JP2010140969A

JP2010140969A - Stacked module structure

Info

Publication number: JP2010140969A
Application number: JP2008313587A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Kuriyama; 貴好栗山; Hideki Ando; 秀喜安藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-06-24

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stacked module structure that highly precisely does positioning of semiconductor modules, while securing cooling performance. SOLUTION: A stacked module structure 1 stacks a module unit 6 in plural numbers that has a semiconductor module 2 and a cooler 3 for cooling the semiconductor module 2, wherein the cooler 3 has a spring member 33 inside, and the semiconductor module 2 is positioned at a predetermined position inside an inverter case 4 forming an outer frame for the stacked module structure 1 by a positioning member 5, and when the module unit 6 is stacked while the semiconductor module 2 is positioned by the positioning member 5, a semiconductor module 2 in one module unit 6 of adjoining module units 6, 6, and a cooler 3 in the other module unit 6 are pressure-welded by the spring member 33. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、積層モジュール構造に関する。 The present invention relates to a laminated module structure.

近年、ハイブリッド車、電気自動車等の電気自動車では、大出力・大容量の交流モータを搭載する要請が強いため、バッテリ電源からの直流電力を交流電力に変換して交流モータに供給するインバータ装置も大電流化が求められている。また、大電流・大出力のインバータ装置に用いられる半導体モジュールは発熱も大きいため、その冷却性を確保する両面放熱性の半導体モジュールが多く用いられている。
このような両面放熱性半導体モジュールを複数積層して組み付ける際に、半導体モジュールと冷却器とを交互に積層し、半導体モジュールを両側から冷却する技術が広く知られている。また、半導体モジュールと冷却器との密着性を高めて冷却性を向上するために、積層後に積層方向一側又は両側から圧力をかける方法は公知となっている。 In recent years, electric vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles are strongly demanded to be equipped with a high-output and large-capacity AC motor. Therefore, an inverter device that converts DC power from a battery power source into AC power and supplies it to the AC motor is also available. A large current is required. Moreover, since the semiconductor module used for the inverter apparatus with a large current and a large output generates a large amount of heat, a double-sided heat radiating semiconductor module that ensures its cooling performance is often used.
When a plurality of such double-sided heat-dissipating semiconductor modules are stacked and assembled, a technique for alternately stacking semiconductor modules and coolers and cooling the semiconductor modules from both sides is widely known. Also, a method of applying pressure from one side or both sides in the stacking direction after stacking is known in order to enhance the adhesion between the semiconductor module and the cooler to improve the cooling performance.

例えば、特許文献１には、一対のヘッダに連結される二つの冷却チューブの間に半導体モジュールを介装し、Ｕ字ばねでこれらを挟圧するとともに、当該Ｕ字ばねによる挟圧によって、前記ヘッダにおける冷却チューブとの連結部は、冷却チューブよりも容易に変形可能とする技術が開示されている。これにより、ヘッダ側の変形により、装置の製造寸法のばらつきに関わらず、半導体モジュールと冷却チューブとの密着性を確保でき、組み付け性に優れる積層モジュール構造を実現する。
しかしながら、特許文献１に開示される積層モジュール構造では、ヘッダ側の変形により、半導体モジュールとヘッダとの位置関係にずれが生じ得るため、半導体モジュールと当該半導体モジュールに接続される制御基板、バスバとの位置決めが困難となる。係る位置決めに不具合が生じた場合、組み付け性に劣るという点で不利となる。
特開２００２−２６２１５号公報 For example, in Patent Document 1, a semiconductor module is interposed between two cooling tubes connected to a pair of headers, and these are clamped by a U-shaped spring. A technology is disclosed in which the connecting portion with the cooling tube can be more easily deformed than the cooling tube. Thereby, due to the deformation on the header side, the adhesion between the semiconductor module and the cooling tube can be ensured regardless of variations in the manufacturing dimensions of the device, and a laminated module structure excellent in assembling property is realized.
However, in the laminated module structure disclosed in Patent Document 1, the positional relationship between the semiconductor module and the header may be shifted due to the deformation on the header side. Therefore, the semiconductor module and the control board connected to the semiconductor module, the bus bar, Positioning becomes difficult. If a problem occurs in such positioning, it is disadvantageous in that it is inferior in assemblability.
JP 2002-26215 A

本発明は、冷却性能を確保しつつ、半導体モジュールの高精度の位置決めが可能な積層モジュール構造を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a laminated module structure capable of positioning a semiconductor module with high accuracy while ensuring cooling performance.

請求項１に記載のように、半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器と、を有するモジュールユニットを複数積層してなる積層モジュール構造であって、前記冷却器は、内部に弾性部材を有し、前記半導体モジュールは、位置決め部材によって前記積層モジュール構造の所定位置に位置決めされ、前記半導体モジュールが前記位置決め部材により位置決めされつつ、前記モジュールユニットが積層される際に、隣接する一方のモジュールユニットにおける前記半導体モジュールと他方のモジュールユニットにおける前記冷却器とが前記弾性部材により圧接される。 A stacked module structure comprising a plurality of module units each including a semiconductor module and a cooler for cooling the semiconductor module, wherein the cooler includes an elastic member therein. The semiconductor module is positioned at a predetermined position of the stacked module structure by a positioning member, and when the module unit is stacked while the semiconductor module is positioned by the positioning member, one adjacent module unit And the cooler in the other module unit are pressed against each other by the elastic member.

請求項２に記載のように、前記モジュールユニットは、前記半導体モジュールを格納する半導体モジュールケースを含むとともに、前記冷却器の剛性は前記半導体モジュールケースの剛性より低く設定され、前記モジュールユニットを積層する際に、前記半導体モジュールケースが前記位置決め部材と当接するように前記積層方向に加圧することにより、前記冷却器が前記積層方向に変形し、前記半導体モジュールケースが位置決めされることが好ましい。 The module unit includes a semiconductor module case that houses the semiconductor module, and the rigidity of the cooler is set lower than the rigidity of the semiconductor module case, and the module units are stacked. At this time, it is preferable that the cooler is deformed in the stacking direction and the semiconductor module case is positioned by applying pressure in the stacking direction so that the semiconductor module case is in contact with the positioning member.

請求項３に記載のように、前記積層モジュール構造は、前記半導体モジュールは、両面放熱性のモジュールからなるとともに、前記弾性部材は、前記積層方向両側に向けた弾性力を発生させ、前記半導体モジュールは、前記弾性部材の弾性力により、積層方向両側において冷却器と圧接されることが好ましい。 According to a third aspect of the present invention, in the stacked module structure, the semiconductor module includes a double-sided heat dissipation module, and the elastic member generates an elastic force toward both sides in the stacking direction. Is preferably brought into pressure contact with the cooler on both sides in the stacking direction by the elastic force of the elastic member.

請求項４に記載のように、前記積層モジュール構造は、前記弾性部材は、プレス成型により成型され、所定のばね定数を有する板ばねを有することが好ましい。 According to a fourth aspect of the present invention, in the laminated module structure, it is preferable that the elastic member has a leaf spring formed by press molding and having a predetermined spring constant.

本発明によれば、冷却性能を確保しつつ、半導体モジュールを高精度に位置決めできる。 According to the present invention, the semiconductor module can be positioned with high accuracy while ensuring the cooling performance.

