WO2018047323A1 - 半導体素子の保持装置およびこの保持装置を用いた電力変換装置 - Google Patents

半導体素子の保持装置およびこの保持装置を用いた電力変換装置 Download PDF

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淳年 ▲高▼田
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Definitions

  • the present invention relates to a holding device for a semiconductor element mounted inside a power conversion device connected to a battery, and a power conversion device using the holding device.
  • a spring support composed of a leaf spring portion and a support portion brings the leaf spring portion into contact with the upper surface of the semiconductor element, so that the semiconductor element is placed on the heat sink side with a predetermined elastic force.
  • Patent Document 1 a power semiconductor element provided in an in-vehicle power converter is generally fixed in the same manner.
  • An object of this invention is to take a countermeasure with a simple structure with respect to the smoke and fire which generate
  • the power semiconductor element is housed and covers a package that releases heat from the first surface to the cooler, and a second surface that faces the first surface of the package. It has a plate and the pressing member which is pressing this plate against a package, It is characterized by the above-mentioned.
  • oxygen does not flow from a crack generated in the package at the time of a short-circuit failure of the power semiconductor element, thereby preventing smoke and ignition of the power semiconductor element. it can.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram illustrating a DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention. It is an assembly perspective view which shows the holding structure of the semiconductor element of Embodiment 1 of this invention. It is an assembly perspective view which shows the holding structure of the semiconductor element of Embodiment 2 of this invention. It is an assembly perspective view which shows the holding structure of the semiconductor element of Embodiment 3 of this invention.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram illustrating a DC-DC converter that is a power conversion device according to a first embodiment of the present invention.
  • the transformer secondary side of this circuit is a center tap type diode rectification system, and can obtain a rectification waveform equivalent to that of a full-wave rectification circuit.
  • a voltage higher than the output voltage of the output terminal 111 is applied to the input terminals 101a and 101b to which a DC voltage is applied.
  • the DC voltage input to the input terminals 101 a and 101 b is converted into an AC voltage by the inverter circuit 102.
  • the inverter circuit 102 is generally composed of switching elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors).
  • the AC voltage output from the inverter circuit 102 is applied to the transformer primary winding 103.
  • An alternating voltage close to a rectangular wave generated by switching a semiconductor element provided in the inverter circuit 102 in accordance with a drive signal supplied from a drive circuit (not shown) is applied.
  • the transformer secondary side includes a transformer upper secondary winding 104 to which an AC voltage converted to a different voltage level according to the transformer turns ratio and a transformer lower secondary winding 105 are applied.
  • the magnetic core 106 electromagnetically couples the transformer primary winding 103, the transformer upper secondary winding 104, and the transformer lower secondary winding 105.
  • Each winding constituting the transformer is arranged around a middle leg provided on the magnetic core 106.
  • the rectifying elements 107 a and 107 b are configured by power semiconductor elements, and rectify the AC voltage output from the transformer upper secondary winding 104 and the transformer lower secondary winding 105.
  • the ripple voltage waveform rectified by the rectifying elements 107a and 107b is smoothed by a smoothing circuit including a reactor 109 and a capacitor 110, and a DC voltage obtained by the smoothing circuit is output from an output terminal 111.
  • a smoothing circuit including a reactor 109 and a capacitor 110
  • a DC voltage obtained by the smoothing circuit is output from an output terminal 111.
  • the output voltage is output between the output terminal 111 and the metal casing.
  • the DC input voltage supplied from the input terminals 101 a and 101 b is switched by the inverter circuit 102 to generate the input AC voltage and supplied to the transformer primary winding 103. Then, the generated input AC voltage is transformed and output as an output AC voltage from the transformer upper secondary winding 104 and the transformer lower secondary winding 105.
