JP2015128138A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体モジュールと冷却器とを密着させて半導体モジュールを安定して放熱することができる半導体装置を提供する。【解決手段】端子台７０，７１に六角ナット８１が回り止めされた状態で移動可能に埋め込まれている。バスバー２１，２２は、可撓性を有し、締結前の状態において端子台７０，７１のナット取付面７６との間に隙間７７を有する。端子台７０，７１において、半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５とバスバー２１，２２とが六角ボルト８０および六角ナット８１で取り付けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置に関するものである。

特許文献１において冷却器の上に半導体モジュール、ばね部材、ばね部材支持具が順に配置され、ばね部材により半導体モジュールと冷却器を押圧するとともに端子台により半導体モジュールの端子とコンデンサ端子とを締結する技術が開示されている。

特開２０１２−１９５５５９号公報

ところで、図１８に示すように、半導体モジュール３００の端子３０１は片側配置になっている。そして、端子台３０２において端子３０１とバスバー３０６を重ねた状態でボルト３０３を端子台３０２に埋設したナット３０４に螺入することにより端子３０１とバスバー３０６を締結して半導体モジュール３００とコンデンサアッシィ３０５とを電気的に接続する。この際、各部品の公差に起因して、端子３０１の下面とバスバー３０６の上面との間の寸法ΔＨにばらつきが生じることがある。そして、図１８に示したごとく寸法的に端子台３０２（バスバー３０６）側が低いと、図１８に示す状態から、ボルト３０３をナット３０４に螺入することにより端子台３０２で半導体モジュール３００の端子３０１とバスバー３０６を締結すると次のようになる。図１９に示すように、半導体モジュール３００の端子台３０２側が下に引っ張られる。そのため、ボルト３０３のねじ部を力点として冷却器３０８における端子３０１側の半導体モジュール３００との接触点を支点として半導体モジュール３００の反対側（信号端子３０７側）にモーメントが作用する。このモーメントにより半導体モジュール３００の反対側（信号端子３０７側）において持ち上がる力、即ち、半導体モジュール３００と冷却器３０８を引き離す方向に力が発生する。一方、図２０に示すように寸法的に端子台３０２（バスバー３０６）側が高いと、端子３０１が端子台３０２（バスバー３０６）に乗り上げてしまい、ボルト３０３をナット３０４に螺入することにより図２１に示すように半導体モジュール３００と冷却器３０８を引き離す方向に力が発生する。

このようにして、半導体モジュール３００の端子３０１の下面とバスバー３０６の上面との間の寸法ΔＨのばらつきにより半導体モジュール３００と冷却器３０８を引き離す方向に力が発生してしまい、半導体モジュール３００を安定して放熱することができない懸念がある。

本発明の目的は、半導体モジュールと冷却器とを密着させて半導体モジュールを安定して放熱することができる半導体装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、一方側に端子を有する半導体モジュールと、前記半導体モジュールに接する状態で配置される冷却器と、前記半導体モジュールを前記冷却器に押圧するための押圧部材と、前記半導体モジュールの端子とバスバーとをボルトおよびナットで取り付ける端子台と、を備え、前記端子台に前記ナットが回り止めされた状態で移動可能に埋め込まれており、前記バスバーは、可撓性を有し、締結前の状態において前記端子台のナット取付面との間または前記ナットのフランジ部との間に隙間を有することを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、冷却器に対し一方側に端子を有する半導体モジュールが接する状態で配置され、押圧部材により半導体モジュールが冷却器に押圧される。端子台において、半導体モジュールの端子とバスバーとがボルトおよびナットで取り付けられる。

ここで、ナットが端子台に回り止めされた状態で移動可能に埋め込まれているとともにバスバーは可撓性を有し、締結前の状態において端子台のナット取付面との間またはナットのフランジ部との間に隙間を有する。よって、端子とバスバーとの間に公差によるばらつきがあった場合、ボルトとナットにより半導体モジュールの端子とバスバーとを締結する際に、バスバーにおける端子台のナット取付面との間またはナットのフランジ部との間の隙間を利用してナットが回り止めされた状態で移動して半導体モジュールが冷却器と密着する状態で締結されるようにバスバーが変形する。これにより半導体モジュールと冷却器とを密着させて半導体モジュールを安定して放熱することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記冷却器の両面に、それぞれ、前記半導体モジュールおよび前記押圧部材が配置されているとともに、前記冷却器の両面の前記半導体モジュールに共通の前記端子台を有することを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、冷却器の両面にそれぞれ半導体モジュールを配置した場合において半導体モジュールと冷却器とを密着させて半導体モジュールを安定して放熱することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の半導体装置において、取付用フレーム部材を有し、前記取付用フレーム部材に前記冷却器、前記半導体モジュール、前記押圧部材および前記端子台が取り付けられていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、組付性に優れたものとなる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記隙間を確保するように前記バスバーが前記端子台に位置決めされることを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、締結前の状態において隙間を確保することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記半導体モジュールの端子より前記バスバーが薄いことを要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、半導体モジュールの端子よりバスバーが薄いので、バスバーが容易に変形できる。
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記バスバーは、前記押圧する方向に延びる延設部を有し、２箇所に屈曲部を有することを要旨とする。

請求項６に記載の発明によれば、バスバーは押圧する方向に延びる延設部を有し、２箇所に屈曲部を有するので、バスバーが容易に変形できる。
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の半導体装置において、前記バスバーにおける前記２箇所に屈曲部を有する部位はコ字状をなすことを要旨とする。

請求項７に記載の発明によれば、バスバーにおける２箇所に屈曲部を有する部位はコ字状をなすので、バスバーが容易に変形できる。
請求項８に記載の発明では、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記バスバーは、屈曲部に折り返し部を有することを要旨とする。