以下では、本発明に係る積層モジュール構造の実施の一形態である積層モジュール構造１について説明する。積層モジュール構造１は、複数の半導体モジュール２・２・・・を積層してなる構造体であり、大電流・大出力のインバータ装置として利用される。 Below, the laminated module structure 1 which is one Embodiment of the laminated module structure which concerns on this invention is demonstrated. The laminated module structure 1 is a structure formed by laminating a plurality of semiconductor modules 2, 2..., And is used as a large current / large output inverter device.

半導体モジュール２は、電力変換用のパワーモジュールであり、半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を有する。半導体モジュール２からは、制御用の制御ピンと、大電流端子とが突出されており、積層モジュール構造１の組み付け時に前記制御ピンには制御基板、前記大電流端子にはバスバモジュールがそれぞれ接続される。
また、半導体モジュール２は両面放熱の半導体モジュール構造を有し、その両面側から冷却可能に構成されている。 The semiconductor module 2 is a power module for power conversion, and has an IGBT (insulated gate bipolar transistor) as a semiconductor element. A control pin for control and a large current terminal protrude from the semiconductor module 2. When the laminated module structure 1 is assembled, a control board is connected to the control pin, and a bus bar module is connected to the large current terminal. .
Further, the semiconductor module 2 has a double-sided heat radiation semiconductor module structure, and is configured to be cooled from both sides.

半導体モジュール２の積層方向両側には、冷却器３・３が密着して配置されており、半導体モジュール２からの発熱は冷却器３・３によって両面側から冷却される構成である。
冷却器３は、アルミニウム等の熱伝導性に優れる金属製の部材からなり、その内部に冷却水を流通させることによって、半導体モジュール２からの発熱を連続的に冷却している。 On both sides of the semiconductor module 2 in the stacking direction, coolers 3 and 3 are arranged in close contact, and heat generated from the semiconductor module 2 is cooled from both sides by the coolers 3 and 3.
The cooler 3 is made of a metal member having excellent thermal conductivity such as aluminum, and continuously cools heat generated from the semiconductor module 2 by circulating cooling water therein.

以上のように構成される積層モジュール構造１においては、その製造時の組み付け性を確保する観点から、半導体モジュール２・２・・・の位置決め精度を高くする必要があるとともに、高い発熱性を有する半導体モジュール２・２・・・の使用時の冷却性能を確保する観点から、半導体モジュール２・２・・・から冷却器３・３・・・側への熱伝達性を良好にする必要がある。
そこで、本実施形態では、上記のような課題を解決する積層モジュール構造の一例として、積層モジュール構造１を提案している。 In the laminated module structure 1 configured as described above, it is necessary to increase the positioning accuracy of the semiconductor modules 2, 2... From the viewpoint of ensuring the cooling performance during use of the semiconductor modules 2..., It is necessary to improve the heat transfer from the semiconductor modules 2. .
Therefore, in the present embodiment, a laminated module structure 1 is proposed as an example of a laminated module structure that solves the above-described problems.

以下では、図１を参照して、積層モジュール構造１について詳細に説明する。
図１に示すように、積層モジュール構造１は、インバータケース４内にモジュールユニット６・６・・・を複数積層してなる。インバータケース４は、積層モジュール構造１の外郭をなす部材であり、モジュールユニット６・６・・・を内部に収容するとともに、モジュールユニット６・６・・・の位置決めを行うためのケースである。インバータケース４には、各モジュールユニット６を位置決めする位置決め部材５・５・・・が所定位置にケース内側に向けて突出して設けられている。
また、隣接する二つの位置決め部材５・５間の積層方向への間隔は、モジュールユニット６の体格（積層方向幅）より狭く設定されており、インバータケース４内にモジュールユニット６・６・・・を積層して収容する際は、所定の外力を加え、加圧しつつ挿入する必要がある。 Hereinafter, the laminated module structure 1 will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the stacked module structure 1 is formed by stacking a plurality of module units 6, 6... In an inverter case 4. The inverter case 4 is a member that forms an outline of the laminated module structure 1 and accommodates the module units 6, 6... And positions the module units 6, 6. Positioning members 5, 5... For positioning each module unit 6 are provided in the inverter case 4 so as to protrude toward the inside of the case at predetermined positions.
Further, the interval in the stacking direction between two adjacent positioning members 5 and 5 is set to be narrower than the physique (stacking direction width) of the module unit 6, and the module units 6, 6. When stacking and storing, it is necessary to insert while applying a predetermined external force and applying pressure.

なお、インバータケース４は、ダイキャストにより鋳造成型されるアルミニウム製の薄肉製品であり、位置決め部材５・５・・・は、その強度を確保するためにインバータケース４の内側面に向けて一体的に成型されているリブである。
このように、位置決め部材５・５・・・は、インバータケース４を製造する際に補強用のリブとして同時に設けられているため、位置決め部材５・５・・・をインバータケース４に別途後付けする必要がない。さらに、位置決め部材５・５・・・は、インバータケース４と一体成型されているため、位置決め部材５・５・・・の設置位置の精度を向上できる。 The inverter case 4 is a thin aluminum product cast and die-cast, and the positioning members 5, 5... Are integrated toward the inner surface of the inverter case 4 in order to ensure its strength. It is a rib molded into
As described above, since the positioning members 5, 5... Are simultaneously provided as reinforcing ribs when the inverter case 4 is manufactured, the positioning members 5, 5. There is no need. Further, since the positioning members 5, 5,... Are integrally formed with the inverter case 4, the accuracy of the installation positions of the positioning members 5, 5,.

以下では、図２及び図３を参照して、積層モジュール構造１を構成する一つのユニットであるモジュールユニット６について詳細に説明する。
図２に示すように、モジュールユニット６は、半導体モジュール２、冷却器３、半導体モジュール２を内部に格納する半導体モジュールケース１０、冷却器３と半導体モジュールケース１０とを連通する冷却水パイプ１５等を具備する。 Below, with reference to FIG.2 and FIG.3, the module unit 6 which is one unit which comprises the laminated module structure 1 is demonstrated in detail.
As shown in FIG. 2, the module unit 6 includes a semiconductor module 2, a cooler 3, a semiconductor module case 10 that stores the semiconductor module 2 therein, a cooling water pipe 15 that communicates the cooler 3 and the semiconductor module case 10, and the like. It comprises.

