JP4774581B2 - 冷却流体冷却型半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却流体冷却型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大電力のインバータ装置特に三相インバータ装置が必要となる。
【０００３】
この種の大電力インバータ装置は、通常、複数の半導体モジュールで構成されるが、半導体モジュールの発熱が大きいために、冷却流体が流れる間接冷却部材を用いてそれらを均一に間接冷却することが実用上必須となっている。
【０００４】
複数の半導体モジュールを均一冷却する冷却流体冷却型間接冷却部材として、一対のヘッダの間に多数の扁平冷却チューブを配置したいわゆる冷却管並列型クーラーが好適である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した冷却管並列型クーラーにより半導体モジュールを間接冷却する場合、扁平冷却チューブと半導体モジュールとの良好な接触が重要な課題となる。
【０００６】
しかし、各扁平冷却チューブ間隔や扁平冷却チューブの形状、半導体モジュールの厚さなどはそれぞれ製造ばらつきをもつため、両者間に隙間が生じて熱抵抗が極端に増加するという不具合があった。
【０００７】
また、扁平冷却チューブ間のスペースよりも半導体モジュールの厚さが大きければ、半導体モジュールの組み付け作業が困難となる上、挿入後に扁平冷却チューブが両端部を支点として弓形に湾曲してしまい、半導体モジュールに局部的に応力が集中する部位や、扁平冷却チューブから離れる部位が生じてしまうという不具合もあった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、装置の製造寸法のばらつきにも関わらず、冷却効果に優れ組み付けも容易な冷却流体冷却型半導体装置を提供することをその目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の冷却流体冷却型半導体装置は、所定間隔を隔てて平行に延設される一対のヘッダと、互いに所定間隔を隔てて複数配置されるとともに両端が前記両ヘッダに直接又は連結管部を介して接合される冷却チューブと、前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、を備え、前記ヘッダの冷却チューブ接合部に、前記挟圧に対し前記半導体モジュールの厚さ方向に前記冷却チューブよりも容易に変形可能な変形容易部位を形成することで、前記挟圧に対し前記ヘッダの前記冷却チューブ接合部の前記半導体モジュールの厚さ方向の剛性が、前記冷却チューブの前記半導体モジュールの厚さ方向の剛性よりも小さくされていることを特徴としている。
【００１０】
これにより、ヘッダの冷却チューブ接合部は、挟圧により冷却チューブよりも半導体モジュールの厚さ方向へ大きく変形される。そのため、装置の製造寸法のばらつきにも関わらず、冷却効果に優れ組み付けも容易な冷却流体冷却型半導体装置を実現することができる。
【００１１】
すなわち、本構成によれば、ヘッダの冷却チューブ接合部が冷却チューブよりも半導体モジュールの厚さ方向へ変形容易に形成されているので、製造寸法のばらつきを吸収できる上、冷却チューブの湾曲を抑制できる。このため、冷却チューブと半導体モジュールとの接触性が悪化したり、半導体モジュールに局部的な応力が集中することがない。
【００１２】
なお冷却チューブを半導体モジュールに押し付けるには、弾性変形した上記変形部の復元力を利用してもよく、ばねなどの専用の付勢部材を用いても良い。
【００１３】
請求項２記載の冷却流体冷却型半導体装置は、所定間隔を隔てて平行に延設される一対のヘッダと、互いに所定間隔を隔てて複数配置されるとともに両端が前記両ヘッダに直接又は連結管部を介して接合される冷却チューブと、前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、を備え、前記ヘッダには、前記挟圧により前記半導体モジュールの厚さ方向に前記冷却チューブよりも容易に変形可能な変形容易部位が形成されていることを特徴としている。
【００１４】
これにより、半導体モジュールの両側の冷却チューブの変位を可能とすることができる。
【００１５】
請求項３記載の冷却流体冷却型半導体装置は、互いに所定間隔を隔てて複数配置される冷却チューブと、前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、隣接する前記冷却チューブの両端部間に配置される筒部と、を備え、前記冷却チューブの両端部及び前記筒部により構成されるヘッダには、前記挟圧により前記半導体モジュールの厚さ方向に前記冷却チューブよりも容易に変形可能な変形容易部位が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
これにより、冷却チューブを湾曲変形させることなく半導体モジュールと冷却チューブとの良好な密着を実現することができる。また、半導体モジュールの挿入前の冷却チューブ間の半導体モジュール挿入用隙間を大きく設定することができ、半導体モジュールの挿入作業を容易とすることができる。
【００２０】
これにより、冷却チューブの端部は、挟圧により中央部より大きく変形される。そのため、装置の製造寸法のばらつきにも関わらず、冷却効果に優れ組み付けも容易な冷却流体冷却型半導体装置を実現することができる。すなわち、本構成によれば、冷却チューブの端部が中央部（冷却チューブの長手方向）よりも半導体モジュールの厚さ方向に弾性変形容易に形成されているので、冷却チューブの端部の弾性変形により製造寸法のばらつきを吸収できる。また、冷却チューブの湾曲を抑制できるので、冷却チューブと半導体モジュールとの接触性が悪化したり、半導体モジュールに局部的な応力が集中することがない。更に、半導体モジュールの交換などを行っても、弾性変形した冷却チューブの端部が疲労したり異常変形したりすることがない。また、この弾性変形からの復元力で冷却チューブを半導体モジュールに密着させることができるので、専用の弾性付勢部材の省略又は簡素化を図ることができる。
【００２１】
請求項４記載の冷却流体冷却型半導体装置は、所定間隔を隔てて平行に延設される一対のヘッダと、互いに所定間隔を隔てて複数配置されるとともに両端が前記両ヘッダに直接又は連結管部を介して接合される冷却チューブと、前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、を備え、前記半導体モジュールを挟んで配置される一対の前記冷却チューブのうち、一方の前記冷却チューブの全体を他方の前記冷却チューブよりも薄肉又は一方の前記冷却チューブ端部に前記挟圧に対し前記半導体モジュールの厚さ方向に中央部よりも変形容易な低剛性部を設け、前記挟圧に対し一方の前記冷却チューブの剛性が、前記半導体モジュールの厚さ方向において他方の前記冷却チューブの剛性よりも小さいことを特徴としている。
【００２２】
これにより、前記半導体モジュールを挟んで配置される一対の前記冷却チューブのうちの一方を、他方よりも前記半導体モジュールの厚さ方向に大きく変位させることを特徴としている。そのため、製造寸法ばらつきの吸収のために半導体モジュールを挟む一対の冷却チューブの一方の変位を抑止することができるので、半導体モジュールの位置が変動することがなく、半導体モジュールへのブスバーなどの接続作業が困難となることがなく、組み付け作業が簡素となる。
【００２３】
請求項５記載の構成によれば請求項１乃至４いずれか記載の冷却流体冷却型半導体装置において更に、前記冷却チューブを前記半導体モジュールに付勢する付勢部材を有し、前記付勢部材は、互いに隣接する一対の前記冷却チューブ間に介設されて前記一対の冷却チューブを前記半導体モジュールの厚さ方向反対側に押し広げるばね部材からなることを特徴としている。
【００２４】
本構成によれば、ばね部材により冷却チューブを半導体モジュールに押し付けるので、付勢力のばらつきを減らすことができる。特に、ばね部材の両端が異なる冷却チューブを逆方向に付勢するので、ばね部材の数を減らすこともできる。