請求項８に記載の発明によれば、バスバーは屈曲部に折り返し部を有するので、バスバーが容易に変形できる。

本発明によれば、半導体モジュールと冷却器とを密着させて半導体モジュールを安定して放熱することができる。

（ａ）は第１の実施形態における半導体装置の平面図、（ｂ）は半導体装置の側面図、（ｃ）は半導体装置の正面図。 半導体装置の分解斜視図。 半導体装置の一部断面図。 半導体装置の一部断面図。 （ａ）は端子台の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 （ａ），（ｂ）は半導体装置の一部断面図。 （ａ），（ｂ）は半導体装置の一部断面図。 変形例のバスバーを示す側面図。 変形例のバスバーを示す側面図。 第２の実施形態における半導体装置の側面図。 第２の実施形態の半導体装置を説明するための斜視図。 第２の実施形態の半導体装置を説明するための斜視図。 第２の実施形態の半導体装置を説明するための斜視図。 第２の実施形態の半導体装置を説明するための斜視図。 第２の実施形態の半導体装置を説明するための斜視図。 第２の実施形態の半導体装置を説明するための一部破断図。 第２の実施形態の半導体装置を説明するための一部破断図。 課題を説明するための半導体装置の側面図。 課題を説明するための半導体装置の側面図。 課題を説明するための半導体装置の側面図。 課題を説明するための半導体装置の側面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１，２に示すように、半導体装置（インバータ）１０は、コンデンサアッシィ２０と、冷却器３０と、３つの半導体モジュール４０，４１，４２と、押圧部材としての板ばね５０と、ばね押えブラケット６０と、半導体モジュール４０，４１，４２毎の端子台７０，７１，７２を備えている。コンデンサアッシィ２０の上に冷却器３０、半導体モジュール４０，４１，４２、板ばね５０、ばね押えブラケット６０が順に配置されている。

コンデンサアッシィ２０は上面が平坦な四角箱型をなし、内部にコンデンサ素子が内蔵されている。コンデンサアッシィ２０の上に冷却器３０が配置されている。コンデンサアッシィ２０の四隅にはブラケット取付部２３が形成され、各ブラケット取付部２３にはねじ孔２３ａが形成されている。

冷却器３０は、平面視において長方形状をなし、その長辺が水平方向でのＸ方向に延びるとともに短辺が水平方向でのＹ方向に延びている。冷却器３０は、上下方向（Ｚ方向）において薄く形成され、扁平型をなしている。冷却器３０におけるＸ方向での両端部に冷却水入口パイプ３１と冷却水出口パイプ３２が取り付けられている。冷却器３０の内部にはフィン部材が配置されており、このフィン部材によって冷媒流路が形成されている。

冷却器３０の上面３０ａには、３個の半導体モジュール４０，４１，４２が、冷却器３０の長さ方向（Ｘ方向）に並べて配置される。
半導体モジュール４０には、Ｕ相における上アーム構成用パワートランジスタと下アーム構成用パワートランジスタが内蔵されている。半導体モジュール４１には、Ｖ相における上アーム構成用パワートランジスタと下アーム構成用パワートランジスタが内蔵されている。半導体モジュール４２には、Ｗ相における上アーム構成用パワートランジスタと下アーム構成用パワートランジスタが内蔵されている。パワートランジスタは、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等である。各半導体モジュール４０，４１，４２において上アーム構成用パワートランジスタと下アーム構成用パワートランジスタとは直列に接続（結線）され、直列回路の一端（正極入力）と他端（負極入力）と両パワートランジスタ間（出力）が外部に接続されることになる。このように、本実施形態では半導体モジュール４０，４１，４２は３相交流を生成するインバータ回路を形成している。

半導体モジュール４０，４１，４２はトランスファモールドタイプのパワーモジュールであって、発熱する素子が樹脂モールドされている。各半導体モジュール４０，４１，４２は、一方側に、水平方向に延びる端子４４，４５，４６を有する。詳しくは、各半導体モジュール４０，４１，４２は、板状の正極端子４４と、板状の負極端子４５と、板状の出力端子４６を備えている。各端子４４，４５，４６には図４に示すようにボルトが通る透孔４８が形成されている。また、各半導体モジュール４０，４１，４２は、制御信号用ピン４７を備えている。制御信号用ピン４７は、正極端子４４、負極端子４５および出力端子４６が配設される半導体モジュール４０，４１，４２の端部と対向する端部に配設されている。

これにより、半導体装置１０では、電源ライン側の端子４４，４５，４６が片方に集約配置される一方で、電源ライン側の端子と対向した状態で反対側の片方に制御信号用ピン４７が集約配置されることになる。

図２に示すように、各半導体モジュール４０，４１，４２の上部には、板ばね５０が配置される。板ばね５０は、ばね鋼板よりなり、全体形状として平面視においてＸ方向に延びている。板ばね５０は、半導体モジュール４０，４１，４２毎の本体部５３ａ，５３ｂ，５３ｃを有する。つまり、３つの本体部５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、平面視においてＸ方向に並べて配置されている。各本体部５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、水平な中央部５１から両側部５２が延び、両側部５２は斜め下方に曲げて構成されている。両側部５２は中央部５１からＹ方向に延びている。

各本体部５３ａ，５３ｂ，５３ｃには、水平な連結部５４，５５，５６，５７が並設されている。各本体部５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、板ばね５０を半導体モジュール４０，４１，４２の上部に配置した際に、各半導体モジュール４０，４１，４２の中央部付近に押圧力を付与するように所定の間隔をあけて設けられている。