  • the output AC voltage is rectified by the rectifying elements 107a and 107b and smoothed by a smoothing circuit including the reactor 109 and the capacitor 110, and the DC voltage is supplied from the output terminal 111 to the lead battery 112 provided on the vehicle side. Is done.
  • the rectifying element 107b may emit smoke or ignite. That is, when the inside of the rectifying element 107b is connected with a very thin aluminum wire, the aluminum wire melts before the fast-acting fuse provided on the vehicle side, so that the epoxy resin around the aluminum wire is carbonized, An energization path from the lead battery 112 is formed. In addition to this, the epoxy resin is cracked by a large current, and oxygen is supplied from the cracked portion, causing smoke and ignition.
  • FIG. 2 shows a semiconductor element holding structure for preventing the supply of oxygen due to the cracking of the epoxy resin described above.
  • the rectifier elements 107a and 107b shown in FIG. 1 will be described as an example.
  • the semiconductor element is not limited to the rectifier element, and can be used for a power semiconductor element in which a similar problem occurs.
  • FIG. 2 is an assembly perspective view showing the holding structure 200 of the rectifying element package 201 in which the rectifying element 107a or 107b shown in FIG. 1 is housed.
  • concave portions 202a and 202b cut out in a semicircular shape are formed on both sides of the upper portion opposite to the side where the terminal of the rectifying element is exposed, and a fixing screw is provided between the concave portions 202a and 202b.
  • a package hole 203 for penetrating 209 is provided.
  • a plate 204 that is slightly larger than the area of the upper surface is disposed in contact with the upper surface of the rectifying element package 201.
  • the plate 204 is made of a material such as metal or resin, and plate convex portions 205a that are bent perpendicularly from the upper surface of the plate to the direction of the rectifying device package 201 are formed on both side portions corresponding to the concave portions 202a and 202b of the rectifying device package 201. 205b are formed.
  • the plate convex portions 205a and 205b engage with the arc-shaped side surfaces of the concave portions 202a and 202b, and the rectifying element package 201 and the plate 204 are positioned.
  • the plate 204 is also provided with a plate hole 206 at the same position as the package hole 203.
  • a heat dissipation sheet 207 is disposed in contact with the lower surface of the rectifying element package 201.
  • the heat radiating sheet 207 also has a heat radiating sheet hole 208 through which the fixing screw 209 passes.
  • a metal heat spreader (not shown) is disposed on the lower surface of the rectifying element package 201.
  • the fixing screw 209 passes through the plate hole portion 206, the package hole portion 203, and the heat dissipation sheet hole portion 208, and is screwed into the screw groove of the cooler hole portion 210 provided in the cooler (not shown). Thereby, the plate 204, the rectifying element package 201, and the heat dissipation sheet 207 are fixed to each other and mechanically fixed to the cooler.
  • the plate 204 is pressed against the upper surface of the rectifying element package 201. Therefore, when the rectifying element is short-circuited, oxygen flowing in can be blocked by a crack in the rectifying element package 204. . Since the area of the plate 204 is larger than the area of the rectifying element package 201, the upper surface of the rectifying element package 201 can be reliably covered with the plate 204. Further, by engaging the concave portions 202a and 202b with the plate convex portions 205a and 205b, it is possible to prevent displacement and rotation of the plate 205 during assembly.
  • the shapes of the recesses 202a and 202b and the plate protrusions 205a and 205b are not limited to the shapes shown in FIG. 2, and any shapes can be used as long as they can prevent displacement and rotation.
  • a heat spreader is disposed on the lower surface of the rectifying element package, so that oxygen does not easily flow. Further, it is pressed against the cooler by a fixing screw 209. For this reason, the cooler works in the same way as the plate 204 to prevent the inflow of oxygen.
  • FIG. 2 is disposed on the lower surface of the rectifying element package, so that oxygen does not easily flow. Further, it is pressed against the cooler by a fixing screw 209. For this reason, the cooler works in the same way as the plate 204 to prevent the inflow of oxygen.
  • FIG. 3 is an assembly perspective view showing the holding structure 300 of the rectifying element package 301 in which the rectifying element 107a or 107b shown in FIG. 1 is housed.
