JP6365775B2 - パワー半導体モジュール、流路部材及びパワー半導体モジュール構造体 - Google Patents

パワー半導体モジュール、流路部材及びパワー半導体モジュール構造体 Download PDF

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Description

本発明は、半導体素子を冷却するための冷却液を循環流通させる冷却器を備えるパワー半導体モジュール、このパワー半導体モジュールに組み合わされる流路部材及びパワー半導体モジュール構造体に関する。
ハイブリッド自動車や電気自動車等に代表される、モータを使用する機器には、省エネルギーのために電力変換装置が利用されている。この電力変換装置には、広くパワー半導体モジュールが利用されている。このパワー半導体モジュールは、大電流を制御するためにパワー半導体素子を備えている。
パワー半導体素子は、大電流を制御する際の発熱量が大きい。また、パワー半導体モジュールの小型化や軽量化が要請され、出力密度は上昇する傾向にあるため、パワー半導体素子を複数備えたパワー半導体モジュールでは、その冷却方法が電力変換効率を左右する。
パワー半導体モジュールの冷却効率を向上させるために、液冷式の冷却体を備え、この冷却体によりパワー半導体素子の発熱を冷却するパワー半導体モジュールがある。このパワー半導体モジュールの冷却体は、パワー半導体素子の発熱を伝熱させる金属ベース板と、金属ベース板の裏面に接合されたヒートシンクと、金属ベース板に接合され、ヒートシンクを収容する冷却ケースとを備え、冷却ケースに形成された導入口及び排出口を通して冷却ケース内の空間に冷却液を流通できるような構造を有している（特許文献１）。導入口及び排出口には、例えばニップルが取り付けられて、それぞれ外部パイプ又は外部ホースが接続される。
ハイブリッド自動車や電気自動車は、パワー半導体モジュールの取り付けスペースが限られている。したがって、パワー半導体モジュールの取り付け及び冷却ケースの導入口及び排出口への外部パイプの取り付けが容易でない場合がある。また、パワー半導体モジュールの取り付け作業と、冷却ケースの導入口及び排出口への外部パイプの取り付け作業とを別個に行う必要があり、作業に手間がかかっていた。
パワー半導体モジュールの冷却部材に関して、追加の冷却部材又は終端プレートとの接続を容易にするために、入口通路、出口通路に接続プレートを含むものがある（特許文献２）。しかし、この冷却部材は、半導体モジュールが装着される頂表面を有するプラスチックベースの側面に入口通路、出口通路が設けられているので、冷却部材を取り付けた半導体モジュールは嵩高になってしまう。また、冷却部材の接続プレートは、外部パイプと接続するものではないため、外部パイプの取り付けの容易さは十分ではなかった。更に、ハイブリッド自動車や電気自動車等へのパワー半導体モジュールの取り付け作業と、冷却部材の入口通路及び出口通路への外部パイプの取り付け作業とを別個に行う必要がある問題は残されていた。
特開２０１２−６４６０９号公報 特表２０１３−５１３２４０号公報
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、パワー半導体モジュールの冷却体の導入口及び排出口への接続を容易にすることができ、また、パワー半導体モジュールの取り付け作業を容易にすることができるパワー半導体モジュール、このパワー半導体モジュールに組み合わされる流路部材及びパワー半導体モジュール構造体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の実施態様として、以下のパワー半導体モジュールが提供される。
パワー半導体モジュールは、第１面及び第２面を備える金属ベース板と、前記第１面に接合され、第３面及び第４面を備える積層基板と、前記第３面に搭載された半導体素子と、前記金属ベース板の第１面側に配置され、前記積層基板及び前記半導体素子を囲む樹脂ケースと、冷却ケースとを備える。冷却ケースは、底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、前記側壁の一端が前記金属ベース板の第２面側に接合され、前記金属ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能である。前記冷却ケースは、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続するとともに前記金属ベース板の第２面の周縁に沿って配置された冷却液の入口部及び出口部を有し、前記入口部の導入口側に配置された第１フランジ及び前記出口部の排出口側に配置された第２フランジを備える。
上記目的を達成するため本発明の他の実施態様として、以下の流路部材が提供される。
上記パワー半導体モジュールに組み合わされる流路部材である。前記パワー半導体モジュールが、金属ベース板と、底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、前記側壁の一端が前記金属ベース板の裏面に接合され、前記金属ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースとを備える。さらに、前記冷却ケースは、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続するとともに前記金属ベース板の裏面の周縁に沿って配置された冷却液の入口部及び出口部を有し、前記入口部の導入口側に配置された第１フランジ及び前記出口部の排出口側に配置された第２フランジを備える。前記流路部材は、前記第１フランジに接続し得る第１接続部と、前記第２フランジに接続し得る第２接続部と、前記第１接続部に接続し前記冷却液を流通可能な第１流路と、前記第２接続部に接続し前記冷却液を流通可能な第２流路とを備え、前記冷却ケースの底面に対向して配置され得る。
上記パワー半導体モジュールと上記流路部材が組み合わされた本発明のパワー半導体モジュール構造体は、以下の態様を有する。
前記パワー半導体モジュールと、前記流路部材とを組み合わされてなるパワー半導体モジュール構造体。
本発明のパワー半導体モジュールによれば、パワー半導体モジュールの冷却体の導入口及び排出口への接続を容易にすることができ、また、パワー半導体モジュールの取り付け作業を容易にすることができる。
