JP2002083915A

JP2002083915A - 電力用半導体装置

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Publication number: JP2002083915A
Application number: JP2000353257A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Okochi; 靖之大河内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-03-22
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP3578335B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒートシンク材料の選択範囲が広く、製造が容
易なために実用性に優れ、その上、リサイクル性に優れ
るにもかかわらず、優れた放熱特性を実現可能な電力用
半導体装置を提供すること。【解決手段】電力用半導体素子チップを挟んで金属放熱
板が両面に配設されてなる半導体モジュール１００がヒ
ートシンク１１０上に載置され、付勢保持部材１１２が
半導体モジュール１００の反ヒートシンク側の金属放熱
板を付勢して半導体モジュール１００のヒートシンク側
の金属放熱板をヒートシンク１１０の表面に押しつけ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力用半導体装置
に関し、特に少なくともヒートシンク及び半導体モジュ
ールを有する電力用半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハイブリッド車、燃料電池車、純二次電
池車など電力を用いて走行する電気自動車では、構成が
堅牢、簡素で制御が容易な交流モータを用いるために、
直流電力と交流電力との間で双方向変換するインバータ
装置特に三相インバータ装置が採用されている。ここ
で、モータの用途は走行に限らず、発電、エンジン始
動、Ａ／Ｃコンプレッサなどの補機駆動などがあり、用
途に応じて複数のモータを積む場合もある。その場合は
インバータも複数積むことになる。

【０００３】特開平１１ー３４６４８０号公報は、ヒー
トシンクに半田接合された絶縁基板と、この絶縁基板上
に接合された半導体素子とを有する半導体スイッチング
モジュールを含むインバータ装置を提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
スイッチングモジュールの絶縁基板をヒートシンクに半
田接合してなる上記公報記載のインバータ装置は、電気
自動車用などの大熱容量のヒートシンクを用いる場合、
絶縁基板の半田付けに半田溶融用の加熱炉を必要とする
ため生産性が低下するという不具合がある他、絶縁基板
（通常はメタライズされたＡｌＮ）と近似する熱膨張率
をもつＡｌーＳｉＣ、Ｃｕ／Ｍｏなどの高価な材料でヒ
ートシンクを構成する必要があるため実用性に問題があ
った。また、絶縁基板が半田接合されたヒートシンクは
リサイクル性に劣るという問題を内包していた。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、ヒートシンク材料の選択範囲が広く、製造が容易
なために実用性に優れ、その上、リサイクル性に優れる
にもかかわらず、優れた放熱特性を実現可能な電力用半
導体装置を提供することをその目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電力用半
導体装置は、電力用半導体素子チップを挟んで金属放熱
板が両面に配設されてなる半導体モジュールと、前記半
導体モジュールの前記金属放熱板に接して配置されたヒ
ートシンクと、前記半導体モジュールの反ヒートシンク
側の前記金属放熱板を付勢して前記半導体モジュールの
ヒートシンク側の前記金属放熱板を前記ヒートシンクの
表面に押しつけるとともに前記反ヒートシンク側の前記
金属放熱板から吸熱する良熱伝導性の付勢保持部材とを
備えることを特徴としている。

【０００７】本構成によれば、付勢保持部材が、両面放
熱型の半導体モジュールをヒートシンクに押しつけて保
持する構成を採用しているので、半導体モジュールとヒ
ートシンクとの間の良好な接触を実現でき、半導体モジ
ュールからヒートシンクへ良好に放熱することができ
る。同時に、半導体モジュールと付勢保持部材との間の
良好な接触を実現することができるので、半導体モジュ
ールから付勢保持部材へ良好に放熱することができる。
すなわち、付勢保持部材により半導体モジュールをヒー
トシンクに押し付ける構造により、半導体モジュールの
両主面の放熱を良好に確保することができる。

【０００８】また、半導体モジュールをヒートシンクに
固定するのに半田接合を採用していないので、組み付け
工程が簡素となり、熱ストレス（いわゆる温度膨張率差
に起因して生じる力）により半田接合の信頼性が低下す
ることがない。

【０００９】本構成において、付勢保持部材は熱伝導性
向上のために金属製とされることが好ましいが、それに
限定されるものではない。また、付勢保持部材は、半導
体モジュールの反ヒートシンク側の金属放熱板に直接接
触させることが好ましいが、中間部材を介在させてもよ
い。電気伝導性を有する付勢保持部材と半導体モジュー
ルの反ヒートシンク側の金属放熱板とを電気伝導可能に
接触させることもでき、この場合は、付勢保持部材を配
線部材として機能させることもできる。

【００１０】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の電力用半導体装置において更に、前記付勢保持部材
は、前記ヒートシンクに固定されることを特徴としてい
る。本構成によれば、付勢保持部材の固定が簡単容易と
することができるので、全体構造を簡素化することがで
きる上、付勢保持部材からヒートシンクへ放熱すること
ができるので、ヒートシンク自体は単なる伝熱部材とす
ることができ、ヒートシンクの冷却を簡素かつ容易に実
現することができる。

【００１１】請求項３記載の構成によれば請求項１又は
２記載の電力用半導体装置において更に、前記付勢保持
部材は、前記半導体モジュールを押圧付勢する梁部と、
前記梁部の両端からヒートシンク側に突出する少なくと
も一対の脚部とを有することを特徴としている。これに
より、半導体モジュールを接触圧が均等分散できる両端
挟圧構造で保持できるので、半導体モジュールと付勢保
持部材及びヒートシンクとの接触面において局部的に応
力が集中することがなく、接触面各部の熱抵抗を均一に
低減することができる。

【００１２】請求項４記載の構成によれば請求項３記載
の電力用半導体装置において更に、前記付勢保持部材の
前記脚部のうち、前記半導体モジュールの厚さに等しい
部分の熱膨張率は、前記電力用半導体素子チップの両側
の前記金属放熱板及び前記電力用半導体素子チップの平
均熱膨張率に所定誤差範囲内で一致することを特徴とし
ている。本構成によれば、付勢保持部材の脚部とそれに
隣接する半導体モジュールとが、半導体モジュールの厚
さ方向において許容可能な所定誤差範囲（この明細書は
１％未満とする）に設定しているので、両者の熱膨張率
の差に基づく熱ストレスを使用温度範囲内で許容範囲内
に保つことができ、この熱ストレスにより電力用半導体
素子チップが破損するのを防止することができるという
優れた効果を奏することができる。

【００１３】なお、電力用半導体素子チップよりも金属
放熱板の方が通常は熱膨張率が大きいので、付勢保持部
材の少なくとも脚部は、電力用半導体素子チップの熱膨
張率と金属放熱板の熱膨張率との中間の熱膨張率をも
つ。この種の熱膨張率（線膨張率）の調整は、金属放熱
板や脚部を構成する素材及びその厚さ（半導体モジュー
ルの厚さ方向長）の組み合わせにより容易に実施するこ
とができる。

【００１４】また、金属放熱板の部位における半導体モ
ジュールの厚さはできるだけ薄い方が、上記熱膨張率差
による脚部と半導体モジュールとの膨張距離の差が小さ
くなり好都合である。

【００１５】請求項５記載の構成によれば、請求項２乃
至４のいずれか記載の電力用半導体装置において更に、
前記付勢保持部材と前記ヒートシンクとの間に介設され
る軟質かつ良熱伝導性の軟質伝熱部材を有することを特
徴としている。この種の軟質伝熱部材としてはたとえば
半田などを挙げることができる。本構成によれば、付勢
保持部材をヒートシンクに固定するに際し、両者の接触
面を上記軟質伝熱部材の塑性変形によりなじませること
ができ、両者間の熱抵抗を低減することができる。