  • a plate 302 that is slightly larger than the area of the upper surface is disposed in contact with the upper surface of the rectifying element package 301.
  • the plate 302 is made of metal, resin, or the like, and outer peripheral surfaces 302a, 302b, and 302c that are bent perpendicularly from the upper surface of the plate in the direction of the rectifying device package 301 are formed on the outer peripheral portion. Respectively engaged with the sides.
  • a heat dissipation sheet 303 is disposed in contact with the lower surface of the rectifying element package 301.
  • One end 304a of the spring member 304 comes into contact with the upper surface of the plate 302, and the fixing screw 306 passes through the spring member hole 305 through which the fixing screw formed in the other end 304b passes.
  • the screw holes of the cooler holes 307 provided in the screw holes are screwed together. Thereby, the spring member 304 is mechanically fixed to the cooler, and the plate 302, the rectifying element package 301, and the heat dissipation sheet 303 are pressed against the cooler.
  • the plate 302 With such a holding structure 300, the plate 302 is pressed against the upper surface of the rectifying element package 301. Therefore, when the rectifying element is short-circuited, oxygen flowing in can be blocked by causing a crack in the rectifying element package 301. . Since the area of the plate 302 is larger than the area of the rectifying element package 301, the upper surface of the rectifying element package 301 can be reliably covered with the plate 302. Further, the plate 302 has vertical outer peripheral surfaces 302a, 302b, 302c along the outer peripheral portion of the plate, and is assembled so as to hold the rectifying element package 301 at the time of assembly. This can prevent displacement and rotation of the plate during assembly.
  • the lower surface of the rectifying element package 301 has a structure in which a heat spreader (not shown) is arranged and oxygen does not easily flow. Further, the spring member 304 is pressed against the cooler. For this reason, the cooler works in the same manner as the plate 302 to prevent the inflow of oxygen.
  • FIG. 4 is an assembled perspective view showing a holding structure 400 for a plurality of rectifying element packages 401 in which the rectifying elements 107a or 107b shown in FIG. 1 are housed.
  • a plate 402 that can cover the plurality of rectifying element packages 401 with one sheet is disposed in contact with the upper surface of the plurality (four in this figure) of the rectifying element packages 401.
  • the plate 402 is made of metal or resin, and outer peripheral surfaces 402a, 402b, and 402c that are bent perpendicularly from the upper surface of the plate in the direction of the rectifying device package 401 are formed on the outer peripheral portion of the plate 402.
  • the outer peripheral surfaces 402a and 402c are engaged with the side portions 401a and 401c located at the ends of the plurality of rectifying element packages 401, respectively.
  • a heat dissipation sheet 403 is disposed in contact with the lower surface of the rectifying element package 401.
  • One end 404a of a plurality of (two in this figure) spring members 404 is in contact with the upper surface of the plate 402, and is formed at the other end 404b.
  • the fixing screw 406 passes through and is screwed into the screw grooves of the cooler holes 407a and 407b provided in the cooler. Thereby, the spring member 404 is mechanically fixed to the cooler, and the plate 402, the rectifying element package 401, and the heat dissipation sheet 403 are pressed against the cooler.
  • the plate 402 is pressed against the upper surfaces of the plurality of rectifying element packages 401, and therefore, when the rectifying element is short-circuited, the rectifying element package 401 is cracked so that oxygen flowing in is blocked. Can do. Since the area of the plate 402 is larger than the sum of the plurality of areas of the rectifying element package 401, the upper surface of the plurality of rectifying element packages 401 can be reliably covered with the plate 402. Further, the plate 402 has vertical outer peripheral surfaces 402 a, 402 b, and 402 c along the outer peripheral portion of the plate, and one plate 402 is assembled so as to hold a plurality of rectifying element packages 401 during assembly.
  • the lower surface of the rectifying element package 401 is provided with a heat spreader (not shown) and has a structure in which oxygen does not easily flow. Further, the spring member 404 is pressed against the cooler. For this reason, the cooler works in the same manner as the plate 402 to prevent the inflow of oxygen.