本発明のパワー半導体モジュールの一実施形態の外観を示す斜視図である。 図１のパワー半導体モジュールを裏面から見た斜視図である。 図１のパワー半導体モジュールの分解斜視図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線の断面図である。 図１のパワー半導体モジュールの平面図である。 図１のパワー半導体モジュールのインバータ回路の回路図である。 本発明の流路部材の一実施形態の斜視図である。 本発明のパワー半導体モジュール構造体の一実施形態の正面図である。 図８のパワー半導体モジュール構造体の部分拡大図である。 本発明のパワー半導体モジュールの別の実施形態の外観を上方から見た斜視図である。 本発明のパワー半導体モジュールの別の実施形態の外観を裏面側から見た斜視図である。 従来のパワー半導体モジュールの外観を上方から見た斜視図である。 従来のパワー半導体モジュールの外観を裏面側から見た斜視図である。 本発明のパワー半導体モジュールの一実施形態の平面図である。 図１２のパワー半導体モジュールのインバータ回路の回路図である 本発明のパワー半導体モジュールの一実施形態の平面図である。 スパイク電圧の計測結果を示すグラフである。 スパイク電圧の計測結果を示すグラフである。
本発明のパワー半導体モジュールの実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。以下の説明に表れる「上」、「下」、「底」、「前」、「後」等の方向を示す用語は、添付図面の方向を参照して用いられている。
（実施形態１）
図１は本発明のパワー半導体モジュールの一実施形態の外観を示す斜視図である。図２は、図１のパワー半導体モジュールを裏面側から見た斜視図である。図１及び図２に示すパワー半導体モジュール１は、インバータ回路を構成する６ｉｎ１タイプのパワー半導体モジュールである。パワー半導体モジュール１は、金属ベース板１２と、半導体チップ１６を収容し、底面が金属ベース板１２のおもて面に接着された樹脂ケース１１と、金属ベース板１２の裏面に接合された冷却ケース１３とを備えている。
樹脂ケース１１の内部から樹脂ケース１１の上面の周縁に沿って外部端子１４Ａ〜１４Ｅが突出している。また、樹脂ケース１１には、その厚さ方向に貫通する貫通孔１１ａが形成されている。貫通孔１１ａは、樹脂ケース１１の上面の長手方向縁部の両端近傍と、その両端の間で間隔を空けた二か所の合計８個が形成されている。これらの貫通孔１１ａのうち、樹脂ケース１１の長辺側一端部において長手方向の中央寄りに形成された２個の貫通孔１１ａは、後述する冷却ケース１３のフランジ１３ｇ１に形成された第１ボルト孔と貫通し得る第１貫通孔である。また樹脂ケース１１の長辺側他端部において長手方向の中央寄りに形成された２個の貫通孔１１ａは、後述する冷却ケース１３のフランジ１３ｇ２に形成された第２ボルト孔と貫通し得る第２貫通孔である。
金属ベース板１２は、おもて面、すなわち第１面及びおもて面に対向する裏面、すなわち第２面を有する長方形の板である。金属ベース板１２は樹脂ケース１１と略同じ大きさである。図２に示すように金属ベース板１２には、その厚さ方向に貫通するボルト孔１２ａが形成されている。このボルト孔１２ａは、樹脂ケース１１に形成された貫通孔１１ａと同じ間隔で形成され、貫通孔１１ａと同じ位置に配置されている。
金属ベース板１２の裏面に接合された冷却ケース１３は、底壁１３ａ及び底壁１３ａの周りに形成された側壁１３ｂを有し、上端側が開口している。冷却ケース１３の上端を金属ベース板１２に例えばろう付けにより接合することにより、金属ベース板１２と冷却ケース１３で囲まれた内部空間が形成されている。図３に示されるように、この内部空間に、ヒートシンクとしてのフィン１７が配置されている。金属ベース板１２と冷却ケース１３とフィン１７とにより、半導体チップ１６の冷却体が構成される。なお、フィン１７は、図示したような薄板形状のものに限られず、ピン状のものでもよい。冷却ケース１３の内部空間は外部から供給される冷却液を流通できる。
冷却ケース１３は、長手方向縁部の中央に、冷却液の入口部１３ｃ及び出口部１３ｄを有する。入口部１３ｃ及び出口部１３ｄは冷却ケース１３の側壁に接続するとともに金属ベース板１２の裏面の周縁に沿って配置されている。入口部１３ｃはその底面に導入口１３ｅを有し、出口部１３ｄはその底面に排出口１３ｆを有している。これらの底面は金属ベース板１２に対し反対側に配置されている。導入口１３ｅを入口部１３ｃの底面に、また、排出口１３ｆを出口部１３ｄの底面にそれぞれ形成することにより、側面に形成する場合に比べて冷却体を構成する冷却ケース１３の高さを抑制できるので、小型化、薄型化、軽量化が求められている車載用のパワー半導体モジュールに好ましい。入口部１３ｃ及び出口部１３ｄは冷却ケース１３の底壁に接続するよう配置されてもよい。
冷却ケース１３は、入口部１３ｃの導入口１３ｅ側に第１フランジであるフランジ１３ｇ１を備えている。また、冷却ケース１３は、出口部１３ｄの排出口１３ｆ側に第２フランジであるフランジ１３ｇ２を備えている。フランジ１３ｇ１、１３ｇ２は、概略楕円形の板であり、その長径方向が金属ベース板の長辺方向に沿って延びるように配置されている。フランジ１３ｇ１、１３ｇ２は、概略ひし形の板であってもよい。フランジ１３ｇ１、１３ｇ２は、例えば導入口１３ｅ及び排出口１３ｆの周囲に、ろう材とアルミ材とのクラッド材からなるワッシャを介在させて、ろう付けすることより接合することができる。ワッシャのほか、接着によってフランジ１３ｇ１、１３ｇ２を固定してもよい。フランジ１３ｇ１、１３ｇ２は、ボルト締結に対して十分な強度を持つ材料、構造とする。フランジ１３ｇ１、１３ｇ２は金属ベース板１２から遠い側に主面を備える。フランジ１３ｇ１、１３ｇ２のそれぞれの主面は、金属ベース板１２のおもて面に平行であってよく、平面であってよい。また、フランジ１３ｇ１とフランジ１３ｇ２は、冷却ケース１３を間に挟んで、互いに反対側の位置に配置されてよい。
フランジ１３ｇ１は導入口１３ｅに対向する様に配置された第１開口部である開口部１３ｅｇを備える。フランジ１３ｇ２は排出口１３ｆに対向する様に配置された第２開口部である開口部１３ｆｇを備える。さらにフランジ１３ｇ１は開口部１３ｅｇを挟んで配置された２つで一組の第１ボルト孔であるボルト孔１３ｈが形成されている。フランジ１３ｇ２は開口部１３ｆｇを挟んで配置された２つで一組の第２ボルト孔であるボルト孔１３ｈが形成されている。これらのボルト孔１３ｈは、金属ベース板１２に形成されたボルト孔１２ａと同じ間隔で形成され、ボルト孔１２ａと同じ位置に配置されている。これらのボルト孔１３ｈは、パワー半導体モジュール１を流路部材３１（図７参照）に取り付けるためのボルト孔と、パワー半導体モジュールの導入口及び排出口を流路部材３１の流路に接続するためのボルト孔とを兼ねる。フランジ１３ｇ１、１３ｇ２はそれぞれ一組以上のボルト孔１３ｈを備えてもよい。
入口部１３ｃに接合されたフランジ１３ｇ１の一組のボルト孔間を結ぶ線分と、出口部１３ｄに接合されたフランジ１３ｇ２の一組のボルト孔間を結ぶ線分とは、ほぼ平行であることが好ましい。図示した本実施形態では、当該線分が、金属ベース板の長辺方向に沿って延びているので、ほぼ平行である。フランジ１３ｇ１及びフランジ１３ｇ２は冷却ケース１３の４つの側壁１３ｂのうち２つの対向する側壁１３ｂを挟んで配置され得る。