【００１６】請求項６記載の構成によれば請求項２乃至
５のいずれか記載の電力用半導体装置において更に、前
記付勢保持部材と前記ヒートシンクとの間に介設される
薄肉の絶縁部材を有することを特徴としている。本構成
によれば、半導体モジュールのヒートシンク側の金属放
熱板をヒートシンク電位から独立に設定することができ
る。

【００１７】請求項７記載の構成によれば請求項１乃至
５のいずれか記載の電力用半導体装置において更に、前
記半導体モジュールの前記反ヒートシンク側の金属放熱
板と前記付勢保持部材との間、及び、前記半導体モジュ
ールの前記ヒートシンク側の金属放熱板と前記付勢保持
部材との間に介設される薄肉の絶縁部材を有することを
特徴としている。本構成によれば、付勢保持部材が電気
伝導性であっても付勢保持部材と半導体モジュールの反
ヒートシンク側の金属放熱板との間、及び、前記半導体
モジュールの前記ヒートシンク側の金属放熱板と前記付
勢保持部材との間に電気絶縁を確保することができる。

【００１８】請求項８記載の構成によれば請求項３乃至
７のいずれか記載の電力用半導体装置において更に、前
記ヒートシンクは、内部に冷却流体通路を有し、前記付
勢保持部材は、前記ヒートシンクの前記冷却流体通路に
連通する内部冷却通路を有することを特徴としている。
これにより、簡素な構造で半導体モジュールの両側から
流体冷却することができる。

【００１９】請求項９記載の構成によれば請求項３記載
の電力用半導体装置において更に、前記半導体モジュー
ル上に重ねられた回路部品を有し、前記付勢保持部材
は、前記半導体モジュール及び回路部品をまとめて前記
ヒートシンクに押し付けることを特徴としている。これ
により、高密度実装を簡素な組み付け構造で実施するこ
とができる。また、この回路部品を半導体モジュールの
反ヒートシンク側のヒートシンクマスとして機能させる
こともできる。

【００２０】請求項１０記載の構成によれば請求項９記
載の電力用半導体装置において更に、前記半導体モジュ
ールの反ヒートシンク側の前記金属放熱板は、前記回路
部品の端子に直接接することを特徴としている。これに
より、配線構造を簡素化することができるとともに、両
者間の配線距離が短く、配線抵抗及び配線インダクタン
スの悪影響を防止することができる。

【００２１】請求項１１記載の構成によれば請求項９又
は１０記載の電力用半導体装置において更に、前記付勢
保持部材の前記脚部のうち、前記半導体モジュール及び
前記回路部品の厚さの合計に等しい部分の熱膨張率は、
前記電力用半導体素子チップの両側の前記金属放熱板、
前記電力用半導体素子チップ及び前記回路部品の前記厚
さ方向の平均熱膨張率に所定誤差範囲内で一致すること
を特徴としている。これにより、請求項４と同様に、所
定の押圧力を確保して熱抵抗を低減できるとともに、電
力用半導体素子チップに作用する熱ストレスを軽減する
ことができる。

【００２２】請求項１２記載の構成によれば請求項９記
載の電力用半導体装置において更に、前記半導体モジュ
ールの反ヒートシンク側の前記金属放熱板と前記回路部
品の端子との間に端子部材が介設されることを特徴とし
ている。本構成によれば、金属放熱板と回路部品と端子
部材とを、金属放熱板及び回路部品の保持と同時に実現
することができ、簡素で高密度の回路構造を実現するこ
とができる。

【００２３】請求項１３記載の構成によれば請求項１２
記載の電力用半導体装置において更に、前記半導体モジ
ュールは、インバータ回路の一部又は全部を構成し、前
記回路部品は前記インバータ回路の正負直流端子間に並
列接続される平滑コンデンサからなり、前記端子部材
は、直流電源接続用のブスバーからなることを特徴とし
ている。これにより、インバータ回路装置で問題となる
インバータ回路と平滑コンデンサとの間の配線インダク
タンスによる大サージ電圧が発生するという問題を解決
することができ、平滑コンデンサを小型軽量化すること
ができる。

【００２４】請求項１４記載の構成によれば請求項１２
又は１３記載の電力用半導体装置において更に、前記付
勢保持部材の前記脚部のうち、前記半導体モジュール、
端子部材及び前記回路部品の厚さの合計に等しい部分の
熱膨張率は、前記電力用半導体素子チップの両側の前記
金属放熱板、前記電力用半導体素子チップ、前記端子部
材及び前記回路部品の前記厚さ方向の平均熱膨張率に所
定誤差範囲内で一致することを特徴としている。これに
より、請求項４、１１と同様に、所定の押圧力を確保し
て熱抵抗を低減できるとともに、電力用半導体素子チッ
プに作用する熱ストレスを軽減することができる。

【００２５】請求項１５記載の構成によれば請求項１記
載の電力用半導体装置において更に、前記付勢保持部材
は、互いに近接して配設された複数の前記半導体モジュ
ールを一括付勢保持することを特徴としている。これに
より、部品点数及び組み付け工数を低減することができ
る。

【００２６】請求項１６記載の構成によれば請求項３載
の電力用半導体装置において更に、前記付勢保持部材の
前記脚部は、湾曲形状を有し、前記半導体モジュールの
厚さ方向の弾性率が前記付勢保持部材の素材の弾性率よ
り増大されていることを特徴としている。これにより、
半導体モジュールとヒートシンク又は付勢保持部材との
熱的又は電気的結合性能を悪化させることなく、脚部と
半導体モジュールとの厚さ方向への熱膨張率差に起因す
る熱ストレスを格段に低減することができる。

【００２７】請求項１７記載の構成によれば請求項１記
載の電力用半導体装置において更に、前記ヒートシンク
は、前記半導体モジュールの両側に隣接して突出する側
壁部を有し、前記付勢保持部材は、金属薄板により形成
されるとともに両端部が前記側壁部に固定されることを
特徴としている。

【００２８】本構成によれば、付勢保持部材の構造を簡
素化することができる上、付勢保持部材が、半導体モジ
ュール１００の厚さ方向に弾性変形容易な金属薄板から
なるので、上記熱ストレスの吸収が容易となる。

【００２９】請求項１８記載の構成は請求項１記載の電
力用半導体装置において更に、前記付勢保持部材又は前
記ヒートシンクは、前記半導体モジュールの横ずれを規
制するストッパを有することを特徴としている。

【００３０】これにより、電気自動車のような高振動環
境においても半導体モジュールがヒートシンク又は付勢
保持部材に対して横ずれすることがなく、信頼性を向上
することができる。また、半導体モジュールや付勢保持
部材の位置合わせにも利用することができる場合もあ
り、この場合には、組み付け工程を簡素化しつつ組み付
けの高精度化を図ることができる。

【００３１】ストッパは、後述するように、半導体モジ
ュールの金属放熱板とヒートシンク又は付勢保持部材と
の凹凸嵌合により構成できる他、半導体モジュールの樹
脂部に当接して半導体モジュールの横ずれを規制しても
よい。

【００３２】請求項１９記載の構成によれば請求項１８
記載の電力用半導体装置において更に、前記付勢保持部
材又は前記ヒートシンクと前記半導体モジュールの前記
金属放熱板とは、互いに嵌合する凹凸部を有する。