板ばね５０の上部には、ばね押えブラケット６０が配置される。ばね押えブラケット６０は、アルミ等の金属製板材よりなる。ばね押えブラケット６０は、平面視においてＸ方向に延びる長方形の板状をなす本体部６１を有し、本体部６１の四隅には斜め外方に突出する取付部６２が形成されている。各取付部６２には貫通孔６２ａが形成されている。ばね押えブラケット６０は、コンデンサアッシィ２０のブラケット取付部２３のねじ孔２３ａに対しねじ９０を螺入することによりばね押えブラケット６０がコンデンサアッシィ２０に締結固定される。

板ばね５０は、ばね押えブラケット６０がコンデンサアッシィ２０に締結固定されることにより、上方から押し付けられ、変形させられる。これにより、各半導体モジュール４０，４１，４２は、板ばね５０における下方への付勢力によって下方に押し付けられることで、固定される。

詳しくは、板ばね５０における半導体モジュール４０，４１，４２毎の中央部５１がばね押えブラケット６０の下面と接触して半導体モジュール毎に厚さ方向への変形のための支点となる。また、板ばね５０における両側部５２が半導体モジュール４０，４１，４２の上面と接触して半導体モジュール４０，４１，４２を下方（Ｚ方向）に押圧する。

ばね押えブラケット６０の上面には複数の柱部６３が形成され、複数の柱部６３の上に制御用回路基板（図示略）が載置される。制御用回路基板を貫通するねじをばね押えブラケット６０の柱部６３に螺入することにより制御用回路基板がばね押えブラケット６０に締結固定される。制御用回路基板は、各半導体モジュール４０，４１，４２の制御信号用ピン４７と電気的に接続される。

半導体装置１０は、コンデンサアッシィ２０の上に、冷却器３０、３個の半導体モジュール４０，４１，４２、板ばね５０、ばね押えブラケット６０、および制御用回路基板の順に積層するように組み付けられる。そして、冷却器３０が半導体モジュール４０，４１，４２に接する状態で配置され、押圧部材としての板ばね５０により半導体モジュール４０，４１，４２が冷却器３０に押圧（圧接）された状態で固定される。また、冷却器３０により各半導体モジュール４０，４１，４２が冷却される。このとき、板ばね５０で半導体モジュール４０，４１，４２を冷却器３０に押さえ付けることにより半導体モジュール４０，４１，４２で発生した熱が冷却器３０に伝わりやすい。

図２に示すように、四角箱型をなすコンデンサアッシィ２０の上面には、半導体モジュール４０，４１，４２毎の端子台７０，７１，７２がＸ方向に並べて設けられている。図４，５に示すように、端子台７０，７１は、平面視において四角形をなし、上下に延びるように立設されている。

図３に示すように、コンデンサアッシィ２０の側面から半導体モジュール４０，４１，４２毎のバスバー２１，２２が延びている。バスバー２１，２２は帯板材よりなる。バスバー２１，２２はコ字状をなし、水平方向に延びる第１直線部２５と、第１直線部２５の先端において上方に延びる第２直線部２６と、第２直線部２６の上端から水平方向に延びる第３直線部２７を有する。つまり、バスバー２１，２２は２箇所に９０°屈曲部２８，２９を有する。

詳しくは、３つの正極用のバスバー２１がコンデンサアッシィ２０の側面から水平方向でのＹ方向に突出し、さらにその先端から上方（Ｚ方向）に延び、さらにその上端から水平方向でのＹ方向に延びて端子台７０の上面まで延設されている。同様に、３つの負極用のバスバー２２がコンデンサアッシィ２０の側面から水平方向でのＹ方向に突出し、さらにその先端から上方（Ｚ方向）に延び、さらにその上端から水平方向でのＹ方向に延びて端子台７１の上面まで延設されている。第３直線部２７には図４に示すようにボルトが通る透孔２７ａが形成されている。

図５に示すように、四角柱状をなす端子台７０，７１には六角穴７５が形成されている。六角穴７５は端子台７０，７１の上面に開口し、六角穴７５は所定の深さに形成されている。六角穴７５の内部に六角ナット８１が配置されている。六角ナット８１の外形寸法よりも六角穴７５の寸法が若干大きくなっている。これにより、端子台７０，７１に六角ナット８１が回り止めされた状態で上下方向（Ｚ方向）に移動可能に埋め込まれている。

半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５よりバスバー２１，２２が薄い。具体的には、半導体モジュール４０，４１，４２の正極端子４４と負極端子４５と出力端子４６は、銅板よりなり、図４に示すように厚さｔ１が例えば０．６４ｍｍ程度である。バスバー２１，２２は、銅板よりなり、厚さｔ２が例えば０．６ｍｍ程度である。つまり、従来、バスバーの厚さが厚い（例えば２．３ｍｍ程度）であったものを薄く（例えば０．６ｍｍ程度）にすることにより可撓性を有し、容易に変形できるようになっている。

図４に示すように、バスバー２１，２２は、締結前の状態において端子台７０，７１のナット取付面（上面）７６との間に隙間（クリアランス）７７を有する。
図１，２，３に示すように、端子台７０の上面においてコンデンサアッシィ２０から延びるバスバー２１と半導体モジュール４０，４１，４２の正極端子４４とが重ねられた状態で配置され、六角ボルト８０を六角ナット８１に螺入することにより締結されている。同様に、端子台７１の上面においてコンデンサアッシィ２０から延びるバスバー２２と半導体モジュール４０，４１，４２の負極端子４５とが重ねられた状態で配置され、六角ボルト８０を六角ナット８１に螺入することにより締結されている。つまり、端子台７０，７１により、半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５とバスバー２１，２２とが六角ボルト８０および六角ナット８１で取り付けることができるようになっている。なお、半導体モジュール４０，４１，４２の出力端子４６は出力用導体と締結される。