図３にパワー半導体モジュール１の分解斜視図を示す。樹脂ケース１１は、ＰＰＳ樹脂やウレタン樹脂等の絶縁性樹脂よりなり、上面から底面にかけて貫通する開口を中央に有する枠形状を有している。樹脂ケース１１に外部端子１４Ａ〜１４Ｅが、インサート成形等により一体的に取り付けられている。貫通孔１１ａは、インサート成形時に形成することができる。
金属ベース板１２は、樹脂ケース１１と略同じ大きさになる長方形のおもて面及び裏面を有している。金属ベース板１２は、熱伝導性の良好な金属、例えばアルミニウム若しくはアルミニウム合金、又はこれらの金属と、ろう材との複合材料（クラッド材）よりなる。金属ベース板１２のおもて面に、積層基板の具体例としての絶縁基板１５の裏面、すなわち第４面が、接合材、例えばはんだ、ろう材や焼結材により接合されている。
図示した本実施形態では３個の絶縁基板１５が、金属ベース板１２の短手方向の中央に、長手方向に沿って一列に配置されている。各絶縁基板１５は、一個の絶縁基板１５のおもて面、すなわち第３面上に４個の半導体チップ１６を搭載している。図示した本実施形態の半導体チップ１６は、いずれもＩＧＢＴとＦＷＤとを１チップ化した逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ−ＩＧＢＴ）の例である。１つの絶縁基板１５上で電気的に並列に接続された２個１組の合計２組の半導体チップが、インバータ回路を構成する一相における上アーム及び下アームを構成している。上アームが、並列接続された第１半導体素子である２個の半導体チップ１６Ａにより構成されている。下アームが、並列接続された第２半導体素子である２個の半導体チップ１６Ｂにより構成されている。そして、金属ベース板１２の３個の絶縁基板１５が、インバータ回路のＵ相、Ｖ相及びＷ相を構成している。Ｕ相の半導体チップ１６には一組の外部端子１４Ａ，１４Ｄ、１４Ｅが電気的に接続される。Ｖ相の半導体チップ１６には一組の外部端子１４Ｂ，１４Ｄ、１４Ｅが電気的に接続される。また、Ｗ相の半導体チップ１６には一組の外部端子１４Ｃ，１４Ｄ、１４Ｅが電気的に接続される。外部端子１４Ａ，１４Ｂの間には貫通孔１１ａが配置されてよい。外部端子１４Ｂ，１４Ｃの間には貫通孔１１ａが配置されてよい。これらの貫通孔１１ａはフランジ１３ｇ２の一組のボルト孔１３ｈに対する。また、Ｕ相用の外部端子１４Ｄ，１４Ｅ、とＶ相用の外部端子１４Ｄ，１４Ｅとの間には貫通孔１１ａが配置されてよい。Ｖ相用の外部端子１４Ｄ，１４ＥとＷ相用の外部端子１４Ｄ，１４Ｅとの間には貫通孔１１ａが配置されてよい。これらの貫通孔１１ａはフランジ１３ｇ１の一組のボルト孔１３ｈに対する。
冷却ケース１３の材料を金属ベース板１２と同じにすると、両者の熱膨張係数を同じにすることができるので好ましい。底壁１３ａと側壁１３ｂにより囲まれた略直方体の空間に、ヒートシンクとしてのフィン１７が収容されている。図３に示した例では、フィン１７は薄板形状であり、冷却ケース１３の短手方向に沿って複数個がそれぞれ間隔を空けて配置されている。各フィン１７の上端は金属ベース板１２の裏面に、ろう付けにより接合されている。これにより、半導体チップ１６から生じた熱は、絶縁基板１５及び金属ベース板１２を経てフィン１７に伝導される。
冷却ケース１３内の空間において、入口部１３ｃとフィンとの間には、外部から導入口１３ｅを通して導入された冷却液の流路１３ｉが形成されている。また、出口部１３ｄとフィン１７との間には、フィン間の間隙を流れた冷却液を、排出口１３ｆに向けて排出させるための流路１３ｊが形成されている。
薄板形状のフィン１７が冷却ケース１３の短手方向に沿って配置されることにより、入口部１３ｃから供給される冷却水は、流路１３ｉを通ってフィン１７の間隙を流れ、流路１３ｊを通って出口部１３ｄの排出口１３ｆから排出される。
図４に図１のＩＶ−ＩＶ線の断面図を示す。絶縁基板１５は、セラミック絶縁板１５ａと、このセラミック絶縁板１５ａのおもて面に選択的に形成された銅箔等よりなる回路板１５ｂと、このセラミック絶縁板１５ａの裏面に形成された銅箔等よりなる金属板１５ｃとを貼り合わせてなる。回路板１５ｂと半導体チップ１６との接合は、例えば接合材としてのはんだ１８よりなる。金属板１５ｃと金属ベース板１２との接合は、例えば接合材としてのはんだ１８よりなる。接合材にはろう材や焼結材を用いてもよい。樹脂ケース１１内における絶縁基板１５及び半導体チップ１６は、絶縁性を高めるため、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂又はシリコーン等の絶縁性ゲルよりなる封止材によって封止されている。なお、図４では、半導体チップ１６の表面に形成されている電極と電気的に接続しているボンディングワイヤ等については図示を省略している。また、図４では、樹脂ケース１１の枠内に注入された封止材及び樹脂ケース１１の上面に取り付けられている蓋についても図示を省略している。
図５に、図１のパワー半導体モジュール１の平面図を示す。なお、この平面図では理解を容易にするために、蓋、封止材及びボンディングワイヤを図示せず樹脂ケース１１内に配置された絶縁基板１５及び半導体チップ１６が見えている状態を示している。パワー半導体モジュール１は、前述したようにインバータ回路を構成する６ｉｎ１タイプのパワー半導体モジュールである。このインバータ回路を図６に示す。１個の絶縁基板１５に接合された４個の半導体チップ１６は、前述したように一相における上アーム及び下アームを構成している。より具体的に、図５においては、金属ベース板１２の短辺方向に沿って配置された２個の半導体チップ１６Ａが上アームを、半導体チップ１６Ｂが下アームをそれぞれ構成している。上アームに対応する２個の半導体チップ１６Ａが、金属ベース板１２の直下でフィン１７間を流れる冷却液の移動方向に沿って配置されている。下アームに対応する２個の半導体チップ１６Ｂも同様に冷却液の移動方向に沿って配置されている。これにより、上アームを構成する半導体チップ１６Ａと、下アームを構成する半導体チップ１６Ｂとの冷却効率を等しくすることができる。
本実施形態のパワー半導体モジュール１は、冷却ケース１３の入口部１３ｃ及び出口部１３ｄにそれぞれフランジ１３ｇ１、１３ｇ２を備えていることから、パイプを用いることなく外部の流路を備える部材、すなわち流路部材３１と接続することができる。したがって、取り付けスペースが限られている車載用のパワー半導体モジュールであっても、パワー半導体モジュールの取り付けを容易にすることができる。また、パイプやホースを用いることがないのでパイプやホースの取り回しのために接続部及び冷却体に応力が加わることはなく、信頼性の低下を防止できる。
