐ４のうち負極入力端子２６側の第２位置決め孔Ｐ４に挿入されている。第２主位置決めピン７７は、第２方向のうち正極入力端子２５側に位置しており、第２副位置決めピン７８は、第２方向のうちの負極入力端子２６側に位置している。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、第１副位置決めピン７３と第１形成面１５との間のクリアランスＣ１は、第１主位置決めピン７４と第１形成面１６との間のクリアランスＣ２よりも大きい。第２副位置決めピン７８と第２形成面６６との間のクリアランスＣ１は、第２主位置決めピン７７と第２形成面６５との間のクリアランスＣ２よりも大きい。第１主位置決めピン７４及び第２主位置決めピン７７は、制御基板６０の位置決めを目的として設けられたピンであるため、クリアランスＣ２を小さくして位置決め精度を向上させている。第１副位置決めピン７３及び第２副位置決めピン７８は、制御基板６０の回転を抑止するためのピンであるため、クリアランスＣ１を大きくすることで組み付け性を向上させている。

図５に示すように、第２方向における正極入力端子２５から負極入力端子２６に向かう方向において、第１ピン７３，７４は第１副位置決めピン７３→第１主位置決めピン７４の順に並んでいるのに対し、第２ピン７７，７８は第２主位置決めピン７７→第２副位置決めピン７８の順に並んでいる。第１主位置決めピン７４から第１副位置決めピン７３に向かう方向と、第２主位置決めピン７７から第２副位置決めピン７８に向かう方向とは逆向きである。なお、逆向きとは、ブラケット本体７１の板厚方向に直交する方向のうち第１ピン７３，７４同士が並ぶ方向に交差する方向から見て、第１主位置決めピン７４から第１副位置決めピン７３に向かう方向と、第２主位置決めピン７７から第２副位置決めピン７８に向かう方向とが逆向きとなっていればよい。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、第１主位置決めピン７４の中心軸と第１位置決め孔Ｐ２の中心軸とが一致し、第２主位置決めピン７７の中心軸と第２位置決め孔Ｐ３の中心軸とが一致している状態で、第２副位置決めピン７８の中心軸Ａ１は、第２位置決め孔Ｐ４の中心軸Ａ２からずれている。第２副位置決めピン７８の中心軸Ａ１は、第２位置決め孔Ｐ４の中心軸Ａ２から、半導体装置１０を制御基板６０側から平面視した場合の反時計回り方向にずれている。なお、説明の便宜上、図８（ｂ）では、第１主位置決めピン７４の中心軸と第１位置決め孔Ｐ２の中心軸とが一致し、第２主位置決めピン７７の中心軸と第２位置決め孔Ｐ３の中心軸とが一致している状態で、第１副位置決めピン７３の中心軸を第１位置決め孔Ｐ１の中心軸からずらしている。実際には、第１主位置決めピン７４の中心軸と第１位置決め孔Ｐ２の中心軸とが一致し、第２主位置決めピン７７の中心軸と第２位置決め孔Ｐ３の中心軸とが一致している状態で、第１副位置決めピン７３の中心軸は第１位置決め孔Ｐ１の中心軸と一致している。

図１に示すように、半導体装置１０は、半導体基板２０、コンデンサ基板４０及び制御基板６０をヒートシンク１１に固定するための複数のネジＳ１，Ｓ２，Ｓ３と、インシュレータＩと、を備える。複数のネジＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、第１ネジＳ１と、第２ネジＳ２と、第３ネジＳ３とを含む。

複数の第１ネジＳ１は、インシュレータＩ、第３貫通孔Ｈ４及び第１貫通孔Ｈ２を挿通して締結部１４に締結されている。これにより、第１ネジＳ１は、半導体基板２０とコンデンサ基板４０とを共締めしている。

複数の第２ネジＳ２は、第４貫通孔Ｈ５、第１ボス８１及び第２貫通孔Ｈ３を挿通して、締結部１４に締結されている。これにより、第２ネジＳ２は、半導体基板２０と制御基板６０とブラケット７０とを共締めしている。第２ネジＳ２は、制御基板６０を挿通してヒートシンク１１に締結される固定ネジである。