【００３３】これにより、半導体モジュールと付勢保持
部材又はヒートシンクとの間の熱抵抗を低減できる他、
上記した位置合わせ効果も得ることができる。

【００３４】請求項２０記載の構成によれば請求項１記
載の電力用半導体装置において更に、前記付勢保持部材
又は前記ヒートシンクは、前記付勢保持部材の位置を決
める位置決め部を有することを特徴としている。本構成
によれば、付勢保持部材の組み付け作業を容易化するこ
とができる。

【００３５】請求項２１記載の構成によれば請求項１記
載の電力用半導体装置において更に、前記電力用半導体
素子チップは、一対の主面の一方に一つの主電極と制御
電極とを有し、前記一対の主面の他方に他の一つの主電
極を有し、前記一対の主面の一方は前記金属放熱板を介
して前記ヒートシンク側に配置されることを特徴として
いる。

【００３６】本構成をＭＯＳトランジスタを例として説
明すると、電力用半導体素子チップの２つの主電極であ
るソース電極となる領域とドレイン電極となる領域のう
ち、ドレイン電極に比較して制御電極（ゲート電極を含
む信号電極）に近い電位をもつソース電極の領域をチッ
プのソース電極側の主面にて制御電極及び信号電極に接
続する領域に隣接配置する。これにより、チップのドレ
イン電極をなす領域はチップの略全面に設けることがで
き、ヒートシンクは金属放熱板を通じてチップのドレイ
ン電極側の主面に広く接合することができる。

【００３７】したがって、本構成によれば、電力用半導
体素子チップとヒートシンクとの間の伝熱抵抗を低減し
てチップの冷却性を向上することができる。

【００３８】請求項２２記載の構成によれば請求項１記
載の電力用半導体装置において更に、同相の上、下のア
ームをなす一対の前記半導体モジュールが隣接配置され
るとともに６個の半導体モジュールが各アームをなす三
相インバータ回路を有し、前記電力用半導体素子チップ
の一対の主面の一方は、第一の前記金属放熱板を兼ねる
第一の主電極端子に接続される領域と、信号端子に接続
される領域とを有し、前記一対の主面の他方は、第二の
前記金属放熱板を兼ねる第二の主電極端子に接続される
領域とを有し、前記両主電極端子は、前記半導体モジュ
ールの互いに平行な二辺の互いに対角をなす一半部から
個別に前記半導体モジュールの側方へ突出し、前記信号
端子は、前記二辺の互いに対角をなす他半部の一方から
前記半導体モジュールの側方へ突出することを特徴とし
ている。

【００３９】ＭＯＳトランジスタモジュールを例とし、
第一の主電極端子をソース電極端子、第二の主電極端子
をドレイン電極端子と呼称して、更に説明する。

【００４０】本構成によれば、ソース電極端子とドレイ
ン電極端子を互いに平行な二辺の互いに対角となる一対
の一半部から半導体モジュールの側方へ互いに逆むきに
突出させる。これにより、ソース電極端子とドレイン電
極端子とは、互いに点対称（回転対称）の位置をもつ。
そして信号端子は上記二辺の互いに対角となる一対の他
半部の一方から半導体モジュールの側方へ突出させる。

【００４１】これにより、同相の上下アームをなす一対
の半導体モジュールは、一方のアームをなす半導体モジ
ュールのソース電極端子と、他方のアームをなす半導体
モジュールのソース電極端子とを互い違いに挟んで配置
できるので、高密度に配置することができる。もちろ
ん、両半導体モジュールのドレイン電極端子同士を互い
違いに噛みあわせてもよい。また、これら６個の半導体
モジュールを一種類の半導体モジュールで構成すること
ができ、部品点数を減らすことができ、保守管理が容易
となる。

【００４２】請求項２３記載の構成によれば請求項１記
載の電力用半導体装置において更に、前記付勢保持部材
の両端部は、前記ヒートシンクに圧入されて固定されて
いることを特徴としている。

【００４３】これにより、付勢保持部材とヒートシンク
との結合が容易となり、両者間の熱抵抗が低減されるの
で、半導体モジュールの冷却効果を向上することができ
る。

【００４４】請求項２４記載の構成によれば請求項２３
記載の電力用半導体装置において更に、前記付勢保持部
材の両端部は、前記ヒートシンク内の冷却液通路に露出
していることを特徴としているので、一層の冷却効果向
上を図ることができる。

【００４５】

【発明の実施の形態】本発明の好適な態様を以下の実施
例を参照して説明する。

【００４６】

【実施例】本発明の電力用半導体装置の実施例を図面を
参照して説明する。（全体構成）図１は、電気自動車の走行モータ駆動制御
用の三相インバータ回路装置の回路図である。

【００４７】２１は電池（直流電源）、２２〜２７はそ
れぞれ、その寄生ダイオ−ドをフライホイールダイオ−
ドとして利用するＮＭＯＳトランジスタからなる半導体
素子である。

【００４８】半導体素子２２は、Ｕ相上アームを構成
し、半導体素子２３はＵ相下アームを構成し、半導体素
子２４はＶ相上アームを構成し、半導体素子２５はＶ相
下アームを構成し、半導体素子２６はＷ相上アームを構
成し、半導体素子２７はＷ相下アームを構成しており、
それぞれ半導体モジュール１００〜６００として個別に
実装されている。

【００４９】１０１はＵ相上アームの正の直流電源端子
（ドレイン側）、１０２はＵ相上アームの交流出力端子
（ソース側）、２０１はＵ相下アームの交流出力端子
（ドレイン側）、２０２はＵ相下アームの負の直流端子
（ソース側）である。３０１はＶ相上アームの正の直流
電源端子（ドレイン側）、３０２はＶ相上アームの交流
出力端子（ソース側）、４０１はＶ相下アームの交流出
力端子（ドレイン側）、４０２はＶ相下アームの負の直
流端子（ソース側）である。５０１はＷ相上アームの正
の直流電源端子（ドレイン側）、５０２はＷ相上アーム
の交流出力端子（ソース側）、６０１はＷ相下アームの
交流出力端子（ドレイン側）、６０２はＷ相下アームの
負の直流端子（ソース側）である。

【００５０】各正の直流電源端子１０１、３０１、５０
１は、平滑コンデンサ２８の正極端子とともに電池２１
の正極端子に接続され、各負の直流電源端子２０２、４
０２、６０２は、平滑コンデンサ２８の負極端子ともに
電池２１の負極端子に接続されている。Ｕ相交流出力端
子１０２、２０１は接続点１０３で接続され、Ｖ相交流
出力端子３０２、４０１は接続点３０３で接続され、Ｗ
相交流出力端子５０２、６０１は接続点５０３で接続さ
れて三相交流モータ２９の電機子巻線（図示せず）に給
電している。

【００５１】３０はコントローラであり、各半導体素子
のゲート電極に制御電圧を出力するとともに、各半導体
素子の温度検出などを行っている。上記三相インバータ
回路及び平滑コンデンサ２８の動作自体は周知であり、
更に詳細な説明を省略する。（半導体モジュール）Ｕ相
上アームの半導体モジュール１００を図２（ａ）、図２
（ｂ）を参照して以下に説明する。図２（ａ）は分解斜
視図、図２（ｂ）は全体斜視図を示す。

【００５２】１０５は、正の直流電源端子１０１を有す
る金属伝熱板、１０６は交流出力端子１０２を有する金
属伝熱板、１０８は半導体素子（電力用半導体素子チッ
プ）２２の信号端子（制御電極端子ともいう）である。
信号端子１０８は、ＮＭＯＳトランジスタのゲート電極
制御用の端子や、半導体素子２２の内部モニタ用の信号
端子を含み、図２では５本設けられている。