フランジ１３ｇ１は、導入口１３ｅに接続した開口部１３ｅｇを挟んで配置された２つで一組のボルト孔１３ｈが形成されている。フランジ１３ｇ２も、排出口１３ｆに接続した開口部１３ｆｇを挟んで配置された２つで一組のボルト孔１３ｈが形成されている。これらのボルト孔１３ｈは、樹脂ケース１１の貫通孔１１ａ及び金属ベース板１２のボルト孔１２ａと同じ間隔で、同じ位置に配置されている。ボルト孔１３ｈ、貫通孔１１ａ及びボルト孔１２ａは、パワー半導体モジュール１の上面から底面へ向かって厚み方向にボルトが貫通し得るよう配置されるとよい。好ましくはボルト孔１３ｈ、貫通孔１１ａ及びボルト孔１２ａのそれぞれの軸が同軸となるよう、３つの孔を配置するとよい。それぞれの孔の断面形状は円、長円、だ円等であり、好ましくは円である。
このようにボルト孔１３ｈ、貫通孔１１ａ及びボルト孔１２ａを配置することにより、ボルトによりパワー半導体モジュールを流路部材３１に締結固定するとともに、導入口１３ｅ及び排出口１３ｆを流路部材３１の流路に接続できるので、取り付け作業の手間を軽減することができ、また、ボルト数も低減できる。また、パワー半導体モジュール１を取り付けたときの剛性を向上させることができる。更に、パワー半導体モジュール１を固定するための領域と流路を接続するための領域とのトータルの領域を削減することができるので、パワー半導体モジュール１を小型化することができる。
フランジ１３ｇ１、１３ｇ２が導入口１３ｅに接続した開口部１３ｅｇ又は排出口１３ｆに接続した開口部１３ｆｇを挟んで一組もしくは一組以上のボルト孔１３ｈを備えることにより、導入口１３ｅ及び排出口１３ｆと、流路部材の流路とを接続するためのボルト締結力が導入口１３ｅ及び排出口１３ｆ付近に均等に作用するので、導入口１３ｅ又は排出口１３ｆ付近で液漏れすることを防止することができる。
本実施形態において、フランジ１３ｇ１、１３ｇ２はそれぞれ、入口部１３ｃの底面側及び出口部１３ｄの底面側に配置されている。このように冷却ケース１３の底面側から冷却液を流通させるタイプのパワー半導体モジュールは、高さを低くすることができるので薄型化に有利である。
図示した本実施形態では、入口部１３ｃの先端にフランジ１３ｇ１を、出口部１３ｄの先端にフランジ１３ｇ２をそれぞれ備えている例を示しているが、フランジ以外の部材を排除するものではなく、フランジに類似する機能を有するアタッチメントであってもよい。
（実施形態２）
実施形態１のパワー半導体モジュール１が取り付けられる流路部材３１を、図７を用いて説明する。図７は、パワー半導体モジュール１及び流路部材３１の斜視図である。部分的に断面を示している。図７において、パワー半導体モジュール１は、図１〜図６に示したパワー半導体モジュール１と同一とすることができる。したがって、図７ではパワー半導体モジュール１及びその部材について図１〜図６と同一の符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。
流路部材３１は、図７に示した本実施形態では略直方体であり、その上面にパワー半導体モジュール１の冷却ケース１３の底面が対向するように取り付けられる。流路部材３１の上面には、パワー半導体モジュール１のフランジ１３ｇ１と当接する凸部３１ａ１と、フランジ１３ｇ２と当接する凸部３１ａ２と、金属ベース板１２のボルト孔１２ａを含む突起部に当接する凸部３１ｄとが形成されている。もっとも、これらの凸部３１ａ１、３１ａ２、３１ｄは、流路部材３１の上面に必須ではない。平坦な流路部材３１の上面に、パワー半導体モジュール１のフランジ１３ｇ１が当接するその部分を第１接続部としてもよい。同様に、平坦な流路部材３１の上面の、フランジ１３ｇ２が当接する部分を第２接続部としてもよい。また、平坦な流路部材３１の上面に、金属ベース板１２のボルト孔１２ａを含む突起部が当接するようにしてもよい。更に、凸部３１ａ１、３１ａ２、３１ｄの代わりに、フランジ１３ｇ１、１３ｇ２及びボルト孔１２ａに同軸に接続した円筒部材と嵌め合い可能な形状の凹部としてもよい。
フランジ１３ｇ１と当接する凸部３１ａ１は、流路部材３１の内部に形成された冷却液の導入流路３１ｆの開口３１ｂ１が形成されていて、フランジ１３ｇ１の開口部１３ｅｇを介して導入口１３ｅと接続する。同様にフランジ１３ｇ２と当接する凸部３１ａ２は、冷却液の排出流路３１ｇの開口３１ｂ２が形成されていて、フランジ１３ｇ２の開口部１３ｆｇを介して排出口１３ｆと接続する。冷却液の導入流路３１ｆ、排出流路３１ｇは流路部材３１の内部で任意に配置することができる。液漏れを防止するために、フランジ１３ｇ１と凸部３１ａ１との間、及び、フランジ１３ｇ２と凸部３１ａ２との間には、Ｏリングを配置することが好ましい。また、このＯリングを取り付けるための溝を、凸部３１ａ１、３１ａ２の表面に形成することが好ましい。
凸部３１ａ１には、ボルトを締結するための２つ一組の雌ねじ孔３１ｃが開口３１ｂ１を挟んで形成されている。凸部３１ａ２にも同様に２つ一組の雌ねじ孔３１ｃが開口３１ｂ２を挟んで配置されている。また、凸部３１ｄには、ボルトを締結するための雌ねじ孔３１ｅが形成されている。２つ一組の凸部３１ｄが凸部３１ａ１を挟んで配置され、雌ねじ孔３１ｃ及び雌ねじ孔３１ｅが整列している。同様に凸部３１ａ２を挟んで２つ一組の凸部３１ｄが配置されている。これらの雌ねじ孔３１ｃ、３１ｅは、パワー半導体モジュール１の樹脂ケース１１の貫通孔１１ａ、金属ベース板１２のボルト孔１２ａ及び冷却ケース１３のボルト孔１３ｈと対向する様配置されている。これらのボルト孔を貫通させたボルトの雄ねじと雌ねじ孔をねじ結合することにより、パワー半導体モジュール１が流路部材３１に固定され、かつ、パワー半導体モジュール１の導入口１３ｅ及び排出口１３ｆがそれぞれ流路部材３１の導入流路３１ｆの開口３１ｂ１及び排出流路３１ｇの開口３１ｂ２に接続される。
流路部材３１は、図７に示した例では略直方体であるが、パワー半導体モジュール１を取り付けることができる形状であれば形状は問わない。また流路部材３１は、冷却液の導入流路３１ｆ、排出流路３１ｇを有する独立した部材に限られず、例えば、自動車のエンジン部材又はエンジンを冷却するための部材の一部であってもよい。
流路部材３１は、実施形態１のパワー半導体モジュール１と組み合わせることにより、パイプを用いることなくパワー半導体モジュール１を取り付けることができ、または取り付け作業の手間を軽減することができる。
（実施形態３）
実施形態１のパワー半導体モジュール１と実施形態２の流路部材３１との組み合わせからなるパワー半導体モジュール構造体３を図８及び図９を用いて説明する。図８はパワー半導体モジュール構造体３の正面図であり、図９は、図８のＩＸ部分の部分拡大図である。なお、図８及び図９ではパワー半導体モジュール１及び流路部材３１について図１〜図７と同一の符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。