【００２５】
請求６記載の構成によれば請求項１乃至４のいずれか記載の冷却流体冷却型半導体装置において更に、前記冷却チューブを前記半導体モジュールに付勢する付勢部材を有し、前記付勢部材は、前記半導体モジュールと前記冷却チューブとを挟圧するＵ字状板ばね部材からなることを特徴としている。
【００２６】
本構成によれば、Ｕ字状板ばね部材により冷却チューブを半導体モジュールに押し付けるので、付勢部材を簡素な構造とできる他、付勢力のばらつきを減らすことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の冷却流体冷却型半導体装置を用いたインバータ装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００２８】
【実施例１】
実施例１のインバータ装置を図１、図２を参照して以下に説明する。図１は、このインバータ装置の模式平面図であり、図２はそのＡ−Ａ線矢視断面図である。
（全体構成）
１は、両面冷却型半導体モジュール、２は扁平冷却チューブ、３は金属製で良熱伝導性及び剛性を有する押さえ板、４はＵ字状板ばね部材、５、６はヘッダ、７は平滑コンデンサ、８はケース、９は蓋板である。
【００２９】
両面冷却型半導体モジュール１は、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴが形成された電力用半導体素子チップの両面すなわちソース電極及びドレイン電極にそれぞれ金属放熱板を半田層を介して密着させ、両金属放熱板の外主面面及び制御電極端子を除いて樹脂モールドした構造を有している。
【００３０】
合計６個の両面冷却型半導体モジュール１は、それぞれが三相インバータ回路の各半導体スイッチング素子及びこの半導体スイッチング素子と逆並列に接続されたフライホイルダイオードとして機能する。各両面冷却型半導体モジュール１の両側の金属放熱板の外主面は、図示しない絶縁スペ−サを介して互いに異なる扁平冷却チューブ２の一主面に個別に当接している。この絶縁スペーサは、窒化アルミニウムフィルムで構成されているが、他の絶縁フィルムでもよい。更に、シリコングリスなどの熱伝導グリスを熱伝導面に塗布することが好ましい。インバータ回路の接地端をなす半導体モジュール１の金属放熱板は上記絶縁スペーサなしに扁平冷却チューブ２に直接当接させてもよい。
【００３１】
扁平冷却チューブ２は、アルミ押し出し（又は引き抜き）成形管からなり、互いに隔壁により隔てられた複数の冷却流体通路を有し、各冷却流体通路はヘッダ５、６を連結している。
【００３２】
Ｕ字状板ばね部材４は、押さえ板３、扁平冷却チューブ２、半導体モジュール１、扁平冷却チューブ２、押さえ板３をこの順番に重ねてなるサブセットを半導体モジュール１の厚さ方向に挟圧し、扁平冷却チューブ２と半導体モジュール１との間の熱抵抗を低減している。押さえ板３はＵ字状板ばね部材４の挟圧力が扁平冷却チューブ２の各部に均等に分散するように高い剛性を有している。
【００３３】
各扁平冷却チューブ２の両端部はヘッダ５、６に固定されている。ヘッダ５、６の反扁平冷却チューブ側の側面は平滑コンデンサ７に密着して固定されている。ヘッダ５、６は平滑コンデンサ７とともにケース８内に収容され、蓋板９により密閉されている。ヘッダ５、６の下端面にはそれぞれ連結管部１０が固定され、連結管部１０はケース８の底板部を通じて外部に突出している。
【００３４】
平滑コンデンサ７は、半導体モジュール１により構成される三相インバータ回路の正負直流端に図示しないブスバーにより接続されて、電圧変動を抑止するためのものである。
（冷却系の構成）
ヘッダ５、６と扁平冷却チューブ２との結合構造を図３、図４を参照して以下に説明する。図３は、図１の装置の要部横断面図を示し、図４はそのＡ−Ａ線矢視断面図を示す。
【００３５】
この実施例では、ヘッダ５、６は、扁平冷却チューブ２の連結位置に扁平冷却チューブ２が嵌入する開口部５０、６０を有し、開口部５０、６０を囲んでリング状の凹部５１、６１を有している。このリング状の凹部５１、６１は、扁平冷却チューブ２の端部に接合される内側筒壁部５２、６２と、この内側筒壁部５２、６２に所定間隔を隔てて対面しつつ内側筒壁部５２、６２を囲む外側する外側筒壁部５３、６３と、この内側筒壁部５２、６２と外側筒壁部５３、６３とを連結するリング状の底壁部５４、６４とからなり、図３においてヘッダ５、６側に食い込むＵ字形凹部となっている。扁平冷却チューブ２の端部は、この開口部５０、６０に嵌入されて、内側筒壁部５２、６２の内周面にろう付けされている。
【００３６】
この実施例によれば、ヘッダ５、６の凹部５１、６１が、扁平冷却チューブ２よりも容易に半導体モジュール１の厚さ方向（Ｘ方向ともいう）に弾性変形できるために、扁平冷却チューブ２と半導体モジュール１とが組み付けに際して上記Ｘ方向に位置ずれしていてもこの位置ずれを吸収することができる。
【００３７】
（効果）
上記実施例の冷却流体冷却型半導体装置によれば、次の効果を奏することができる。
【００３８】
・各半導体モジュール１に等しく低温の冷却流体を均等に分配し、冷却効果のばらつきを低減することができ、各半導体モジュール１は、両側の扁平冷却チューブ２に放熱できるので冷却効果に優れる。
【００３９】
・挟圧部材であるＵ字状板ばね部材４により、一対の扁平冷却チューブ２と半導体モジュール１とを挟圧するので、簡素な構造で扁平冷却チューブ２に半導体モジュール１を各部均一の力により密着させることができ、接触熱抵抗を低減することができる。
【００４０】
・ヘッダ５、６の扁平冷却チューブ連結部をなすリング状の凹部５１、６１が扁平冷却チューブ２を囲み、このリング状の凹部５１、６１の板厚を扁平冷却チューブ２のＸ方向平均厚さ以下とするなどしてリング状の凹部５１、６１のＸ方向剛性を扁平冷却チューブ２のそれよりも小さく設定しているので、一対の扁平冷却チューブ２間のスペース幅が半導体モジュール１のそれよりも小さい場合や、両者の位置がずれている場合でも、扁平冷却チューブ２を弓形に湾曲させることなく良好にこの寸法誤差を吸収することができる。この結果、扁平冷却チューブ２はその半導体モジュール当接主面各部においてむらなく良好に半導体モジュール２の上記金属放熱板に接することができる。
【００４１】
（変形態様１）
上記実施例では、リング状の凹部５１、６１により扁平冷却チューブ２のＸ方向変位を可能としたが、ヘッダ５、６から扁平冷却チューブ２の端部に向けて薄肉の筒部を突出させ、この筒部に扁平冷却チューブ２を接合する構造を採用しても良い。
【００４２】
この場合にも、この筒部がヘッダ５、６の主部を起点としてＸ方向に容易に弾性変形可能であるため、扁平冷却チューブ２自体の変形を抑止しつつ扁平冷却チューブ２をＸ方向に変位させて、扁平冷却チューブ２と半導体モジュール１とを良好に密着させることができる。
【００４３】
その他、扁平冷却チューブ２とヘッダ５、６との間に、それらと別体に形成された薄肉の連結管部を介設しても上記と同様にこの連結管部を優先的に弾性変形させることができ、同様の効果を奏することができる。 更に、ヘッダ５、６の扁平冷却チューブ２に連結される部分は、弾性変形ではなく塑性変形させてもよい。ただし、弾性変形させる場合は、半導体モジュール１の繰り返し交換などにおいて支障が生じないので有利であり、更にその上、この弾性変形力を、扁平冷却チューブ２を半導体モジュール１に押し付け付勢する力の一部又は全部として利用できるという効果も生じる。
【００４４】
【実施例２】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図５、図６を参照して説明する。この実施例は、図３、図４に示される実施例１の扁平冷却チューブ２のうち、Ｘ方向最外側の扁平冷却チューブ２を第一の高剛性扁平冷却チューブ２１に代替し、更に第一の高剛性扁平冷却チューブ２１から（Ｎ＋２、Ｎは１以上の整数）目の扁平冷却チューブ２を第二の高剛性扁平冷却チューブ２２に変更したものである。なお、第一、第二の高剛性扁平冷却チューブ２１、２２は、図３、図４に示すリング状の凹部５１、６１なしにヘッダ５、６に固定されている。
【００４５】