【００５３】半導体素子２２は金属伝熱板１０５上にハ
ンダ付けされ、金属伝熱板１０６が半導体素子２２の上
面にハンダ付けされている。これらは、金属伝熱板１０
５、１０６の外主面を露出させ、端子１０１、１０２、
１０８を突出させた状態で樹脂１０９により封止されて
半導体モジュール１００を構成している。

【００５４】この実施例では特に、信号端子１０８と正
の直流電源端子（ドレイン電極端子ともいう）１０１と
を、長方形の半導体モジュール１００の同一の辺（特に
ここでは長辺）上に配置している。信号端子１０８はこ
の辺の一半側に配置され、正の直流電源端子（ドレイン
電極端子）１０１はこの辺の他半側に配置されている。
交流出力端子（ソース電極端子ともいう）１０２は、端
子１０８、１０１をもつ辺の対辺の信号端子１０８側の
半部に配置されている。

【００５５】ここで、半導体モジュール１００における
半導体素子（ＮＭＯＳトランジスタ）２２のジャンクシ
ョン部からドレイン側の金属伝熱板１０５までの熱抵抗
をＲ１とし、半導体素子２２のジャンクション部からソ
ース側の金属伝熱板１０６までの熱抵抗をＲ２とし、仮
に両金属伝熱板１０５、１０６の厚さは等しいとした場
合、Ｒ１＜Ｒ２となる。

【００５６】理由は、半導体素子２２のドレイン領域側
の主面は、その全面にわたって金属伝熱板１０５と接合
されているのに対し、半導体素子２２のソース領域側の
主面は、各信号端子１０８とワイヤボンディング接続す
るための三次元スペースを確保するために、この三次元
スペースを避けてソース側の金属伝熱板１０６の一部を
半導体素子２２に向けて突出させる必要があるため、半
導体素子２２のソース領域側の主面から上記三次元スペ
ースを差し引いた残部しか金属伝熱板１０６と接合でき
ないためである。他の上アームの半導体モジュール３
００、５００については全く同じ構成である。下アーム
の半導体モジュール２００、４００、６００も上アーム
の半導体モジュール１００、３００、５００と全く同じ
構成である。ただし、上アームの半導体モジュールの正
の直流電源端子を、下アームの半導体モジュールでは交
流出力端子に置換し、上アームの半導体モジュールの交
流出力端子を、下アームの半導体モジュールでは負の直
流電源端子に読み替えれば良い。

【００５７】なお、半導体素子２２としてＩＧＢＴを採
用する場合は、別途のフライホイールダイオ−ドが必要
となるが、これは図２（ａ）において半導体素子２２の
左側に並置して構成すれば良い。この場合、フライホイ
ールダイオ−ドのカソード側を正の直流電源端子１０１
を有する金属伝熱板１０５に向けた形で実装することに
なる。

【００５８】（半導体モジュール）図３は半導体モジュ
ール２００を示す。

【００５９】２０５は、交流出力端子２０１を有する金
属放熱板、２０６は負の直流電源端子２０２を有する金
属放熱板、２０８は半導体素子２３の制御電極端子、２
０９はモールド樹脂である。

【００６０】図４、図５に半導体モジュール２００を用
いたインバータ装置を示す。図５にその側面図を示す。
図４はＵ相部分の部分平面図であり、図５は図４のＡ視
側面図である。

【００６１】ヒートシンク１１０は、内部に冷却流路が
形成された水冷構造の金属板からなり、たとえばアルミ
ダイカスト法により形成されている。ヒートシンク１１
０は、水冷に限らず例えば自動車用エアコンの冷媒を封
止できるだけの強度と気密性とを兼ね備えたＡｌの押し
出しまたは引き抜きで形成された偏平状のチューブでも
構わないし、周知の沸騰冷却型冷媒槽としても良い。

【００６２】１００及び２００は半導体モジュール（以
下、カード型半導体モジュールともいう）、１１２は固
定部材（本発明でいう付勢保持部材）である。一対の固
定部材１１２は、スクリュ１１３によりヒートシンク１
１０に半導体モジュール１００，２００の上から取り外
し可能に固定されており、半導体モジュール１００，２
００を個別にヒートシンク１１０の上面へ押し付けてい
る。

【００６３】平滑コンデンサ２８は、半導体モジュール
１００，２００に隣接してヒートシンク１１上にその底
面が接触する姿勢で固定されている。１１１＋は、正の
直流入力バスバー、１１１−は、負の直流入力バスバー
であり、半導体モジュール１００及び２００の直流入力
端子１０１、２０１と平滑コンデンサ２８の正および負
の電極を兼ねている。

【００６４】１１１１は、正、負の直流入力バスバー１
１１＋、１１１−を電気的に絶縁するために介設された
インシュレータである。１２１はＵ相の交流出力バスバ
ーであり、半導体モジュール１００、２００の交流出力
端子１０２、２０１と３相交流モータ２９とを接続して
いる。Ｖ相、Ｗ相についてもＵ相と同様であるので説明
は省略する。

【００６５】コントローラ３０は、ここでは図示してい
ないが、半導体モジュール１００、２００の上方にヒー
トシンク１１０と平行に配置され、各半導体モジュール
１００、２００の制御電極端子１０８、２０８などと接
続されている。

【００６６】半導体モジュール１００、２００とヒート
シンク１１０との接触面１１５、半導体モジュール１０
０、２００と固定部材１１２との接触面１１６には、熱
伝導性が良くかつ電気絶縁可能な部材、例えばシリコン
系の絶縁放熱シートが挟設されているが、この絶縁放熱
シートを、セラミックなどの絶縁基板とその両面の放熱
グリスで置換することも可能である。また、固定部材
１１２とヒートシンク１１０の接触面１１７にも、熱伝
導性が良いシリコン系の放熱シートや熱伝導性グリスな
どが介設されている。固定部材が樹脂などの絶縁部材で
あれば、接触面１１６にはさむ熱伝導部材は電気絶縁性
を必要としない。

【００６７】上記実施例によれば、半導体モジュール１
００はヒートシンク１１０に半田接合を用いることなく
安定に保持されるので、半田寿命を考えなくても良く、
装置全体の長寿命化が可能となる。また、半田接合を用
いないためにヒートシンク１１０にＡｌーＳｉＣなどの
高価な材料を用いる必要がなく、装置全体を低価格とで
きる。

【００６８】また、ヒートシンク１１０の大熱容量にも
無関係に組みつけを簡素製造設備で実現することができ
る。また、機械的に取り外し可能なように構成している
ので、リサイクル性に優れ、交換も容易である。

【００６９】更に、固定部材１１２を良熱伝導性の金属
材料例えばＣｕやアルミ製とすることにより、半導体モ
ジュール内部の半導体素子を両面からヒートシンク１１
０に放熱することが可能となり、片面から放熱する場合
に比べて、放熱性能を大幅に向上できる。その結果、半
導体素子を小型化することも可能となり、装置の小型、
低価格化が可能となる。固定部材１１２は、半導体モジ
ュール毎に１個用意しても良いし、複数の半導体モジュ
ールを１個の固定部材で固定しても構わない。

【００７０】（固定部材）固定部材１１２について図６
を参照して更に説明する。図６はこの装置の要部側面図
である。

【００７１】固定部材１１２は、半導体モジュールを押
圧付勢する梁部１１２１と、梁部１１２１の両端からヒ
ートシンク１１０側に突出する一対の脚部１１２２とを
有している。両脚部１１２２には半導体モジュール１０
０の厚さ方向に貫通する孔（図示せず）が設けられてお
り、この孔を通じてスクリュ１１３をヒートシンク１１
０に締結することにより、固定部材１１２はヒートシン
ク１１０に固定され、半導体モジュール１００がヒート
シンク１１０と固定部材１１２の梁部１１２１とで挟圧
されている。