図８及び図９に示したパワー半導体モジュール構造体３は、パワー半導体モジュール１と実施形態２の流路部材３１とを、ボルト３３により締結固定したものである。図９に示すように、フランジ１３ｇ１と凸部３１ａ１の間には、Ｏリング３２が配置されていて、これにより液漏れを防止している。図示していないがフランジ１３ｇ２と凸部３１ａ２の間にもＯリング３２が配置されている。Ｏリング３２は、凸部３１ａ１、３１ａ２の表面に溝を形成して、この溝内に収容することが好ましい。
本実施形態のパワー半導体モジュール構造体３を用いることにより、パイプを用いることなくパワー半導体モジュール１を取り付けることができ、または取り付け作業の手間を軽減することができる。
（実施形態４）
図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて、本発明の別の実施形態のパワー半導体モジュール２を説明する。図１０Ａはパワー半導体モジュール２を斜め上方から見た斜視図であり、図１０Ｂはパワー半導体モジュール２を裏面側から見た斜視図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂに示したパワー半導体モジュール２が、図１及び図２に示したパワー半導体モジュール１との相違する点は、底壁２３ａ及び側壁２３ｂを有する冷却ケース２３は、冷却液の入口部２３ｃ及び出口部２３ｄが、金属ベース板１２の対角の角部近傍に位置している点である。入口部２３ｃの導入口２３ｅ及び出口部２３ｄの排出口２３ｆの先端に、それぞれフランジ２３ｇ１、２３ｇ２を備えている。フランジ２３ｇ１、２３ｇ２はそれぞれ開口部２３ｅｇ、２３ｆｇを備え、開口部２３ｅｇを挟んで配置された２つ一組のボルト孔２３ｈと、開口部２３ｆｇを挟んで配置された２つ一組のボルト孔２３ｈとをさらに備える。フランジ２３ｇ１の一方のボルト孔２３ｈは、パワー半導体モジュール１の上面から底面へ向かって厚み方向にボルトが貫通し得るよう貫通孔１１ａ及びボルト孔１２ａに対し配置されている。フランジ２３ｇ２の一方のボルト孔２３ｈも同様に配置されている。
本実施形態のパワー半導体モジュール２は、実施形態１のパワー半導体モジュール１と同様に冷却ケース２３の入口部２３ｃの先端及び出口部２３ｄの先端に、フランジ２３ｇ１、２３ｇ２を備えていることから、パイプ等を用いることなく、パワー半導体モジュール２の入口部２３ｃの先端及び出口部２３ｄの位置に適合した流路部材と接続することができる。したがって、取り付けスペースが限られている車載用のパワー半導体モジュールであっても、パワー半導体モジュールの取り付けを容易にすることができる。
本実施形態のパワー半導体モジュール２及び実施形態１のパワー半導体モジュール１から理解されるように、本発明のパワー半導体モジュールは、フランジを有する冷却ケースの入口部及び出口部の位置は、特に限定されない。
（比較例）
比較のために従来のパワー半導体モジュール１００を図１１Ａ及び図１１Ｂに示す。図１１Ａはパワー半導体モジュール１００の外観を上方から見た斜視図であり、図１１Ｂはパワー半導体モジュール１００の外観を裏面から見た斜視図である。
従来のパワー半導体モジュール１００は、冷却体１１３に、導入側のパイプ１１４及び排出側のパイプ１１５が取り付けられている。このようなパイプ１１４及びパイプ１１５を備えるパワー半導体モジュール１００は、その取り付け作業及びパイプ１１４及びパイプ１１５へのホースの取り付け作業が容易でない場合があった。また、パワー半導体モジュール１００の取り付け作業と、パイプ１１４及びパイプ１１５へのホースの取り付け作業とが別個であるため、作業に手間がかかっていた。
図１１Ａ及び図１１Ｂに示した従来のパワー半導体モジュール１００と、前述した本発明の実施形態１、実施形態４のパワー半導体モジュール１、２との対比により本発明の効果は明らかである。
（実施形態５）
図１２に、パワー半導体モジュール４の平面図を示す。なお、この平面図では理解を容易にするために、蓋及び封止材を図示せず樹脂ケース１１内に配置された絶縁基板１５及び半導体チップ１６Ａ１、１６Ａ２、１６Ｂ１、１６Ｂ２が見えている状態を示している。樹脂ケース１１より下方の構造は、図１〜３に示したパワー半導体モジュール１と同様に金属ベース板１２及び冷却ケース１３を備えることができる。具体的に、樹脂ケース１１の底面には、金属ベース板１２のおもて面が接着され、金属ベース板１２の裏面には、冷却ケース１３が接合されている。冷却ケース１３に配置されたフィンは薄板形状であり、冷却ケース１３の短手方向に沿って複数個がそれぞれ間隔を空けて配置されている構造とすることができる。
樹脂ケース１１は、ＰＰＳ樹脂やウレタン樹脂等の絶縁性樹脂よりなり、上面から反対側の底面にかけて貫通する開口を中央に有する枠形状を有している。ここで上面は紙面手前側、底面は紙面奥側である。これは図１〜３に示したパワー半導体モジュール１と同様である。樹脂ケース１１に外部端子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４１Ｄ、１４１Ｅ、１４２Ｄ、１４２Ｅ、１４３Ｄ及び１４３Ｅが、インサート成形等により一体的に取り付けられている。外部端子１４ＡはＵ端子、外部端子１４ＢはＶ端子、外部端子１４ＣはＷ端子、外部端子１４１Ｄ、１４２Ｄ及び１４３Ｄはプラス端子（Ｐ端子）、外部端子１４１Ｅ、１４２Ｅ及び１４３Ｅはマイナス端子（Ｎ端子）である。
金属ベース板１２は、樹脂ケース１１と略同じ大きさになる長方形のおもて面及び反対側の裏面を有している。金属ベース板１２は、熱伝導性の良好な金属、例えばアルミニウム若しくはアルミニウム合金、又はこれらの金属と、ろう材との複合材料（クラッド材）よりなる。金属ベース板１２のおもて面に、積層基板の具体例としての絶縁基板１５の裏面、すなわち第４面が、接合材、例えばはんだ、ろう材や焼結材により接合されている。
絶縁基板１５は、セラミック絶縁板１５ａの下面に金属板（図示を省略）と、セラミック絶縁板１５ａの上面に回路板１５ｂａ、１５ｂｂ、１５ｂｃ、１５ｂｄ、１５ｂｅ、１５ｂｆとが形成されている。さらに、回路板１５ｂｆ上に、半導体チップ１６Ａ１、１６Ａ２が、それぞれはんだを介して配置されている。また、回路板１５ｂｂ上に、半導体チップ１６Ｂ１、１６Ｂ２がそれぞれ、はんだを介して配置されている。
このような絶縁基板１５が樹脂ケース１１の開口に収納されている。樹脂ケース１１の開口内で露出している制御端子１４Ｆの一端の電極部１４Ｆａと、回路板１５ｂａ、１５ｂｃ、１５ｂｄと、半導体チップ１６Ａ１、１６Ａ２、１６Ｂ１、１６Ｂ２のおもて面に形成された制御電極と、の間がワイヤ１９により接続されている。
