JP7258269B1 - 電力半導体装置および電力半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

電力半導体装置（１００）は、パワーモジュールとヒートシンクとが一体とされたヒートシンク一体型パワーモジュール（２０）と、流入口と流出口とを繋ぐ一面に複数の開口部（４１）が形成された箱形状を有する保持部と、保持部の内部に設けられ、一面から保持部の内部に向かう方向の荷重を受けて一面を支持する構造支持部（５０）と、を備える。複数のヒートシンク一体型パワーモジュール（２０）は、複数の放熱フィンが開口部（４１）から保持部の内部に挿入され、ヒートシンクベース（１ｂ）の面内方向において、ヒートシンクベース（１ｂ）の外周縁部（１ｂｐ）が、一面において開口部（４１）に隣接する隣接領域（４１３）上に支持される。構造支持部（５０）は、保持部の幅方向において隣り合うヒートシンク一体型パワーモジュール（２０）のヒートシンクベース（１ｂ）同士の間に対応する位置に配置されている。

Description

本開示は、ヒートシンクとパワーモジュールとが搭載された電力半導体装置およびその製造方法に関する。

特許文献１には、発熱素子が配置された放熱プレートを備える複数のモジュール型冷却装置がハウジングの開口部に挿入されるとともにハウジングに保持された放熱装置が記載されている。

特許第６４４８７３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の放熱装置の構造を適用して、複数のパワーモジュールおよび複数のヒートシンクを１つのハウジングで固定する場合には、パワーモジュールとヒートシンクとの自重によりハウジングが撓む可能性がある。ハウジングが撓んだ場合には、ヒートシンクとハウジングとの間に隙間が発生してヒートシンクにおける放熱フィン間の風量が低下し、ヒートシンクの放熱性が低下する可能性がある。さらに、ハウジングが撓んだ場合には、ヒートシンクをハウジングに適切に固定できない可能性もある。ヒートシンクをハウジングに適切に固定できない場合には、製品の十分な耐振動性が得られない。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のパワーモジュールおよびヒートシンクが取り付けられる保持部の撓みを抑制することができる電力半導体装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる電力半導体装置は、パワーモジュールと、複数の放熱フィンがヒートシンクベースに設けられてパワーモジュールで発生した熱を放熱するヒートシンクとが一体とされたヒートシンク一体型パワーモジュールと、風の流入口と、風の流出口とが対向して設けられ、流入口と流出口とを繋ぐ一面に複数の開口部が形成された箱形状を有する保持部と、保持部の内部に設けられ、一面から保持部の内部に向かう方向の荷重を受けて一面を支持する構造支持部と、を備える。複数のヒートシンク一体型パワーモジュールは、複数の放熱フィンが開口部から保持部の内部に挿入され、ヒートシンクベースの面内方向において、ヒートシンクベースの外周縁部が、一面において開口部に隣接する隣接領域上に支持される。構造支持部は、流入口から流出口までの領域において、流入口から流出口に向かう方向と直交する方向である保持部の幅方向において隣り合うヒートシンク一体型パワーモジュールのヒートシンクベース同士の間に対応する位置に、流入口から流出口に向かう方向において延在した状態で配置されている。

本開示にかかる電力半導体装置によれば、複数のパワーモジュールおよびヒートシンクが取り付けられる保持部の撓みを抑制することができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる電力半導体装置の構成を示す平面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の構成を示す第１の断面図であり、図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の構成を示す第２の断面図であり、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図 実施の形態１にかかるヒートシンク一体型パワーモジュールの断面図 実施の形態１にかかる第１の変形例のヒートシンクが取り付けられた第１の変形例のヒートシンク一体型パワーモジュールの断面図 実施の形態１にかかる第２の変形例のヒートシンクが取り付けられた第２の変形例のヒートシンク一体型パワーモジュールの断面図 実施の形態１にかかる第３の変形例のヒートシンク一体型パワーモジュールの断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の外枠を示す上面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の外枠を示す断面図であり、図８におけるＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置のハウジングを示す上面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す第１の上面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す第１の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す第２の上面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す第２の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す第３の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す第３の上面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す第４の上面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す第５の上面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャート 実施の形態１にかかる電力半導体装置におけるハウジングの開口部とヒートシンク一体型パワーモジュールのヒートシンクベースとのサイズの関係の例を説明する第１の模式図 実施の形態１にかかる電力半導体装置におけるハウジングの開口部とヒートシンク一体型パワーモジュールのヒートシンクベースとのサイズの関係の例を説明する第２の模式図 実施の形態１にかかる電力半導体装置におけるハウジングの開口部とヒートシンク一体型パワーモジュールのヒートシンクベースとのサイズの関係の例を説明する第３の模式図 実施の形態１にかかる比較例の電力半導体装置の製造方法を示す第１の断面図 実施の形態１にかかる比較例の電力半導体装置の製造方法を示す第２の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における保持部の内部における風の流れを説明する模式図 実施の形態１にかかる比較例の電力半導体装置における保持部の内部における風の流れを説明する模式図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における外枠への構造支持部の固定方法の例を示す第１の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における外枠への構造支持部の固定方法の例を示す第２の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における外枠への構造支持部の固定方法の例を示す第３の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における外枠への構造支持部の固定方法の例を示す第４の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置におけるハウジングへの構造支持部の固定方法の例を示す第１の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置におけるハウジングへの構造支持部の固定方法の例を示す第２の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置の他の製造方法の手順を示すフローチャート 実施の形態１にかかる電力半導体装置に弾性機能付き構造支持部が適用された場合の電力半導体装置の構造を示す第１の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置に弾性機能付き構造支持部が適用された場合の電力半導体装置の構造を示す第２の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における、構造支持部と、ヒートシンク一体型パワーモジュールのヒートシンクベースと、ハウジングとの位置関係を説明する第１の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における、構造支持部と、ヒートシンク一体型パワーモジュールのヒートシンクベースと、ハウジングとの関係を説明する第２の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における、構造支持部と、ヒートシンク一体型パワーモジュールのヒートシンクベースと、ハウジングとの関係を説明する第３の断面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における構造支持部の形状および配置を説明する第１の上面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における構造支持部の形状および配置を説明する第２の上面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における構造支持部の形状および配置を説明する第３の上面図 実施の形態１にかかる電力半導体装置における構造支持部の形状および配置を説明する第４の上面図 実施の形態２にかかる電力半導体装置の構成を示す断面図 実施の形態２にかかる電力半導体装置の構成を示す断面図 実施の形態３にかかるヒートシンク一体型パワーモジュールの構成を示す断面図 実施の形態３にかかる電力半導体装置の構成を示す断面図

以下に、実施の形態にかかる電力半導体装置および電力半導体装置の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の構成を示す平面図である。図２は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の構成を示す第１の断面図であり、図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の構成を示す第２の断面図であり、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。なお、断面図については、見やすくするために一部のハッチングを省略している。

実施の形態１においては、図１から図３における左右方向を、電力半導体装置１００および電力半導体装置１００の構成部の左右方向とする。左右方向は、図１から図３におけるＸ方向に対応し、電力半導体装置１００および電力半導体装置１００の構成部の幅方向に対応する。また、図２および図３における紙面の奥行方向、および図１における上下方向を、電力半導体装置１００および電力半導体装置１００の構成部の奥行方向とする。奥行方向は、図１から図３におけるＹ方向に対応し、電力半導体装置１００および電力半導体装置１００の構成部の奥行方向に対応する。また、奥行方向は、不図示の送風システムから電力半導体装置１００に送風される空気流２００の進行方向、すなわち送風方向あるいは電力半導体装置１００における風流入方向と換言できる。また、奥行方向は、保持部６０の内部における空気流２００の進行方向と換言できる。また、図２および図３における上下方向および図１における紙面の奥行方向を、電力半導体装置１００および電力半導体装置１００の構成部の上下方向とする。上下方向は、図１から図３におけるＺ方向に対応し、電力半導体装置１００および電力半導体装置１００の構成部の高さ方向に対応する。

また、図２および図３の紙面の奥行方向における手前側、および図１の下側を、電力半導体装置１００およびヒートシンク一体型パワーモジュール２０の正面側とする。図２および図３の紙面の奥行方向における奥側、および図１の上側を、電力半導体装置１００およびヒートシンク一体型パワーモジュール２０の背面側とする。なお、「左右」、「上下」、「正面」および「背面」の表現は、便宜上の記載であり、実際の「左右」、「上下」、「正面」および「背面」を意味するものではなく、これらの方向は逆とされてよい。

電力半導体装置１００は、複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０が保持部６０に搭載されている。電力半導体装置１００は、複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０と、構造支持部５０と、保持部６０と、を備える。図１においては、実施の形態１にかかる複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０が搭載された電力半導体装置の一例として、２列×３行に配列された６個のヒートシンク一体型パワーモジュール２０が搭載された電力半導体装置１００について示している。

保持部６０は、電力半導体装置１００において複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０の一部を収納して保持する。すなわち、複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、一部分が保持部６０に収納された状態で保持部６０に保持されている。保持部６０は、ハウジング４０と外枠３０とにより構成されている。

図１に示す電力半導体装置１００においては、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０である、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０ａ、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０ｂ、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０ｃ、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０ｄ、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０ｅ、およびヒートシンク一体型パワーモジュール２０ｆが保持部６０に取り付けられている。なお、電力半導体装置１００におけるヒートシンク一体型パワーモジュール２０の取付個数は６個に限定されない。例えば、左右方向において２つ以上のヒートシンク一体型パワーモジュール２０が保持部６０に取り付けられてもよい。このような形態においても、後述する電力半導体装置１００の効果が得られる。

保持部６０の内部には、送風システムから送風される空気流２００が、正面側から背面側に向かって流れる。なお、空気流２００が流れる方向は、背面側から正面側に向かう方向であってもよい。

ヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、電力半導体装置１００に搭載される電力半導体モジュールであり、樹脂モールドタイプのパワーモジュールである。図４は、実施の形態１にかかるヒートシンク一体型パワーモジュール２０の断面図である。実施の形態１にかかるヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、ヒートシンク１と、フィンベース２と、絶縁シート３と、配線ワイヤ４と、半導体素子５と、はんだ６と、金属導体７と、制御端子８と、封止樹脂９と、主端子１０と、を備える。

また、ヒートシンク１は、複数の放熱フィン１ａと、ヒートシンクベース１ｂと、を有する。また、絶縁シート３、配線ワイヤ４、半導体素子５、はんだ６、金属導体７、制御端子８、封止樹脂９および主端子１０により、実施の形態１にかかるパワーモジュール１１が構成されている。したがって、実施の形態１にかかるヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、ヒートシンク１と、パワーモジュール１１とがフィンベース２を介して接合されて構成されている。すなわち、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、パワーモジュール１１と、複数の放熱フィン１ａがヒートシンクベース１ｂに設けられてパワーモジュール１１で発生した熱を放熱するヒートシンク１とが一体とされている。

ヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、パワーモジュール１１の下面側に、ヒートシンク１が接続されて、パワーモジュール１１の半導体素子５において発生した熱の放熱の向上が図られている。すなわち、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、パワーモジュール１１の半導体素子５での発熱をヒートシンク１から放熱することにより、パワーモジュール１１において発生した熱の放熱の向上が図られている。そして、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、パワーモジュール１１とヒートシンク１との間に熱伝導性グリスを使用しないグリスレスパワーモジュールである。このため、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、パワーモジュール１１とヒートシンク１との間に熱伝導性グリスを使用する場合と比べて、パワーモジュール１１において発生した熱の放熱特性がより高められており、より高い放熱性能を有する。

ヒートシンク１は、放熱フィン１ａとヒートシンクベース１ｂとが「かしめ加工」により一体化された、かしめ加工ヒートシンクである。

放熱フィン１ａは、矩形形状を有する薄板状の放熱部品である。放熱フィン１ａは、パワーモジュール１１の半導体素子５での発熱を放熱することができるように、熱伝導性が相対的に高い金属材料によって構成されている。一例では、放熱フィン１ａは、アルミニウムおよびアルミニウム合金といった腐食し難い金属材料により構成される。放熱フィン１ａに上述したアルミニウム等の金属材料の圧延材が用いられることにより、放熱フィン１ａの加工性と、半導体素子５での発熱の放熱性と、を両立させることができる。

複数の放熱フィン１ａの各々は、ヒートシンクベース１ｂにおける一面側に形成された不図示のフィン挿入溝に挿入され、かしめられることによって、ヒートシンクベース１ｂに固定されている。放熱フィン１ａは、ヒートシンクベース１ｂをフィンベース２と挟み込むように配置される。

ヒートシンクベース１ｂは、当該ヒートシンクベース１ｂの面内方向において矩形形状を有する平板状の部品であり、複数の放熱フィン１ａが固定されてヒートシンク１のベースとなる部品である。ヒートシンクベース１ｂは、パワーモジュール１１の半導体素子５での発熱を放熱フィン１ａに効率良く伝熱できるように、熱伝導性が相対的に高い金属材料によって構成されている。一例では、ヒートシンクベース１ｂは、アルミニウムおよびアルミニウム合金といった腐食し難い金属材料によって構成される。ヒートシンクベース１ｂは、切削加工、ダイキャスト加工、鍛造加工、押出加工などの加工方法によって作製される。

フィンベース２は、ヒートシンクベース１ｂよりも小さい矩形形状を有する平板状の部品であり、パワーモジュール１１とヒートシンク１とを接続する接続部品である。フィンベース２は、パワーモジュール１１の半導体素子５での発熱をパワーモジュール１１からヒートシンク１に効率良く伝熱できるように、熱伝導性が相対的に高い金属材料によって構成されている。一例では、フィンベース２は、アルミニウムおよびアルミニウム合金といった腐食し難い金属材料によって構成される。フィンベース２は、切削加工、ダイキャスト加工、鍛造加工、押出加工などの加工方法によって作製される。

なお、放熱フィン１ａ、ヒートシンクベース１ｂおよびフィンベース２の各々の材料は、ともに上述したアルミニウム系材料に限定されるものではなく、他の材料であってもよい。すなわち、放熱フィン１ａとヒートシンクベース１ｂとフィンベース２との材料の組み合わせは、上記とは異なる材料の組み合わせであってもよい。例えば、放熱能力の観点では、放熱フィン１ａをアルミニウム系材料よりも熱伝導率が大きい銅系の板部品とすることで、放熱フィン１ａがアルミニウム系材料からなる板部品である場合よりも、さらに放熱フィン１ａの放熱能力が向上する。

放熱フィン１ａとヒートシンクベース１ｂとがかしめ加工により一体化されたかしめ加工ヒートシンクをヒートシンク１に採用する場合には、ダイキャスト加工および押出加工でヒートシンクを作製する場合のアスペクト比の加工制約がないため、放熱フィン１ａを自由に設計することができ、ヒートシンク１の放熱能力を向上させることができる。ただし、ヒートシンク１は、かしめ加工ヒートシンクに限定されず、他の加工方法によって作製されたヒートシンクが用いられてもよい。

図５は、実施の形態１にかかる第１の変形例のヒートシンク１２が取り付けられた第１の変形例のヒートシンク一体型パワーモジュールの断面図である。図５においては、図４と同じ構成については、同じ符号を付している。第１の変形例のヒートシンク１２は、押出加工によって放熱フィン１ａとヒートシンクベース１ｂとが一体に作製されている。

図６は、実施の形態１にかかる第２の変形例のヒートシンク１３が取り付けられた第２の変形例のヒートシンク一体型パワーモジュールの断面図である。図６においては、図４と同じ構成については、同じ符号を付している。第２の変形例のヒートシンク１３は、ダイキャスト加工によって放熱フィン１ａとヒートシンクベース１ｂとが一体に作製されている。

また、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０においては、切削加工あるいは鍛造加工で作製されたヒートシンクが用いられてもよい。

図７は、実施の形態１にかかる第３の変形例のヒートシンク一体型パワーモジュールの断面図である。第３の変形例のヒートシンク一体型パワーモジュールは、パワーモジュール１１とヒートシンク１とが、はんだといった接合材１５あるいは接着剤１６によって接続されている。

図５から図７に示す構造においても、上述したように高い放熱性能を実現できるというグリスレスパワーモジュールの効果が得られる。

絶縁シート３は、封止樹脂９に封止された構成部とヒートシンクベース１ｂとを絶縁すると共に、半導体素子５が発生させた熱をヒートシンクベース１ｂに放熱する。絶縁シート３は、封止樹脂９と同等以上の放熱性を有する。

配線ワイヤ４は、半導体素子５同士を電気的に接続し、また、半導体素子５と主端子１０とを電気的に接続する。

半導体素子５は、電力制御用の半導体素子である。半導体素子５の一例は、整流ダイオード、パワートランジスタ、サイリスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。半導体素子５は、珪素（Ｓｉ）によって形成される素子、または珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成される素子が例示される。ワイドバンドギャップ半導体の一例は、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドである。ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子５は、許容電流密度が高く、電力損失が低いため、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０および電力半導体装置１００を小型化することができる。

はんだ６は、半導体素子５と金属導体７とを接合する接合材である。なお、半導体素子５と金属導体７とを接合する接合材は、はんだ６に限定されない。

金属導体７は、半導体素子５が搭載される基板であり、半導体素子５が発生させた熱を絶縁シート３に放熱する。

制御端子８および主端子１０は、半導体素子５に接続され、半導体素子５に電力を供給し、または半導体素子５と外部の装置との間で信号の伝送を行う。

封止樹脂９は、パワーモジュール１１の筐体を構成する。封止樹脂９は、エポキシなどの熱硬化性樹脂により形成され、内部に配置された部材間の絶縁性を確保する。封止樹脂９は、例えばトランスファー成型によって形成されたトランスファーモールドである。ただし、封止樹脂９の成型方法は、トランスファー成型に限定されない。

つぎに、上記のように構成されたヒートシンク一体型パワーモジュール２０の製造方法について説明する。

まず、半導体素子５が、はんだ６を用いて金属導体７にダイボンドされる。つぎに、半導体素子５と他の半導体素子５とが、配線ワイヤ４によりワイヤボンドされ、電気的に接続される。また、一部の半導体素子５と、制御端子８または主端子１０とが、配線ワイヤ４によりワイヤボンドされ、電気的に接続される。つぎに、絶縁シート３が、フィンベース２の一面上に仮付けされる。

その後、絶縁シート３が一面上に仮付けされたフィンベース２と、上述したように半導体素子５のダイボンドおよび配線ワイヤ４のワイヤボンドが完了した金属導体７と、制御端子８および主端子１０とが封止樹脂９を用いて一体化されることにより、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０とフィンベース２とが組み立てられた組立体が作製される。

さらに、フィンベース２における他面側に設けられたフィンベース凹凸部２ｕと、ヒートシンクベース１ｂの一面に設けられたヒートシンクベース凹凸部１ｂｕとが、プレス加工によって嵌合固定されることにより、組立体とヒートシンクベース１ｂとが一体化される。これにより、図１に示すヒートシンク一体型パワーモジュール２０が形成される。

上述したヒートシンク一体型パワーモジュール２０の製造方法においては、プレス加工によりフィンベース２とヒートシンクベース１ｂとが一体化されるため、プレス加工時の半導体素子５へのダメージ、半導体素子５の割れ、半導体素子５の特性変化、封止樹脂９の割れ、絶縁シート３の耐圧低下、その他、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０の各部材間の剥離などの不具合の発生が懸念される。このため、組立体とヒートシンクベース１ｂとを一体化する際のプレス荷重は、できる限り低荷重であることが好ましい。