図２に示すように、半導体モジュール２は、半導体素子２０、ヒートスプレッタ２１・２１、絶縁層２２・２２等を封止樹脂層２３で封止してなるモジュールである。
半導体素子２０は平板状のパワー半導体素子（ＩＧＢＴ）であり、その両面（図示において上下二面）にヒートスプレッタ２１・２１がはんだ層２４・２４によってはんだ付けされている。
ヒートスプレッタ２１は、半導体素子２０に大電流を通電するための電極及び配線であり、はんだ層２４を介して半導体素子２０と電気的に接続されている。また、ヒートスプレッタ２１は、銅、アルミニウム、銀、金、又はこれらを含む合金等の熱伝導性に優れ、かつ、低電気抵抗の金属製の部材である。
絶縁層２２は、エポキシ系の樹脂からなる樹脂層であり、ヒートスプレッタ２１と半導体モジュールケース１０の内壁とを電気的に絶縁するとともに、ヒートスプレッタ２１と半導体モジュールケース１０の内壁とを接着するための部材である。また、絶縁層２２には、セラミックス、シリコン等の高熱伝導フィラーが含まれており、高い熱伝導性を有する部材として構成されている。なお、絶縁層２２は、全体を樹脂材料とする本実施形態のものに限定されず、半導体モジュールケース１０内壁に絶縁素材を薄膜コーティングしたもの等、十分な絶縁性及び接着性を実現するものであれば良い。
封止樹脂層２３は、エポキシ系の熱硬化性樹脂からなる封止層であり、半導体モジュールケース１０内の熱応力を緩和するための部材である。より具体的には、半導体素子２０の発熱の一部を吸収・拡散するとともに、線膨張係数の異なる部材間を接合している絶縁層２２・２２、及びはんだ層２４・２４にかかる熱応力を緩和し、これらの長寿命化を図っている。
以上のように、半導体モジュール２では、半導体素子２０からの発熱を、半導体素子２０両面から半導体モジュール２の外側へ向けて、半導体素子２０→はんだ層２４→ヒートスプレッタ２１→絶縁層２２の順に伝導して外部へ放熱するとともに、その一部を封止樹脂層２３に放熱・拡散する。 As shown in FIG. 2, the semiconductor module 2 is a module formed by sealing a semiconductor element 20, heat spreaders 21, 21, insulating layers 22, 22 and the like with a sealing resin layer 23.
The semiconductor element 20 is a flat power semiconductor element (IGBT), and heat spreaders 21 and 21 are soldered to both surfaces (upper and lower surfaces in the figure) by solder layers 24 and 24.
The heat spreader 21 is an electrode and wiring for supplying a large current to the semiconductor element 20, and is electrically connected to the semiconductor element 20 via the solder layer 24. The heat spreader 21 is a metal member having excellent thermal conductivity such as copper, aluminum, silver, gold, or an alloy containing these, and having a low electrical resistance.
The insulating layer 22 is a resin layer made of an epoxy-based resin, and electrically insulates the heat spreader 21 and the inner wall of the semiconductor module case 10 and also bonds the heat spreader 21 and the inner wall of the semiconductor module case 10. It is. The insulating layer 22 includes a high thermal conductive filler such as ceramics or silicon, and is configured as a member having high thermal conductivity. The insulating layer 22 is not limited to the one of the present embodiment in which the whole is a resin material, and realizes sufficient insulation and adhesion, such as a thin film coating of an insulating material on the inner wall of the semiconductor module case 10. I just need it.
The sealing resin layer 23 is a sealing layer made of an epoxy-based thermosetting resin, and is a member for relaxing the thermal stress in the semiconductor module case 10. More specifically, the thermal stress applied to the insulating layers 22 and 22 and the solder layers 24 and 24 joining the members having different linear expansion coefficients while absorbing and diffusing a part of the heat generation of the semiconductor element 20. These are alleviated to extend their life.
As described above, in the semiconductor module 2, the heat generated from the semiconductor element 20 is conducted from both sides of the semiconductor element 20 to the outside of the semiconductor module 2 in the order of the semiconductor element 20 → the solder layer 24 → the heat spreader 21 → the insulating layer 22. The heat is radiated to the outside and part of the heat is radiated and diffused in the sealing resin layer 23.

半導体モジュールケース１０は、半導体モジュール２を内部に格納するケース部材であり、アルミニウム、銅等の熱伝導性に優れた金属製の部材である。
図２に示すように、半導体モジュールケース１０は、半導体モジュール２を格納するケース部１１と、ケース部１１の開口面を閉塞する保護プレート１２と、ケース部１１より側方に突出して設けられる支持部１３とからなる。
ケース部１１は、一面（図示において上面）が開口する箱状の部位であり、その内部空間の形状は半導体モジュール２の形状に応じて形成されている。このケース部１１内に半導体モジュール２が格納される。
保護プレート１２は、ケース部１１の開口面（図示において上面）を塞ぐ平板状の部材であり、ケース部１１、支持部１３と同様にアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属製の部材である。
支持部１３は、ケース部１１の側部から側方に延出して設けられる部位である。支持部１３は、半導体モジュールケース１０をインバータケース４に対して位置決めし、支持するための部位である。支持部１３を位置決め部材５に向かって積層方向一側から（図示において下側から）圧接することによって、半導体モジュールケース１０の位置決め、ひいては半導体モジュール２の位置決めを行う。支持部１３の両端部には、冷却水を流通するための水路１４・１４が設けられている。この水路１４は、冷却水パイプ１５を介して冷却器３と接続されている。 The semiconductor module case 10 is a case member that stores the semiconductor module 2 therein, and is a metal member that is excellent in thermal conductivity, such as aluminum and copper.
As shown in FIG. 2, the semiconductor module case 10 includes a case portion 11 that houses the semiconductor module 2, a protective plate 12 that closes an opening surface of the case portion 11, and a support that protrudes laterally from the case portion 11. Part 13.
The case portion 11 is a box-shaped portion whose one surface (upper surface in the drawing) is opened, and the shape of the internal space is formed according to the shape of the semiconductor module 2. The semiconductor module 2 is stored in the case portion 11.
The protection plate 12 is a flat plate-like member that closes the opening surface (the upper surface in the drawing) of the case portion 11, and is a metal member having excellent thermal conductivity such as aluminum, similar to the case portion 11 and the support portion 13. .
The support part 13 is a part that extends laterally from the side part of the case part 11. The support part 13 is a part for positioning and supporting the semiconductor module case 10 with respect to the inverter case 4. By positioning the support portion 13 toward the positioning member 5 from one side in the stacking direction (from the lower side in the drawing), the semiconductor module case 10 is positioned, and thus the semiconductor module 2 is positioned. Water channels 14 and 14 for circulating cooling water are provided at both ends of the support portion 13. The water channel 14 is connected to the cooler 3 via a cooling water pipe 15.

図２に示すように、冷却水パイプ１５は、半導体モジュールケース１０に設けられる水路１４と冷却器３とを連通する冷却水通路である。冷却水パイプ１５と半導体モジュールケース１０及び冷却器３との接続部位は、ろう付け、溶接等の適宜の接合処理、又はＯ−リング、ガスケット等の適宜のシール材によってシールされており、冷却水の漏水が防止されている。 As shown in FIG. 2, the cooling water pipe 15 is a cooling water passage that communicates the water channel 14 provided in the semiconductor module case 10 and the cooler 3. The connection portion between the cooling water pipe 15 and the semiconductor module case 10 and the cooler 3 is sealed by an appropriate joining process such as brazing and welding, or an appropriate sealing material such as an O-ring and a gasket. Leakage of water is prevented.