図３，４に示すように、バスバー２１，２２は、板ばね５０により半導体モジュール４０，４１，４２を押圧する方向（Ｚ方向）に延びる延設部としての第２直線部２６を有する。

次に、このように構成した半導体装置１０の作用を説明する。
半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５の下面とバスバー２１，２２の上面との間の寸法ΔＨ（図６（ａ）参照）にばらつきがある。より詳しくは、図３に示すように、半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５の下面の位置については、コンデンサアッシィ２０の上面を基準面として、冷却器３０の高さ（厚さ）Ｈ１の公差、および、半導体モジュール４０，４１，４２における下面から端子４４，４５の下面までの高さＨ２の公差で決まる。また、バスバー２１，２２の第３直線部２７の上面の位置については、コンデンサアッシィ２０の上面から第３直線部２７の上面までの高さＨ３の公差で決まる。よって、これらＨ１の公差、Ｈ２の公差およびＨ３の公差により、半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５の下面とバスバー２１，２２の上面との間の寸法ΔＨ（図６（ａ）参照）にばらつきが生じる。

ここで、端子台７０，７１において、六角ナット８１が回り止めされた状態で上下に移動可能に埋め込まれている。また、バスバー２１，２２は、可撓性を有し、締結前の状態において端子台７０，７１のナット取付面（上面）７６との間に隙間（空隙）７７を有する。つまり、コンデンサアッシィ２０から延びるバスバー２１，２２の厚さｔ２が例えば０．６ｍｍ程度であり薄くなっており、容易に変形することができるようになっている。

そして、端子４４，４５の下面とバスバー２１，２２の上面との間の寸法ΔＨの公差によるばらつきで半導体モジュール４０，４１，４２を押し上げる力、即ち、半導体モジュール４０，４１，４２と冷却器３０を引き離す方向に力が発生しようとする。この場合、六角ボルト８０と六角ナット８１により半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５とバスバー２１，２２とを締結する際に半導体モジュール４０，４１，４２が冷却器３０と密着する状態で締結されるようにバスバー２１，２２が変形して半導体モジュール４０，４１，４２が冷却器３０の上面３０ａから浮きにくいようになる。

以下、詳しく説明する。
端子４４，４５の下面とバスバー２１，２２の上面との間の寸法ΔＨの公差によるばらつきがあり、図６（ａ）に示すごとく寸法的に端子台７０，７１（バスバー２１，２２）側が低い場合を考える。この場合、六角ボルト８０と六角ナット８１により端子台７０，７１で半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５とバスバー２１，２２とを締結すると次のようになる。

図６（ｂ）に示すように、バスバー２１，２２における端子台７０，７１のナット取付面（上面）７６との間の隙間７７を利用して六角ナット８１が回り止めされた状態で移動して半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５に近づくように（半導体モジュールが冷却器と密着する状態で締結されるように）バスバー２１，２２が上方に変形する。詳しくは、バスバー２１，２２の第２直線部２６が自在に変形して第３直線部２７が上方に移動する。これにより、半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５の下面とバスバー２１，２２の上面との間の寸法ΔＨに端子台７０，７１（バスバー２１，２２）側が低くなるようなばらつきが発生しても半導体モジュール４０，４１，４２が冷却器３０の上面３０ａから浮くことが防止される。その結果、半導体モジュール４０，４１，４２と冷却器３０とが密着して半導体モジュール４０，４１，４２が安定して放熱される。

特に、半導体モジュールの端子４４，４５よりバスバー２１，２２が薄いので、バスバー２１，２２の変形が容易となっている。さらに、バスバー２１，２２は押圧する方向に延びる延設部としての第２直線部２６を有するとともに２箇所に屈曲部２８，２９を有するので、バスバー２１，２２が容易に変形することができる。さらには、バスバー２１，２２における２箇所に屈曲部２８，２９を有する部位はコ字状をなすので、バスバー２１，２２が容易に変形することができる。

一方、端子４４，４５の下面とバスバー２１，２２の上面との間の寸法ΔＨの公差によるばらつきがあり、図７（ａ）に示すように、寸法的に端子台７０，７１（バスバー２１，２２）側が高い場合を考える。この場合、半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５が端子台７０，７１（バスバー２１，２２）に乗り上げようとするが、六角ボルト８０と六角ナット８１により端子台７０，７１で半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５とバスバー２１，２２とを締結すると次のようになる。

図７（ｂ）に示すように、バスバー２１，２２における端子台７０，７１のナット取付面（上面）７６との間の隙間７７を利用して六角ナット８１が回り止めされた状態で移動して端子台７０，７１のナット取付面（上面）７６に近づくように（半導体モジュールが冷却器と密着する状態で締結されるように）バスバー２１，２２が下方に変形する。詳しくは、バスバー２１，２２の第２直線部２６が自在に変形して第３直線部２７が下方に移動する。これにより、半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５の下面とバスバー２１，２２の上面との間の寸法ΔＨに端子台７０，７１（バスバー２１，２２）側が高くなるようなばらつきが発生しても半導体モジュール４０，４１，４２が冷却器３０の上面３０ａから浮くことが防止される。その結果、半導体モジュール４０，４１，４２と冷却器３０とが密着して半導体モジュール４０，４１，４２が安定して放熱される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）端子台７０，７１に六角ナット８１が回り止めされた状態で移動可能に埋め込まれているとともに、バスバー２１，２２は、可撓性を有し、締結前の状態において端子台７０，７１のナット取付面７６との間に隙間７７を有する。これにより、端子４４，４５とバスバー２１，２２との間に公差によるばらつきがあっても端子４４，４５とバスバー２１，２２とを締結する際に半導体モジュール４０，４１，４２が冷却器３０と密着する状態で締結されるようにバスバー２１，２２が変形する。よって、半導体モジュール４０，４１，４２と冷却器３０とを密着させて半導体モジュール４０，４１，４２を安定して放熱することができる。