図８は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の外枠３０を示す上面図である。図９は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の外枠３０を示す断面図であり、図８におけるＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図である。

外枠３０は、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０が取り付けられたハウジング４０を支持し、また送風システムから送風される空気流２００の風路を形成する。外枠３０は、当該外枠３０の底面部３１における左右方向の両端部から２つの側面部３２が垂直上方に立ち上がり、上側、正面側および背面側が解放された直方体形状の箱形状を有する。すなわち、外枠３０は、図２、図３、図８および図９に示すように、左右方向に沿った断面においてＵ形状の断面形状を有し、ハウジング４０が取り付けられる上面側、正面側および背面側の面以外の面が閉じた構造となっている。なお、外枠３０は、上面側、正面側および背面側の面以外の面も必ずしも閉じた形状である必要はなく、必要に応じて開口部が形成されてもよい。

また、「Ｕ形状」とは、角が無い形状だけでなく、図２、図３、図８および図９に示すように、角がある形状も含むものである。すなわち、「Ｕ形状」は、曲がっている部分が曲線によって連続的に構成されている形状と、曲がっている部分が屈曲部により構成されている形状とを含む。

外枠３０では、底面部３１および２つの側面部３２により囲まれた内部空間が、送風システムから送風される風の風路を構成している。外枠３０は、解放された正面側が、送風システムから送風される風の流入口とされている。また、外枠３０は、解放された背面側が、流入口から外枠３０の内部に流入して外枠３０の内部を流れた風の流出口とされている。外枠３０における風の流入口は、保持部６０における風の流入口と換言できる。外枠３０における風の流出口は、保持部６０における風の流出口と換言できる。

外枠３０は、ハウジング４０、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０、およびヒートシンク一体型パワーモジュール２０に接続される各部品の自重を支えるため、上記の構成部を支持できる剛性を有する材料によって構成される。また、外枠３０は、電力半導体装置１００の製品重量の観点から、上記の構成部を支持できる剛性を有する範囲で、できる限り薄くされて軽量化されることが好ましい。例えば、メッキ鋼板は、上記の構成部を支持できる剛性、薄肉化および軽量化をともに実現可能であり、外枠３０に用いられる材料として好ましい材料である。なお、外枠３０には、メッキ鋼板以外の材料を用いることも可能である。

ハウジング４０は、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０が取り付けられて搭載される、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０の取付板である。ハウジング４０は、図２および図３に示すように、外枠３０の２つの側面部３２上に載置される。ハウジング４０の面内方向と、外枠３０の底面部３１の面内方向と、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂの面内方向とは平行とされている。

図１０は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００のハウジング４０を示す上面図である。図１０に示すように、ハウジング４０は、板形状を有し、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０の一部分が挿入される複数の開口部４１が形成されている。ハウジング４０には、搭載されるヒートシンク一体型パワーモジュール２０の数、放熱フィン１ａのサイズに対応した複数の開口部４１が形成されている。図１０に示すハウジング４０では、６つのヒートシンク一体型パワーモジュール２０を搭載するために、６個の開口部４１が形成されている。

開口部４１は、ハウジング４０の面内方向において、長方形状を有する。なお、開口部４１の形状は長方形状に限定されず、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０の形状に合わせて形成されればよい。開口部４１は、ハウジング４０の面内方向において、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０の放熱フィン１ａの全体が挿入可能な大きさを有し、且つヒートシンクベース１ｂの外周縁部１ｂｐが挿通できない大きさを有する。すなわち、開口部４１は、ハウジング４０の面内方向において、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０の放熱フィン１ａの全体が挿入可能であるが、ヒートシンクベース１ｂが挿通できない寸法および形状を有する。開口部４１、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０、ヒートシンクベース１ｂおよび放熱フィン１ａの大きさの関係については、後述する。

ハウジング４０は、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０およびヒートシンク一体型パワーモジュール２０に接続される各部品の自重を支えるため、上記の構成部を支持できる剛性を有する材料によって構成される。また、ハウジング４０は、電力半導体装置１００の製品重量の観点から、上記の構成部を支持できる剛性を有する範囲で、できる限り薄くされて軽量化されることが好ましい。例えば、メッキ鋼板は、上記の構成部を支持できる剛性、薄肉化および軽量化をともに実現可能であり、ハウジング４０に用いられる材料として好ましい材料である。なお、ハウジング４０には、メッキ鋼板以外の材料を用いることも可能である。

複数の開口部４１には、図２に示すように、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンク１の放熱フィン１ａが保持部６０の外部側から挿入される。ハウジング４０は、放熱フィン１ａが保持部６０の内部に収納された状態で、ヒートシンクベース１ｂの外周縁部１ｂｐが、開口部４１に隣接する隣接領域４１３に載置されている。そして、ハウジング４０は、外枠３０のＵ形状における自由端である２つの側面部３２の端部に支持されて保持部６０の一面を構成する。

これにより、ハウジング４０は、隣接領域４１３においてヒートシンクベース１ｂを保持することにより、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０を保持している。すなわち、複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、複数の放熱フィン１ａが開口部４１から保持部６０の内部に挿入され、ヒートシンクベース１ｂの面内方向において、ヒートシンクベース１ｂの外周縁部１ｂｐが、保持部６０の一面を構成するハウジング４０において開口部４１に隣接する隣接領域４１３上に支持されている。

したがって、上述した構成を有する外枠３０とハウジング４０とにより構成される保持部６０は、風の流入口と、風の流出口とが対向して設けられ、流入口と流出口とを繋ぐ一面を構成するハウジング４０に複数の開口部４１が形成された箱形状を有する。

構造支持部５０は、保持部６０の内部に設けられ、保持部６０の一面を構成するハウジング４０から保持部６０の内部に向かう方向の荷重を受けて、ハウジング４０およびハウジング４０に搭載されたヒートシンク一体型パワーモジュール２０を支持する。構造支持部５０は、保持部６０の幅方向において隣り合うヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂ同士の間に対応する位置に配置されている。保持部６０の幅方向は、保持部６０の流入口から保持部６０の流出口に向かう方向と直交する方向であり、左右方向である。保持部６０の流入口から保持部６０の流出口に向かう方向は、Ｙ方向に対応する。構造支持部５０は、保持部６０の流入口から保持部６０の流出口までの領域において、流入口から流出口に向かう方向において連続して延在している。構造支持部５０は、外枠３０に固定され、上面がハウジング４０と接している。構造支持部５０は、長手方向に垂直な断面が長方形状を有する棒状とされている。なお、構造支持部５０の形状は、構造支持部５０の機能を発揮できれば限定されない。

つぎに、上記のように構成された電力半導体装置１００の製造方法について説明する。図１１から図１８は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である。図１９は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の製造方法の手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１１０において、構造支持部５０が、外枠３０に取り付けられて固定される。図１１は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の製造方法の手順の一例を模式的に示す第１の上面図である。図１２は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の製造方法の手順の一例を模式的に示す第１の断面図である。図１２は、図１１におけるＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿った断面図である。

具体的に、図１１および図１２に示すように、構造支持部５０が、外枠３０における底面部３１の内面３１ａに取り付けられて固定される。構造支持部５０は、長手方向に垂直な断面が外枠３０の底面部３１の内面３１ａと垂直とされ、長手方向が外枠３０の２つの側面部３２に平行とされた状態で、底面部３１の内面３１ａにおける左右方向の中央部に、取り付けられる。外枠３０に対する構造支持部５０の固定方法は、ネジ締めが例示される。なお、外枠３０に対する構造支持部５０の固定方法は、ネジ締めに限定されない。例えば、構造支持部５０は、溶接により外枠３０における底面部３１の内面３１ａに固定されてもよい。

つぎに、ステップＳ１２０において、ハウジング４０が、ハウジング固定用ネジ７１を用いて外枠３０にネジ止めされて固定される。図１３は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の製造方法の手順の一例を模式的に示す第２の上面図である。図１４は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の製造方法の手順の一例を模式的に示す第２の断面図である。図１５は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の製造方法の手順の一例を模式的に示す第３の断面図である。図１６は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の製造方法の手順の一例を模式的に示す第３の上面図である。図１７は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の製造方法の手順の一例を模式的に示す第４の上面図である。図１４は、図１３におけるＸＩＩＩＩ－ＸＩＩＩＩ線に沿った断面図である。図１５は、図１３におけるＸＶ－ＸＶ線に沿った断面図である。

具体的に、図１３から図１５に示すように、ハウジング４０が、外枠３０の上に載置される。このとき、ハウジング４０の左右方向の端部領域４１５が、外枠３０の側面部３２の上に載置される。また、ハウジング４０の左右方向の中央領域４１４が、構造支持部５０の上に載置される。ハウジング４０において、左右方向における、開口部の短辺４１１とハウジングの長辺４１６との間の領域を、端部領域４１５とする。また、ハウジング４０においは、左右方向における、隣接する開口部の短辺４１１間の位置に対応する領域を、中央領域４１４とする。

そして、図１６に示すように、左右方向の両端部においてハウジング４０の端部領域４１５の上方からハウジング固定用ネジ７１がネジ締めされることにより、ハウジング４０が端部領域４１５において外枠３０にネジ止めされて固定される。さらに、図１７に示すように、左右方向の中央部においてハウジング４０の中央領域４１４の上方からハウジング固定用ネジ７１がネジ締めされることにより、ハウジング４０が中央領域４１４において構造支持部５０にネジ止めされて固定されてもよい。