【００７２】１２０は、半導体モジュール１００のヒー
トシンク側の金属放熱板（図示せず）とヒートシンク１
１０の上面との間、並びに、半導体モジュール１００の
反ヒートシンク側の金属放熱板（図示せず）と固定部材
１１２の梁部１１２１の下面との間に介設される絶縁熱
伝導部材である。１２１は、固定部材１１２の脚部１１
２２の下面とヒートシンク１１０の上面との間に介設さ
れる熱伝導部材である。この実施例では、熱伝導部材１
２１は、軟質かつ良熱伝導性を有する素材により構成さ
れ、絶縁熱伝導部材１２０より軟質とされている。

【００７３】このようにすれば、スクリュー１１３で固
定部材１２０をヒートシンク１１０に締め込んだとき、
硬度のある熱伝導部材１２０にて半導体モジュール１０
０をヒートシンク１１０に強く押し当てることができ、
半導体モジュール１００の下側面からヒートシンク１１
０に良好に放熱させることができる。また、熱伝導部材
１２１に絶縁熱伝導部材１２０より軟質の素材を用いて
いるので、絶縁熱伝導部材１２０が脚部１１２２の下面
及びヒートシンク１１０の上面によくなじみ、熱抵抗を
低減することができる。

【００７４】絶縁熱伝導部材１２０としてはたとえば窒
化アルミニウムや高硬度シリコンゴムシートを採用する
ことができ、熱伝導部材１２１としてはたとえば半田や
熱伝導グリスやグラファイトシートを採用することがで
きる。なお、熱伝導部材１２１として、電気絶縁性を有
する材料たとえば低硬度シリコンゴムシートを採用して
もよい。スクリュー１１３は金属製としてもよく電気絶
縁性を有する樹脂製としてもよい。

【００７５】（変形態様）上記実施例では、絶縁熱伝導
部材１２０を半導体モジュール１００と固定部材１１２
の梁部１１２１との間に挟んだが、熱伝導部材１２１を
電気絶縁性を有する絶縁熱伝導部材に変更し、絶縁熱伝
導部材１２０を電気伝導性を有する伝導部材としてもよ
い。また、半導体モジュール１００と固定部材１１２の
梁部１１２１とを直接接触させても良い。スクリュー１
１３は樹脂製のものが用いられる。このようにすれば、
固定部材１１２を、半導体モジュール１００の反ヒート
シンク側の金属放熱板に接続される配線部材又は端子と
して用いることができる。

【００７６】

【実施例２】他の実施例を図６を参照して以下に説明す
る。

【００７７】この実施例では、固定部材１１２の脚部１
１２２と熱伝導部材１２１との平均熱膨張率ｋｍ１は、
一対の金属放熱面間の半導体モジュール１００と２つの
絶縁熱伝導部材１２０との平均熱膨張率ｋｍ２と一致
（誤差１％以内）に設定される。なお、この明細書でい
う複数の部材Ａ，Ｂの平均熱膨張率ｋｍとは、次の式で
規定されるものとする。

【００７８】ｋｍ＝（ｋ１・ｔ１＋ｋ２・ｔ２）／（ｔ１＋ｔ２）ｋ１は部材Ａの熱膨張率（線膨張率）、ｔ１は部材Ａの
厚さ、ｋ２は部材Ｂの熱膨張率（線膨張率）、ｔ２は部
材Ｂの厚さである。

【００７９】このようにすれば、半導体モジュール１０
０と脚部１１２２との熱膨張率の差に起因する熱ストレ
スを解消することができ、経時的信頼性を向上すること
ができる。なお、上記熱膨張率の差は最高使用温度又は
最低使用温度で半導体モジュールの各部に悪影響が生じ
ない範囲であれば許容される。

【００８０】（変形態様）なお、この平均膨張率を一致
させる設定において、固定部材１１２の脚部１１２２と
熱伝導部材１２１と半導体モジュール１００と２つの絶
縁熱伝導部材１２０とは、それぞれ温度が異なるため、
それぞれの厚さ方向の膨張量は異なる。この各部品間の
温度差による膨張量差を補償するために、膨張量が最も
大きくなっる最高使用温度において、上記固定部材１１
２の脚部１１２２と熱伝導部材１２１との厚さ方向膨張
量の合計が、半導体モジュール１００と２つの絶縁熱伝
導部材１２０との厚さ方向膨張量の合計に一致するよう
に、脚部１１２２などの材質などを選定することができ
る。その他、半導体モジュール１００の各使用温度にお
いて、上記膨張量の差が許容範囲となるように脚部１１
２２などの材質などを選定することができる。

【００８１】

【実施例３】他の実施例を図７を参照して以下に説明す
る。

【００８２】この実施例では、ヒートシンク１１０の内
部にはメイン冷却流体通路Ｍが形成され、冷却流体が流
れている。固定部材１１２にもサブ冷却流体通路Ｓが形
成され、固定部材１１２のサブ冷却流体通路Ｓの両端開
口はヒートシンク１１０のメイン冷却流体通路Ｍと連通
し、両通路Ｍ、Ｓは実質的に直列又は並列に連結されて
いる。これにより、半導体モジュール１００を更に良好
に冷却することができる。

【００８３】３００はパッキンであり、このパッキン３
００は固定部材１１２と半導体モジュール１００との半
導体モジュール１００の厚さ方向の熱膨張率差による熱
ストレスを弾性的に吸収する機能も奏することができ
る。１２０は、半導体モジュール１００の金属放熱板と
ヒートシンク１１０及び固定部材１１２とを電気絶縁す
る絶縁熱伝導部材である。

【００８４】なお、この実施例では、固定部材に冷却流
体を長すように説明したが、固定部材をヒートパイプで
構成し、ヒートシンクに固定するよう構成してもよい。

【００８５】

【実施例４】他の実施例を図８を参照して以下に説明す
る。

【００８６】この実施例では、半導体モジュール１０
０、２００上にブスバー１０１、２０２を介して他の回
路部品（この実施例では平滑コンデンサ）が重ねて配設
され、固定部材１１２は平滑コンデンサ２８を介して半
導体モジュール１００、２００をヒートシンク１１０に
押し付けている。

【００８７】このようにすれば、回路実装密度を向上で
き、インバータ回路を構成する半導体モジュール１００
とその一対の直流端間のスイッチングサージ電圧を吸収
する平滑コンデンサ２８との間の配線距離を短縮するこ
とができ、配線抵抗による電力損失、発熱も低減するこ
とができる。また、平滑コンデンサ２８及びブスバー１
０１、２０２は、半導体モジュール１００のヒートシン
ク機能ももつことができる。

【００８８】半導体モジュール１００、２００の反ヒー
トシンク側の金属放熱板はインバータ回路の＋直流端又
はー直流端を構成しており、半導体モジュール１００、
２００のヒートシンク側の金属放熱板（図示せず）は交
流出力端を構成し、一つの固定部材１１２により２つの
半導体モジュール１００、２００を挟圧している。

【００８９】ブスバー１０１、２０２は平滑コンデンサ
２８の＋直流端子２８１及びー入力端子２８２が嵌入す
る凹部ｃを有する。これにより、平滑コンデンサ２８の
横ずれを防止することができ、平滑コンデンサ実装時の
位置合わせが容易となる。なお、この凹部ｃの側面は底
が狭くなるテーパー面として、平滑コンデンサ２８の両
直流端子２８１、２８２の嵌入、位置合わせが容易とな
っている。平滑コンデンサ２８はそれぞれ複数の＋直流
端子２８１、ー直流端子２８２をもつことができ、この
場合には、これらと嵌合する上記凹部ｃは複数設けられ
る。