（２）半導体モジュール４０，４１，４２の端子４４，４５よりバスバー２１，２２が薄いので、バスバー２１，２２が容易に変形できる。
（３）バスバー２１，２２は、押圧する方向に延びる延設部としての第２直線部２６を有し、２箇所に屈曲部２８，２９を有する。これによって、１つの屈曲部を有する場合よりもバスバー２１，２２が容易に変形できる。

（４）バスバー２１，２２における２箇所に屈曲部２８，２９を有する部位はコ字状をなす。これによって、バスバー２１，２２が容易に変形できる。
本実施形態の変形例を次に説明する。

・図８に示すように、バスバー２１，２２は、厚さが薄く（例えば銅板の厚さが０．６ｍｍ程度）であるとともに屈曲部２９にＵ字状の折り返し部１５０を有する構成としてもよい。折り返し部１５０で積極的に変形させることができる。Ｕ字状の折り返し部１５０は水平方向において延びている。このように、バスバー２１，２２は、屈曲部に折り返し部１５０を有するので、バスバー２１，２２が容易に変形できる。なお、Ｕ字状の折り返し部は上下方向において延びていてもよい。

・六角ボルト８０と六角ナット８１を用いたが、四角ボルトや四角ナット等、ボルト・ナットはどのような形状のものを用いてもよい。
・バスバーは２箇所に屈曲部２８，２９を有し、かつ、コ字状をなしていたが、図９に示すように、バスバーは２箇所に屈曲部２８，２９を有し、かつ、クランク状をなしていてもよい。

・バスバーは真っ直ぐに延びていてもよい。
・コンデンサアッシィ２０の正極用バスバーと半導体モジュールの正極端子とを繋ぐ場合、および、コンデンサアッシィ２０の負極用バスバーと半導体モジュールの負極端子とを繋ぐ場合に適用したが、半導体モジュールの出力端子と出力用バスバーを繋ぐ場合に適用してもよい。

・コンデンサアッシィに限ることなく、半導体モジュールの端子とバスバーを繋ぐ場合において適用できる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

第２の実施形態では冷却器の上下両面に半導体モジュールが配置され、コンデンサは別途、半導体装置の側方に配置される。図１０，１５には半導体装置２００の全体構成を示し、図１０は、図１５の斜視図におけるＡ矢視方向から半導体装置２００を見ている。図１１，１２，１３，１４は組み付け工程における斜視図である。図１３〜１５において冷却器２３０の上面側と下面側とは同一形状をなしており、図１０，１４，１５においては上側の正負バスバーアッシィ２２０は図示しているが下側の正負バスバーアッシィ２２１の図示は省略している。図１６，１７は、図１０における要部を破断して示している。

ロアケース２９５の上で図１６の左側にコンデンサが配置され、図１６に示すように、コンデンサの端子２９６が、ロアケース２９５から突出する入力端子台２９７の上面に延びている。また、ロアケース２９５の上であって入力端子台２９７の右側に半導体装置２００が配置されている。そして、ボルト２８３を入力端子台２９７に埋設したナット２８４に螺入することによりコンデンサの端子２９６とバスバー２２２の一端が連結される。また、バスバー２２２の他端が半導体モジュール２４０，２４１の端子２４５と接続される。

図１６に示すように、半導体装置２００は、取付用フレーム部材としてのセンターブラケット２１０と、正負バスバーアッシィ２２０，２２１と、冷却器２３０と、半導体モジュール２４０，２４１と、押圧部材としての板ばね２５０，２５１と、ばね押えブラケット２６０，２６１と、モジュール端子台２７０を備えている。センターブラケット２１０に冷却器２３０、半導体モジュール２４０，２４１、板ばね２５０，２５１、ばね押えブラケット２６０，２６１、モジュール端子台２７０が取り付けられている。また、センターブラケット２１０の上に水冷式の冷却器２３０が配置され、冷却器２３０の上面側に半導体モジュール２４０、板ばね２５０、ばね押えブラケット２６０が配置されているとともに、冷却器２３０の下面側に半導体モジュール２４１、板ばね２５１、ばね押えブラケット２６１が配置されている。モジュール端子台２７０は、冷却器２３０の両面の半導体モジュール２４０，２４１に共通の端子台となっている。

図２の半導体モジュール４０，４１，４２と同様に３つの半導体モジュール２４０により第１のインバータが構成されているとともに、３つの半導体モジュール２４１により第２のインバータが構成されている。３つの半導体モジュール２４０のうちの第１の半導体モジュールにおいては、Ｕ相における上アーム構成用ＩＧＢＴ、この上アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオード、下アーム構成用ＩＧＢＴ、この下アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオードが樹脂モールドされている。３つの半導体モジュール２４０のうちの第２の半導体モジュールにおいては、Ｖ相における上アーム構成用ＩＧＢＴ、この上アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオード、下アーム構成用ＩＧＢＴ、この下アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオードが樹脂モールドされている。３つの半導体モジュール２４０のうちの第３の半導体モジュールにおいては、Ｗ相における上アーム構成用ＩＧＢＴ、この上アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオード、下アーム構成用ＩＧＢＴ、この下アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオードが樹脂モールドされている。３つの半導体モジュール２４１のうちの第１の半導体モジュールにおいては、Ｕ相における上アーム構成用ＩＧＢＴ、この上アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオード、下アーム構成用ＩＧＢＴ、この下アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオードが樹脂モールドされている。３つの半導体モジュール２４１のうちの第２の半導体モジュールにおいては、Ｖ相における上アーム構成用ＩＧＢＴ、この上アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオード、下アーム構成用ＩＧＢＴ、この下アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオードが樹脂モールドされている。３つの半導体モジュール２４１のうちの第３の半導体モジュールにおいては、Ｗ相における上アーム構成用ＩＧＢＴ、この上アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオード、下アーム構成用ＩＧＢＴ、この下アーム構成用ＩＧＢＴに並列接続されるダイオードが樹脂モールドされている。