外枠３０には、ハウジング固定用ネジ７１がねじ込まれる箇所に、予め不図示のネジ孔が形成されている。外枠３０においてハウジング固定用ネジ７１がねじ込まれる位置は、外枠３０の２つの側面部３２の上面の位置である。また、ハウジング４０には、ハウジング固定用ネジ７１がねじ込まれる箇所に、予め不図示のネジ孔あるいは不図示の貫通孔が形成されている。ハウジング４０においてハウジング固定用ネジ７１がねじ込まれる位置は、端部領域４１５における外枠３０のネジ孔に対応する位置である。また、構造支持部５０には、ハウジング固定用ネジ７１がねじ込まれる箇所に、予め不図示のネジ孔が形成されている。構造支持部５０においてハウジング固定用ネジ７１がねじ込まれる位置は、外枠３０に固定された構造支持部５０の上面における、ハウジング４０の中央領域４１４のネジ孔あるいは貫通孔に対応する位置である。

ハウジング４０が端部領域４１５において外枠３０にネジ止めされて固定され、且つハウジング４０が中央領域４１４において構造支持部５０にネジ止めされて固定されることにより、ハウジング４０が保持部６０における他の構成部に対してより強固に固定され、保持部６０および電力半導体装置１００の耐振動性がより良好となる。

つぎに、ステップＳ１３０において、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０が、ハウジング４０に搭載される。具体的に、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０の放熱フィン１ａがハウジング４０の開口部４１の上方から挿入され、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０がハウジング４０に搭載される。

ここで、図２に示すように、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、放熱フィン１ａが保持部６０の内部に収納された状態で、ヒートシンクベース１ｂの外周縁部１ｂｐが開口部４１に隣接する隣接領域４１３に載置される。これにより、ハウジング４０の隣接領域４１３においてヒートシンクベース１ｂが支持されることにより、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０がハウジング４０に保持される。また、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、ハウジング４０の面内方向において、ハウジング４０の開口部４１の中心の位置と、ヒートシンクベース１ｂの中心の位置とが同じ位置とされて、ハウジング４０に搭載される。また、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０は、ヒートシンク１における複数の放熱フィン１ａの奥行方向が開口部の短辺４１１と平行とされ、ヒートシンク１において複数の放熱フィン１ａが配列されている方向である放熱フィン１ａの配列方向が開口部の長辺４１２と平行とされて、ハウジング４０に搭載される。

つぎに、ステップＳ１４０において、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０が、ハウジング４０にネジ止めされて固定される。図１８は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の製造方法の手順の一例を模式的に示す第５の上面図である。

具体的に、図１８に示すように、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂの面内方向における、ヒートシンクベース１ｂの４つの角部の周辺領域において、当該ヒートシンクベース１ｂの上方からパワーモジュール固定用ネジ７２がネジ締めされることにより、ヒートシンクベース１ｂが角部の周辺領域においてハウジング４０にネジ止めされて固定される。これにより、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０が、ヒートシンクベース１ｂの角部の周辺領域においてハウジング４０にネジ止めされて固定される。

ハウジング４０には、パワーモジュール固定用ネジ７２がねじ込まれる箇所に、予め不図示のネジ孔が形成されている。ハウジング４０においてパワーモジュール固定用ネジ７２がねじ込まれる位置は、端部領域４１５における開口部４１側の位置および中央領域４１４における開口部４１側の位置である。ヒートシンクベース１ｂには、パワーモジュール固定用ネジ７２がねじ込まれる箇所に、予め不図示のネジ孔あるいは不図示の貫通孔が形成されている。ヒートシンクベース１ｂにおいてパワーモジュール固定用ネジ７２がねじ込まれる位置は、ハウジング４０の端部領域４１５のネジ孔に対応する位置である。これにより、図１８に示すように、実施の形態１にかかるヒートシンク一体型パワーモジュール２０が作製される。

つぎに、ハウジング４０に形成された開口部４１と、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂとのサイズの関係について説明する。図２０は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００におけるハウジング４０の開口部４１とヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂとのサイズの関係の例を説明する第１の模式図である。図２０においては、ハウジング４０の上面図において、ハウジング４０に搭載されるヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂの位置を破線で示している。

電力半導体装置１００においては、ヒートシンクベース１ｂとハウジング４０とをネジ止めすることによりヒートシンク一体型パワーモジュール２０とハウジング４０とを固定可能とするために、図２０に示すように、ハウジング４０の面内方向において、以下の式（１）から式（４）に示される条件が満たされている。以下の式（１）から式（４）における開口部４１は、ハウジング４０の開口部４１である。

開口部の第１短辺４１１ａの長さ＜ヒートシンクベースの第１短辺１ｂｓ１の長さ
・・・（１）
開口部の第２短辺４１１ｂの長さ＜ヒートシンクベースの第２短辺１ｂｓ２の長さ
・・・（２）
開口部の第１長辺４１２ａの長さ＜ヒートシンクベースの第１長辺１ｂｌ１の長さ
・・・（３）
開口部の第２長辺４１２ｂの長さ＜ヒートシンクベースの第２長辺１ｂｌ２の長さ
・・・（４）

上述した式（１）から式（４）に示される条件が満たされることにより、図２０に示すように、ヒートシンクベース１ｂの面内方向における、ヒートシンクベース１ｂの角部と開口部４１の角部との間の４か所の領域において、パワーモジュール固定用ネジ７２によってヒートシンクベース１ｂをハウジング４０にネジ止めすることが可能となる。

図２１は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００におけるハウジング４０の開口部４１とヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂとのサイズの関係の例を説明する第２の模式図である。図２１においては、ハウジング４０の上面図において、ハウジング４０に搭載されるヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂの位置を破線で示している。電力半導体装置１００においては、ハウジング４０の面内方向において、以下の式（５）および式（６）に示される条件が満たされる場合も、ヒートシンクベース１ｂとハウジング４０とをネジ止めすることによりヒートシンク一体型パワーモジュール２０とハウジング４０とが固定可能である。

開口部の第１長辺４１２ａの長さ＜ヒートシンクベースの第１長辺１ｂｌ１の長さ・・・（５）
開口部の第２長辺４１２ｂの長さ＜ヒートシンクベースの第２長辺１ｂｌ２の長さ・・・（６）

上述した式（５）および式（６）に示される条件が満たされることにより、ヒートシンクベース１ｂの面内方向における、ヒートシンクベース１ｂの４つの角部の周辺領域において、パワーモジュール固定用ネジ７２によってヒートシンクベース１ｂをハウジング４０にネジ止めすることが可能となる。この場合は、図２１に示すように、ヒートシンクベース１ｂの４つの角部の周辺領域における、開口部の第１短辺４１１ａとヒートシンクベースの第１短辺１ｂｓ１との間の２か所の領域と、開口部の第２短辺４１１ｂとヒートシンクベースの第２短辺１ｂｓ２との間の２か所の領域とにおいて、パワーモジュール固定用ネジ７２をネジ止めすることができる。

図２２は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００におけるハウジング４０の開口部４１とヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂとのサイズの関係の例を説明する第３の模式図である。図２２においては、ハウジング４０の上面図において、ハウジング４０に搭載されるヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂの位置を破線で示している。電力半導体装置１００においては、ハウジング４０の面内方向において、以下の式（７）および式（８）に示される条件が満たされる場合も、ヒートシンクベース１ｂとハウジング４０とをネジ止めすることによりヒートシンク一体型パワーモジュール２０とハウジング４０とが固定可能である。

開口部の第１短辺４１１ａの長さ＜ヒートシンクベースの第１短辺１ｂｓ１の長さ・・・（７）
開口部の第１長辺４１２ａの長さ＜ヒートシンクベースの第１長辺１ｂｌ１の長さ・・・（８）

上述した式（７）および式（８）に示される条件が満たされることにより、ヒートシンクベース１ｂの面内方向における、ヒートシンクベース１ｂの４つの角部の周辺領域において、パワーモジュール固定用ネジ７２によってヒートシンクベース１ｂをハウジング４０にネジ止めすることが可能となる。この場合は、図２２に示すように、ヒートシンクベース１ｂの３つの角部の周辺領域における、ヒートシンクベース１ｂの角部と開口部４１の角部との間の２か所の領域と、開口部の第２短辺４１１ｂとヒートシンクベースの第２短辺１ｂｓ２との間の１か所の領域とにおいて、パワーモジュール固定用ネジ７２をネジ止めすることができる。

電力半導体装置１００においては、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂおよびハウジング４０に製造上の反りが発生する可能性があること、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０において接続されている複数の部品の荷重をハウジング４０で受けることを考慮すると、複数の部品が組付けられた後の電力半導体装置１００の耐振動性という観点では、電力半導体装置１００の耐振動性は、図２２に示すネジ止め構造例＜図２１に示すネジ止め構造例＜図２０に示すネジ止め構造例、の順で良好となる。

ヒートシンク一体型パワーモジュール２０の放熱フィン１ａは、ハウジング４０の内部に挿入されるため、奥行方向、すなわち風流入方向においては、以下の式（９）に示される条件が満たされている。

放熱フィン１ａの奥行方向の長さ＜開口部の短辺４１１の長さ・・・（９）

また、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０の放熱フィン１ａは、ハウジング４０の内部に挿入されるため、左右方向、すなわち電力半導体装置１００の幅方向においては、以下の式（１０）に示される条件が満たされている。

左端部の放熱フィン１ａから右端部の放熱フィン１ａまでの距離＜開口部の長辺４１２の長さ・・・（１０）

つぎに、上述した電力半導体装置１００の構造面での効果について説明する。図２３は、実施の形態１にかかる比較例の電力半導体装置の製造方法を示す第１の断面図である。図２４は、実施の形態１にかかる比較例の電力半導体装置の製造方法を示す第２の断面図である。図２３および図２４では、パワーモジュール固定用ネジ７２がネジ締めされる箇所における断面を示している。比較例の電力半導体装置は、保持部６０に構造支持部５０を備えないこと以外は、電力半導体装置１００と同じ構造を有する。図２３および図２４では、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００と同じ構成については、電力半導体装置１００と同じ符号を付している。