また、回路板１５ｂｆ上の半導体チップ１６Ａ１、１６Ａ２のおもて面に形成された主電極と、回路板１５ｂｂとが、ワイヤ１９により接続されている。回路板１５ｂｂ上の半導体チップ１６Ｂ１、１６Ｂ２のおもて面に形成された主電極と、回路板１５ｂｅとが、ワイヤ１９により接続されている。
パワー半導体モジュール４は、インバータ回路を構成する６ｉｎ１タイプのパワー半導体モジュールである。このインバータ回路の一例を図１３に示す。
１個の絶縁基板１５に接合された４個の半導体チップ１６Ａ１、１６Ａ２、１６Ｂ１、１６Ｂ２は、一相における一組の上アームＡｕ及び下アームＡｌ、すなわちレグを構成している。より具体的に、図１２においては、金属ベース板１２の短辺方向に沿って配置された２個の半導体チップ１６Ａ１及び半導体チップ１６Ａ２がインバータ回路を構成する一相、例えばＵ相における上アームＡｕを構成し、半導体チップ１６Ｂ１及び半導体チップ１６Ｂ２が下アームＡｌをそれぞれ構成している。上アームＡｕに対応する２個の半導体チップ１６Ａ１及び半導体チップ１６Ａ２が、金属ベース板１２の直下でフィン１７間を流れる冷却液の移動方向に沿って配置されている。下アームＡｌに対応する２個の半導体チップ１６Ｂ１及び半導体チップ１６Ｂ２も同様に冷却液の移動方向に沿って配置されている。これにより、上アームＡｕを構成する半導体チップ１６Ａ１及び半導体チップ１６Ａ２と、下アームＡｌを構成する半導体チップ１６Ｂ１及び半導体チップ１６Ｂ２との冷却効率を等しくすることができる。
パワー半導体モジュール４では３個の絶縁基板１５が、金属ベース板１２の短手方向の中央に、長手方向に沿って一列に配置されている。各絶縁基板１５は、一個の絶縁基板１５のおもて面、すなわち第３面上に４個の半導体チップ１６Ａ１、１６Ａ２、１６Ｂ１及び１６Ｂ２を搭載している。図示した本実施形態の半導体チップ１６Ａ１、１６Ａ２、１６Ｂ１及び１６Ｂ２は、いずれもＩＧＢＴとＦＷＤとを１チップ化した逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ−ＩＧＢＴ）の例である。１つの絶縁基板１５上で電気的に並列に接続された２個１組の合計２組の半導体チップが、インバータ回路を構成する一相における上アームＡｕ及び下アームＡｌを構成している。上アームＡｕが、回路板１５ｂｆ上で並列接続された第１半導体素子である２個の半導体チップ１６Ａ１及び半導体チップ１６Ａ２により構成されている。下アームＡｌが、回路板１５ｂｂ上で並列接続された第２半導体素子である２個の半導体チップ１６Ｂ１及び半導体チップ１６Ｂ２により構成されている。そして、金属ベース板の３個の絶縁基板１５が、インバータ回路のＵ相、Ｖ相及びＷ相を構成している。
Ｕ相、Ｖ相及びＷ相はそれぞれ、上アームＡｕ及び下アームＡｌからなる一組のレグＬＵ、ＬＶ、ＬＷを備える。レグＬＵ、ＬＶ、ＬＷはそれぞれ、絶縁基板１５と、上アームＡｕを構成する第１半導体素子及び下アームＡｌを構成する第２半導体素子と、第１半導体素子及び第２半導体素子に電源を供給する電源端子と、を含んでいる。
Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうちの特定の一相と、当該特定の一相とは異なる一相とを区別して説明すると、特定の一相は、上アーム及び下アームからなる第１の組（レグ）を備え、当該特定の一相とは異なる一相は、上アーム及び下アームからなる第２の組（レグ）を備えている。Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうちの特定の一相、例えばＵ相と、当該特定の一相とは異なる一相、例えばＶ相を区別するときには、第１のレグの絶縁基板１５を第１積層基板と言い、第２のレグの絶縁基板１５を第２積層基板と言う。同様に、第１積層基板に搭載され、上アームを構成する半導体素子を第１半導体素子と言い、下アームを構成する半導体素子を第２半導体素子と言う。第２積層基板に搭載され、上アームを構成する半導体素子を第３半導体素子と言い、下アームを構成する半導体素子を第４半導体素子と言う。第１半導体素子及び第２半導体素子に電源を供給する電源端子を第１電源端子と言い、第３半導体素子及び第４半導体素子に電源を供給する電源端子を第２電源端子と言う。
本実施形態のパワー半導体モジュール４は、上アーム及び下アームからなる第１の組と、上アーム及び下アームからなる第２の組とを備えている。第１の組は、少なくとも、積層基板として第１積層基板と、半導体素子として上アームを構成する第１半導体素子及び下アームを構成する第２半導体素子と、前記第１半導体素子及び第２半導体素子に電源を供給する第１電源端子と、を含んでいる。第２の組は、少なくとも、積層基板として第２積層基板と、半導体素子として上アームを構成する第３半導体素子及び下アームを構成する第４半導体素子と、第３半導体素子及び第４半導体素子に電源を供給する第２電源端子と、を含んでいる。
より具体的に説明すると、図１２に示されるように、Ｕ相用レグの電源端子はそれぞれ、外部電源のプラス側に接続され得るプラス端子１４１Ｄ及び外部電源のマイナス側に接続され得るマイナス端子１４１Ｅを含んでよい。Ｖ相用レグの電源端子はそれぞれ、外部電源のプラス側に接続され得るプラス端子１４２Ｄ及び外部電源のマイナス側に接続され得るマイナス端子１４２Ｅを含んでよい。また、Ｗ相用レグの電源端子はそれぞれ、外部電源のプラス側に接続され得るプラス端子１４３Ｄ及び外部電源のマイナス側に接続され得るマイナス端子１４３Ｅを含んでよい。
例えばＵ相用レグＬＵを第１のレグをとし、Ｖ相用レグＬＶ及びＷ相用レグＬＷのいずれか、例えばＶ相用レグＬＶを第２のレグをとすると、プラス端子１４１Ｄが第１プラス端子であり、マイナス端子１４１Ｅが第１マイナス端子であり、プラス端子１４３Ｄが第２プラス端子であり、マイナス端子１４２Ｅが第２マイナス端子である。
Ｕ相用プラス端子１４１Ｄ、Ｖ相用プラス端子１４２Ｄ及びＷ相用プラス端子１４３Ｄは互いに異なり、独立しており、かつ同じ形状であってもよい。また、Ｕ相用マイナス端子１４１Ｅ、Ｖ相用マイナス端子１４２Ｅ及びＷ相用マイナス端子１４３Ｅは互いに異なり、独立しており、かつ同じ形状であってもよい。Ｕ相用プラス端子１４１Ｄ、Ｖ相用プラス端子１４２Ｄ及びＷ相用プラス端子１４３Ｄは同じ寸法であってもよく、また、Ｕ相用マイナス端子１４１Ｅ、Ｖ相用マイナス端子１４２Ｅ及びＷ相用マイナス端子１４３Ｅは同じ寸法であってもよい。
Ｕ相用プラス端子１４１Ｄは胴部１４１Ｄｂ及び脚部１４１Ｄｌを備える。Ｖ相用プラス端子１４２Ｄは胴部１４２Ｄｂ及び脚部１４２Ｄｌを備える。Ｗ相用プラス端子１４３Ｄは胴部１４３Ｄｂ及び脚部１４３Ｄｌを備える。図１２に示す例では脚部１４１Ｄｌ、１４２Ｄｌ、１４３Ｄｌはそれぞれ３本のリボン状部材を含み、リボン状部材は胴部１４１Ｄｂ、１４２Ｄｂ、１４３Ｄｂに接続されている。各端子において３本のリボン状部材は並列に配置されている。