複数の第３ネジＳ３のうちの一本の第３ネジＳ３は、第５貫通孔Ｈ６を挿通して、第２ボス８２に締結されている。複数の第３ネジＳ３のうちの１本は、第５貫通孔Ｈ６を挿通して、正極入力端子２５の台座部２９に締結されている。複数の第３ネジＳ３のうちの１本は、第５貫通孔Ｈ６を挿通して、負極入力端子２６の台座部２９に締結されている。

次に、半導体基板２０、コンデンサ基板４０、制御基板６０及びブラケット７０をヒートシンク１１に組み付ける方法について半導体装置１０の作用とともに説明する。なお、半導体装置１０を構成する部材のうち、上記した部材以外の組み付けについては省略する。

まず、図９に示すように、ヒートシンク１１に半導体基板２０が載置される。次に、コンデンサ基板４０が半導体基板２０と向かい合うように配置される。次に、第１ネジＳ１が締結されることでコンデンサ基板４０及び半導体基板２０がヒートシンク１１に固定される。

次に、図１０に示すように、半導体基板２０にブラケット７０が載置される。ブラケット７０の第１主位置決めピン７４は第１位置決め孔Ｐ２に挿入され、ブラケット７０の第１副位置決めピン７３は第１位置決め孔Ｐ１に挿入される。第１主位置決めピン７４によってヒートシンク１１に対するブラケット７０の位置決めが行われる。第１副位置決めピン７３によって、ブラケット７０の回転が抑制されている。

次に、図５に示すように、ブラケット７０に制御基板６０が載置される。ブラケット７０の第２主位置決めピン７７は第２位置決め孔Ｐ３に挿入され、ブラケット７０の第２副位置決めピン７８は第２位置決め孔Ｐ４に挿入される。第２主位置決めピン７７によってブラケット７０に対する制御基板６０の位置決めが行われる。第２副位置決めピン７８によって、制御基板６０の回転が抑制されている。ブラケット７０によって、制御基板６０とヒートシンク１１との相対位置が定まることになる。詳細にいえば、制御基板６０を挿通した第２ネジＳ２をヒートシンク１１の締結部１４に締結できるように制御基板６０は位置決めされている。次に、第２ネジＳ２及び第３ネジＳ３が締結されることで、制御基板６０及びブラケット７０がヒートシンク１１に組み付けられる。

第２ネジＳ２の締結を行う際には、制御基板６０及びブラケット７０は第２ネジＳ２からの回転力によって回転しようとする。なお、第２ネジＳ２からの回転力によって制御基板６０及びブラケット７０が回転する方向は、半導体装置１０を制御基板６０側から平面視した場合の時計回り方向である。前述したように、第２副位置決めピン７８の中心軸Ａ１は第２位置決め孔Ｐ４の中心軸Ａ２よりも半導体装置１０を平面視した場合の反時計回り方向にずれている。第２副位置決めピン７８の中心軸Ａ１は第２位置決め孔Ｐ４の中心軸Ａ２よりも、第２ネジＳ２を締結する際の第２ネジＳ２の回転方向の反対方向にずれているといえる。ブラケット７０の回転による位置ずれの大きさは、第１副位置決めピン７３と第１形成面１５との間のクリアランスＣ１の大きさに依存しており、クリアランスＣ１が大きいほどブラケット７０の位置ずれは大きくなりやすい。制御基板６０の回転による位置ずれの大きさは、第２副位置決めピン７８と第２形成面６６との間のクリアランスＣ１の大きさに依存しており、クリアランスＣ１が大きいほど制御基板６０の位置ずれは大きくなりやすい。

仮に、第１主位置決めピン７４と第２主位置決めピン７７とを同軸上に位置するように設けて、第１副位置決めピン７３と第２副位置決めピン７８とを同軸上に位置するように設けたとする。この場合、第１主位置決めピン７４及び第２主位置決めピン７７が回転軸となってブラケット７０及びヒートシンク１１は回転する。第１主位置決めピン７４及び第２主位置決めピン７７に近い位置では、ブラケット７０及び制御基板６０の位置ずれが小さい一方で、第１副位置決めピン７３及び第２副位置決めピン７８に近い位置ではブラケット７０及び制御基板６０の位置ずれが大きい。即ち、ブラケット７０の位置ずれが大きい位置と、制御基板６０の位置ずれが大きい位置とが同一方向に集中する。制御基板６０の位置は、ブラケット７０の位置によって定まるため、ブラケット７０に位置ずれが生じると、制御基板６０とヒートシンク１１との相対位置にずれが生じる。即ち、ブラケット７０の位置ずれが大きい位置と、ヒートシンク１１の位置ずれが大きい位置とを同一方向に集中させると、制御基板６０とヒートシンク１１との相対位置に大きなずれが生じやすい。