比較例の電力半導体装置においても、図２３に矢印に示す方向にパワーモジュール固定用ネジ７２のネジ締めを行って、ヒートシンクベース１ｂとハウジング４０とがパワーモジュール固定用ネジ７２を用いて固定される。この場合、ハウジング４０の中央領域４１４においてパワーモジュール固定用ネジ７２のネジ締めを行うと、パワーモジュール固定用ネジ７２のネジ締結の荷重がヒートシンクベース１ｂを介してハウジング４０に加わる。このため、保持部６０に構造支持部５０が設けられていない場合には、パワーモジュール固定用ネジ７２のネジ締めにより加わる荷重によって、図２４に示すようにハウジング４０が撓んでしまう場合がある。ハウジング４０が撓んだ場合、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０をハウジング４０に固定できない可能性がある。

また、ハウジング４０が撓んだ状態でヒートシンク一体型パワーモジュール２０をハウジング４０に固定できた場合でも、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０に他の部品が取り付けられて完成された製品においては耐振動性が悪化し、比較例の電力半導体装置に加わる振動に起因した繰り返し疲労によって、ハウジング固定用ネジ７１およびパワーモジュール固定用ネジ７２といったネジの締結部が破損し、ネジの締結部およびネジの締結部の周辺の構成部が破損する可能性がある。

上記の問題点を解決するためには、ハウジング４０の剛性を上げる必要、具体的にはハウジング４０の厚みを厚くする必要がある。ハウジング４０の厚みを厚くした場合には、電力半導体装置の重量が増加し、電力半導体装置の軽量化の妨げとなる。

一方、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００では、保持部６０においてハウジング４０の中央領域４１４に対応する領域に構造支持部５０が設けられている。すなわち、電力半導体装置１００では、外枠３０における底面部３１の内面３１ａに構造支持部５０が取り付けられて固定されている。これにより、電力半導体装置１００では、ハウジング４０の中央領域４１４におけるパワーモジュール固定用ネジ７２のネジ締めによりヒートシンク一体型パワーモジュール２０をハウジング４０に固定する際の荷重を、構造支持部５０が受けることができる。そして、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０に他の部品が取り付けられて完成された製品においては、電力半導体装置１００に振動が加わる際の荷重も構造支持部５０が受けることが可能である。したがって、電力半導体装置１００は、生産性が高く、高い耐振動性を有する電力半導体装置を実現することが可能である。

つぎに、上述した電力半導体装置１００の放熱性能面での効果について説明する。図２５は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における保持部６０の内部における風の流れを説明する模式図である。図２６は、実施の形態１にかかる比較例の電力半導体装置における保持部６０の内部における風の流れを説明する模式図である。図２５および図２６においては、電力半導体装置の一部を透過して見た状態を示している。比較例の電力半導体装置では、電力半導体装置１００と同様に、送風システムから電力半導体装置１００に送風される空気流２００が保持部６０の内部においてヒートシンク１の放熱フィン１ａの周囲を流れることにより、パワーモジュール１１の半導体素子５において発生した熱の放熱フィン１ａにおける放熱が促進される。

しかしながら、比較例の電力半導体装置では、ハウジング４０の中央領域４１４に対応する領域に構造支持部５０が設けられていないため、図２６に示すように、放熱フィン１ａにおける放熱に寄与しない相対的に風量が多い第１気流ベクトル２１１が、ハウジング４０の中央領域４１４に対応する領域に発生する。そして、第１気流ベクトル２１１が発生することにより、保持部６０の内部の気流が乱れ、放熱フィン１ａにおける放熱に寄与しない第２気流ベクトル２１２が、保持部６０の内部におけるハウジング４０の中央領域４１４に対応する領域および保持部６０の内部におけるハウジング４０の端部領域４１５に対応する領域に発生する。この場合、隣り合う放熱フィン１ａ間を流れる空気流の流速が低下し、放熱フィン１ａ間における放熱フィン１ａ間から放熱フィン１ａの周囲の空気への熱伝達率が低下し、ヒートシンク１の放熱性能が低下してしまう。

一方、ハウジング４０の中央領域４１４に対応する領域に構造支持部５０が設けられている電力半導体装置１００では、図２５に示すように、上記のような放熱フィン１ａにおける放熱に寄与しない第１気流ベクトル２１１および第２気流ベクトル２１２が発生しない。このため、電力半導体装置１００では、整流された空気流２００が隣り合う放熱フィン１ａ間に流入するため、設計通りの放熱フィン１ａの放熱性能を得ることができる。

上述した電力半導体装置１００では、高い放熱性を有する複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０を使用することで、複数のパワーモジュールが熱伝導グリスを用いて１つのヒートシンクに固定された構造を有する電力半導体装置、および個片化されたヒートシンクと１つのパワーモジュールとが熱伝導グリスを用いて固定された構造を有する電力半導体装置と比較して、電力容量が大きい電力半導体装置を、生産性良く実現できる。また、電力半導体装置１００では、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０を交換する場合、熱伝導グリスが使用されていないため、熱伝導グリスの除去及び再配置といった処理が不要となり、ネジを着脱するだけでヒートシンク一体型パワーモジュール２０を交換することでき、生産性およびメンテナンス性が良い。

つぎに、外枠３０に対する構造支持部５０の固定方法について説明する。図２７は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における外枠３０への構造支持部５０の固定方法の例を示す第１の断面図である。図２８は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における外枠３０への構造支持部５０の固定方法の例を示す第２の断面図である。

図２７に示す例では、構造支持部５０は、溶接部７３により外枠３０における底面部３１の内面３１ａに固定されている。図２８に示す例では、構造支持部５０は、構造支持部固定用ネジ７４により外枠３０における底面部３１の内面３１ａに固定されている。なお、外枠３０への構造支持部５０の固定方法は上記の例に限定されず、接着剤による外枠３０への構造支持部５０の固定といった、構造支持部５０を外枠３０に固定できる方法であれば任意の方法を適用可能である。

図２８に示す例では、構造支持部固定用ネジ７４がネジ締めされる箇所における断面を示している。図２８に示す例では、構造支持部５０には、ネジ固定領域５０ａが、当該構造支持部５０の長手方向における一部の領域に設けられている。ネジ固定領域５０ａは、構造支持部５０を構造支持部固定用ネジ７４により外枠３０における底面部３１の内面３１ａに固定するための領域である。

ネジ固定領域５０ａは、構造支持部固定用ネジ７４により構造支持部５０を外枠３０に固定できる位置であれば、構造支持部５０の長手方向における任意の位置に設けることができる。また、ネジ固定領域５０ａは、構造支持部固定用ネジ７４により構造支持部５０を外枠３０に固定できれば、任意の数量で設けることができる。ネジ固定領域５０ａは、例えば構造支持部５０の長手方向における中央部の１か所に設けられてもよく、また例えば構造支持部５０の長手方向における両端側の２か所に設けられてもよい。

ネジ固定領域５０ａの高さは、構造支持部固定用ネジ７４により構造支持部５０を外枠３０に固定できれば、任意の高さとすることができる。図２８に示す例では、ネジ固定領域５０ａの高さは、構造支持部５０におけるネジ固定領域５０ａ以外の領域の高さの１／２の高さとされている。また、ネジ固定領域５０ａの高さは、構造支持部５０におけるネジ固定領域５０ａ以外の領域の高さと同じ高さとされてもよい。この場合、ネジ固定領域５０ａの上部に対応する領域には、ハウジング４０の中央領域４１４が設けられない。

図２９は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における外枠３０への構造支持部５０の固定方法の例を示す第３の断面図である。図３０は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における外枠３０への構造支持部５０の固定方法の例を示す第４の断面図である。図２９は、図２７に対応する図であり、構造支持部５０は、溶接部７３により外枠３０における底面部３１の内面３１ａに固定されている。図３０は、図２８に対応する図であり、構造支持部５０は、構造支持部固定用ネジ７４により外枠３０における底面部３１の内面３１ａに固定されている。

保持部６０を構成する各部品の製造における寸法のバラつきおよび組立公差を考慮すると、図２９および図３０に示すように、ハウジング４０の中央領域４１４と構造支持部５０の上面とが接触せずに、ハウジング４０の中央領域４１４と構造支持部５０の上面との間に隙間８０が発生する可能性がある。この場合、パワーモジュール固定用ネジ７２を用いてヒートシンク一体型パワーモジュール２０とハウジング４０とを固定する際に、パワーモジュール固定用ネジ７２のネジ締めによりハウジング４０が変形することで、ハウジング４０の中央領域４１４と構造支持部５０の上面とが接触する。そして、ハウジング４０の中央領域４１４と構造支持部５０の上面とが接触することにより、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０をハウジング４０に固定する際の荷重を、構造支持部５０が受けることができる。

このため、図２９に示すように、ハウジング４０の中央領域４１４と構造支持部５０の上面との間に隙間８０が発生する場合であっても、保持部６０に構造支持部５０を設けることで、パワーモジュール固定用ネジ７２のネジ締め時のハウジング４０の変形を小さくできる。これにより、電力半導体装置１００は、パワーモジュール固定用ネジ７２のネジ締め時のハウジング４０の撓みを抑制することができ、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０をハウジング４０に固定する際の不良の発生率を低減でき、生産性が向上する。さらに、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０に他の部品が取り付けられて完成された製品における耐振動性についても、電力半導体装置１００に振動が加わる際のハウジング４０の変形を抑制し、またはハウジング４０の変形を制御できる。したがって、製品の耐振動性が向上する。