冷却器３は、内部空間を二つに分割し、それぞれの内部空間に冷却フィン３１等を収容する二層構造を有する中空状の部材であり、前記二つに分割された内部空間に冷却水を流通させることで冷却フィン３１・３１を冷却するための部材である。
図２及び図３に示すように、冷却器３は、冷却器ケース３０と、冷却フィン３１・３１と、内部を二層に分割するための中板３２、冷却フィン３１と中板３２との間に介装されるばね部材３３・３３とからなる。
冷却器ケース３０は、冷却器３の外郭をなす部材であり、アルミニウム等の熱伝導性に優れる金属製の部材からなる。冷却器ケース３０内に冷却フィン３１・３１、中板３２、ばね部材３３・３３を収容し、その内部空間は、中板３２によって対称に分割されている。冷却器ケース３０の両端部には、冷却水を冷却器ケース３０内部に導入する又は内部から排出するための開口３５・３５がそれぞれ形成される。冷却器ケース３０は、半導体モジュールケース１０に間接的に接触した状態に置かれており、半導体モジュール２からの熱は、この冷却器ケース３０に伝達される。また、冷却器ケース３０は、薄肉製品であり、その剛性は半導体モジュールケース１０の剛性より低く設定されている。このため、冷却器ケース３０は、モジュールユニット６を積層する際に、半導体モジュールケース１０より積層方向に向けて変形しやすい構造を有する。
冷却フィン３１は、冷却器３における冷却水との熱交換部であり、アルミニウム等の熱伝導性に優れる金属製の部材からなる。冷却フィン３１は、プレス成型等により波形形状に成型される薄板状の部材である。冷却フィン３１は冷却器ケース３０内において分割される二つの内部空間にそれぞれ一つづつ配され、冷却器ケース３０外周部の内壁とそれぞれろう付けされている。このようにして、冷却器ケース３０に伝達された熱が、冷却フィン３１を介して冷却水に伝達される。
中板３２は、冷却器ケース３０の内部空間を二つに分割する仕切り部材であり、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属製の部材からなる平板状の部材である。中板３２の両端部には、開口３５から導入される冷却水が通過可能な通路３２ａ・３２ａが穿設されている。中板３２は、両端部において冷却器ケース３０とろう付けされている。
ばね部材３３は、冷却器３に所定のばね特性を付与する弾性部材であり、Ｆｅ系（ＳＵＳ含む）、ベリリウム鋼、リン青銅等の熱伝導性及び耐食性に優れるばね鋼材からなる。ばね部材３３は、冷却フィン３１と中板３２との間に挿入されるとともに、冷却フィン３１の端部とろう付けされている。このばね部材３３により、冷却器３から半導体モジュールケース１０に向けて弾性力（ばね反力）が付与されている。 The cooler 3 is a hollow member having a two-layer structure that divides the internal space into two parts and accommodates the cooling fins 31 and the like in the respective internal spaces. It is a member for cooling the cooling fins 31 and 31 by circulating.
As shown in FIGS. 2 and 3, the cooler 3 includes a cooler case 30, cooling fins 31, 31, a middle plate 32 for dividing the inside into two layers, and a cooling fin 31 and a middle plate 32. It consists of spring members 33 and 33 interposed therebetween.
The cooler case 30 is a member that forms an outline of the cooler 3, and is made of a metal member having excellent thermal conductivity such as aluminum. The cooling fins 31 and 31, the middle plate 32, and the spring members 33 and 33 are accommodated in the cooler case 30, and the inner space is divided symmetrically by the middle plate 32. At both ends of the cooler case 30, openings 35 and 35 for introducing cooling water into or out of the cooler case 30 are formed. The cooler case 30 is placed in indirect contact with the semiconductor module case 10, and heat from the semiconductor module 2 is transmitted to the cooler case 30. The cooler case 30 is a thin product, and its rigidity is set lower than that of the semiconductor module case 10. For this reason, the cooler case 30 has a structure that is more easily deformed in the stacking direction than the semiconductor module case 10 when the module units 6 are stacked.
The cooling fin 31 is a heat exchange part with the cooling water in the cooler 3 and is made of a metal member having excellent thermal conductivity such as aluminum. The cooling fin 31 is a thin plate-like member that is molded into a corrugated shape by press molding or the like. The cooling fins 31 are arranged one by one in two internal spaces divided in the cooler case 30 and brazed to the inner wall of the outer periphery of the cooler case 30. In this way, the heat transferred to the cooler case 30 is transferred to the cooling water via the cooling fins 31.
The middle plate 32 is a partition member that divides the internal space of the cooler case 30 into two, and is a flat plate member made of a metal member having excellent thermal conductivity such as aluminum. At both ends of the intermediate plate 32, passages 32a and 32a through which cooling water introduced from the opening 35 can pass are formed. The middle plate 32 is brazed to the cooler case 30 at both ends.
The spring member 33 is an elastic member that imparts predetermined spring characteristics to the cooler 3, and is made of a spring steel material having excellent thermal conductivity and corrosion resistance, such as Fe-based (including SUS), beryllium steel, phosphor bronze. The spring member 33 is inserted between the cooling fin 31 and the intermediate plate 32 and is brazed to the end of the cooling fin 31. The spring member 33 applies an elastic force (spring reaction force) from the cooler 3 toward the semiconductor module case 10.

以上のように構成されるモジュールユニット６・６・・・を、インバータケース４内に積層方向一側に向けて積層することによって、積層モジュール構造１が構成される。モジュールユニット６・６・・・は、積層モジュール構造１の外郭をなすインバータケース４内に予め設けられる位置決め部材５・５・・・によって位置決めされる。
このとき、冷却器３は、内部にばね部材３３を具備し、積層状態において、冷却器３に隣接する半導体モジュール２に対してばね反力を発生し、半導体モジュール２と冷却器３とを圧接するとともに、冷却器３と位置決め部材５とで半導体モジュール２を圧接することとなる。
これにより、半導体モジュール２と冷却器３との密着性を確保できるとともに、半導体モジュール２を高精度に位置決めできる。 The module units 6, 6... Configured as described above are stacked in the inverter case 4 toward one side in the stacking direction, thereby forming the stacked module structure 1. The module units 6... Are positioned by positioning members 5, 5... Provided in advance in the inverter case 4 that forms the outline of the laminated module structure 1.
At this time, the cooler 3 includes a spring member 33 therein, and in a stacked state, generates a spring reaction force against the semiconductor module 2 adjacent to the cooler 3, and presses the semiconductor module 2 and the cooler 3 together. At the same time, the semiconductor module 2 is pressed by the cooler 3 and the positioning member 5.
Thereby, while ensuring the adhesiveness of the semiconductor module 2 and the cooler 3, the semiconductor module 2 can be positioned with high precision.

また、積層モジュール構造１では、インバータケース４内にて、積層方向一側から（図示において下側から）モジュールユニット６・６・・・を位置決めしつつ積層する際に、半導体モジュールケース１０及び冷却器３が積層方向に荷重を受け、これら二つのうち剛性の低い冷却器３側が収縮し、冷却器３内のばね部材３３が積層方向の荷重を受けて収縮する。これにより、ばね部材３３にばね反力が発生して、冷却器３と半導体モジュールケース１０との間に所定の圧接力が付与されている。このとき、半導体モジュール２、冷却器３の製造寸法にばらつきが生じた場合でも、ばね部材３３の収縮により、そのばらつきが吸収される。つまり、積層時に、ばね部材３３の収縮量が前記製造寸法のばらつきに応じて変化することによって半導体モジュール２・２・・・間の距離を同一に調整している。 In the laminated module structure 1, when the module units 6, 6... Are laminated while positioning the module units 6, 6. The cooler 3 receives a load in the stacking direction, and the cooler 3 side having low rigidity of these two contracts, and the spring member 33 in the cooler 3 contracts by receiving the load in the stacking direction. Thereby, a spring reaction force is generated in the spring member 33, and a predetermined pressure contact force is applied between the cooler 3 and the semiconductor module case 10. At this time, even when the manufacturing dimensions of the semiconductor module 2 and the cooler 3 vary, the variation is absorbed by the contraction of the spring member 33. In other words, the distance between the semiconductor modules 2,.