Ｕ相用マイナス端子１４１Ｅは胴部１４１Ｅｂ及び脚部１４１Ｅｌを備える。Ｖ相用マイナス端子１４２Ｅは胴部１４２Ｅｂ及び脚部１４２Ｅｌを備える。Ｗ相用マイナス端子１４３Ｅは胴部１４３Ｅｂ及び脚部１４３Ｅｌを備える。図１２に示す例では脚部１４１Ｅｌ、１４２Ｅｌ、１４３Ｅｌはそれぞれ３本のリボン状部材を含み、リボン状部材は胴部１４１Ｅｂ、１４２Ｅｂ、１４３Ｅｂに接続されている。各端子において３本のリボン状部材は並列に配置されている。
Ｕ相用プラス端子１４１Ｄのリボン状部材、すなわち脚部１４１Ｄｌの延在方向と、Ｕ相用マイナス端子１４１Ｅのリボン状部材、すなわち脚部１４１Ｅｌの延在方向とは平行に配置されてよい。Ｖ相用プラス端子１４２Ｄの脚部１４２Ｄｌの延在方向と、Ｖ相用マイナス端子１４２Ｅの脚部１４２Ｅｌも、同様に平行に配置されてよい。Ｗ相用プラス端子１４３Ｄの脚部１４３Ｄｌの延在方向と、Ｗ相用マイナス端子１４３Ｅの脚部１４３Ｅｌも、同様に平行に配置されてよい。さらに、Ｕ相用プラス端子１４１Ｄ、Ｖ相用プラス端子１４２Ｄ及びＷ相用プラス端子１４３Ｄは、脚部１４１Ｄｌの延在方向、脚部１４２Ｄｌ及び脚部１４３Ｄｌの延在方向が平行になるように配置されてよい。さらに、Ｕ相用マイナス端子１４１Ｅ、Ｖ相用マイナス端子１４２Ｅ及びＷ相用マイナス端子１４３Ｅは、脚部１４１Ｅｌの延在方向、脚部１４２Ｅｌ及び脚部１４３Ｅｌの延在方向が平行になるように配置されてよい。
電源端子の脚部の延在方向がそれぞれ平行であることにより、インダクタンスを低減させることができる。
レグＬＵ、ＬＶ、ＬＷのそれぞれの電源端子にはコンデンサ、例えばフィルムコンデンサが接続されてよい。Ｕ相用プラス端子１４１Ｄ及びマイナス端子１４１Ｅの間、Ｖ相用プラス端子１４２Ｄ及びマイナス端子１４２Ｅの間、及び、Ｗ相用プラス端子１４３Ｄ及びマイナス端子１４３Ｅの間、それぞれに独立したフィルムコンデンサが接続されてよいし、共通のフィルムコンデンサが接続されてもよい。図１３に示した回路図には、共通のフィルムコンデンサ２５が接続されている。
また、図１４に平面図を示すパワー半導体モジュール４は、Ｕ相用プラス端子１４１Ｄ及びマイナス端子１４１Ｅの間にフィルムコンデンサ２５Ａが設けられ、Ｖ相用プラス端子１４２Ｄ及びマイナス端子１４２Ｅにフィルムコンデンサ２５Ｂが設けられ、Ｗ相用プラス端子１４３Ｄ及びマイナス端子１４３Ｅの間にフィルムコンデンサ２５Ｃが設けられている。図示するフィルムコンデンサ２５Ａ、フィルムコンデンサ２５Ｂ及びフィルムコンデンサ２５Ｃは、それぞれ独立したフィルムコンデンサである。フィルムコンデンサ２５Ａ、フィルムコンデンサ２５Ｂ及びフィルムコンデンサ２５Ｃは、ケース等に収容され一体とされてもよい。なお、図１４の平面図は、図１２に示したパワー半導体モジュール４の樹脂ケース１１内が封止材で封止され、蓋２０で樹脂ケース１１の開口の上端を覆っている態様を示している。
コンデンサの容量は好ましくは合計で１００μＦ〜３０００μＦ、好ましくは合計で４００μＦ〜６００μＦである。
本実施形態のパワー半導体モジュール４は、各相のレグが独立にプラス端子及びマイナス端子からなる電源端子を備えることにより、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相に共通した一個のプラス端子と、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相に共通した一個のマイナス端子とを備えた従来のパワー半導体モジュールに比べて、インバータ動作時に発生するスパイク電圧を低減することができる。より具体的に、三相インバータ回路を備え、プラス端子とマイナス端子との間に平滑コンデンサが接続された従来のパワー半導体モジュールでは、スパイク電圧が、特定の一つの相と他の一つの相とのターンオフ時に、プラス端子とマイナス端子との間に重畳して発生する。これに対し、実施形態のパワー半導体モジュール４は、プラス端子とマイナス端子との組を、各相にそれぞれ独立して設けることにより、パワー半導体モジュール４内部の各レグのプラス端子及びマイナス端子の長さを短くし、かつ、略等しくすることができ、しかも各レグのプラス端子及びマイナス端子からコンデンサまでの距離を短くすることができるので、スパイク電圧を従来よりも低減することができる。
図１５は本実施形態のパワー半導体モジュール４のスパイク電圧の計測結果を示すグラフである。図１６は、従来のパワー半導体モジュールのスパイク電圧の計測結果を示すグラフである。図１５と図１６のグラフを対比することにより、Ｕ相のターンオフ時に発生する、Ｖ相の電源端子に発生する重畳スパイク電圧（superimposed spike voltage）ΔＶＰＶＮＶは、３相で共通の電源端子を用いる従来のモジュールに比べ、小さくなった。図示した例では、ターンオフ時のスイッチング速度を従来モジュールの約１．５倍に速くしても、ΔＶＰＶＮＶは従来の５分の１、約２０Ｖであった。
本実施形態のパワー半導体モジュール４は、実施形態１のパワー半導体モジュール１と同様の冷却器を備えることができる。したがって、取り付けスペースが限られている車載用途に用いる場合でも、パワー半導体モジュールの取り付けを容易にすることができる。
以上、本発明のパワー半導体モジュール等の実施形態を、図面を用いて説明したが、本発明のパワー半導体モジュール等は、各実施形態及び図面の記載に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で幾多の変形が可能であることはいうまでもない。
１、２ パワー半導体モジュール
１１ 樹脂ケース
１１ａ 貫通孔
１２ 金属ベース板
１３、２３ 冷却ケース
１３ａ、２３ａ 底壁
１３ｂ、２３ｂ 側壁
１３ｃ、２３ｃ 入口部
１３ｄ、２３ｄ 出口部
１３ｅ、２３ｅ 導入口
１３ｆ、２３ｆ 排出口
１３ｇ１、２３ｇ１ フランジ（第１フランジ）
１３ｇ２、２３ｇ２ フランジ（第２フランジ）
１３ｅｇ、２３ｅｇ 開口部（第１開口部）
１３ｆｇ、２３ｆｇ 開口部（第２開口部）
１３ｈ、２３ｈ ボルト孔
１４Ｄ、１４Ｅ 外部端子
１５ 絶縁基板
１６ 半導体チップ（半導体素子）
１７ フィン
２５ フィルムコンデンサ
３１ 流路部材

Claims (18)

  1. 第１面及び第２面を備える金属ベース板と、
    前記第１面に接合され、第３面及び第４面を備える積層基板と、
    前記第３面に搭載された半導体素子と、
    前記金属ベース板の第１面側に配置され、前記積層基板及び前記半導体素子を囲む樹脂ケースと、
    底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、前記側壁の一端が前記金属ベース板の第２面側に接合され、前記金属ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースと、