また、この実施例では、図３、図４に示すＵ字状板ばね部材４の代わりに、コイルバネ４０を互いに対面する一対の扁平冷却チューブ２、２の間に介設している。
【００４６】
また、Ｘ方向中央の第二の扁平冷却チューブ２２はＸ方向両側の半導体モジュール１を冷却している。このため、第二の高剛性扁平冷却チューブ２２は他の扁平冷却チューブ２、２１よりも大きい流路断面積を有している。
【００４７】
第一、第二の扁平冷却チューブ２１、２２は、厚肉とされて格段に大きい高剛性を有しているので、これら第一、第二の扁平冷却チューブ２１、２２は扁平冷却チューブ２よりもＸ方向へ変位しにくい。その結果、
半導体モジュール１にブスバーを接続するに際して、ブスバーをこれら第一、第二の扁平冷却チューブ２１、２２を基準として配線すれば、ブスバーと半導体モジュール１との接続位置のばらつきを低減して、接合部接続作業を容易化することができる。
【００４８】
（変形態様）
この実施例の装置の変形例を図７、図８を参照して説明する。この実施例は、図５、図６に示される実施例２のコイルバネ４０を板ばね４１に変更したものである。このようにすれば、板ばね４１の挿入作業は、コイルバネ４０のそれよりも容易であるので組み付け工程を簡素化することができる他、板ばね４１は、コイルバネ４０よりも扁平冷却チューブ２に広い面積にわたって対面できるので、板ばね４１は押さえ板３を通じて扁平冷却チューブ２の各部をより一層均等に付勢することができる。
【００４９】
【実施例３】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図９〜図１１を参照して説明する。この実施例では、扁平冷却チューブ２の両端面にはキャップ２３が被着されて、遮蔽されている。その代わり、扁平冷却チューブ２には、ヘッダ５、６内の冷却流体流通方向（Ｘ方向に）開口する一対のヘッダ連通開口部２４、２４が形成されている。
【００５０】
ヘッダ５、６は半導体モジュール１を挟む一対の扁平冷却チューブ２、２の間に位置して、ヘッダ連通開口部２４を囲んで扁平冷却チューブ２にろう付けされた両端開口で蛇腹状の弾性筒部５００、６００を有している。また、半導体モジュール１が存在しない側にて互いに隣接する一対の扁平冷却チューブ２、２間に位置してヘッダ連通開口部２４を囲んで扁平冷却チューブ２にろう付けされた両端開口で直管状の剛性筒部５０１、６０１を有している。弾性筒部５００、６００は、貫通孔２４に連通する貫通孔を囲む周壁部を有し、この周壁部が蛇腹状に形成された短い金属筒などにより構成されている。したがって、扁平冷却チューブ２の両端部、弾性筒部５００、６００及び剛性筒部５０１、６０１は、ろう付けなどにより一体化されてヘッダを構成している。
【００５１】
この実施例によれば、弾性筒部５００、６００が弾性変形容易な蛇腹形状に形成されているので、Ｕ字状板ばね部材４による挟圧により弾性筒部５００、６００を半導体モジュール１の厚さに応じて伸縮させることができ、これにより、扁平冷却チューブ２を湾曲変形させることなく半導体モジュール１と扁平冷却チューブ２との良好な密着を実現することができる。また、半導体モジュール１の挿入前の扁平冷却チューブ２、２間の半導体モジュール挿入用隙間を大きく設定することができ、半導体モジュール１の挿入作業を容易とすることができる。図１１は扁平冷却チューブ２の側面図すなわちＸ方向にみた図である。
【００５２】
【実施例４】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図１２〜図１４を参照して説明する。この実施例では、図９〜図１１に示す実施例３の装置において、剛性筒部５０１、６０１を省略し、Ｘ方向両端部の扁平冷却チューブ２を除く中央部の扁平冷却チューブ２ＡをＸ方向両側の半導体モジュール１、１にそれぞれ当接させ、各半導体モジュール・扁平冷却チューブのセット全体を単一のＵ字状板ばね部材４ａでＸ方向に挟圧したものである。
【００５３】
この実施例によれば、実施例４の剛性筒部５０１、６０１を省略することができ、実施例４に比較して装置の小型化と組み付け工数の低減を実現することが可能となる。ただし、この実施例では、両側の半導体モジュール１を冷却する中央部の扁平冷却チューブ２Ａの冷却流体流路断面積を増大して、各半導体モジュール１の冷却を均等化することが好ましい。
【００５４】
【実施例５】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図１５を参照して説明する。この実施例では、ヘッダ５、６が、半導体モジュール１に隣接して径大な鍔状筒部５０２、６０２を有する点をその特徴としている。
【００５５】
この鍔状筒部５０２、６０２は、Ｘ方向に容易に弾性変形できるので、半導体モジュール１の両側の扁平冷却チューブ２の変位を可能とすることができる。なお、鍔状筒部５０２、６０２の代わりにリング状凹部をヘッダ５、６の周囲に設けても同様の効果を奏することができるが、ヘッダ５、６内の流体抵抗が増大する不具合が生じる。
【００５６】
また、この実施例では、半導体モジュール１を挟持せずに互いに隣接する扁平冷却チューブ２、２間のヘッダ５、６の部分を直管状の剛性筒部５５ａ、６５ａとしたが、この部分も鍔状筒部又はリング状凹部又は蛇腹部とすることにより、扁平冷却チューブ２をＸ方向に容易に弾性変形あるいは塑性変形させることができる。
【００５７】
【実施例６】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図１６、図１７を参照して説明する。
【００５８】
この実施例は、実施例１に示す装置において、半導体モジュール１の一方側の扁平冷却チューブ２ｂを厚肉で半導体モジュールの厚さ方向に高剛性とし、半導体モジュール１の他方側の扁平冷却チューブ２ｃを薄肉で半導体モジュールの厚さ方向に低剛性（変形容易）とし、かつ、ヘッダ５、６のリング状の凹部５１、６１を省略した点をその特徴としている。
【００５９】
なお、扁平冷却チューブ２ｃを扁平冷却チューブ２ｂよりも薄肉に形成する代わりに、素材や形状変更により上記剛性差を得てもよい。
【００６０】
このようにすると、Ｕ字状板ばね部材４で挟圧した場合、低剛性側の扁平冷却チューブ２は、図１６に示されるように、半導体モジュール１側に弓形に湾曲して密着するので、次の効果を奏することができる。
・半導体モジュール１は、寸法誤差が生じても一方側の扁平冷却チューブ２ｂに良好に面接触することができ、冷却を確保することができる。
・半導体モジュール１のＸ方向位置を湾曲しない扁平冷却チューブ２ｂに対して位置決めすることができる。・弓形に湾曲した他方の扁平冷却チューブ２ｃも、その弓形湾曲により少なくとも中央部は半導体モジュール１に密着することができ、この湾曲がない場合に比較して格段の放熱性能を確保することができる。
・ヘッダ５、６又はヘッダ５、６と扁平冷却チューブ２ｂ、２ｃとの連結部に弾性変形構造を導入する必要がないので、構造が簡素となる。
【００６１】
なお、低剛性の扁平冷却チューブ２ｃは、Ｕ字状板ばね部材４により弾性限界範囲でＸ方向に弓形湾曲しても良く、弾性限界を超えて塑性変形範囲で湾曲してもよい。
【００６２】
【実施例７】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図１８を参照して説明する。
【００６３】
この実施例は、実施例６と異なる方法で、半導体モジュール１を挟む一対の扁平冷却チューブの一方を低剛性化したものである。すなわち、扁平冷却チューブ２ｅは、実施例１の扁平冷却チューブ２の両端部を中ぐり加工して薄肉で隔壁なしの低剛性部として形成されている。
【００６４】
これにより、扁平冷却チューブ２ｅのうち、半導体モジュール１に接する中央部に高剛性を与えてその変形を抑止しつつ、その両端部を低剛性とすることができるので、Ｕ字状板ばね部材４の付勢により扁平冷却チューブ２ｅの中央部は良好に半導体モジュール１に密着することができる。
（変形態様）
変形態様を図２１に示す。この変形態様は、Ｕ字状板ばね部材４の代わりに、既述したコイルバネ４０により扁平冷却チューブ２ｅを半導体モジュール１に押し付ける構造を採用したものである。
【００６５】