図１１に示すように、センターブラケット２１０は、全体として長方形の四角枠状をなしている。詳しくは、平行な一対の長辺部２１０ａ，２１０ｂと、平行な一対の短辺部２１０ｃ，２１０ｄを有する。センターブラケット２１０は、樹脂よりなる。そして、四角枠状のセンターブラケット２１０の上側に冷却器２３０が配置される。このとき、冷却器２３０の鍔部２３０ａ（図１２参照）がセンターブラケット２１０の長辺部２１０ａ，２１０ｂの上面に接触する。

また、図１１に示すように、センターブラケット２１０は、平行な一対の長辺部２１０ａ，２１０ｂを架設するように冷却器変形防止用梁２１０ｅ，２１０ｆが形成されている。詳しくは、一対の長辺部２１０ａ，２１０ｂにおける下面には冷却器変形防止用梁２１０ｅ，２１０ｆが等間隔に、かつ、短辺部２１０ｃ，２１０ｄと平行で半導体モジュール２４１の配置に支障のない位置に形成されている。このように、センターブラケット２１０での四角枠部における枠内において２本の梁２１０ｅ，２１０ｆが形成され、２本の梁２１０ｅ，２１０ｆがばね荷重による冷却器２３０の変形を防止する梁として機能する。

長方形の四角枠状をなすセンターブラケット２１０における四隅部には、金属製カラーＣ１が埋設され、金属製カラーＣ１の内面に、ボルトが螺入されるねじ穴２１１が形成されている。

図１２に示すように、冷却器２３０は平面視が長方形をなし、上下に薄く形成され、入口パイプ２３２から冷却水が導入されて出口パイプ２３３から排出される。
図１０に示すように、冷却器２３０の上面に３つの半導体モジュール２４０がシリコーングリースを介して配置されるとともに冷却器２３０の下面に３つの半導体モジュール２４１がシリコーングリースを介して配置される。半導体モジュール２４０は板ばね２５０により冷却器２３０に押圧される。半導体モジュール２４１は板ばね２５１により冷却器２３０に押圧される。板ばね２５０および板ばね２５１は図２の板ばね５０と同様な構成をなしている。

板ばね２５０を押えるばね押えブラケット２６０がセンターブラケット２１０に締結されている。即ち、ねじ２８０が、ばね押えブラケット２６０の四隅の脚部に設けた貫通孔および冷却器２３０に設けた貫通孔２３１（図１２参照）を通してセンターブラケット２１０のねじ穴２１１（図１１参照）に螺入されることにより、センターブラケット２１０に対しばね押えブラケット２６０および冷却器２３０が共締めされている。

ここで、センターブラケット２１０の上面に板ばね２５０およびばね押えブラケット２６０を配置して、ねじ２８０でばね押えブラケット２６０をセンターブラケット２１０に締結した状態においては板ばね２５０によるばね荷重が冷却器２３０に加わる。このとき、図１１の冷却器変形防止用梁２１０ｅ，２１０ｆによりばね荷重による冷却器２３０の変形を防止することができる。

また、図１０において板ばね２５１を押えるばね押えブラケット２６１がセンターブラケット２１０に締結されている。即ち、ねじ２８１が、ばね押えブラケット２６１の四隅の脚部に設けた貫通孔を通してセンターブラケット２１０のねじ穴に螺入されることにより、センターブラケット２１０に対しばね押えブラケット２６１が固定されている。このように、ばね押えブラケット２６０，２６１および冷却器２３０はセンターブラケット２１０に、ねじ２８０，２８１により締結固定される。なお、ばね押えブラケット２６０の上面には制御基板が取り付けられるとともに、ばね押えブラケット２６１の下面には制御基板が取り付けられる。

図１３に示すように、センターブラケット２１０とモジュール端子台２７０とは別体であり、ねじ２８２をモジュール端子台２７０に設けた貫通孔を通してセンターブラケット２１０のねじ穴２１２（図１１参照）に螺入することによりセンターブラケット２１０にモジュール端子台２７０が固定されている。図１１のねじ穴２１２はセンターブラケット２１０に埋設した金属製カラーＣ２の内面に形成されている。これにより、長方形の四角枠状をなすセンターブラケット２１０における一方の長辺部２１０ｂには共通のモジュール端子台２７０が連結されている。図１３のモジュール端子台２７０は、本体部２７１と、本体部２７１から延びる２つの平板部２７２を有する。取付用の平板部２７２は水平方向に延びている。平板部２７２には貫通孔２７３が形成されている。

図１４に示すように、正負バスバーアッシィ２２０，２２１は、正負のバスバー２２２が樹脂２２３によりモールドされることにより構成されており、バスバー２２２の両端部が樹脂２２３から露出している。正負バスバーアッシィ２２０，２２１においては樹脂２２３の一側面から半導体モジュール２４０と接続用の複数のバスバー２２２が突出しているとともに樹脂２２３の他側面からコンデンサと接続用のバスバー２２２が突出している。モールド樹脂２２３の下面には突起２２４（図１０参照）が形成されている。

図１６に示すように、正負バスバーアッシィ２２０，２２１の突起２２４がモジュール端子台２７０の貫通孔２７３に嵌入されている。これによりモジュール端子台２７０に正負バスバーアッシィ２２０，２２１が位置決めされた状態で固定されている。