上記のように、電力半導体装置１００は、ハウジング４０と構造支持部５０とが接触しない状態、すなわちハウジング４０の中央領域４１４と構造支持部５０の上面との間に隙間８０がある場合でも、ハウジング４０の中央領域４１４と構造支持部５０の上面との間に隙間８０が無い場合と同様の効果を得ることができる。

上記においては、構造支持部５０が外枠３０に固定され、外枠３０にハウジング４０が固定された電力半導体装置１００の構造について説明したが、構造支持部５０がハウジング４０に固定される場合においても、上記と同様の効果を得ることができる。図３１は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００におけるハウジング４０への構造支持部５０の固定方法の例を示す第１の断面図である。図３２は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００におけるハウジング４０への構造支持部５０の固定方法の例を示す第２の断面図である。

図３１に示す例では、構造支持部５０は、上面が溶接部７５によりハウジング４０の中央領域４１４に固定され、下面が外枠３０の底面部３１の内面３１ａと接している。図３２に示す例では、構造支持部５０は、構造支持部固定用ネジ７６によりハウジング４０の中央領域４１４に固定され、下面が外枠３０の底面部３１の内面３１ａと接している。なお、ハウジング４０への構造支持部５０の固定方法は、上記の例に限定されず、接着剤によるハウジング４０への構造支持部５０の固定といった、構造支持部５０をハウジング４０に固定できる方法であれば任意の方法を適用可能である。

図３３は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００の他の製造方法の手順を示すフローチャートである。ここでは、構造支持部５０がハウジング４０に固定される場合における電力半導体装置１００の製造方法について説明する。

まず、ステップＳ２１０において、構造支持部５０が、ハウジング４０に取り付けられて固定される。構造支持部５０は、上述したように溶接部７５あるいは構造支持部固定用ネジ７６によりハウジング４０に固定される。

つぎに、ステップＳ２２０において、ステップＳ１２０の場合と同様にして、ハウジング４０が、ハウジング固定用ネジ７１を用いて外枠３０にネジ止めされて固定される。

つぎに、ステップＳ２３０において、ステップＳ１３０の場合と同様にして、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０が、ハウジング４０に搭載される。

つぎに、ステップＳ２４０において、ステップＳ１４０の場合と同様にして、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０が、ハウジング４０にネジ止めされて固定される。

図３４は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００に弾性機能付き構造支持部７７が適用された場合の電力半導体装置１００の構造を示す第１の断面図である。図３５は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００に弾性機能付き構造支持部７７が適用された場合の電力半導体装置１００の構造を示す第２の断面図である。ハウジング４０と構造支持部５０とが確実に接した状態でハウジング４０と構造支持部５０とを固定するために、図３４および図３５に示すように、弾性機能付き構造支持部７７を使用することも可能である。

弾性機能付き構造支持部７７は、弾性を有する構造支持部である。このため、ハウジング４０と構造支持部５０とを固定するために弾性機能付き構造支持部７７を使用することで、保持部６０を構成する各部品の製造における寸法のバラつきまたは組立公差が生じている場合であっても、弾性機能付き構造支持部７７の弾性によって、各部品の製造における寸法のバラつきおよび組立公差が吸収される。これにより、電力半導体装置１００は、ハウジング４０と構造支持部５０とが確実に接した状態でハウジング４０と構造支持部５０とを固定することが可能となる。電力半導体装置１００は、弾性機能付き構造支持部７７が使用されることで、耐振動性をさらに安定して向上させることが可能である。

図３４および図３５に示す例では、弾性機能付き構造支持部７７は、構造支持部が２つの分割部である第１分割構造支持部７７ａ１と第２分割構造支持部７７ａ２とに分割され、第１分割構造支持部７７ａ１と第２分割構造支持部７７ａ２との間にコイルスプリング７７ｂが挿入された構造を有する。第１分割構造支持部７７ａ１は、高さ方向においてハウジング４０の中央領域４１４側に配置されている。第２分割構造支持部７７ａ２は、高さ方向において外枠３０の底面部３１側に配置されている。

また、図３４に示す例では、弾性機能付き構造支持部７７は、高さ方向において外枠３０の底面部３１側に配置された第２分割構造支持部７７ａ２が、溶接部７３により外枠３０における底面部３１の内面３１ａに固定されている。一方、図３５に示す例では、弾性機能付き構造支持部７７は、高さ方向において外枠３０の底面部３１側に配置された第２分割構造支持部７７ａ２が、構造支持部固定用ネジ７４により外枠３０における底面部３１の内面３１ａに固定されている。

図３５に示す例では、構造支持部固定用ネジ７４がネジ締めされる箇所における断面を示している。図３５に示す例では、第２分割構造支持部７７ａ２には、ネジ固定領域７７ｃが、第２分割構造支持部７７ａ２の長手方向における一部の領域に設けられている。第２分割構造支持部７７ａ２の長手方向は、弾性機能付き構造支持部７７の長手方向と換言できる。ネジ固定領域７７ｃは、第２分割構造支持部７７ａ２を構造支持部固定用ネジ７４により外枠３０における底面部３１の内面３１ａに固定するための領域である。高さ方向において、ネジ固定領域７７ｃの上方には、コイルスプリング７７ｂおよび第１分割構造支持部７７ａ１は配置されない。

ネジ固定領域７７ｃは、構造支持部固定用ネジ７４により第２分割構造支持部７７ａ２を外枠３０に固定できる位置であれば、第２分割構造支持部７７ａ２の長手方向における任意の位置に設けることができる。また、ネジ固定領域７７ｃは、構造支持部固定用ネジ７４により第２分割構造支持部７７ａ２を外枠３０に固定できれば、任意の数量で設けることができる。ネジ固定領域７７ｃは、例えば第２分割構造支持部７７ａ２の長手方向における中央部の１か所に設けられてもよく、また例えば第２分割構造支持部７７ａ２の長手方向における両端側の２か所に設けられてもよい。

ネジ固定領域７７ｃの高さは、構造支持部固定用ネジ７４により第２分割構造支持部７７ａ２を外枠３０に固定できれば、任意の高さとすることができる。図３５に示す例では、ネジ固定領域７７ｃの高さは、第２分割構造支持部７７ａ２におけるネジ固定領域７７ｃ以外の領域の高さの１／３の高さとされている。また、ネジ固定領域７７ｃの高さは、第２分割構造支持部７７ａ２におけるネジ固定領域７７ｃ以外の領域の高さと同じ高さとされてもよい。

なお、弾性機能付き構造支持部７７の構造は、上記の例に限定されない。例えば、電力半導体装置１００は、外枠３０の底面部３１の内面３１ａと構造支持部５０との間、およびハウジング４０の中央領域４１４と構造支持部５０との間の少なくとも一方に、弾性機能を有するスポンジが挟み込まれた構成を備える場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。

つぎに、構造支持部５０と、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂと、ハウジング４０との位置関係について説明する。図３６は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における、構造支持部５０と、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂと、ハウジング４０との位置関係を説明する第１の断面図である。

電力半導体装置１００におけるネジ締め部に着目すると、図３６に示すように、構造支持部５０の幅の寸法である構造支持部幅寸法５０Ｌが、左右方向において隣接するヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂ間の隙間８１の寸法よりも大きくされることが好ましい。構造支持部幅寸法５０Ｌは、ハウジング４０の中央領域４１４においてパワーモジュール固定用ネジ７２のネジ締めが可能な寸法とされる。

そして、左右方向において隣接するヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂが、ハウジング４０に搭載される。この状態で、ヒートシンクベース１ｂとハウジング４０とが、ハウジング４０の端部領域４１５においてパワーモジュール固定用ネジ７２により固定される。また、ハウジング４０の中央領域４１４の上方からパワーモジュール固定用ネジ７２がネジ締めされることにより、ヒートシンクベース１ｂとハウジング４０と構造支持部５０とが、パワーモジュール固定用ネジ７２により固定される。

これにより、ヒートシンク一体型パワーモジュール２９が、保持部６０に強固に固定され、耐振動性がより高い電力半導体装置１００の構造が得られる。すなわち、上記の構造とされることにより、保持部６０の内部におけるＸＺ平面に沿った風路断面積が小さくなり、隣り合う放熱フィン１ａ間を流れる空気流の流速が大きくなり、放熱フィン１ａ間から放熱フィン１ａの周囲の空気への熱伝達率が大きくなり、ヒートシンク１の放熱性能が最も良好となる。

図３７は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における、構造支持部５０と、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂと、ハウジング４０との関係を説明する第２の断面図である。図３８は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における、構造支持部５０と、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂと、ハウジング４０との関係を説明する第３の断面図である。

図３７に示す構造では、構造支持部幅寸法５０Ｌが、左右方向において隣接するヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂ間の隙間８１の寸法よりも大きくされている。図３８に示す構造では、構造支持部幅寸法５０Ｌが、左右方向において隣接するヒートシンク一体型パワーモジュール２０のヒートシンクベース１ｂ間の隙間８１の寸法よりも小さくされている。隙間８１の寸法は、ハウジング４０の中央領域４１４においてハウジング固定用ネジ７１のネジ締めが可能な寸法とされる。

図３７に示す構造および図３８に示す構造では、ともにハウジング４０の中央領域４１４の上方からハウジング固定用ネジ７１がネジ締めされることにより、ハウジング４０と構造支持部５０とが、ハウジング固定用ネジ７１により固定されている。図３７に示す構造および図３８に示す構造では、保持部６０の固定強度を確保しつつ、耐振動性が高い電力半導体装置１００の構造が得られる。なお、電力半導体装置１００の耐振動性は、図３６に示す構造＞図３７に示す構造＞図３８に示す構造の順に良好となる。

また、図３６に示す構造では、図３７に示す構造および図３８に示す構造と比べて、使用するネジの本数の削減が可能であり、電力半導体装置１００の生産性が向上し、また電力半導体装置１００の製造工ストを低減できる。