【実施例８】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図１９を参照して説明する。
【００６６】
この実施例は、実施例６、７と異なる方法で扁平冷却チューブ２を低剛性化したものである。すなわち、この実施例の扁平冷却チューブの中央部２ｆは、ヘッダ５、６に連結される扁平冷却チューブの先端部２ｇに薄肉で径大な鍔状筒部２ｈにより連結されている。鍔状筒部２ｈの中央部はその両端部よりも径大に形成されている。中央部分と同一形状とされている。
【００６７】
これにより、半導体モジュール１に接する扁平冷却チューブの中央部２ｆに高剛性を与えてその変形を抑止しつつ、鍔状筒部２ｈを低剛性とすることができるので、Ｕ字状板ばね部材４の付勢により扁平冷却チューブの中央部２ｆは良好に半導体モジュール１に密着することができる。
（変形態様）
変形態様を図２２に示す。この変形態様は、Ｕ字状板ばね部材４の代わりに、既述したコイルバネ４０を用いたものである。
【００６８】
【実施例９】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図２０を参照して説明する。
【００６９】
この実施例は、扁平冷却チューブの両端部を６〜８と異なる方法で低剛性化したものである。すなわち、この実施例の扁平冷却チューブは、その両端部に、薄肉で径大な鍔状筒部２ｉを有している。この鍔状筒部２ｉは、扁平冷却チューブの厚肉の中央部２ｆを囲むリング状の凹部２ｋを有している。
（変形態様）
変形態様を図２３に示す。この変形態様は、Ｕ字状板ばね部材４の代わりに、既述したコイルバネ４０を採用したものである。
【００７０】
【実施例１０】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図２４を参照して説明する。
【００７１】
この実施例は、半導体モジュール１の扁平冷却チューブ２、２を同一形状に形成するとともにあらかじめ半導体モジュール１から離れる方向に塑性変形させておき（図２４ａ）、半導体モジュール１が挿入されるスペースの幅を十分に確保しておき、半導体モジュール１の挿入後に、Ｕ字状板ばね部材４で付勢することにより変形させて、扁平冷却チューブ２、２を半導体モジュール１に所定圧力で接触させる（図２４ｂ）ものである。これにより、半導体モジュール１の挿入作業を簡素化することができる。
【００７２】
なお、扁平冷却チューブ２、２の代わりに既述した低剛性の扁平冷却チューブ２１と高剛性の扁平冷却チューブ２とを用いても良い。
【００７３】
【実施例１１】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図２５、図２６を参照して説明する。
【００７４】
この実施例は、扁平冷却チューブ２の下方に半導体モジュール配列方向（Ｘ方向）にベースプレート１００００を配置したものである。ヘッダ５、６はこのベースプレート１０００に固定されている。
【００７５】
ベースプレート１０００には一対の固定壁部１０００１が立設されている。一対の扁平冷却チューブ２、２とこれら扁平冷却チューブ２、２に挟設される半導体モジュール１からなるセットが２つ、両固定壁部１０００１の間に配置され、両セット間に、押さえ板３３、３３と楔状部材１００２とが配置されている。押さえ板３３、３３は、扁平冷却チューブ２の反半導体モジュール側の主面に密着され、押さえ板３３は、下方へ向かうにつれて厚さが増大する。押さえ板３３の楔状部材側の表面は斜面となっている。楔状部材１００２は下方へ向かうにつれて薄くなる形状を有している。楔状部材１００２にはボルトが挿通されており、ボルトの先端部はベースプレート１０００に螺入されている。したがって、このボルトを締め込むことにより、楔状部材００２が下方へ変位し、扁平冷却チューブ２は半導体モジュール１に密着される。楔状部材１００２の戻りはボルトにより阻止される。
【００７６】
（変形態様）
押さえ板３３は、扁平冷却チューブ２と一体に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のインバータ装置の模式平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図１の装置の要部横断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】実施例２の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図７】実施例２の変形態様を示す要部横断面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図９】実施例３の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図１０】図９の縦断面図である。
【図１１】図９の扁平冷却チューブの側面図である。
【図１２】実施例４の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図１３】図１２の縦断面図である。
【図１４】図１２の扁平冷却チューブの側面図である。
【図１５】実施例５の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図１６】実施例６の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図１８】実施例７の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図１９】実施例８の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図２０】実施例９の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図２１】実施例７の変形態様を示す要部横断面図である。
【図２２】実施例８の変形態様を示す要部横断面図である。
【図２３】実施例９の変形態様を示す要部横断面図である。
【図２４】ａは実施例１０の冷却流体冷却型半導体装置をを示す要部横断面図（半導体モジュール挿入直後）である。ｂはその完成図である。
【図２５】実施例１１の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図２６】図２５のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【符号の説明】
１：半導体モジュール
２：扁平冷却チューブ
３：押さえ板
４：Ｕ字状板ばね部材（挟圧部材）
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却流体冷却型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大電力のインバータ装置特に三相インバータ装置が必要となる。
【０００３】
この種の大電力インバータ装置は、通常、複数の半導体モジュールで構成されるが、半導体モジュールの発熱が大きいために、冷却流体が流れる間接冷却部材を用いてそれらを均一に間接冷却することが実用上必須となっている。
【０００４】
複数の半導体モジュールを均一冷却する冷却流体冷却型間接冷却部材として、一対のヘッダの間に多数の扁平冷却チューブを配置したいわゆる冷却管並列型クーラーが好適である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した冷却管並列型クーラーにより半導体モジュールを間接冷却する場合、扁平冷却チューブと半導体モジュールとの良好な接触が重要な課題となる。
【０００６】
しかし、各扁平冷却チューブ間隔や扁平冷却チューブの形状、半導体モジュールの厚さなどはそれぞれ製造ばらつきをもつため、両者間に隙間が生じて熱抵抗が極端に増加するという不具合があった。
【０００７】