図１６に示すように、正負バスバーアッシィ２２０における半導体モジュール２４０と接続用のバスバー２２２は、水平部２２２ａと、水平部２２２ａの先端から上方に延びる立設部２２２ｂと、立設部２２２ｂの上端から水平方向に延びる水平部２２２ｃを有する。同様に、正負バスバーアッシィ２２１における半導体モジュール２４１と接続用のバスバー２２２は、水平部２２２ａと、水平部２２２ａの先端から下方に延びる立設部２２２ｂと、立設部２２２ｂの下端から水平方向に延びる水平部２２２ｃを有する。正負バスバーアッシィ２２０および正負バスバーアッシィ２２１における水平部２２２ｃにはボルトが通る貫通孔が形成されている。

図１６に示すように、モジュール端子台２７０の本体部２７１の上面には、フランジ付ナット２９０が入る凹部２７４が形成されている。また、モジュール端子台２７０の本体部２７１の下面には、フランジ付ナット２９１が入る凹部２７５が形成されている。そして、凹部２７４，２７５にフランジ付ナット２９０，２９１が軽く圧入された状態から、ボルト２８５を、半導体モジュール２４０の端子２４５に形成された貫通孔およびバスバー２２２に形成された貫通孔を通してフランジ付ナット２９０に螺入することにより、半導体モジュール２４０の端子２４５とバスバー２２２とが接続されている。同様に、ボルト２８６を、半導体モジュール２４１の端子２４５に形成された貫通孔およびバスバー２２２に形成された貫通孔を通してフランジ付ナット２９１に螺入することにより、半導体モジュール２４１の端子２４５とバスバー２２２とが接続されている。

次に、作用について説明する。
図１６に示すように、締結前の状態においてバスバー２２２とフランジ付ナット２９０，２９１のフランジ部２９３との間に隙間を確保するように、正負バスバーアッシィ２２０，２２１のバスバー２２２がモジュール端子台２７０に位置決めされる。

そして、冷却器２３０に対し一方側に端子２４５を有する半導体モジュール２４０，２４１がシリコーングリースを介して接する状態で配置され、板ばね２５０，２５１により半導体モジュール２４０，２４１が冷却器２３０に押圧される。モジュール端子台２７０において、半導体モジュール２４０，２４１の端子２４５とバスバー２２２とがボルト２８５，２８６およびフランジ付ナット２９０，２９１で取り付けられる。フランジ付ナット２９０，２９１がモジュール端子台２７０に回り止めされた状態で移動可能に埋め込まれているとともにバスバー２２２は可撓性を有し、締結前の状態においてフランジ付ナット２９０，２９１のフランジ部２９３との間に隙間を有する。端子２４５とバスバー２２２との間に公差によるばらつきがある。この場合、ボルト２８５，２８６とフランジ付ナット２９０，２９１により半導体モジュール２４０，２４１の端子２４５とバスバー２２２とを締結する際に次のようになる。バスバー２２２におけるフランジ付ナット２９０，２９１のフランジ部２９３との間の隙間を利用してフランジ付ナット２９０，２９１が回り止めされた状態で移動して半導体モジュール２４０，２４１がシリコーングリースを介して冷却器２３０と密着する状態で締結されるようにバスバー２２２が変形する。これにより半導体モジュール２４０，２４１と冷却器２３０とをシリコーングリースを介して密着させて半導体モジュール２４０，２４１を安定して放熱することができる。

以下、詳しく説明する。
冷却器２３０に対し半導体モジュール２４０，２４１を搭載して、板ばね２５０，２５１で半導体モジュール２４０，２４１を冷却器２３０に押し付けて半導体モジュール２４０，２４１内の半導体素子（ＩＧＢＴ等）を冷却する。

ここで、半導体モジュール２４０，２４１の大電流入出力端子は片側配置になっており、モジュール端子台２７０に締結する構造になっている。
この際、端子がモジュール端子台２７０に乗り上げないように、寸法的にモジュール端子台２７０側が低く設計されている場合（図１８参照）、半導体モジュール２４０，２４１の大電流端子を締結すると次のようになる。モジュール端子台２７０側に下に引っ張られるため、半導体モジュール２４０，２４１の反対側（信号端子側）にモーメントとして持ち上がろうとする力が働く。発熱の大きいＩＧＢＴ素子は信号端子側にあり、押さえ荷重がモーメントにより減ると、押さえ荷重が不足し、放熱が不安定になる可能性が出てくる。全体にばね荷重をあげようとすると（材料強度を確保しつつ締結計算を成立させようとすると）、板ばねが大きくなったりばね押えブラケットの強度増大に伴いばね押えブラケットが大きくなったりする等により大型化が必要となる。

本実施形態では、冷却器２３０の両面に半導体モジュール２４０，２４１を配置する構造において、端子（主端子）２４５の締結により半導体モジュール２４０，２４１に対して反力がかからないようにする。具体的には、図１６，１７に示すように、半導体モジュール２４０，２４１の端子２４５とコンデンサから延びるバスバー２２２とを繋ぐ際に次のようにする。まず、図１６においてフランジ付ナット２９０，２９１とボルト２８５，２８６で締結するときに締結前の初期はモジュール端子台２７０の凹部（ナット穴）２７４，２７５にフランジ付ナット２９０，２９１が軽く圧入されており自重や振動等により動かない。一方、図１７において、ボルト２８５とフランジ付ナット２９０の締結を開始してボルト締結により軸力Ｆ１がかかると軸力Ｆ１によりフランジ付ナット２９０がモジュール端子台２７０の凹部（ナット穴）２７４において上方に移動して半導体モジュール２４０の端子２４５とバスバー２２２とが締結される。同様に、ボルト２８６とフランジ付ナット２９１の締結を開始してボルト締結により軸力Ｆ２がかかると軸力Ｆ２によりフランジ付ナット２９１がモジュール端子台２７０の凹部（ナット穴）２７５において下方に移動して半導体モジュール２４１の端子２４５とバスバー２２２とが締結される。