つぎに、構造支持部５０の形状および配置について説明する。図３９は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における構造支持部５０の形状および配置を説明する第１の上面図である。図３９においては、電力半導体装置１００の一部の構成を省略している。図３９に示す構造では、構造支持部５０は、外枠３０の底面部３１の面内方向およびハウジング４０の面内方向において、当該構造支持部５０の長手方向が、電力半導体装置１００の奥行方向、すなわち、保持部６０の内部における空気流２００の進行方向と平行とされている。また、構造支持部５０は、外枠３０の正面側の端部３３から外枠３０の背面側の端部３４まで、連続して延在している。すなわち、構造支持部５０は、保持部６０における風の流入口から風の流出口までの領域において、流入口から流出口に向かう方向において連続して延在している。なお、構造支持部５０の形状および配置は、図３９に示す構造に限定されない。

図４０は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における構造支持部５０の形状および配置を説明する第２の上面図である。図４０においては、電力半導体装置１００の一部の構成を省略している。図４０に示す構造では、構造支持部５０は、外枠３０の底面部３１の面内方向およびハウジング４０の面内方向において、左右方向において隣接する２つのヒートシンク一体型パワーモジュール２０の各ヒートシンクベース１ｂの隣接する角部を含む、保持部６０の内部を流れる空気流２００の進行方向の風上側の一部の領域に部分的に配置されている。また、構造支持部５０は、外枠３０の底面部３１の面内方向およびハウジング４０の面内方向において、左右方向において隣接する２つのヒートシンク一体型パワーモジュール２０の各ヒートシンクベース１ｂの隣接する角部を含む、保持部６０の内部を流れる空気流２００の進行方向の風下側の一部の領域に部分的に配置されている。すなわち、構造支持部５０は、保持部６０における風の流入口から風の流出口までの領域において、流入口から流出口に向かう方向において不連続に配置されている。

図４１は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における構造支持部５０の形状および配置を説明する第３の上面図である。図４１においては、電力半導体装置１００の一部の構成を省略している。図４１に示す構造では、構造支持部５０は、外枠３０の底面部３１の面内方向およびハウジング４０の面内方向において、左右方向において隣接する風上側の２つのヒートシンク一体型パワーモジュール２０の各ヒートシンクベース１ｂの隣接する角部を含む、保持部６０の内部を流れる空気流２００の進行方向の風上側の一部の領域に部分的に配置されている。また、構造支持部５０は、外枠３０の底面部３１の面内方向およびハウジング４０の面内方向において、左右方向において隣接する風下側の２つのヒートシンク一体型パワーモジュール２０の各ヒートシンクベース１ｂの隣接する角部を含む、保持部６０の内部を流れる空気流２００の進行方向の風下側の一部の領域に部分的に配置されている。また、構造支持部５０は、外枠３０の底面部３１の面内方向およびハウジング４０の面内方向において、隣接する４つのヒートシンク一体型パワーモジュール２０の各ヒートシンクベース１ｂの隣接する角部を含む一部の領域に部分的に配置されている。すなわち、構造支持部５０は、保持部６０における風の流入口から風の流出口までの領域において、流入口から流出口に向かう方向において不連続に配置されている。

図４２は、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００における構造支持部５０の形状および配置を説明する第４の上面図である。図４２においては、電力半導体装置１００の一部の構成を省略している。図４２に示す構造では、構造支持部５０は、外枠３０の底面部３１の面内方向およびハウジング４０の面内方向において、左右方向において隣接する２つのヒートシンク一体型パワーモジュール２０の各ヒートシンクベース１ｂにおける奥行方向の中央領域を含む一部の領域に部分的に配置されている。

図３９から図４２に示す構造により、上述したように耐振動性が高い電力半導体装置１００が得られる。また、電力半導体装置１００において、保持部６０における空気流２００の風上側に構造支持部５０を配置することで、送風システムから送風される空気流２００を整流した状態で、隣接する放熱フィン１ａ間に流入させることができる。これにより、電力半導体装置１００は、設計通りの放熱性能を得ることができる。なお、上記の構造による電力半導体装置１００の耐振動性の効果は、図３９に示す構造＞図４０に示す構造＞図４１に示す構造＞図４２に示す構造の順に良好となる。

上述したように、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００では、構造支持部５０が、複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０と、複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０が搭載されるハウジング４０との荷重を受けるように、保持部６０の外枠３０の底面部３１に配置されている。このため、電力半導体装置１００では、複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０をハウジング４０に固定する際に発生するハウジング４０の撓みを抑制することができる。これにより、電力半導体装置１００では、ハウジング４０が撓んだ場合にヒートシンク１とハウジング４９との間に発生する隙間に起因したヒートシンク１の放熱性の低下を抑制または防止することができ、パワーモジュール１１において発生した熱の放熱性および耐振動性が向上する。

また、構造支持部５０は、外枠３０の底面部３１において、ハウジング４０の中央領域４１４に対応する領域に配置されている。これにより、構造支持部５０は、左右方向において隣り合う２つのヒートシンク一体型パワーモジュール２０の荷重を均等に受けることができ、複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０をハウジング４０に固定する際に発生するハウジング４０の撓みを、より抑制することができる。

また、電力半導体装置１００では、構造支持部５０が保持部６０の内部における風上側に配置されることで、保持部６０内部に流入する空気流２００を整流するように構造支持部５０が風路を形成し、整流された風をヒートシンク１に流入させることができるため、パワーモジュール１１において発生した熱の放熱性が向上する。

そして、電力半導体装置１００の構成によれば、高い放熱性能を有する複数のヒートシンク一体型パワーモジュール２０を、高い放熱性および高い耐振動性を有した状態で、複数のパワーモジュールが使用される高容量帯の電力システムに適用可能となる。

したがって、実施の形態１にかかる電力半導体装置１００によれば、複数のパワーモジュールおよびヒートシンクが取り付けられるハウジングの撓みを抑制することができる、という効果を奏する。

実施の形態２．
図４３は、実施の形態２にかかる電力半導体装置１０１の構成を示す断面図である。実施の形態２にかかる電力半導体装置１０１は、構造支持部５０の代わりに構造支持部５１を備える点が実施の形態１にかかる電力半導体装置１００と異なる。構造支持部５１は、当該構造支持部５１を奥行方向に貫通する貫通孔５１ａを有する。すなわち、構造支持部５１は、保持部６０の流入口から流出口に向かう方向において構造支持部５１を貫通する貫通孔５１ａを有する。電力半導体装置１０１では、構造支持部５１が貫通孔５１ａを有することで当該構造支持部５１の表面積が広くなるため、パワーモジュール１１の半導体素子５での発熱の当該構造支持部５１での放熱性能が向上する。

図４４は、実施の形態２にかかる電力半導体装置１０２の構成を示す断面図である。実施の形態２にかかる電力半導体装置１０２は、構造支持部５０の代わりに構造支持部５２を備える点が実施の形態１にかかる電力半導体装置１００と異なる。構造支持部５２は、構造支持部５１の構造に加えて、当該構造支持部５２の表面に凹凸５２ａを有する。電力半導体装置１０２では、構造支持部５２が凹凸５２ａを有することで当該構造支持部５２の表面積が広くなるため、パワーモジュール１１の半導体素子５での発熱の当該構造支持部５２での放熱性能が向上する。

実施の形態３．
図４５は、実施の形態３にかかるヒートシンク一体型パワーモジュール２１の構成を示す断面図である。図４６は、実施の形態３にかかる電力半導体装置１０３の構成を示す断面図である。

上述した電力半導体装置１００では、１つのパワーモジュール１１に対して１つのヒートシンク１が設けられたヒートシンク一体型パワーモジュール２０を用いているため、電力半導体装置１００を組み立てる際のハンドリング性、メンテナンス時の部品の着脱性が向上する。一方で、電力半導体装置１００では、１つのパワーモジュール１１に対して１つのヒートシンク１が個片化されているため、１つのヒートシンクに対して複数のパワーモジュールを搭載する場合と比べて、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０とハウジング４０とを固定するためのネジの本数が増加し、生産性が低下する可能性がある。

そこで、図４５に示すように、実施の形態３にかかるヒートシンク一体型パワーモジュール２１では、ヒートシンクベース１ｂの面内方向におけるヒートシンクベース１ｂの端部に、凸形状部２２が設けられている。

図４５に示すように、ヒートシンク一体型パワーモジュール２１である第１ヒートシンク一体型パワーモジュール２１ａでは、ヒートシンクベース１ｂの面内方向におけるヒートシンクベース１ｂの端部に、凸形状部２２である第１凸形状部２２ａが設けられている。第１凸形状部２２ａは、ヒートシンクベース１ｂにおいて、左右方向において隣り合う他の電力半導体装置１０３側の端部に設けられている。また、第１凸形状部２２ａは、ヒートシンクベース１ｂの端部における上部に設けられている。

図４５に示すように、ヒートシンク一体型パワーモジュール２１である第２ヒートシンク一体型パワーモジュール２１ｂでは、ヒートシンクベース１ｂの面内方向におけるヒートシンクベース１ｂの端部に、凸形状部２２である第２凸形状部２２ｂが設けられている。第２凸形状部２２ｂは、ヒートシンクベース１ｂにおいて、左右方向において隣り合う他の電力半導体装置１０３側の端部に設けられている。また、第２凸形状部２２ｂは、ヒートシンクベース１ｂの端部における下部に設けられている。