また、扁平冷却チューブ間のスペースよりも半導体モジュールの厚さが大きければ、半導体モジュールの組み付け作業が困難となる上、挿入後に扁平冷却チューブが両端部を支点として弓形に湾曲してしまい、半導体モジュールに局部的に応力が集中する部位や、扁平冷却チューブから離れる部位が生じてしまうという不具合もあった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、装置の製造寸法のばらつきにも関わらず、冷却効果に優れ組み付けも容易な冷却流体冷却型半導体装置を提供することをその目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の冷却流体冷却型半導体装置は、所定間隔を隔てて平行に延設される一対のヘッダと、互いに所定間隔を隔てて複数配置されるとともに両端が前記両ヘッダに直接又は連結管部を介して接合される冷却チューブと、前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、を備え、前記ヘッダの冷却チューブ接合部に、前記挟圧に対し前記半導体モジュールの厚さ方向に前記冷却チューブよりも容易に変形可能な変形容易部位を形成することで、前記挟圧に対し前記ヘッダの前記冷却チューブ接合部の前記半導体モジュールの厚さ方向の剛性が、前記冷却チューブの前記半導体モジュールの厚さ方向の剛性よりも小さくされていることを特徴としている。
【００１０】
これにより、ヘッダの冷却チューブ接合部は、挟圧により冷却チューブよりも半導体モジュールの厚さ方向へ大きく変形される。そのため、装置の製造寸法のばらつきにも関わらず、冷却効果に優れ組み付けも容易な冷却流体冷却型半導体装置を実現することができる。
【００１１】
すなわち、本構成によれば、ヘッダの冷却チューブ接合部が冷却チューブよりも半導体モジュールの厚さ方向へ変形容易に形成されているので、製造寸法のばらつきを吸収できる上、冷却チューブの湾曲を抑制できる。このため、冷却チューブと半導体モジュールとの接触性が悪化したり、半導体モジュールに局部的な応力が集中することがない。
【００１２】
なお冷却チューブを半導体モジュールに押し付けるには、弾性変形した上記変形部の復元力を利用してもよく、ばねなどの専用の付勢部材を用いても良い。
【００１３】
請求項２記載の冷却流体冷却型半導体装置は、所定間隔を隔てて平行に延設される一対のヘッダと、互いに所定間隔を隔てて複数配置されるとともに両端が前記両ヘッダに直接又は連結管部を介して接合される冷却チューブと、前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、を備え、前記ヘッダには、前記挟圧により前記半導体モジュールの厚さ方向に前記冷却チューブよりも容易に変形可能な変形容易部位が形成されていることを特徴としている。
【００１４】
これにより、半導体モジュールの両側の冷却チューブの変位を可能とすることができる。
【００１５】
請求項３記載の冷却流体冷却型半導体装置は、互いに所定間隔を隔てて複数配置される冷却チューブと、前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、隣接する前記冷却チューブの両端部間に配置される筒部と、を備え、前記冷却チューブの両端部及び前記筒部により構成されるヘッダには、前記挟圧により前記半導体モジュールの厚さ方向に前記冷却チューブよりも容易に変形可能な変形容易部位が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
これにより、冷却チューブを湾曲変形させることなく半導体モジュールと冷却チューブとの良好な密着を実現することができる。また、半導体モジュールの挿入前の冷却チューブ間の半導体モジュール挿入用隙間を大きく設定することができ、半導体モジュールの挿入作業を容易とすることができる。
【００２０】
これにより、冷却チューブの端部は、挟圧により中央部より大きく変形される。そのため、装置の製造寸法のばらつきにも関わらず、冷却効果に優れ組み付けも容易な冷却流体冷却型半導体装置を実現することができる。すなわち、本構成によれば、冷却チューブの端部が中央部（冷却チューブの長手方向）よりも半導体モジュールの厚さ方向に弾性変形容易に形成されているので、冷却チューブの端部の弾性変形により製造寸法のばらつきを吸収できる。また、冷却チューブの湾曲を抑制できるので、冷却チューブと半導体モジュールとの接触性が悪化したり、半導体モジュールに局部的な応力が集中することがない。更に、半導体モジュールの交換などを行っても、弾性変形した冷却チューブの端部が疲労したり異常変形したりすることがない。また、この弾性変形からの復元力で冷却チューブを半導体モジュールに密着させることができるので、専用の弾性付勢部材の省略又は簡素化を図ることができる。
【００２１】
請求項４記載の冷却流体冷却型半導体装置は、所定間隔を隔てて平行に延設される一対のヘッダと、互いに所定間隔を隔てて複数配置されるとともに両端が前記両ヘッダに直接又は連結管部を介して接合される冷却チューブと、前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、を備え、前記半導体モジュールを挟んで配置される一対の前記冷却チューブのうち、一方の前記冷却チューブの全体を他方の前記冷却チューブよりも薄肉又は一方の前記冷却チューブ端部に前記挟圧に対し前記半導体モジュールの厚さ方向に中央部よりも変形容易な低剛性部を設け、前記挟圧に対し一方の前記冷却チューブの剛性が、前記半導体モジュールの厚さ方向において他方の前記冷却チューブの剛性よりも小さいことを特徴としている。
【００２２】
これにより、前記半導体モジュールを挟んで配置される一対の前記冷却チューブのうちの一方を、他方よりも前記半導体モジュールの厚さ方向に大きく変位させることを特徴としている。そのため、製造寸法ばらつきの吸収のために半導体モジュールを挟む一対の冷却チューブの一方の変位を抑止することができるので、半導体モジュールの位置が変動することがなく、半導体モジュールへのブスバーなどの接続作業が困難となることがなく、組み付け作業が簡素となる。
【００２３】
請求項５記載の構成によれば請求項１乃至４いずれか記載の冷却流体冷却型半導体装置において更に、前記冷却チューブを前記半導体モジュールに付勢する付勢部材を有し、前記付勢部材は、互いに隣接する一対の前記冷却チューブ間に介設されて前記一対の冷却チューブを前記半導体モジュールの厚さ方向反対側に押し広げるばね部材からなることを特徴としている。
【００２４】
本構成によれば、ばね部材により冷却チューブを半導体モジュールに押し付けるので、付勢力のばらつきを減らすことができる。特に、ばね部材の両端が異なる冷却チューブを逆方向に付勢するので、ばね部材の数を減らすこともできる。
【００２５】
請求６記載の構成によれば請求項１乃至４のいずれか記載の冷却流体冷却型半導体装置において更に、前記冷却チューブを前記半導体モジュールに付勢する付勢部材を有し、前記付勢部材は、前記半導体モジュールと前記冷却チューブとを挟圧するＵ字状板ばね部材からなることを特徴としている。
【００２６】
本構成によれば、Ｕ字状板ばね部材により冷却チューブを半導体モジュールに押し付けるので、付勢部材を簡素な構造とできる他、付勢力のばらつきを減らすことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の冷却流体冷却型半導体装置を用いたインバータ装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００２８】
【実施例１】
実施例１のインバータ装置を図１、図２を参照して以下に説明する。図１は、このインバータ装置の模式平面図であり、図２はそのＡ−Ａ線矢視断面図である。
（全体構成）
１は、両面冷却型半導体モジュール、２は扁平冷却チューブ、３は金属製で良熱伝導性及び剛性を有する押さえ板、４はＵ字状板ばね部材、５、６はヘッダ、７は平滑コンデンサ、８はケース、９は蓋板である。
【００２９】
両面冷却型半導体モジュール１は、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴが形成された電力用半導体素子チップの両面すなわちソース電極及びドレイン電極にそれぞれ金属放熱板を半田層を介して密着させ、両金属放熱板の外主面面及び制御電極端子を除いて樹脂モールドした構造を有している。