    を備え、
    前記冷却ケースが、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続するとともに前記金属ベース板の第２面の周縁に沿って配置された冷却液の入口部及び出口部を有し、前記入口部の導入口側に配置された第１フランジ及び前記出口部の排出口側に配置された第２フランジを備えるパワー半導体モジュール。
  2. 前記第１フランジが前記導入口に対向する第１開口部と、前記第１開口部を挟んで配置された一組の第１ボルト孔とを備え、
    前記第２フランジが前記排出口に対向する第２開口部と、前記第２開口部を挟んで配置された一組の第２ボルト孔とを備える請求項１記載のパワー半導体モジュール。
  3. 前記樹脂ケースが、前記第１ボルト孔に対応する一組の第１貫通孔と前記第２ボルト孔に対応する一組の第２貫通孔とを備え、前記第１ボルト孔及び第１貫通孔が前記樹脂ケースの厚み方向にボルトを挿入できるように配置され、前記第２ボルト孔及び第２貫通孔が前記樹脂ケースの厚み方向にボルトを挿入できるように配置されている請求項２記載のパワー半導体モジュール。
  4. 前記第１ボルト孔間を結ぶ線分と、前記第２ボルト孔間を結ぶ線分とが、ほぼ平行である請求項２記載のパワー半導体モジュール。
  5. 前記第１フランジ及び第２フランジのそれぞれの長径方向が金属ベース板の長辺方向に沿って延びている請求項４記載のパワー半導体モジュール。
  6. 前記半導体素子が、インバータ回路の上アームを構成する複数の第１半導体素子及び前記インバータ回路の下アームを構成する複数の第２半導体素子を含み、かつ、第１半導体素子及び第２半導体素子が、前記冷却ケースを流通し得る冷却液の移動方向に沿って配置されている請求項１記載のパワー半導体モジュール。
  7. 前記第１フランジ及び第２フランジが、それぞれ前記冷却ケースにワッシャを介して、ろう付けされてなる請求項１記載のパワー半導体モジュール。
  8. パワー半導体モジュールと組み合わせて使用され得る流路部材であって、
    前記パワー半導体モジュールが、
    金属ベース板と、
    底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、前記側壁の一端が前記金属ベース板の裏面に接合され、前記金属ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースとを備え、
    さらに、前記冷却ケースが、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続するとともに前記金属ベース板の裏面の周縁に沿って配置された冷却液の入口部及び出口部を有し、前記入口部の導入口側に配置された第１フランジ及び前記出口部の排出口側に配置された第２フランジを備え、
    前記流路部材が、前記第１フランジに接続し得る第１接続部と、前記第２フランジに接続し得る第２接続部と、前記第１接続部に接続し前記冷却液を流通可能な第１流路と、前記第２接続部に接続し前記冷却液を流通可能な第２流路とを備え、前記冷却ケースの底面に対向して配置され得る流路部材。
  9. 前記第１フランジが前記導入口に対向する第１開口部と、前記第１開口部を挟んで配置された一組の第１ボルト孔とを備え、
    前記第２フランジが前記排出口に対向する第２開口部と、前記第２開口部を挟んで配置された一組の第２ボルト孔とを備え、
    前記第１接続部に、前記第１ボルト孔と位置合わせされた雌ねじ孔が形成され、
    前記第２接続部に、前記第２ボルト孔と位置合わせされた雌ねじ孔が形成された請求項８記載の流路部材。
  10. 前記第１接続部及び第２接続部に、それぞれＯリングを収容する溝を備える請求項８記載の流路部材。
  11. 請求項１記載のパワー半導体モジュールと、請求項８記載の流路部材とを組み合わされてなるパワー半導体モジュール構造体。
  12. 前記パワー半導体モジュールと前記流路部材とが、複数のボルトにより締結された請求項１１記載のパワー半導体モジュール構造体。
  13. 前記第１接続部及び第２接続部に、それぞれＯリングを収容する溝を備え、前記各溝に、Ｏリングを備える請求項１１記載のパワー半導体モジュール構造体。
  14. 上アーム及び下アームからなる第１の組と、上アーム及び下アームからなる第２の組とを備え、
    前記第１の組は、少なくとも、前記積層基板として第１積層基板と、前記半導体素子として前記上アームを構成する第１半導体素子及び下アームを構成する第２半導体素子と、前記第１半導体素子及び第２半導体素子に電源を供給する第１電源端子と、を含み、
    前記第２の組は、少なくとも、前記積層基板として第２積層基板と、前記半導体素子として前記上アームを構成する第３半導体素子及び下アームを構成する第４半導体素子と、前記第３半導体素子及び第４半導体素子に電源を供給する第２電源端子と、を含む、請求項１記載のパワー半導体モジュール。
  15. 前記第１電源端子は、電源のプラス側に接続され得る第１プラス端子及び前記電源のマイナス側に接続され得る第１マイナス端子を含み、
    前記第２電源端子は、電源のプラス側に接続され得る第２プラス端子及び前記電源のマイナス側に接続され得る第２マイナス端子を含み、
    前記第１プラス端子及び前記第２プラス端子は異なる端子であり、かつ同じ形状であり、
    前記第１マイナス端子及び前記第２マイナス端子は異なる端子であり、かつ同じ形状である、請求項１４記載のパワー半導体モジュール。
  16. 前記第１プラス端子及び前記第２プラス端子は同じ寸法であり、
    前記第１マイナス端子及び前記第２マイナス端子は同じ寸法である、請求項１５記載のパワー半導体モジュール。
  17. 前記第１プラス端子及び前記第２プラス端子はそれぞれ脚部を備え、
    前記第１マイナス端子及び前記第２マイナス端子はそれぞれ脚部を備え、
    前記第１プラス端子の脚部の延在方向と前記第１マイナス端子の脚部の延在方向が平行であり、
    前記第２プラス端子の脚部の延在方向と前記第２マイナス端子の脚部の延在方向が平行であり、かつ、
    前記第１プラス端子の脚部の延在方向と前記第２プラス端子の脚部の延在方向が平行である、請求項１５記載のパワー半導体モジュール。
  18. 前記第１プラス端子と前記第１マイナス端子とは、間に第１コンデンサが接続可能に構成され、
    前記第２プラス端子と前記第２マイナス端子とは、間に第２コンデンサが接続可能に構成されている請求項１５記載のパワー半導体モジュール。
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