図４６に示すように、第１ヒートシンク一体型パワーモジュール２１ａと第２ヒートシンク一体型パワーモジュール２１ｂとは、第１ヒートシンク一体型パワーモジュール２１ａの第１凸形状部２２ａと、第２ヒートシンク一体型パワーモジュール２１ｂの第２凸形状部２２ｂとが重ね合わされてハウジング４０に搭載される。そして、重ね合わされた第１凸形状部２２ａと第２凸形状部２２ｂと、ハウジング４０の中央領域４１４と、構造支持部５０とに対してパワーモジュール固定用ネジ７２がネジ締めされることにより、第１凸形状部２２ａと第２凸形状部２２ｂと構造支持部５０とが固定される。すなわち、第１凸形状部２２ａと、第２凸形状部２２ｂと、ハウジング４０の中央領域４１４と、構造支持部５０とは、重ね合わされた状態でネジ固定されている。

電力半導体装置１０３では、このような構造を採用することにより、ヒートシンク一体型パワーモジュール２０とハウジング４０とを固定するためのネジの本数を削減することができ、生産性が向上する。

さらに、第１凸形状部２２ａと第２凸形状部２２ｂと構造支持部５０とを１本のパワーモジュール固定用ネジ７２により固定することで、ハウジング４０の中央領域４１４において第１ヒートシンク一体型パワーモジュール２１ａと第２ヒートシンク一体型パワーモジュール２１ｂと構造支持部５０とを固定する領域を左右方向において狭くすることができる。このため、ヒートシンクベース１ｂに設ける放熱フィン１ａの枚数を増加させることができる。これにより、電力半導体装置１０３では、パワーモジュール１１の半導体素子５での発熱のヒートシンク１による放熱性能が向上する。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ヒートシンク、１ａ 放熱フィン、１ｂ ヒートシンクベース、１ｂｕ ヒートシンクベース凹凸部、１ｂｐ 外周縁部、１ｂｓ１ ヒートシンクベースの第１短辺、１ｂｓ２ ヒートシンクベースの第２短辺、１ｂｌ１ ヒートシンクベースの第１長辺、１ｂｌ２ ヒートシンクベースの第２長辺、２ フィンベース、２ｕ フィンベース凹凸部、３ 絶縁シート、４ 配線ワイヤ、５ 半導体素子、６ はんだ、７ 金属導体、８ 制御端子、９ 封止樹脂、１０ 主端子、１１ パワーモジュール、１２ 第１の変形例のヒートシンク、１３ 第２の変形例のヒートシンク、１５ 接合材、１６ 接着剤、２０，２１ ヒートシンク一体型パワーモジュール、２２ａ 第１凸形状部、２２ｂ 第２凸形状部、３０ 外枠、３１ 底面部、３１ａ 内面、３２ 側面部、３３ 正面側の端部、３４ 背面側の端部、４０ ハウジング、４１ 開口部、５０，５１，５２ 構造支持部、５０ａ，７７ｃ ネジ固定領域、５０Ｌ 構造支持部幅寸法、５１ａ 貫通孔、５２ａ 凹凸、６０ 保持部、７１ ハウジング固定用ネジ、７２ パワーモジュール固定用ネジ、７３，７５ 溶接部、７４，７６ 構造支持部固定用ネジ、７７ 弾性機能付き構造支持部、７７ａ１ 第１分割構造支持部、７７ａ２ 第２分割構造支持部、７７ｂ コイルスプリング、８０，８１ 隙間、１００，１０１，１０２，１０３ 電力半導体装置、２００ 空気流、２１１ 第１気流ベクトル、２１２ 第２気流ベクトル、４１１ 開口部の短辺、４１１ａ 開口部の第１短辺、４１１ｂ 開口部の第２短辺、４１２ 開口部の長辺、４１２ａ 開口部の第１長辺、４１２ｂ 開口部の第２長辺、４１３ 隣接領域、４１４ 中央領域、４１５ 端部領域、４１６ ハウジングの長辺。

Claims (13)

1. パワーモジュールと、複数の放熱フィンがヒートシンクベースに設けられて前記パワーモジュールで発生した熱を放熱するヒートシンクとが一体とされたヒートシンク一体型パワーモジュールと、
   風の流入口と、風の流出口とが対向して設けられ、前記流入口と前記流出口とを繋ぐ一面に複数の開口部が形成された箱形状を有する保持部と、
   前記保持部の内部に設けられ、前記一面から前記保持部の内部に向かう方向の荷重を受けて前記一面を支持する構造支持部と、
   を備え、
   複数の前記ヒートシンク一体型パワーモジュールは、複数の放熱フィンが前記開口部から前記保持部の内部に挿入され、前記ヒートシンクベースの面内方向において、前記ヒートシンクベースの外周縁部が、前記一面において前記開口部に隣接する隣接領域上に支持され、
   前記構造支持部は、前記流入口から前記流出口までの領域において、前記流入口から前記流出口に向かう方向と直交する方向である前記保持部の幅方向において隣り合う前記ヒートシンク一体型パワーモジュールの前記ヒートシンクベース同士の間に対応する位置に、前記流入口から前記流出口に向かう方向において延在した状態で配置されていること、
   を特徴とする電力半導体装置。
2. 前記保持部は、
   底面部と、前記底面部における対向する一対の端部から立ち上がっている２つの側面部とにより構成されるＵ形状を有する外枠と、
   前記Ｕ形状における自由端である２つの前記側面部の端部に支持されて前記一面を構成する板形状のハウジングと、
   を備え、
   前記ハウジングの前記隣接領域と、前記ヒートシンクベースの外周縁部とがネジ固定されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の電力半導体装置。
3. 前記構造支持部が、前記外枠に固定され、前記ハウジングと接していること、
   を特徴とする請求項２に記載の電力半導体装置。
4. 前記構造支持部が、前記ハウジングに固定され、前記外枠と接していること、
   を特徴とする請求項２に記載の電力半導体装置。
5. 前記流入口から前記流出口に向かう方向と直交する方向における前記構造支持部の幅が、前記保持部の幅方向において隣り合う前記ヒートシンク一体型パワーモジュールの前記ヒートシンクベース間の隙間よりも大きいこと、
   を特徴とする請求項４に記載の電力半導体装置。
6. 前記保持部の幅方向において隣り合う前記ヒートシンク一体型パワーモジュールである第１ヒートシンク一体型パワーモジュールと第２ヒートシンク一体型パワーモジュールとを備え、
   前記第１ヒートシンク一体型パワーモジュールは、前記第２ヒートシンク一体型パワーモジュール側の前記ヒートシンクベースの端部に第１凸形状部を備え、
   前記第２ヒートシンク一体型パワーモジュールは、前記第１ヒートシンク一体型パワーモジュール側の前記ヒートシンクベースの端部に第２凸形状部を備え、
   前記第１凸形状部と前記第２凸形状部と前記ハウジングと前記構造支持部とが、重ね合わされた状態でネジ固定されていること、
   を特徴とする請求項４に記載の電力半導体装置。
7. 前記構造支持部が、前記流入口から前記流出口までの領域において、前記流入口から前記流出口に向かう方向において連続して延在していること、
   を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の電力半導体装置。
8. 前記構造支持部が、前記流入口から前記流出口までの領域において、前記流入口から前記流出口に向かう方向において不連続に配置されていること、
   を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の電力半導体装置。
9. 前記構造支持部が、弾性を有すること、
   を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の電力半導体装置。
10. 前記構造支持部は、前記流入口から前記流出口に向かう方向において前記構造支持部を貫通する貫通孔を有すること、
    を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の電力半導体装置。
11. 前記構造支持部は、表面に凹凸を有すること、
    を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の電力半導体装置。
12. 底面部と、前記底面部における対向する一対の端部から立ち上がっている２つの側面部とにより構成されるＵ形状を有する外枠に構造支持部を固定する工程と、
    前記Ｕ形状における自由端である２つの前記側面部の端部に、複数の開口部が形成された板形状のハウジングを載置する工程と、
    パワーモジュールと、複数の放熱フィンがヒートシンクベースに設けられて前記パワーモジュールで発生した熱を放熱するヒートシンクとが一体とされたヒートシンク一体型パワーモジュールの複数の前記放熱フィンを複数の前記開口部から前記外枠の内部に挿入して、前記ヒートシンクベースの面内方向における、前記ヒートシンクベースの外周縁部を、前記ハウジングにおいて前記開口部に隣接する隣接領域上に載置する工程と、
    前記ハウジングと前記外枠とをネジ固定する工程と、
    前記ヒートシンクベースの前記外周縁部と、前記ハウジングの前記隣接領域とをネジ固定する工程と、
    を含み、
    前記構造支持部は、
    前記Ｕ形状の幅方向において隣り合う前記ヒートシンク一体型パワーモジュールの前記ヒートシンクベース同士の間に対応する位置に配置されること、
    を特徴とする電力半導体装置の製造方法。
13. 複数の開口部が形成された板形状のハウジングに構造支持部を固定する工程と、
    底面部と、前記底面部における対向する一対の端部から立ち上がっている２つの側面部とにより構成されるＵ形状を有する外枠の前記Ｕ形状における自由端である２つの前記側面部の端部に、前記ハウジングを載置する工程と、
    パワーモジュールと、複数の放熱フィンがヒートシンクベースに設けられて前記パワーモジュールで発生した熱を放熱するヒートシンクとが一体とされたヒートシンク一体型パワーモジュールの複数の前記放熱フィンを複数の前記開口部から前記外枠の内部に挿入して、前記ヒートシンクベースの面内方向における、前記ヒートシンクベースの外周縁部を、前記ハウジングにおいて前記開口部に隣接する隣接領域上に載置する工程と、
    前記ハウジングと前記外枠とをネジ固定する工程と、
    前記ヒートシンクベースの前記外周縁部と、前記ハウジングの前記隣接領域とをネジ固定する工程と、
    を含み、
    前記構造支持部は、
    前記Ｕ形状の幅方向において隣り合う前記ヒートシンク一体型パワーモジュールの前記ヒートシンクベース同士の間に対応する位置に配置されること、
    を特徴とする電力半導体装置の製造方法。

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