【００３０】
合計６個の両面冷却型半導体モジュール１は、それぞれが三相インバータ回路の各半導体スイッチング素子及びこの半導体スイッチング素子と逆並列に接続されたフライホイルダイオードとして機能する。各両面冷却型半導体モジュール１の両側の金属放熱板の外主面は、図示しない絶縁スペ−サを介して互いに異なる扁平冷却チューブ２の一主面に個別に当接している。この絶縁スペーサは、窒化アルミニウムフィルムで構成されているが、他の絶縁フィルムでもよい。更に、シリコングリスなどの熱伝導グリスを熱伝導面に塗布することが好ましい。インバータ回路の接地端をなす半導体モジュール１の金属放熱板は上記絶縁スペーサなしに扁平冷却チューブ２に直接当接させてもよい。
【００３１】
扁平冷却チューブ２は、アルミ押し出し（又は引き抜き）成形管からなり、互いに隔壁により隔てられた複数の冷却流体通路を有し、各冷却流体通路はヘッダ５、６を連結している。
【００３２】
Ｕ字状板ばね部材４は、押さえ板３、扁平冷却チューブ２、半導体モジュール１、扁平冷却チューブ２、押さえ板３をこの順番に重ねてなるサブセットを半導体モジュール１の厚さ方向に挟圧し、扁平冷却チューブ２と半導体モジュール１との間の熱抵抗を低減している。押さえ板３はＵ字状板ばね部材４の挟圧力が扁平冷却チューブ２の各部に均等に分散するように高い剛性を有している。
【００３３】
各扁平冷却チューブ２の両端部はヘッダ５、６に固定されている。ヘッダ５、６の反扁平冷却チューブ側の側面は平滑コンデンサ７に密着して固定されている。ヘッダ５、６は平滑コンデンサ７とともにケース８内に収容され、蓋板９により密閉されている。ヘッダ５、６の下端面にはそれぞれ連結管部１０が固定され、連結管部１０はケース８の底板部を通じて外部に突出している。
【００３４】
平滑コンデンサ７は、半導体モジュール１により構成される三相インバータ回路の正負直流端に図示しないブスバーにより接続されて、電圧変動を抑止するためのものである。
（冷却系の構成）
ヘッダ５、６と扁平冷却チューブ２との結合構造を図３、図４を参照して以下に説明する。図３は、図１の装置の要部横断面図を示し、図４はそのＡ−Ａ線矢視断面図を示す。
【００３５】
この実施例では、ヘッダ５、６は、扁平冷却チューブ２の連結位置に扁平冷却チューブ２が嵌入する開口部５０、６０を有し、開口部５０、６０を囲んでリング状の凹部５１、６１を有している。このリング状の凹部５１、６１は、扁平冷却チューブ２の端部に接合される内側筒壁部５２、６２と、この内側筒壁部５２、６２に所定間隔を隔てて対面しつつ内側筒壁部５２、６２を囲む外側する外側筒壁部５３、６３と、この内側筒壁部５２、６２と外側筒壁部５３、６３とを連結するリング状の底壁部５４、６４とからなり、図３においてヘッダ５、６側に食い込むＵ字形凹部となっている。扁平冷却チューブ２の端部は、この開口部５０、６０に嵌入されて、内側筒壁部５２、６２の内周面にろう付けされている。
【００３６】
この実施例によれば、ヘッダ５、６の凹部５１、６１が、扁平冷却チューブ２よりも容易に半導体モジュール１の厚さ方向（Ｘ方向ともいう）に弾性変形できるために、扁平冷却チューブ２と半導体モジュール１とが組み付けに際して上記Ｘ方向に位置ずれしていてもこの位置ずれを吸収することができる。
【００３７】
（効果）
上記実施例の冷却流体冷却型半導体装置によれば、次の効果を奏することができる。
【００３８】
・各半導体モジュール１に等しく低温の冷却流体を均等に分配し、冷却効果のばらつきを低減することができ、各半導体モジュール１は、両側の扁平冷却チューブ２に放熱できるので冷却効果に優れる。
【００３９】
・挟圧部材であるＵ字状板ばね部材４により、一対の扁平冷却チューブ２と半導体モジュール１とを挟圧するので、簡素な構造で扁平冷却チューブ２に半導体モジュール１を各部均一の力により密着させることができ、接触熱抵抗を低減することができる。
【００４０】
・ヘッダ５、６の扁平冷却チューブ連結部をなすリング状の凹部５１、６１が扁平冷却チューブ２を囲み、このリング状の凹部５１、６１の板厚を扁平冷却チューブ２のＸ方向平均厚さ以下とするなどしてリング状の凹部５１、６１のＸ方向剛性を扁平冷却チューブ２のそれよりも小さく設定しているので、一対の扁平冷却チューブ２間のスペース幅が半導体モジュール１のそれよりも小さい場合や、両者の位置がずれている場合でも、扁平冷却チューブ２を弓形に湾曲させることなく良好にこの寸法誤差を吸収することができる。この結果、扁平冷却チューブ２はその半導体モジュール当接主面各部においてむらなく良好に半導体モジュール２の上記金属放熱板に接することができる。
【００４１】
（変形態様１）
上記実施例では、リング状の凹部５１、６１により扁平冷却チューブ２のＸ方向変位を可能としたが、ヘッダ５、６から扁平冷却チューブ２の端部に向けて薄肉の筒部を突出させ、この筒部に扁平冷却チューブ２を接合する構造を採用しても良い。
【００４２】
この場合にも、この筒部がヘッダ５、６の主部を起点としてＸ方向に容易に弾性変形可能であるため、扁平冷却チューブ２自体の変形を抑止しつつ扁平冷却チューブ２をＸ方向に変位させて、扁平冷却チューブ２と半導体モジュール１とを良好に密着させることができる。
【００４３】
その他、扁平冷却チューブ２とヘッダ５、６との間に、それらと別体に形成された薄肉の連結管部を介設しても上記と同様にこの連結管部を優先的に弾性変形させることができ、同様の効果を奏することができる。 更に、ヘッダ５、６の扁平冷却チューブ２に連結される部分は、弾性変形ではなく塑性変形させてもよい。ただし、弾性変形させる場合は、半導体モジュール１の繰り返し交換などにおいて支障が生じないので有利であり、更にその上、この弾性変形力を、扁平冷却チューブ２を半導体モジュール１に押し付け付勢する力の一部又は全部として利用できるという効果も生じる。
【００４４】
【実施例２】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図５、図６を参照して説明する。この実施例は、図３、図４に示される実施例１の扁平冷却チューブ２のうち、Ｘ方向最外側の扁平冷却チューブ２を第一の高剛性扁平冷却チューブ２１に代替し、更に第一の高剛性扁平冷却チューブ２１から（Ｎ＋２、Ｎは１以上の整数）目の扁平冷却チューブ２を第二の高剛性扁平冷却チューブ２２に変更したものである。なお、第一、第二の高剛性扁平冷却チューブ２１、２２は、図３、図４に示すリング状の凹部５１、６１なしにヘッダ５、６に固定されている。
【００４５】
また、この実施例では、図３、図４に示すＵ字状板ばね部材４の代わりに、コイルバネ４０を互いに対面する一対の扁平冷却チューブ２、２の間に介設している。
【００４６】
また、Ｘ方向中央の第二の扁平冷却チューブ２２はＸ方向両側の半導体モジュール１を冷却している。このため、第二の高剛性扁平冷却チューブ２２は他の扁平冷却チューブ２、２１よりも大きい流路断面積を有している。
【００４７】
第一、第二の扁平冷却チューブ２１、２２は、厚肉とされて格段に大きい高剛性を有しているので、これら第一、第二の扁平冷却チューブ２１、２２は扁平冷却チューブ２よりもＸ方向へ変位しにくい。その結果、
半導体モジュール１にブスバーを接続するに際して、ブスバーをこれら第一、第二の扁平冷却チューブ２１、２２を基準として配線すれば、ブスバーと半導体モジュール１との接続位置のばらつきを低減して、接合部接続作業を容易化することができる。
【００４８】
（変形態様）
この実施例の装置の変形例を図７、図８を参照して説明する。この実施例は、図５、図６に示される実施例２のコイルバネ４０を板ばね４１に変更したものである。このようにすれば、板ばね４１の挿入作業は、コイルバネ４０のそれよりも容易であるので組み付け工程を簡素化することができる他、板ばね４１は、コイルバネ４０よりも扁平冷却チューブ２に広い面積にわたって対面できるので、板ばね４１は押さえ板３を通じて扁平冷却チューブ２の各部をより一層均等に付勢することができる。
【００４９】