以下では、図４及び図５を参照して、モジュールユニット６を製造するモジュールユニット製造工程Ｓ１０について説明する。
モジュールユニット製造工程Ｓ１０は、半導体モジュールケース１０と冷却器ケース３０とのろう付け、冷却器ケース３０と冷却フィン３１・３１及び中板３２とのろう付け、並びに半導体モジュールケース１０と冷却水パイプ１５と冷却器ケース３０とのろう付けを行うろう付け工程Ｓ１１と、半導体モジュールケース１０内に半導体モジュール２を格納する格納工程Ｓ１２とを含む。 Below, with reference to FIG.4 and FIG.5, module unit manufacturing process S10 which manufactures the module unit 6 is demonstrated.
In the module unit manufacturing step S10, the semiconductor module case 10 and the cooler case 30 are brazed, the cooler case 30, the cooling fins 31 and 31 and the intermediate plate 32 are brazed, and the semiconductor module case 10 and the cooling water pipe 15 are brazed. And a cooler case 30 and a storage step S 12 for storing the semiconductor module 2 in the semiconductor module case 10.

図４に示すように、ろう付け工程Ｓ１１では、（１）半導体モジュールケース１０下面と冷却器ケース３０上面との間、冷却器ケース３０と冷却フィン３１・３１端部及び中板３２との間、並びに半導体モジュールケース１０と冷却水パイプ１５と冷却器ケース３０とのそれぞれの接続部分にろう材が供給され（図中に矢印で示す各箇所）、（２）それらのろう材が溶融する所定温度まで加熱された後、冷却することによってこれらが一括してろう付けされる。
このとき、半導体モジュールケース１０、冷却器３とを同一の鋼材（本実施形態ではアルミニウム）で構成することにより、ろう付け時の熱収縮の違いに起因する反り・歪み等の要因を抑制できる。
このろう付け工程Ｓ１１により、半導体モジュールケース１０と冷却器３とがろう付けされ、ろう層４０により一体化される。これにより、半導体モジュールケース１０と冷却器３との間の熱伝導性を向上することができる。つまり、半導体モジュール２の冷却性能を向上できる。 As shown in FIG. 4, in the brazing step S 11, (1) between the lower surface of the semiconductor module case 10 and the upper surface of the cooler case 30, between the cooler case 30 and the ends of the cooling fins 31 and 31 and the intermediate plate 32. In addition, a brazing material is supplied to each connecting portion of the semiconductor module case 10, the cooling water pipe 15, and the cooler case 30 (each location indicated by an arrow in the figure), and (2) a predetermined melting of those brazing materials. After being heated to temperature, they are brazed together by cooling.
At this time, by configuring the semiconductor module case 10 and the cooler 3 with the same steel material (aluminum in the present embodiment), it is possible to suppress factors such as warpage and distortion due to differences in thermal shrinkage during brazing.
By this brazing step S 11, the semiconductor module case 10 and the cooler 3 are brazed and integrated by the brazing layer 40. Thereby, the thermal conductivity between the semiconductor module case 10 and the cooler 3 can be improved. That is, the cooling performance of the semiconductor module 2 can be improved.

図５に示すように、格納工程Ｓ１２では、半導体モジュール２を構成する各部材が半導体モジュールケース１０内に格納される。より具体的には、（１）半導体モジュールケース１０のケース部１１内に、下方から絶縁層２２、ヒートスプレッタ２１・２１がはんだ付けされた半導体素子２０の順に載置され、（２）ケース部１１内に封止樹脂層２３を形成するエポキシ系の熱硬化性樹脂２３ａを充填し、（３）ケース部１１上方から絶縁層２２が接着された保護プレート１２を加圧しながら設置した状態で、（４）熱硬化性樹脂２３ａが硬化する温度（ゲル化温度）まで加熱された後、冷却することによって半導体モジュール２が形成されるとともに、半導体モジュール２が半導体モジュールケース１０内に格納される。
このとき、絶縁層２２と封止樹脂層２３とは、同じエポキシ系の樹脂で構成されているため、前記ゲル化温度等を調整することにより、絶縁層２２と封止樹脂層２３とを一体化させることができ、密着強度を向上することができる。また、同様の理由により、絶縁層２２の接着及び封止樹脂層２３を構成する熱硬化性樹脂２３ａの充填を同時に行うことができ、加工コストを抑制できる。 As shown in FIG. 5, in the storing step S 12, each member constituting the semiconductor module 2 is stored in the semiconductor module case 10. More specifically, (1) the insulating layer 22 and the semiconductor element 20 to which the heat spreaders 21 and 21 are soldered are placed in the case part 11 of the semiconductor module case 10 from below, and (2) the case part 11. (3) In a state where the protective plate 12 to which the insulating layer 22 is bonded is applied from above the case portion 11 while being pressed, 4) After the thermosetting resin 23a is heated to a temperature at which it cures (gelation temperature), the semiconductor module 2 is formed by cooling and the semiconductor module 2 is stored in the semiconductor module case 10.
At this time, since the insulating layer 22 and the sealing resin layer 23 are made of the same epoxy resin, the insulating layer 22 and the sealing resin layer 23 are integrated by adjusting the gelation temperature and the like. And adhesion strength can be improved. Further, for the same reason, the insulating layer 22 can be adhered and the thermosetting resin 23a constituting the sealing resin layer 23 can be simultaneously filled, so that the processing cost can be suppressed.

以上のように、ろう付け工程Ｓ１１及び格納工程Ｓ１２を経て、モジュールユニット６が製造される。 As described above, the module unit 6 is manufactured through the brazing step S11 and the storing step S12.

以下では、図６〜図８を参照して、積層モジュール構造１を製造する積層モジュール製造工程Ｓ２０について説明する。積層モジュール製造工程Ｓ２０では、モジュールユニット製造工程Ｓ１０によって製造された複数のモジュールユニット６・６・・・を用いる。
積層モジュール製造工程Ｓ２０は、一つ目のモジュールユニット６をインバータケース４内側面の位置決め部材５に当接するようにインバータケース４内に挿入する第一ユニット挿入工程Ｓ２１と、二つ目以降のモジュールユニット６を同じくインバータケース４内側面の位置決め部材５に当接するようにインバータケース４内に加圧しつつ挿入するユニット挿入工程Ｓ２２と、一つ目のモジュールユニット６に冷却器３を取り付ける冷却器取付工程Ｓ２３とを具備する。 Below, with reference to FIGS. 6-8, laminated module manufacturing process S20 which manufactures the laminated module structure 1 is demonstrated. In the laminated module manufacturing process S20, a plurality of module units 6, 6... Manufactured by the module unit manufacturing process S10 are used.
The laminated module manufacturing step S20 includes a first unit insertion step S21 for inserting the first module unit 6 into the inverter case 4 so as to contact the positioning member 5 on the inner surface of the inverter case 4, and the second and subsequent modules. Similarly, a unit insertion step S22 in which the unit 6 is inserted into the inverter case 4 while being pressed against the positioning member 5 on the inner surface of the inverter case 4, and a cooler attachment for attaching the cooler 3 to the first module unit 6 Step S23.

図６に示すように、第一ユニット挿入工程Ｓ２１では、モジュールユニット６の支持部１３と位置決め部材５とが当接するようにインバータケース４内にモジュールユニット６を挿入する。つまり、モジュールユニット６において冷却器３が配置されている側と反対側を端部として、一つ目のモジュールユニット６がインバータケース４内に挿入される。
これにより、端部に配置されるモジュールユニット６がインバータケース４内において高精度に位置決めされる。ひいては、半導体モジュール２がインバータケース４内の所定位置に位置決めされる。 As shown in FIG. 6, in the first unit insertion step S 21, the module unit 6 is inserted into the inverter case 4 so that the support portion 13 of the module unit 6 and the positioning member 5 come into contact with each other. That is, the first module unit 6 is inserted into the inverter case 4 with the side opposite to the side where the cooler 3 is disposed in the module unit 6 as an end.
Thereby, the module unit 6 arrange | positioned at an edge part is positioned in the inverter case 4 with high precision. As a result, the semiconductor module 2 is positioned at a predetermined position in the inverter case 4.