【００９０】（変形態様）更に、この実施例では、半導
体モジュール１００、２００と平滑コンデンサ２８とブ
スバー１０１、２０２との半導体モジュール１００の厚
さ方向の平均膨張率ｋｍ３は、固定部材１１２の脚部１
１２２の厚さ方向の平均膨張率ｋｍ４に一致するよう
に、脚部１１２２の素材などが選定される。

【００９１】なお、平均膨張率ｋｍ３、ｋｍ４は、前述
の式の思想と同様に、構成する複数の部材の単位温度上
昇当たりの膨張量の合計を、これら複数の部材の厚さ方
向の距離の合計で割算した値として定義される。もしく
は、上述の変形態様と同様に、半導体モジュール１０
０、２００の所定温度（通常は最高使用温度）における
温度分布を加味して実際の各部の厚さ方向膨張量を設
け、脚部１１２２側と半導体モジュール１００、２００
側とで厚さ方向膨張量の一致を図ってもよい。どちらに
せよ、これにより、本構成の挟圧式半導体モジュール固
定方式における大きな問題である熱ストレス問題を実用
可能なレベルに解決することができる。

【００９２】

【実施例５】他の実施例を図８を参照して以下に説明す
る。

【００９３】この実施例は、図８に示す実施例４の二階
建て回路構造において、ブスバー１０１、２０２を半導
体モジュール１００の反ヒートシンク側の金属放熱板と
したものである。したがって、この実施例では、半導体
モジュール１００、２００の反ヒートシンク側の金属放
熱板１０１、２０２が、平滑コンデンサ２８の＋直流端
子２８１及びー入力端子２８２が嵌入する凹部ｃを有す
る。これにより、平滑コンデンサ２８の横ずれを防止す
ることができ、平滑コンデンサ実装時の位置合わせが容
易となる。他の効果は実施例４と同じである。

【００９４】（変形態様）更に、この実施例では、半導
体モジュール１００、２００と平滑コンデンサ２８との
半導体モジュール１００の厚さ方向の平均膨張率ｋｍ５
は、固定部材１１２の脚部１１２２の厚さ方向の平均膨
張率ｋｍ６に一致するように、脚部１１２２の素材など
が選定される。なお、平均膨張率ｋｍ５、ｋｍ６は、説
明を省略するが前述の式の思想により算出される。ま
た、上述の変形態様と同様に、半導体モジュール１０
０、２００の所定温度（通常は最高使用温度）における
温度分布を加味して実際の各部の厚さ方向膨張量を設
け、脚部１１２２側と半導体モジュール１００、２００
側とで厚さ方向膨張量の一致を図ってもよい。どちらに
せよ、これにより、本構成の挟圧式半導体モジュール固
定方式における大きな問題である熱ストレス問題を実用
可能なレベルに解決することができる。

【００９５】

【実施例６】他の実施例を図９を参照して以下に説明す
る。

【００９６】この実施例では、固定部材１１２は、梁部
１１２１が半導体モジュール１００の厚さ方向へ向けて
特に大きい弾性率を有する湾曲形状の弾性変形部１１２
３を有する。このようにすれば、既述した半導体モジュ
ール１００と脚部１１２２との半導体モジュール１００
の厚さ方向への熱膨張率差に起因する熱ストレスを格段
に低減することができる。

【００９７】

【実施例７】他の実施例を図１０を参照して以下に説明
する。

【００９８】この実施例では、ヒートシンク１１０は、
半導体モジュール１００の両側に突出する一対の側壁部
１１１をもち、固定部材１１２は金属薄板により形成さ
れて両端部が側壁部に樹脂製のスクリュー１１３で固定
されている。

【００９９】本構成によれば、固定部材１１２が半導体
モジュール１００の厚さ方向へ容易に弾性変形すること
ができるので、上記熱ストレスを良好に吸収することが
でき、更に、半導体モジュール１００の反ヒートシンク
側の金属放熱板とヒートシンク１１０との間の放熱距離
が短くなるので、固定部材１１２を薄肉化するにもかか
わらず、放熱性の低下を抑止することができる。

【０１００】

【実施例８】他の実施例を図１１を参照して以下に説明
する。

【０１０１】この実施例では、半導体モジュール１００
の反ヒートシンク側の金属放熱板１０６は凹凸部１０６
１をもち、この凹凸構成は固定部材１１２の梁部１１２
１の凹凸部１１２１１と嵌合している。半導体モジュー
ル１００のヒートシンク側の金属放熱板（図示せず）及
び固定部材１１２の脚部１１２２はそれぞれ電気絶縁性
の絶縁熱伝導部材を通じてヒートシンク１１０に密着し
ている。スクリュー１１３は樹脂製である。凹凸部の側
面は嵌合位置決めが容易なテーパ面となっている。これ
により、半導体モジュール１００に対する固定部材１１
２の位置決めが容易となり、半導体モジュール１００の
横ずれを防止することができ、半導体モジュール１００
と固定部材１１２との間の熱抵抗を低減することができ
る。固定部材１１２は半導体モジュール１００の反ヒー
トシンク側の金属放熱板１０６の端子を兼ねることもで
きる。

【０１０２】なお、半導体モジュール１００のヒートシ
ンク側の金属放熱板とヒートシンク１１０との接触にも
この凹凸嵌合構造を用いることができる。ただし、この
場合には、半導体モジュール１００のヒートシンク側の
金属放熱板はヒートシンクと同一電位（通常は接地電
位）とされることが好ましい。

【０１０３】

【実施例９】他の実施例を図１２を参照して以下に説明
する。

【０１０４】この実施例では、ヒートシンク１１０は半
導体モジュール１００の樹脂モールド部１０９に接して
半導体モジュール１００の横ずれを規制するストッパ１
１０１が設けられている。これにより、電気自動車のよ
うな高振動環境においても半導体モジュールがヒートシ
ンク又は付勢保持部材に対して横ずれすることがなく、
信頼性を向上することができる。また、このストッパ１
１０１の側面をテーパ面（斜面）としているので、半導
体モジュール１００の位置決めが容易となる。

【０１０５】（変形態様）上記変形態様では、ヒートシ
ンク１１０にストッパを設けたが、固定部材１１２にス
トッパを設けて半導体モジュール１００の横ずれを防止
してもよい。この場合、ストッパの側面をテーパ面（斜
面）とすることにより、半導体モジュール１００の位置
決めが容易となる。

【０１０６】

【実施例１０】本発明のインバータ装置の他の実施例を
図１３、図１４を参照して説明する。図１３はＵ相部分
の部分平面図であり、図１４は図１３のＡ視側面図であ
る。

【０１０７】ヒートシンク１１０は、内部に冷却流路が
形成された水冷構造の金属板からなり、たとえば、ダイ
カスト法などで形成されている。１００はカード型半導
体モジュールである。カード型半導体モジュール１００
の構造は実施例１で説明したとおりである。

【０１０８】カード型半導体モジュール（半導体モジュ
ールともいう）１００は、固定部材（付勢保持部材）１
１２の上からスクリュ１１３を締結することにより取り
外し可能に固定されており、固定部材（付勢保持部材）
１１２は半導体モジュール１００をヒートシンク１１０
の上面へ押し付けている。下アームの半導体モジュール
２００は、半導体モジュール１００と全く同一構成の半
導体モジュールであり、図１３において半導体モジュー
ル１００に対し水平に１８０度回転させた状態で、半導
体モジュール１００と同じくヒートシンク１１０に押し
付けられるように固定されている。