【実施例３】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図９〜図１１を参照して説明する。この実施例では、扁平冷却チューブ２の両端面にはキャップ２３が被着されて、遮蔽されている。その代わり、扁平冷却チューブ２には、ヘッダ５、６内の冷却流体流通方向（Ｘ方向に）開口する一対のヘッダ連通開口部２４、２４が形成されている。
【００５０】
ヘッダ５、６は半導体モジュール１を挟む一対の扁平冷却チューブ２、２の間に位置して、ヘッダ連通開口部２４を囲んで扁平冷却チューブ２にろう付けされた両端開口で蛇腹状の弾性筒部５００、６００を有している。また、半導体モジュール１が存在しない側にて互いに隣接する一対の扁平冷却チューブ２、２間に位置してヘッダ連通開口部２４を囲んで扁平冷却チューブ２にろう付けされた両端開口で直管状の剛性筒部５０１、６０１を有している。弾性筒部５００、６００は、貫通孔２４に連通する貫通孔を囲む周壁部を有し、この周壁部が蛇腹状に形成された短い金属筒などにより構成されている。したがって、扁平冷却チューブ２の両端部、弾性筒部５００、６００及び剛性筒部５０１、６０１は、ろう付けなどにより一体化されてヘッダを構成している。
【００５１】
この実施例によれば、弾性筒部５００、６００が弾性変形容易な蛇腹形状に形成されているので、Ｕ字状板ばね部材４による挟圧により弾性筒部５００、６００を半導体モジュール１の厚さに応じて伸縮させることができ、これにより、扁平冷却チューブ２を湾曲変形させることなく半導体モジュール１と扁平冷却チューブ２との良好な密着を実現することができる。また、半導体モジュール１の挿入前の扁平冷却チューブ２、２間の半導体モジュール挿入用隙間を大きく設定することができ、半導体モジュール１の挿入作業を容易とすることができる。図１１は扁平冷却チューブ２の側面図すなわちＸ方向にみた図である。
【００５２】
【実施例４】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図１２〜図１４を参照して説明する。この実施例では、図９〜図１１に示す実施例３の装置において、剛性筒部５０１、６０１を省略し、Ｘ方向両端部の扁平冷却チューブ２を除く中央部の扁平冷却チューブ２ＡをＸ方向両側の半導体モジュール１、１にそれぞれ当接させ、各半導体モジュール・扁平冷却チューブのセット全体を単一のＵ字状板ばね部材４ａでＸ方向に挟圧したものである。
【００５３】
この実施例によれば、実施例４の剛性筒部５０１、６０１を省略することができ、実施例４に比較して装置の小型化と組み付け工数の低減を実現することが可能となる。ただし、この実施例では、両側の半導体モジュール１を冷却する中央部の扁平冷却チューブ２Ａの冷却流体流路断面積を増大して、各半導体モジュール１の冷却を均等化することが好ましい。
【００５４】
【実施例５】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図１５を参照して説明する。この実施例では、ヘッダ５、６が、半導体モジュール１に隣接して径大な鍔状筒部５０２、６０２を有する点をその特徴としている。
【００５５】
この鍔状筒部５０２、６０２は、Ｘ方向に容易に弾性変形できるので、半導体モジュール１の両側の扁平冷却チューブ２の変位を可能とすることができる。なお、鍔状筒部５０２、６０２の代わりにリング状凹部をヘッダ５、６の周囲に設けても同様の効果を奏することができるが、ヘッダ５、６内の流体抵抗が増大する不具合が生じる。
【００５６】
また、この実施例では、半導体モジュール１を挟持せずに互いに隣接する扁平冷却チューブ２、２間のヘッダ５、６の部分を直管状の剛性筒部５５ａ、６５ａとしたが、この部分も鍔状筒部又はリング状凹部又は蛇腹部とすることにより、扁平冷却チューブ２をＸ方向に容易に弾性変形あるいは塑性変形させることができる。
【００５７】
【実施例６】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図１６、図１７を参照して説明する。
【００５８】
この実施例は、実施例１に示す装置において、半導体モジュール１の一方側の扁平冷却チューブ２ｂを厚肉で半導体モジュールの厚さ方向に高剛性とし、半導体モジュール１の他方側の扁平冷却チューブ２ｃを薄肉で半導体モジュールの厚さ方向に低剛性（変形容易）とし、かつ、ヘッダ５、６のリング状の凹部５１、６１を省略した点をその特徴としている。
【００５９】
なお、扁平冷却チューブ２ｃを扁平冷却チューブ２ｂよりも薄肉に形成する代わりに、素材や形状変更により上記剛性差を得てもよい。
【００６０】
このようにすると、Ｕ字状板ばね部材４で挟圧した場合、低剛性側の扁平冷却チューブ２は、図１６に示されるように、半導体モジュール１側に弓形に湾曲して密着するので、次の効果を奏することができる。
・半導体モジュール１は、寸法誤差が生じても一方側の扁平冷却チューブ２ｂに良好に面接触することができ、冷却を確保することができる。
・半導体モジュール１のＸ方向位置を湾曲しない扁平冷却チューブ２ｂに対して位置決めすることができる。・弓形に湾曲した他方の扁平冷却チューブ２ｃも、その弓形湾曲により少なくとも中央部は半導体モジュール１に密着することができ、この湾曲がない場合に比較して格段の放熱性能を確保することができる。
・ヘッダ５、６又はヘッダ５、６と扁平冷却チューブ２ｂ、２ｃとの連結部に弾性変形構造を導入する必要がないので、構造が簡素となる。
【００６１】
なお、低剛性の扁平冷却チューブ２ｃは、Ｕ字状板ばね部材４により弾性限界範囲でＸ方向に弓形湾曲しても良く、弾性限界を超えて塑性変形範囲で湾曲してもよい。
【００６２】
【実施例７】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図１８を参照して説明する。
【００６３】
この実施例は、実施例６と異なる方法で、半導体モジュール１を挟む一対の扁平冷却チューブの一方を低剛性化したものである。すなわち、扁平冷却チューブ２ｅは、実施例１の扁平冷却チューブ２の両端部を中ぐり加工して薄肉で隔壁なしの低剛性部として形成されている。
【００６４】
これにより、扁平冷却チューブ２ｅのうち、半導体モジュール１に接する中央部に高剛性を与えてその変形を抑止しつつ、その両端部を低剛性とすることができるので、Ｕ字状板ばね部材４の付勢により扁平冷却チューブ２ｅの中央部は良好に半導体モジュール１に密着することができる。
（変形態様）
変形態様を図２１に示す。この変形態様は、Ｕ字状板ばね部材４の代わりに、既述したコイルバネ４０により扁平冷却チューブ２ｅを半導体モジュール１に押し付ける構造を採用したものである。
【００６５】
【実施例８】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図１９を参照して説明する。
【００６６】
この実施例は、実施例６、７と異なる方法で扁平冷却チューブ２を低剛性化したものである。すなわち、この実施例の扁平冷却チューブの中央部２ｆは、ヘッダ５、６に連結される扁平冷却チューブの先端部２ｇに薄肉で径大な鍔状筒部２ｈにより連結されている。鍔状筒部２ｈの中央部はその両端部よりも径大に形成されている。中央部分と同一形状とされている。
【００６７】
これにより、半導体モジュール１に接する扁平冷却チューブの中央部２ｆに高剛性を与えてその変形を抑止しつつ、鍔状筒部２ｈを低剛性とすることができるので、Ｕ字状板ばね部材４の付勢により扁平冷却チューブの中央部２ｆは良好に半導体モジュール１に密着することができる。
（変形態様）
変形態様を図２２に示す。この変形態様は、Ｕ字状板ばね部材４の代わりに、既述したコイルバネ４０を用いたものである。
【００６８】
【実施例９】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図２０を参照して説明する。
【００６９】
この実施例は、扁平冷却チューブの両端部を６〜８と異なる方法で低剛性化したものである。すなわち、この実施例の扁平冷却チューブは、その両端部に、薄肉で径大な鍔状筒部２ｉを有している。この鍔状筒部２ｉは、扁平冷却チューブの厚肉の中央部２ｆを囲むリング状の凹部２ｋを有している。
（変形態様）
変形態様を図２３に示す。この変形態様は、Ｕ字状板ばね部材４の代わりに、既述したコイルバネ４０を採用したものである。