図７に示すように、ユニット挿入工程Ｓ２２では、モジュールユニット６の保護プレート１２上に放熱性確保用のグリス層４１を介在させた状態でモジュールユニット６の支持部１３と位置決め部材５とが当接するまで、インバータケース４内にモジュールユニット６を加圧しながら押し込む。また、半導体モジュールケース１０の水路１４と冷却器３の開口３５との間にはＯ−リングが介装され、シール性が確保される。
これにより、モジュールユニット６がインバータケース４内で位置決めされつつ積層されるとともに、半導体モジュールケース１０より剛性の低い冷却器３側が積層方向に向けて変形（収縮）する。このとき、冷却器３内のばね部材３３が外力を受けて収縮し、当該外力へ反発する方向にばね反力を発生させ、半導体モジュールケース１０と冷却器３とを密着させる。また、前記外力及びばね部材３３のばね反力により、モジュールユニット６・６間（本実施形態の場合、より厳密には、冷却器ケース３０の底面と保護プレート１２の上面との間）に介在するグリス層４１が圧縮される。
このように積層されたモジュールユニット６・６では、端部に配置されているモジュールユニット６の半導体モジュール２を除いて、半導体モジュール２から冷却器３・３への両面放熱が実現される。
このユニット挿入工程Ｓ２２を所定回数繰り返す。より具体的には、積層モジュール構造１に必要なモジュールユニット６の個数から１回減じた回数だけ繰り返す。 As shown in FIG. 7, in the unit insertion step S22, the support portion 13 of the module unit 6 and the positioning member 5 are brought into contact with each other while the grease layer 41 for ensuring heat dissipation is interposed on the protective plate 12 of the module unit 6. The module unit 6 is pushed into the inverter case 4 while being pressed until it comes into contact. In addition, an O-ring is interposed between the water channel 14 of the semiconductor module case 10 and the opening 35 of the cooler 3 to ensure sealing performance.
Thereby, the module unit 6 is stacked while being positioned in the inverter case 4, and the cooler 3 side having rigidity lower than that of the semiconductor module case 10 is deformed (contracted) in the stacking direction. At this time, the spring member 33 in the cooler 3 receives an external force and contracts to generate a spring reaction force in a direction repelling the external force, thereby bringing the semiconductor module case 10 and the cooler 3 into close contact with each other. Further, the external force and the spring reaction force of the spring member 33 are interposed between the module units 6 and 6 (in this embodiment, more strictly, between the bottom surface of the cooler case 30 and the top surface of the protection plate 12). The grease layer 41 to be compressed is compressed.
In the module units 6 and 6 stacked in this manner, both-side heat dissipation from the semiconductor module 2 to the coolers 3 and 3 is realized except for the semiconductor module 2 of the module unit 6 disposed at the end.
This unit insertion step S22 is repeated a predetermined number of times. More specifically, it is repeated as many times as the number of module units 6 required for the laminated module structure 1 is subtracted once.

図８に示すように、冷却器取付工程Ｓ２３では、端部に配置されているモジュールユニット６の保護プレート１２上面に放熱性確保用のグリス層４１を塗布し、グリス層４１を介して冷却器３を加圧しつつ保護プレート１２に取り付ける。冷却器３を、モジュールユニット６に対して加圧した状態でインバータケース４に固定することにより、グリス層４１が圧縮した状態となる。なお、この冷却器３は、端部に配置されるため、開口３５の一端は封止されている構造を有する。
これにより、積層モジュール構造１における全ての半導体モジュール２の両面側が冷却器３と当接した状態となり、全ての半導体モジュール２から冷却器３・３への両面放熱が実現される。 As shown in FIG. 8, in the cooler mounting step S 23, a grease layer 41 for ensuring heat dissipation is applied to the upper surface of the protective plate 12 of the module unit 6 disposed at the end, and the cooler is interposed via the grease layer 41. 3 is attached to the protective plate 12 while being pressurized. By fixing the cooler 3 to the inverter case 4 in a state where the module 3 is pressurized, the grease layer 41 is compressed. In addition, since this cooler 3 is arrange | positioned at an edge part, it has the structure where the end of the opening 35 is sealed.
As a result, both sides of all the semiconductor modules 2 in the laminated module structure 1 are in contact with the cooler 3, and double-sided heat dissipation from all the semiconductor modules 2 to the coolers 3 and 3 is realized.

以上のように、第一ユニット挿入工程Ｓ２１、ユニット挿入工程Ｓ２２、冷却器取付工程Ｓ２３を経て、積層モジュール構造１が製造される。
また、積層モジュール構造１では、半導体モジュールケース１０の一面（図示において下面）と冷却器３との間は、ろう層４０によるろう付けによって固定され、半導体モジュールケース１０の他面（図示において上面）と、積層される他のモジュールユニット６の冷却器３との間は、放熱性確保用のグリス層４１を介して互いに圧接されることによって積層されている。つまり、一つのモジュールユニット６において、冷却器３と半導体モジュールケース１０とが一体的にユニットとして用いられている。
これにより、積層モジュール製造工程Ｓ２０において、モジュールユニット６の支持部１３を位置決め部材５に対して位置決めすることのみによって、高精度にモジュールユニット６を位置決めしつつ組み付けることができる。従って、積層モジュール製造工程Ｓ２０における作業工程数を低減することができ、組み付け性に優れる。 As described above, the laminated module structure 1 is manufactured through the first unit insertion step S21, the unit insertion step S22, and the cooler attachment step S23.
Further, in the laminated module structure 1, the one surface (lower surface in the drawing) of the semiconductor module case 10 and the cooler 3 are fixed by brazing with the brazing layer 40, and the other surface (upper surface in the drawing) of the semiconductor module case 10. And the coolers 3 of the other module units 6 to be stacked are stacked by being brought into pressure contact with each other via a grease layer 41 for ensuring heat dissipation. That is, in one module unit 6, the cooler 3 and the semiconductor module case 10 are integrally used as a unit.
Thereby, in the laminated module manufacturing step S20, the module unit 6 can be assembled while being positioned with high accuracy only by positioning the support portion 13 of the module unit 6 with respect to the positioning member 5. Therefore, the number of work steps in the laminated module manufacturing step S20 can be reduced, and the assemblability is excellent.

図９に示すように、ばね部材３３は、プレス成型によって成型される板ばね３４・３４・・・を有する略平板状の部材である。板ばね３４は、所定のばね定数を有する。
また、図９に示すように、ばね部材３３の積層方向視において、所定個数の板ばね３４・３４・・・が所定箇所に設けられている。この「所定個数」及び「所定箇所」とは、略平板状のばね部材３３において、板ばね３４・３４・・・のばね反力が冷却器３の平面度に影響しない個数及び箇所であり、その配置個数、配置箇所等は積層モジュール構造１の規模等に応じた所望の圧接力、ばね部材３３の材質、板厚等に応じて設定可能である。 As shown in FIG. 9, the spring member 33 is a substantially flat plate-like member having leaf springs 34, 34... Molded by press molding. The leaf spring 34 has a predetermined spring constant.
As shown in FIG. 9, when the spring member 33 is viewed in the stacking direction, a predetermined number of leaf springs 34, 34. The “predetermined number” and the “predetermined location” are the number and location of the spring member 33 having a substantially flat plate shape where the spring reaction force of the leaf springs 34, 34... Does not affect the flatness of the cooler 3. The arrangement number, the arrangement location, and the like can be set according to a desired pressure contact force according to the scale of the laminated module structure 1, the material of the spring member 33, the plate thickness, and the like.