本実施形態では、第１ピン７３，７４と第２ピン７７，７８とが同軸上に位置しないようにし、かつ、第１主位置決めピン７４から第１副位置決めピン７３に向かう方向と、第２主位置決めピン７７から第２副位置決めピン７８に向かう方向とを逆向きにしている。ヒートシンク１１に対するブラケット７０の位置ずれが大きい位置と、ブラケット７０に対する制御基板６０の位置ずれが大きい位置とを分散させることができる。これにより、制御基板６０とヒートシンク１１との相対位置のずれを小さくすることができる。以下、詳細に説明を行う。

第２方向のうち正極入力端子２５側から負極入力端子２６側に向けて順番に第２ネジＳ２を締結していく場合を想定する。図５にＹ１で示すように、最も正極入力端子２５側に位置する第４貫通孔Ｈ５に第２ネジＳ２を締結しようとすると、第２ネジＳ２から制御基板６０に回転力が加わる。制御基板６０は、第２主位置決めピン７７を回転軸として、第２ネジＳ２の回転方向と同一方向に回転しようとする。制御基板６０は、第２副位置決めピン７８と第２形成面６６とのクリアランスＣ１の範囲内で回転可能であり、制御基板６０のブラケット７０に対する位置ずれ量は大きくなりやすい。本実施形態では、第２副位置決めピン７８の中心軸Ａ１を制御基板６０の回転方向とは反対方向にずらしているため、第２副位置決めピン７８の中心軸Ａ１が第２位置決め孔Ｐ４の中心軸Ａ２に一致している場合に比べて、第２副位置決めピン７８が第２形成面６６に当たりやすい。従って、制御基板６０の回転方向への位置ずれを抑制できる。ブラケット７０は、第２形成面６６から第２副位置決めピン７８に加わる力によって回転しようとする。第１主位置決めピン７４及び第１副位置決めピン７３のうち、第１主位置決めピン７４の方が第２副位置決めピン７８の近くに配置されている。このため、第２形成面６６から第２副位置決めピン７８に加わる力によってブラケット７０が回転しようとすると、第１主位置決めピン７４と第１形成面１６との間のクリアランスＣ２の範囲内でブラケット７０は回転する。第１主位置決めピン７４と第１形成面１６との間のクリアランスＣ２は、第１副位置決めピン７３と第１形成面１５との間のクリアランスＣ１よりも小さいため、ブラケット７０の位置ずれは小さくなる。即ち、第２方向のうち正極入力端子２５側から負極入力端子２６側に向けて順番に第２ネジＳ２を締結していく場合、制御基板６０の位置ずれは大きくなりやすい一方で、ブラケット７０の位置ずれは小さくなる。

また、第２方向のうち負極入力端子２６側から正極入力端子２５側に向けて順番に第２ネジＳ２を締結する場合、ブラケット７０の位置ずれは大きくなりやすい一方で、制御基板６０の位置ずれは小さくなる。従って、ブラケット７０の位置ずれ量と、制御基板６０の位置ずれ量とが積み重なり、制御基板６０の第４貫通孔Ｈ５とヒートシンク１１のネジ孔Ｈ１とが制御基板６０の板厚方向に重なり合わなくなることを抑制することができる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）ヒートシンク１１に対するブラケット７０の位置ずれが大きい位置と、ブラケット７０に対する制御基板６０の位置ずれが大きい位置とが同一方向に集中しないように第１ピン７３，７４及び第２ピン７７，７８を配置している。ヒートシンク１１と制御基板６０との相対位置のずれが大きくなることを抑制でき、制御基板６０の組み付け性を向上させることができる。