【０１０９】平滑コンデンサ２８は、半導体モジュール
１００、２００に隣接してヒートシンク１１０上にその
底面を接触させるように固定されている。１１１＋は正
の直流入力バスバー、１１１−は負の直流入力バスバー
であり、半導体モジュール１００及び２００の直流入力
端子１０１、２０２と平滑コンデンサ２８の正および負
とそれぞれ電極を接続している。１１１１は正と負の直
流入力バスバ１１１＋と１１１−を電気的に絶縁するた
めに挟んでいるインシュレータである。また、１２１は
Ｕ相の交流出力バスバーであり、半導体モジュール１０
０、２００の交流出力端子１０２、２０１と３相交流モ
ータ２９を接続している。Ｖ相、Ｗ相についてもＵ相と
同様であるので説明は省略する。

【０１１０】コントローラ３０は、ここでは図示してい
ないが、半導体モジュールの上方にヒートシンクと略平
行に配置され、各半導体モジュールの信号電極１０８や
２０８などと接続されている。

【０１１１】半導体モジュール１００、２００とヒート
シンク１１０の接触面１１５、半導体モジュール１０
０、２００と付勢保持部材１１２の接触面１１６は、熱
伝導性が良くかつ電気絶縁可能な部材、例えばシリコン
系の放熱シートを挟んでいる。また、付勢保持部材１１
２とヒートシンク１１０の接触面１１７にも熱伝導性の
良い部材、例えばシリコン系の放熱シート、グリスなど
を挟んでいる。付勢保持部材が熱伝導性の良い樹脂など
の絶縁部材であれば、接触面１１６にはさむ熱伝導部材
に電気絶縁性は必要ない。コンデンサの底面とヒートシ
ンクの接触面についても同様に熱伝導性の良い部材を挟
んでも良い。

【０１１２】図１３ではＵ相しか図示していないが、Ｖ
相、Ｗ相もこの図の横に同様構成で並置することで簡単
に三相インバータを構成できる。

【０１１３】その他の構成は実施例１と同じである。こ
の実施例によれば、次に作用効果を奏することができ
る。

【０１１４】まず、半導体モジュール１００〜６００の
２つの主面のうち、熱抵抗の小さいドレイン領域側の主
面を冷却性能の高いヒートシンク１１０へ向けて押し付
ける姿勢で、半導体モジュール１００〜６００をヒート
シンク１１０に実装しているため、放熱性が向上し、半
導体素子の一層の冷却性向上を図ることができる。

【０１１５】次に、図２、図１３に示すように、半導体
モジュール１００のドレイン電極端子（正の直流電源端
子）１０１を、そのソース電極端子（交流出力端子）１
０２と長方形の平行二辺の対角方向の一対の一半部に略
回転対称に配置し、信号端子１０８をこの平行二辺の対
角方向の一対の他半部の一方（図２では、ドレイン電極
端子１０１側の辺の他半部）に配置しているので、三相
インバータの６つのアームのスイッチング素子を１種類
のカードモジュールによって無理なく高密度に配置する
ことができ、インバータをコンパクト化することができ
る。

【０１１６】図１３を参照して更に詳しく説明すると、
Ｕ相の上アームの半導体モジュール１００と下アームの
半導体モジュール２００とは、半導体モジュール１００
に対して半導体モジュール２００を同一平面にて１８０
度回転させて半導体モジュール１００に隣接させれば実
現することができる。この半導体モジュール１００，２
００のペアの互いに対面する互いに平行な一対の長辺で
は、図１３中下半分に半導体モジュール１００から端子
１０２が突出し、図１３中上半分に半導体モジュール２
００から端子２０２が突出している。これらはソース電
極端子である。これら端子１０２，２０２は重ならない
ので、両半導体モジュール１００，２００間の距離を短
縮することができ、高密度実装できるわけである。これ
らは、他の相の半導体モジュール３００と４００のペ
ア、５００と６００のペアでも同じである。

【０１１７】また、正の直流入力バスバー１１１＋と負
の直流入力バスバー１１１−とを、半導体モジュール１
００の正の直流電源端子１０１、負の直流電源端子２０
２まで互いに重ねて延設することができるので、両バス
バー１１１＋、１１１−間の配線インダクタンスを相互
誘導効果により低減できる。その結果、半導体素子２
２、２３のスイッチングに応じてバスバー１１１＋、１
１１−に重畳するサージ電圧を低減することができる。

【０１１８】次に、この実施例では、図１５に示すよう
に、ヒートシンク１１０の内部に水冷冷却流路１５０が
設けられている。１２０は例えばシリコン系の電気絶縁
性が高い良熱伝導部材である。付勢保持部材１１２の脚
部１１２２の先端には、柱状の突部１１２３が突設され
ており、突部１１２３は、ヒートシンク１１０の上面に
開口されて水冷冷却流路１５０に達する孔に圧入されて
いる。

【０１１９】水冷冷却流路１５０内に突出する突部１１
２３の先端の長さを長くすることで、水冷冷却流路１５
０の冷却水がこの突部１１２３を良好に冷却することが
できる。その結果、ヒートシンク１１０と付勢保持部材
１１２との間の熱抵抗を小さくできる。また、スクリュ
１１３を省略することもできる。ただしこの場合は機械
的に取り外し可能である特徴は失われる。

【０１２０】また、図１６に示すように、突部１１２３
の先端を水冷冷却流路１５０内に突出しない長さに設定
しても良い。この場合、図５に比べて若干ヒートシンク
１１０と付勢保持部材１１２間の熱抵抗は増加するが、
圧入部の隙間から冷却水が漏出する可能性も排除できる
利点がある。その他、付勢保持部材１１２の両側の突
部１１２３間を連通する冷却水通路を、付勢保持部材１
１２内に設けても良い。このようにすれば、冷却水は半
導体モジュール１００の両側を流れることができ、優れ
た冷却効果を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力用半導体装置を適用した電気自動
車の走行モータ駆動制御用の三相インバータ回路装置の
回路図である。