より具体的には、図１０に示すように、半導体モジュールケース１０による冷却器３の圧縮量（ｄｘ）と、係る圧縮量に起因して発生するばね反力（Ｆ）とが満たす関係において、適正エリアＡ（図中において点線で囲まれる領域Ａ）から外れている場合に、板ばね３４・３４・・・の個数又はばね部材３３の板厚を変更する、若しくは、ばね部材３３の材質の変更又は板ばね３４・３４・・・の形状を変更することによって、適正エリアＡの条件を満たすように変更することによって、ばね部材３３によるばね特性を適宜設定可能である。
なお、この「適正エリアＡ」は、積層モジュール構造１の形態に応じて設定される領域であり、横軸方向（ｄｘ方向）の範囲は、半導体モジュール２及び冷却器３の製造寸法のばらつきを吸収する許容範囲を示し、縦軸方向（Ｆ方向）の範囲は、圧接された際に半導体モジュール２と冷却器３との間の接触面積（平面度）を確保する許容範囲を示している。 More specifically, as shown in FIG. 10, in the relationship that the compression amount (dx) of the cooler 3 by the semiconductor module case 10 and the spring reaction force (F) generated due to the compression amount satisfy, When the area is outside the appropriate area A (area A surrounded by the dotted line in the figure), the number of leaf springs 34, 34... Or the plate thickness of the spring member 33 is changed, or the material of the spring member 33 is changed. The spring characteristics by the spring member 33 can be set as appropriate by changing or changing the shape of the leaf springs 34, 34.
This “appropriate area A” is an area set in accordance with the form of the laminated module structure 1, and the range in the horizontal axis direction (dx direction) is a variation in manufacturing dimensions of the semiconductor module 2 and the cooler 3. The allowable range for absorption is shown, and the range in the vertical axis direction (F direction) indicates an allowable range for securing a contact area (flatness) between the semiconductor module 2 and the cooler 3 when pressed.

以上のように、板ばね３４・３４・・・を有するばね部材３３は、簡易な構成によって実現可能であり、材料となるばね鋼材の選択又は板厚の選択、板ばね３４の形状、配置箇所、配置個数等を適宜設定することにより、そのばね特性を容易に設定可能である。これにより、半導体モジュールケース１０と冷却器３との間の平面度を担保しつつ、十分なばね反力による圧接を実現できる。つまり、半導体モジュールケース１０と冷却器３との密着性を確保でき、半導体モジュール２に対する十分な冷却性能を確保できる。 As described above, the spring member 33 having the leaf springs 34, 34,... Can be realized with a simple configuration. The spring characteristics can be easily set by appropriately setting the number of arrangements. Thereby, the press contact by sufficient spring reaction force is realizable, ensuring the flatness between the semiconductor module case 10 and the cooler 3. That is, the adhesion between the semiconductor module case 10 and the cooler 3 can be secured, and sufficient cooling performance for the semiconductor module 2 can be secured.

なお、冷却器３の冷却フィン３１をアルミニウム製とした場合、冷却フィン３１とばね部材３３とをろう付けするために、ばね鋼材からなるばね部材３３に対してニッケルメッキ等のメッキ処理を施す必要がある。
また、冷却器ケース３０の内壁と冷却フィン３１との間のろう付け、並びに冷却フィン３１とばね部材３３との間のろう付けの際に、ろう付け性を確保するために、ばね部材３３と中板３２との間に隙間を形成しておく必要がある。つまり、ろう付け時の冷却フィン３１の熱膨張を考慮し、ばね部材３３が中板３２と当接して、ばね部材３３によるばね反力が発生しない程度の隙間を形成しておく必要がある。
また、冷却器ケース３０内には冷却水が循環するため、異種金属間の接合構造に対して電食による漏水等を考慮する必要があるが、イオン化傾向の大きさを比較すると、Ａｌ＞Ｆｅ＞Ｎｉ＞Ｃｕである。そこで、本実施形態に係る積層モジュール構造１において、例えばアルミニウム製の冷却フィン３１にＦｅ系のばね鋼材製のばね部材３３を接合した場合、電食に対する考慮は必要なく、冷却器３のシール性を確保できる。 In addition, when the cooling fin 31 of the cooler 3 is made of aluminum, in order to braze the cooling fin 31 and the spring member 33, it is necessary to perform a plating process such as nickel plating on the spring member 33 made of a spring steel material. There is.
In addition, in order to secure brazing performance when brazing between the inner wall of the cooler case 30 and the cooling fins 31 and between the cooling fins 31 and the spring members 33, the spring members 33 and It is necessary to form a gap with the middle plate 32. That is, in consideration of the thermal expansion of the cooling fin 31 during brazing, the spring member 33 needs to abut against the intermediate plate 32 to form a gap that does not generate a spring reaction force by the spring member 33.
In addition, since cooling water circulates in the cooler case 30, it is necessary to consider water leakage due to electrolytic corrosion for the joint structure between dissimilar metals, but when comparing the magnitude of ionization tendency, Al> Fe >Ni> Cu. Therefore, in the laminated module structure 1 according to the present embodiment, for example, when the spring member 33 made of Fe-based spring steel is joined to the cooling fin 31 made of aluminum, there is no need to consider electrolytic corrosion, and the sealing performance of the cooler 3 Can be secured.

図１１に示すように、本発明に係る弾性部材は、ばね部材６０としても良い。ばね部材６０は、ばね鋼材からなり、波形形状を有する部材であり、冷却器ケース３０の立ち上がり部６１に設けられる。立ち上がり部６１は、冷却器ケース３０における、冷却フィン３１がろう付けされる内壁面からテーパ状に縮小する部位である。つまり、この立ち上がり部６１をばね部材６０として形成し、ばね部材６０と冷却ケース３０とをろう付けすることによって、冷却器３に所定のばね特性を付与している。
また、ばね部材６０においても、ばね部材３３と同様に、その材質、形状（傾斜角度、曲率等）、板厚等を変更することによって、ばね反力を設定可能である。
例えば、図１１に示すようなばね部材６０を採用した場合、冷却フィン３１の中板３２と反対側の（図示において下側の）端部は、冷却器ケース３０の内壁面とろう付けされているが、冷却フィン３１の中板３２側の（図示において上側の）端部は固定されておらず、かつ、中板３２と適宜の隙間を形成している。このように冷却フィン３１と冷却器ケース３０とをろう付けすることにより、冷却器３の冷却性能及び剛性を確保している。また、冷却フィン３１と中板３２との間に隙間を形成することにより、組み付けの際にばね部材６０の圧縮の阻害とならないようにしている。
なお、ばね鋼材からなるばね部材６０と冷却器ケース３０とを接合する際に、ばね部材６０側にニッケルメッキ等のメッキ処理が必要であることは上述の通りである。 As shown in FIG. 11, the elastic member according to the present invention may be a spring member 60. The spring member 60 is a member made of a spring steel material and having a corrugated shape, and is provided at the rising portion 61 of the cooler case 30. The rising portion 61 is a portion of the cooler case 30 that decreases in a tapered shape from the inner wall surface to which the cooling fins 31 are brazed. That is, the rising portion 61 is formed as the spring member 60, and the spring member 60 and the cooling case 30 are brazed to give the cooler 3 predetermined spring characteristics.
In the spring member 60 as well, as with the spring member 33, the spring reaction force can be set by changing the material, shape (tilt angle, curvature, etc.), plate thickness, and the like.
For example, when the spring member 60 as shown in FIG. 11 is employed, the end (the lower side in the drawing) opposite to the middle plate 32 of the cooling fin 31 is brazed to the inner wall surface of the cooler case 30. However, the end of the cooling fin 31 on the side of the middle plate 32 (upper side in the drawing) is not fixed and forms an appropriate gap with the middle plate 32. Thus, the cooling performance and rigidity of the cooler 3 are ensured by brazing the cooling fin 31 and the cooler case 30. In addition, a gap is formed between the cooling fin 31 and the intermediate plate 32 so that the compression of the spring member 60 is not hindered during assembly.
In addition, when joining the spring member 60 which consists of spring steel materials, and the cooler case 30, it is as above-mentioned that the plating process, such as nickel plating, is required at the spring member 60 side.