（２）ヒートシンク１１と制御基板６０との相対位置のずれが大きくなることを抑制することで、制御基板６０の組み付け性を向上させている。ヒートシンク１１と制御基板６０との相対位置のずれが大きい場合であっても、制御基板６０の第４貫通孔Ｈ５の直径を大きくすることで、制御基板６０を組み付けることができる。しかしながら、この場合、制御基板６０の実装面積が少なくなったり、制御基板６０ががたつくおそれがある。本実施形態のように、ヒートシンク１１と制御基板６０との相対位置のずれを小さくすることで、制御基板６０の第４貫通孔Ｈ５の直径が大きくなることが抑制され、制御基板６０の実装面積が少なくなったり、制御基板６０ががたつくことを抑制できる。

（３）第２副位置決めピン７８の中心軸Ａ１を第２位置決め孔Ｐ４の中心軸Ａ２からずらすことで、制御基板６０が回転した際の制御基板６０の位置ずれを抑制している。従って、制御基板６０の組み付け性を更に向上させることができる。

（４）ヒートシンク１１が第１形成面１５，１６を備える。第１形成面１５，１６を半導体基板２０に設けた場合、ブラケット７０は半導体基板２０に対して位置決めされることになる。半導体基板２０がヒートシンク１１に対して位置ずれした状態で固定されている場合、半導体基板２０の位置ずれによって、制御基板６０とヒートシンク１１の相対位置にずれが生じる原因になる。これに対して、ヒートシンク１１に第１形成面１５，１６を設けることで、半導体基板２０の位置ずれを原因として制御基板６０とヒートシンク１１の相対位置のずれが大きくなることを抑制できる。

実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○第１主位置決めピン７４の中心軸と第１位置決め孔Ｐ２の中心軸とが一致し、第２主位置決めピン７７の中心軸と第２位置決め孔Ｐ３の中心軸とが一致している状態で、第１副位置決めピン７３の中心軸が第１位置決め孔Ｐ１の中心軸からずれていてもよい。この場合、第１副位置決めピン７３の中心軸を第１位置決め孔Ｐ１の中心軸よりも、第２ネジＳ２を締結する際の第２ネジＳ２の回転方向の反対方向にずらす。第２方向のうち負極入力端子２６側から正極入力端子２５側に向けて順番に第２ネジＳ２を締結する場合に、ブラケット７０の位置ずれを抑制することができる。この場合、第２副位置決めピン７８の中心軸Ａ１は、第２位置決め孔Ｐ４の中心軸Ａ２からずらされていてもよいし、ずらされていなくてもよい。

○第１主位置決めピン７４の中心軸と第１位置決め孔Ｐ２の中心軸とが一致し、第２主位置決めピン７７の中心軸と第２位置決め孔Ｐ３の中心軸とが一致している状態で、第２副位置決めピン７８の中心軸Ａ１が第２位置決め孔Ｐ３の中心軸Ａ２と一致していてもよい。

○第１副位置決めピン７３の挿入部７６Ａの直径と、第１主位置決めピン７４の挿入部７６Ｂの直径とを同一にしてもよい。この場合、第１副位置決めピン７３が挿入される第１位置決め孔Ｐ１の直径を第１主位置決めピン７４が挿入される第１位置決め孔Ｐ２の直径よりも大きくすればよい。同様に、第２副位置決めピン７８の挿入部８０Ｂの直径と、第２主位置決めピン７７の挿入部８０Ａの直径とを同一にしてもよい。この場合、第２副位置決めピン７８が挿入される第２位置決め孔Ｐ４の直径を第２主位置決めピン７７が挿入される第２位置決め孔Ｐ３の直径よりも大きくすればよい。

○半導体基板２０が第１位置決め孔Ｐ１，Ｐ２を形成する第１形成面１５，１６を備えていてもよい。この場合、ブラケット７０は半導体基板２０に対して位置決めされる。ブラケット７０を位置決めする時点では、半導体基板２０はヒートシンク１１に固定されている。従って、ブラケット７０を半導体基板２０に対して位置決めすることで、ヒートシンク１１に対するブラケット７０の位置決めが行われる。

○第１ピン７３，７４及び第２ピン７７，７８は、それぞれ、２つ以上設けられていてもよい。この場合、第１主位置決めピンから第１副位置決めピンに向かう方向とは、互いに最も離間した第１主位置決めピンから第１副位置決めピンに向かう方向である。第２主位置決めピンから第２副位置決めピンに向かう方向とは、互いに最も離間した第２主位置決めピンから第２副位置決めピンに向かう方向である。