【図２】（ａ）は図１に示す半導体モジュールの分解斜
視図である。（ｂ）は図１に示す半導体モジュールの斜
視図である。

【図３】図１に示す半導体モジュールの斜視図である。

【図４】図１に示すインバータ回路装置の要部平面図で
ある。

【図５】図４に示すインバータ回路装置の側面図であ
る。

【図６】図１に示す半導体モジュールの挟圧固定構造を
示す側面図である。

【図７】本発明の他実施例としての実施例３の半導体モ
ジュール挟圧固定構造を示す側面図である。

【図８】本発明の他実施例としての実施例４の半導体モ
ジュール挟圧固定構造を示す側面図である。

【図９】本発明の他実施例としての実施例６の半導体モ
ジュール挟圧固定構造を示す側面図である。

【図１０】本発明の他実施例としての実施例７の半導体
モジュール挟圧固定構造を示す側面図である。

【図１１】本発明の他実施例としての実施例８の半導体
モジュール挟圧固定構造を示す側面図である。

【図１２】本発明の他実施例としての実施例９の半導体
モジュール挟圧固定構造の一部を示す側面図である。

【図１３】本発明の他実施例としての実施例１０のイン
バータ回路装置の要部平面図である。

【図１４】図１３に示すインバータ回路装置の側面図で
ある。

【図１５】図１３に示す半導体モジュールの挟圧固定構
造を示す側面図である。

【図１６】図１５の変形態様を示す側面図である。

【符号の説明】

１００半導体モジュール１１０ヒートシンク１１２固定部材（付勢保持部材）２００半導体モジュール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力用半導体素子チップを挟んで金属放熱
板が両面に配設されてなる半導体モジュールと、前記半導体モジュールの前記金属放熱板に接して配置さ
れたヒートシンクと、前記半導体モジュールの反ヒートシンク側の前記金属放
熱板を付勢して前記半導体モジュールのヒートシンク側
の前記金属放熱板を前記ヒートシンクの表面に押しつけ
るとともに前記反ヒートシンク側の前記金属放熱板から
吸熱する良熱伝導性の付勢保持部材と、を備えることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】請求項１記載の電力用半導体装置におい
て、前記付勢保持部材は、前記ヒートシンクに固定されるこ
とを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の電力用半導体装置に
おいて、前記付勢保持部材は、前記半導体モジュールを押圧付勢
する梁部と、前記梁部の両端からヒートシンク側に突出
する少なくとも一対の脚部とを有することを特徴とする
電力用半導体装置。
【請求項４】請求項３記載の電力用半導体装置におい
て、前記付勢保持部材の前記脚部のうち、前記半導体モジュ
ールの厚さに等しい部分の熱膨張率は、前記電力用半導
体素子チップの両側の前記金属放熱板及び前記電力用半
導体素子チップの平均熱膨張率に所定誤差範囲内で一致
することを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項５】請求項２乃至４のいずれか記載の電力用半
導体装置において、前記付勢保持部材と前記ヒートシンクとの間に介設され
る軟質かつ良熱伝導性の軟質伝熱部材を有することを特
徴とする電力用半導体装置。
【請求項６】請求項２乃至５のいずれか記載の電力用半
導体装置において、前記付勢保持部材と前記ヒートシンクとの間に介設され
る薄肉の絶縁部材を有することを特徴とする電力用半導
体装置。
【請求項７】請求項１乃至５のいずれか記載の電力用半
導体装置において、前記半導体モジュールの前記反ヒートシンク側の金属放
熱板と前記付勢保持部材との間、及び、前記半導体モジ
ュールの前記ヒートシンク側の金属放熱板と前記ヒート
シンクとの間に介設される薄肉の絶縁部材を有すること
を特徴とする電力用半導体装置。
【請求項８】請求項３乃至７のいずれか記載の電力用半
導体装置において、前記ヒートシンクは、内部に冷却流体通路を有し、前記付勢保持部材は、前記ヒートシンクの前記冷却流体
通路に連通する内部冷却通路を有することを特徴とする
電力用半導体装置。
【請求項９】請求項３記載の電力用半導体装置におい
て、前記半導体モジュール上に重ねられた回路部品を有し、前記付勢保持部材は、前記半導体モジュール及び回路部
品をまとめて前記ヒートシンクに押し付けることを特徴
とする電力用半導体装置。
【請求項１０】請求項９記載の電力用半導体装置におい
て、前記半導体モジュールの反ヒートシンク側の前記金属放
熱板は、前記回路部品の端子に直接接することを特徴と
する電力用半導体装置。
【請求項１１】請求項９又は１０記載の電力用半導体装
置において、前記付勢保持部材の前記脚部のうち、前記半導体モジュ
ール及び前記回路部品の厚さの合計に等しい部分の熱膨
張率は、前記電力用半導体素子チップの両側の前記金属
放熱板、前記電力用半導体素子チップ及び前記回路部品
の前記厚さ方向の平均熱膨張率に所定誤差範囲内で一致
することを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項１２】請求項９記載の電力用半導体装置におい
て、前記半導体モジュールの反ヒートシンク側の前記金属放
熱板と前記回路部品の端子との間に端子部材が介設され
ることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項１３】請求項１２記載の電力用半導体装置にお
いて、前記半導体モジュールは、インバータ回路の一部又は全
部を構成し、前記回路部品は前記インバータ回路の正負直流端子間に
並列接続される平滑コンデンサからなり、前記端子部材は、直流電源接続用のブスバーからなるこ
とを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項１４】請求項１２又は１３記載の電力用半導体
装置において、前記付勢保持部材の前記脚部のうち、前記半導体モジュ
ール、端子部材及び前記回路部品の厚さの合計に等しい
部分の熱膨張率は、前記電力用半導体素子チップの両側
の前記金属放熱板、前記電力用半導体素子チップ、前記
端子部材及び前記回路部品の前記厚さ方向の平均熱膨張
率に所定誤差範囲内で一致することを特徴とする電力用
半導体装置。
【請求項１５】請求項３記載の電力用半導体装置におい
て、前記付勢保持部材は、互いに近接して配設された複数の
前記半導体モジュールを一括付勢保持することを特徴と
する電力用半導体装置。
【請求項１６】請求項３記載の電力用半導体装置におい
て、前記付勢保持部材の前記脚部は、湾曲形状を有し、前記
半導体モジュールの厚さ方向の弾性率が前記付勢保持部
材の素材の弾性率より増大されていることを特徴とする
電力用半導体装置。
【請求項１７】請求項１記載の電力用半導体装置におい
て、前記ヒートシンクは、前記半導体モジュールの両側に隣
接して突出する側壁部を有し、前記付勢保持部材は、金
属薄板により形成されるとともに両端部が前記側壁部に
固定されることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項１８】請求項１記載の電力用半導体装置におい
て、前記付勢保持部材又は前記ヒートシンクは、前記半導体
モジュールの横ずれを規制するストッパを有することを
特徴とする電力用半導体装置。
【請求項１９】請求項１８記載の電力用半導体装置にお
いて、前記付勢保持部材又は前記ヒートシンクと前記半導体モ
ジュールの前記金属放熱板とは、互いに嵌合する凹凸部
を有することを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２０】請求項１記載の電力用半導体装置におい
て、前記付勢保持部材又は前記ヒートシンクは、前記付勢保
持部材の位置を決める位置決め部を有することを特徴と
する電力用半導体装置。
【請求項２１】請求項１記載の電力用半導体装置におい
て、前記電力用半導体素子チップは、一対の主面の一方に一
つの主電極と制御電極とを有し、前記一対の主面の他方
に他の一つの主電極を有し、前記一対の主面の一方は、前記金属放熱板を介して前記
ヒートシンク側に配置されることを特徴とする電力用半
導体装置。
【請求項２２】請求項１記載の電力用半導体装置におい
て、同相の上、下のアームをなす一対の前記半導体モジュー
ルが隣接配置されるとともに６個の半導体モジュールが
各アームをなす三相インバータ回路を有し、前記電力用半導体素子チップの一対の主面の一方は、第
一の前記金属放熱板を兼ねる第一の主電極端子に接続さ
れる領域と、信号端子に接続される領域とを有し、前記
一対の主面の他方は、第二の前記金属放熱板を兼ねる第
二の主電極端子に接続される領域とを有し、前記両主電極端子は、前記半導体モジュールの互いに平
行な二辺の互いに対角をなす一半部から個別に前記半導
体モジュールの側方へ突出し、前記信号端子は、前記二
辺の互いに対角をなす他半部の一方から前記半導体モジ
ュールの側方へ突出することを特徴とする電力用半導体
装置。
【請求項２３】請求項１記載の電力用半導体装置におい
て、前記付勢保持部材の両端部は、前記ヒートシンクに圧入
されて固定されていることを特徴とする電力用半導体装
置。
【請求項２４】請求項２３記載の電力用半導体装置にお
いて、前記付勢保持部材の両端部は、前記ヒートシンク内の冷
却液通路に露出していることを特徴とする電力用半導体
装置。