図１２〜図１４に示すように、本発明に係る弾性部材は、ばね部材７０、８０、９０としても良い。つまり、冷却フィン３１自体をばね鋼材にて形成し、所定のばね特性を有する冷却フィン３１をばね部材７０、８０、又は９０として構成する。これらのばね部材７０、８０、９０によって、冷却器３に所定のばね特性を付与している。
また、ばね部材７０、８０、９０においても、ばね部材３３、ばね部材６０と同様に、その材質、形状（幅、曲率等）、板厚等を変更することによってばね反力を設定可能である。
例えば、図１２及び図１３に示すようなばね部材７０、８０を採用した場合、冷却フィン３１の中板３２と反対側の（図示において下側の）端部の一部又は全部と、冷却器ケース３０の内壁とがろう付けされている（図中において矢印で示す箇所）。図１４に示すようなばね部材９０を採用した場合、冷却フィン３１の中板３２と反対側の（図示において下側の）端部の一部又は全部と、冷却器ケース３０の内壁とがろう付けされ、冷却フィン３１の中板３２側の（図示において上側の）端部の一部と中板３２とがろう付けされている（図中において矢印で示す箇所）。アルミニウム製の冷却器ケース３０とばね部材７０、８０、９０として構成される冷却フィン３１とを接合する際には、冷却器ケース３０側に電食の懸念があるため、冷却器ケース３０側に儀材等の防食加工が必要となる。
以上のようにして、冷却器３の冷却性能及び剛性を確保している。ばね部材７０、８０、９０によるばね反力はばね部材３３と比較して弱いが、コンパクトな構造にて実現できるため、小型の冷却器３を有する積層モジュール構造１に対して特に有効である。
なお、ばね鋼材からなるばね部材７０、８０、９０と冷却器ケース３０とを接合する際に、ばね部材７０、８０、９０側にニッケルメッキ等のメッキ処理が必要であることは上述の通りである。 As shown in FIGS. 12 to 14, the elastic member according to the present invention may be spring members 70, 80 and 90. That is, the cooling fin 31 itself is made of spring steel, and the cooling fin 31 having predetermined spring characteristics is configured as the spring member 70, 80, or 90. These spring members 70, 80, 90 give a predetermined spring characteristic to the cooler 3.
In the spring members 70, 80, 90, the spring reaction force can be set by changing the material, shape (width, curvature, etc.), plate thickness, etc., similar to the spring members 33, 60. .
For example, when the spring members 70 and 80 as shown in FIGS. 12 and 13 are employed, a part or all of the end portion (lower side in the drawing) opposite to the middle plate 32 of the cooling fin 31 and the cooler The inner wall of the case 30 is brazed (location indicated by an arrow in the figure). When the spring member 90 as shown in FIG. 14 is employed, a part or all of the end (the lower side in the drawing) opposite to the middle plate 32 of the cooling fin 31 and the inner wall of the cooler case 30 are connected. A part of the end of the cooling fin 31 on the middle plate 32 side (upper side in the drawing) and the middle plate 32 are brazed (location indicated by an arrow in the drawing). When joining the cooler case 30 made of aluminum and the cooling fins 31 configured as the spring members 70, 80, 90, there is a concern of electrolytic corrosion on the cooler case 30 side. Anticorrosion processing such as ceremonial materials is necessary.
As described above, the cooling performance and rigidity of the cooler 3 are ensured. Although the spring reaction force by the spring members 70, 80, 90 is weaker than that of the spring member 33, the spring reaction force can be realized with a compact structure, and is particularly effective for the laminated module structure 1 having the small cooler 3.
In addition, when joining the spring members 70, 80, 90 made of spring steel and the cooler case 30, it is necessary to perform a plating process such as nickel plating on the spring members 70, 80, 90 side as described above. is there.

積層モジュール構造を示す図である。It is a figure which shows a laminated module structure. モジュールユニットを示す図である。It is a figure which shows a module unit. 冷却器を示す図である。It is a figure which shows a cooler. ろう付け工程を示す図である。It is a figure which shows a brazing process. 格納工程を示す図である。It is a figure which shows a storing process. 第一ユニット挿入工程を示す図である。It is a figure which shows a 1st unit insertion process. 第二挿入工程を示す図である。It is a figure which shows a 2nd insertion process. 冷却器取付工程を示す図である。It is a figure which shows a cooler attachment process. 弾性部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an elastic member. 弾性部材の収縮量と弾性力との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the amount of contraction of an elastic member, and elastic force. 弾性部材の別実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of an elastic member. 弾性部材の別実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of an elastic member. 弾性部材の別実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of an elastic member. 弾性部材の別実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of an elastic member.

Explanation of symbols

１積層モジュール構造
２半導体モジュール
３冷却器
４インバータケース
５位置決め部材
６モジュールユニット
３３ばね部材（弾性部材）
３４板ばね DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laminated module structure 2 Semiconductor module 3 Cooler 4 Inverter case 5 Positioning member 6 Module unit 33 Spring member (elastic member)
34 leaf spring

Claims

A laminated module structure in which a plurality of module units having a semiconductor module and a cooler for cooling the semiconductor module are laminated,
The cooler has an elastic member inside,
The semiconductor module is positioned at a predetermined position of the stacked module structure by a positioning member,
When the module unit is stacked while the semiconductor module is positioned by the positioning member,
A stacked module structure, wherein the semiconductor module in one adjacent module unit and the cooler in the other module unit are pressed against each other by the elastic member.

The module unit is
Including a semiconductor module case for storing the semiconductor module;
The rigidity of the cooler is set lower than the rigidity of the semiconductor module case;
When the module units are stacked, the cooler is deformed in the stacking direction and the semiconductor module case is positioned by applying pressure in the stacking direction so that the semiconductor module case is in contact with the positioning member. The laminated module structure according to claim 1, wherein:

The semiconductor module comprises a double-sided heat dissipation module,
The elastic member generates an elastic force toward both sides in the stacking direction, and the semiconductor module is pressed against a cooler on both sides in the stacking direction by the elastic force of the elastic member. The laminated module structure according to claim 2.

The laminated module structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the elastic member includes a leaf spring that is formed by press molding and has a predetermined spring constant.