【００７０】
【実施例１０】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図２４を参照して説明する。
【００７１】
この実施例は、半導体モジュール１の扁平冷却チューブ２、２を同一形状に形成するとともにあらかじめ半導体モジュール１から離れる方向に塑性変形させておき（図２４ａ）、半導体モジュール１が挿入されるスペースの幅を十分に確保しておき、半導体モジュール１の挿入後に、Ｕ字状板ばね部材４で付勢することにより変形させて、扁平冷却チューブ２、２を半導体モジュール１に所定圧力で接触させる（図２４ｂ）ものである。これにより、半導体モジュール１の挿入作業を簡素化することができる。
【００７２】
なお、扁平冷却チューブ２、２の代わりに既述した低剛性の扁平冷却チューブ２１と高剛性の扁平冷却チューブ２とを用いても良い。
【００７３】
【実施例１１】
他の実施例の冷却流体冷却型半導体装置を図２５、図２６を参照して説明する。
【００７４】
この実施例は、扁平冷却チューブ２の下方に半導体モジュール配列方向（Ｘ方向）にベースプレート１００００を配置したものである。ヘッダ５、６はこのベースプレート１０００に固定されている。
【００７５】
ベースプレート１０００には一対の固定壁部１０００１が立設されている。一対の扁平冷却チューブ２、２とこれら扁平冷却チューブ２、２に挟設される半導体モジュール１からなるセットが２つ、両固定壁部１０００１の間に配置され、両セット間に、押さえ板３３、３３と楔状部材１００２とが配置されている。押さえ板３３、３３は、扁平冷却チューブ２の反半導体モジュール側の主面に密着され、押さえ板３３は、下方へ向かうにつれて厚さが増大する。押さえ板３３の楔状部材側の表面は斜面となっている。楔状部材１００２は下方へ向かうにつれて薄くなる形状を有している。楔状部材１００２にはボルトが挿通されており、ボルトの先端部はベースプレート１０００に螺入されている。したがって、このボルトを締め込むことにより、楔状部材００２が下方へ変位し、扁平冷却チューブ２は半導体モジュール１に密着される。楔状部材１００２の戻りはボルトにより阻止される。
【００７６】
（変形態様）
押さえ板３３は、扁平冷却チューブ２と一体に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のインバータ装置の模式平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図１の装置の要部横断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】実施例２の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図７】実施例２の変形態様を示す要部横断面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図９】実施例３の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図１０】図９の縦断面図である。
【図１１】図９の扁平冷却チューブの側面図である。
【図１２】実施例４の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図１３】図１２の縦断面図である。
【図１４】図１２の扁平冷却チューブの側面図である。
【図１５】実施例５の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図１６】実施例６の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図１８】実施例７の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図１９】実施例８の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図２０】実施例９の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図２１】実施例７の変形態様を示す要部横断面図である。
【図２２】実施例８の変形態様を示す要部横断面図である。
【図２３】実施例９の変形態様を示す要部横断面図である。
【図２４】ａは実施例１０の冷却流体冷却型半導体装置をを示す要部横断面図（半導体モジュール挿入直後）である。ｂはその完成図である。
【図２５】実施例１１の冷却流体冷却型半導体装置を示す要部横断面図である。
【図２６】図２５のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【符号の説明】
１：半導体モジュール
２：扁平冷却チューブ
３：押さえ板
４：Ｕ字状板ばね部材（挟圧部材）
Claims (6)
- 所定間隔を隔てて平行に延設される一対のヘッダと、
互いに所定間隔を隔てて複数配置されるとともに両端が前記両ヘッダに直接又は連結管部を介して接合される冷却チューブと、
前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、
を備え、
前記ヘッダの冷却チューブ接合部に、前記挟圧に対し前記半導体モジュールの厚さ方向に前記冷却チューブよりも容易に変形可能な変形容易部位を形成することで、前記挟圧に対し前記ヘッダの前記冷却チューブ接合部の前記半導体モジュールの厚さ方向の剛性が、前記冷却チューブの前記半導体モジュールの厚さ方向の剛性よりも小さくされていることを特徴とする冷却流体冷却型半導体装置。 - 所定間隔を隔てて平行に延設される一対のヘッダと、
互いに所定間隔を隔てて複数配置されるとともに両端が前記両ヘッダに直接又は連結管部を介して接合される冷却チューブと、
前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、
を備え、
前記ヘッダには、前記挟圧により前記半導体モジュールの厚さ方向に前記冷却チューブよりも容易に変形可能な変形容易部位が形成されていることを特徴とする冷却流体冷却型半導体装置。 - 互いに所定間隔を隔てて複数配置される冷却チューブと、
前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、
隣接する前記冷却チューブの両端部間に配置される筒部と、
を備え、
前記冷却チューブの両端部及び前記筒部により構成されるヘッダには、前記挟圧により前記半導体モジュールの厚さ方向に前記冷却チューブよりも容易に変形可能な変形容易部位が形成されていることを特徴とする冷却流体冷却型半導体装置。 - 所定間隔を隔てて平行に延設される一対のヘッダと、
互いに所定間隔を隔てて複数配置されるとともに両端が前記両ヘッダに直接又は連結管部を介して接合される冷却チューブと、
前記冷却チューブの間に挟圧される半導体モジュールと、
を備え、
前記半導体モジュールを挟んで配置される一対の前記冷却チューブのうち、一方の前記冷却チューブの全体を他方の前記冷却チューブよりも薄肉又は一方の前記冷却チューブ端部に前記挟圧に対し前記半導体モジュールの厚さ方向に中央部よりも変形容易な低剛性部を設け、前記挟圧に対し一方の前記冷却チューブの剛性が、前記半導体モジュールの厚さ方向において他方の前記冷却チューブの剛性よりも小さいことを特徴とする冷却流体冷却型半導体装置。 - 請求項１乃至４のいずれか記載の冷却流体冷却型半導体装置において、
前記冷却チューブを前記半導体モジュールに付勢する付勢部材を有し、
前記付勢部材は、互いに隣接する一対の前記冷却チューブ間に介設されて前記一対の冷却チューブを前記半導体モジュールの厚さ方向反対側に押し広げるばね部材からなることを特徴とする冷却流体冷却型半導体装置。 - 請求項１乃至４のいずれか記載の冷却流体冷却型半導体装置において、
前記冷却チューブを前記半導体モジュールに付勢する付勢部材を有し、
前記付勢部材は、前記半導体モジュールと前記冷却チューブとを挟圧するＵ字状板ばね部材からなることを特徴とする冷却流体冷却型半導体装置。
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