○ヒートシンク１１としては、フィン１３を有さないものであってもよい。なお、ヒートシンク１１としては、気体状の冷媒によって冷却されるものでもよいし、液状の冷媒によって冷却されるものでもよい。

○半導体装置１０は、インバータ以外であってもよい。例えば、半導体装置１０は、コンバータなど、インバータ以外の電力変換装置であってもよい。また、半導体素子２４としてダイオード等のスイッチング素子以外のものを用いた半導体装置であってもよい。

○半導体装置１０は、産業車両に搭載されるものでなくてもよい。

Ａ１…中心軸、Ａ２…中心軸、Ｃ１，Ｃ２…クリアランス、Ｈ１…ネジ孔、Ｐ１，Ｐ２…第１位置決め孔、Ｐ３，Ｐ４…第２位置決め孔、Ｓ２…固定ネジとしての第２ネジ、１０…半導体装置、１１…ヒートシンク、１５，１６…第１形成面、２０…半導体基板、２４…半導体素子、６０…制御基板、６５，６６…第２形成面、６７…電子部品、７０…ブラケット、７１…ブラケット本体、７３…第１ピン及び第１副位置決めピン、７４…第１ピン及び第１主位置決めピン、７７…第２ピン及び第２主位置決めピン、７８…第２ピン及び第２副位置決めピン。

Claims

ヒートシンクと、
前記ヒートシンクに固定されており、半導体素子が実装された基板と、
前記基板の板厚方向に前記基板と間隔を空けて配置されており、電子部品が実装された制御基板と、
前記制御基板と前記ヒートシンクとの間に設けられたブラケットと、
前記制御基板を挿通して前記ヒートシンクに締結される固定ネジと、を備え、
前記ブラケットは、
ブラケット本体と、
前記ブラケット本体から前記板厚方向のうちの前記ヒートシンク側に突出する第１ピンと、
前記ブラケット本体から前記板厚方向のうちの前記制御基板側に突出し、かつ、前記第１ピンと同軸上に位置しないように設けられている第２ピンと、を備え、
前記第１ピンは、
第１主位置決めピンと、
第１副位置決めピンと、を含み、
前記第２ピンは、
第２主位置決めピンと、
第２副位置決めピンと、を含み、
前記ヒートシンク又は前記基板は、前記第１主位置決めピンが挿入される第１位置決め孔を形成する第１形成面と、前記第１副位置決めピンが挿入される第１位置決め孔を形成する第１形成面と、を備え、
前記制御基板は、前記第２主位置決めピンが挿入される第２位置決め孔を形成する第２形成面と、前記第２副位置決めピンが挿入される第２位置決め孔を形成する第２形成面と、を備え、
前記第１副位置決めピンが挿入される前記第１位置決め孔を形成する前記第１形成面と前記第１副位置決めピンとの間のクリアランスは、前記第１主位置決めピンが挿入される前記第１位置決め孔を形成する前記第１形成面と前記第１主位置決めピンとの間のクリアランスよりも大きく、
前記第２副位置決めピンが挿入される前記第２位置決め孔を形成する前記第２形成面と前記第２副位置決めピンとの間のクリアランスは、前記第２主位置決めピンが挿入される前記第２位置決め孔を形成する前記第２形成面と前記第２主位置決めピンとの間のクリアランスよりも大きく、
前記第１主位置決めピンから前記第１副位置決めピンに向かう方向と、前記第２主位置決めピンから前記第２副位置決めピンに向かう方向とは逆向きである半導体装置。
前記第１主位置決めピンの中心軸と前記第１主位置決めピンが挿入される前記第１位置決め孔の中心軸とが一致し、前記第２主位置決めピンの中心軸と前記第２主位置決めピンが挿入される前記第２位置決め孔の中心軸とが一致している状態で、
前記第２副位置決めピンの中心軸は、前記第２副位置決めピンが挿入される前記第２位置決め孔の中心軸から前記固定ネジを締結する際の前記固定ネジの回転方向の反対方向にずれている請求項１に記載の半導体装置。
前記ヒートシンクが前記第１主位置決めピンが挿入される前記第１位置決め孔を形成する前記第１形成面、及び前記第１副位置決めピンが挿入される前記第１位置決め孔を形成する前記第１形成面を備える請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。