よって、半導体モジュール２４０，２４１の端子２４５を締結した状態で、半導体モジュール２４０，２４１における冷却器２３０との接触面での密着度が向上する。そのため、振動や冷熱などの環境でも半導体モジュール２４０，２４１の放熱を安定して行うことができる。また、半導体モジュール２４０，２４１の端子２４５の根元に応力がかからないため、半導体モジュール２４０，２４１におけるモールド樹脂と端子２４５との界面の信頼性を向上させることができる。

なお、図４で説明したごとく半導体モジュール２４０，２４１の端子２４５よりバスバー２２２が薄いとよい。また、バスバー２２２は、押圧する方向に延びる延設部を有し、２箇所に屈曲部を有するとよい。特に、バスバー２２２における２箇所に屈曲部を有する部位はコ字状をなすとよい。

第２の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（５）冷却器２３０の上下の両面に、それぞれ、半導体モジュール（２４０，２４１）および板ばね（２５０，２５１）が配置されているとともに、冷却器２３０の上下の両面の半導体モジュール２４０，２４１に共通のモジュール端子台２７０を有する。よって、冷却器２３０の両面にそれぞれ半導体モジュール（２４０，２４１）を配置した場合において半導体モジュール２４０，２４１と冷却器２３０とを密着させて半導体モジュール２４０，２４１を安定して放熱することができる。

（６）センターブラケット２１０を有し、センターブラケット２１０に冷却器２３０、半導体モジュール２４０，２４１、板ばね２５０，２５１およびモジュール端子台２７０が取り付けられている。よって、センターブラケット２１０を用いることにより各部品（冷却器２３０、半導体モジュール２４０，２４１、板ばね２５０，２５１、モジュール端子台２７０）の組付性に優れたものとなる。

（７）締結前の状態においてバスバー２２２とフランジ付ナット２９０，２９１のフランジ部２９３との間に隙間を確保するように、バスバー２２２がモジュール端子台２７０に位置決めされる。よって、締結前の状態においてバスバー２２２とフランジ付ナット２９０，２９１のフランジ部２９３との間に隙間を確保することができる。

上述した実施形態に代わり以下のようにしてもよい。
・第２の実施形態において図１６等ではフランジ付ナット２９０，２９１を用いたが、これに代わり、フランジの無いナットを用いてもよく、この場合には図４を用いて説明したように締結前の状態において端子台のナット取付面とバスバーとの間に隙間を有する構成とする。逆に、第１の実施形態において六角ナット８１（図４参照）に代わりフランジ付ナットを用いてもよく、この場合には図１６を用いて説明したように締結前の状態においてナットのフランジ部とバスバーとの間に隙間を有する構成とする。

・図１６等では冷却器２３０の上面および下面の両面に半導体モジュールを配置したが、片面のみに配置した構成としてもよい。
・図１６等における半導体モジュールの数については，用途に応じて適宜変更するものとする。

・図１６等における冷却器２３０は水冷構造になっているが，空冷構造でもよい。
・図１６等におけるばねは板ばねとしているが、皿ばね等でもよい。
・図１６等における冷却器２３０は、片側のばね押えブラケットとねじ止めにて共締めしているが、共締めでなくてもよい。

・図１１におけるセンターブラケット２１０には冷却器変形防止用の梁２１０ｅ，２１０ｆが設けられているが，冷却器の変形が無ければ梁２１０ｅ，２１０ｆは不要である。

１０…半導体装置、２１…バスバー、２２…バスバー、２６…第２直線部、２８…屈曲部、２９…屈曲部、３０…冷却器、４０…半導体モジュール、４１…半導体モジュール、４２…半導体モジュール、４４…端子、４５…端子、５０…板ばね、７０…端子台、７１…端子台、７５…六角穴、７６…ナット取付面、７７…隙間、８０…六角ボルト、８１…六角ナット、１５０…折り返し部、２１０…センターブラケット、２２２…バスバー、２３０…冷却器、２４０…半導体モジュール、２４１…半導体モジュール、２４５…端子、２５０…板ばね、２５１…板ばね、２７０…モジュール端子台、２８５…ボルト、２８６…ボルト、２９０…フランジ付ナット、２９１…フランジ付ナット、２９３…フランジ部。

Claims (8)

1. 一方側に端子を有する半導体モジュールと、
   前記半導体モジュールに接する状態で配置される冷却器と、
   前記半導体モジュールを前記冷却器に押圧するための押圧部材と、
   前記半導体モジュールの端子とバスバーとをボルトおよびナットで取り付ける端子台と、
   を備え、
   前記端子台に前記ナットが回り止めされた状態で移動可能に埋め込まれており、
   前記バスバーは、可撓性を有し、締結前の状態において前記端子台のナット取付面との間または前記ナットのフランジ部との間に隙間を有することを特徴とする半導体装置。
2. 前記冷却器の両面に、それぞれ、前記半導体モジュールおよび前記押圧部材が配置されているとともに、前記冷却器の両面の前記半導体モジュールに共通の前記端子台を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 取付用フレーム部材を有し、前記取付用フレーム部材に前記冷却器、前記半導体モジュール、前記押圧部材および前記端子台が取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記隙間を確保するように前記バスバーが前記端子台に位置決めされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記半導体モジュールの端子より前記バスバーが薄いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記バスバーは、前記押圧する方向に延びる延設部を有し、２箇所に屈曲部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記バスバーにおける前記２箇所に屈曲部を有する部位はコ字状をなすことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記バスバーは、屈曲部に折り返し部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。