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Abstract

本発明が解決しようとする課題は、例えばパワーエレクトロニクス分野において、バッテリに接続される電力変換装置内部に搭載されるパワー半導体素子の発煙、発火を防ぐためのものである。　この発明に係る半導体保持装置は、パワー半導体素子（１０７ｂ）が収納され、第１の面から冷却器に熱を放出するパッケージ（２０１、３０１，４０１）このパッケージの第１の面と対向する第２の面を覆っているプレート（２０４、３０２、４０２）、このプレートをパッケージに押圧している押圧部材（２０９、３０４、４０４）を有することを特徴とする。

Description

半導体素子の保持装置およびこの保持装置を用いた電力変換装置
　パワーエレクトロニクス分野において、バッテリに接続される電力変換装置内部に搭載される半導体素子の保持装置、及びこの保持装置を用いた電力変換装置に関する。
　従来の半導体素子の保持構造としては、板バネ部と支持部とからなるバネ支持具が、板バネ部を半導体素子の上面に当接させることで、半導体素子を所定の弾性力で放熱板側に固定している（例えば、特許文献１参照）。車載用電力変換装置の内部に設けられるパワー半導体素子は一般に同様の方法で固定されることが多い。
特許第５１２０２４５号公報
　特許文献１に開示されている車載用電力変換装置においては、車載用電力変換装置が車両側の鉛バッテリと接続されるため、整流ダイオードに短絡故障が発生した場合、鉛バッテリから大電流が流入し、発煙および発火に至るという欠点がある。
　本発明は、電力変換装置内部に実装されるパワー半導体素子の短絡故障に起因して発生する発煙および発火に対して、簡素な構造で対策することを目的とする。
　この発明に係る半導体素子の保持装置において、パワー半導体素子が収納され、第１の面から冷却器に熱を放出するパッケージ、このパッケージの第１の面と対向する第２の面を覆っているプレート、このプレートをパッケージに押圧している押圧部材、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、パワー半導体素子が収納されているパッケージをプレートで押圧することで、パワー半導体素子の短絡故障時にパッケージに生じる亀裂から酸素が流入しないため、パワー半導体素子の発煙、発火を防止できる。
本発明の実施の形態１によるＤＣ－ＤＣコンバータを説明する回路構成図である。 本発明の実施の形態１の半導体素子の保持構造を示す組立斜視図である。 本発明の実施の形態２の半導体素子の保持構造を示す組立斜視図である。 本発明の実施の形態３の半導体素子の保持構造を示す組立斜視図である。
実施の形態１
　以下、本発明に係る半導体素子の保持構造に関する好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付す。
　図１は、本発明の実施の形態１の電力変換装置であるＤＣ－ＤＣコンバータを説明する回路構成図である。
　この回路のトランス二次側は、センタータップ型ダイオード整流方式であり、全波整流回路と同等の整流波形を得ることができるものである。図１において、直流電圧を印加する入力端子１０１ａ、１０１ｂには、出力端子１１１の出力電圧よりも高い電圧が印加される。入力端子１０１ａ、１０１ｂに入力された直流電圧は、インバータ回路１０２で交流電圧に変換される。インバータ回路１０２は、一般的には、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field-Effect　Transistor）、などのスイッチング素子で構成される。
　インバータ回路１０２から出力された交流電圧は、トランス一次巻線１０３に印加される。インバータ回路１０２に設けられた半導体素子を、図示しない駆動回路から供給される駆動信号に応じてスイッチングすることによって生成される矩形波に近い交流電圧が印加される。
　トランス二次側は、トランスの巻き数比に応じて異なる電圧レベルに変換された交流電圧が印加されるトランス上側二次巻線１０４と、トランス下側二次巻線１０５とからなる。
　磁性体コア１０６で、トランス一次巻線１０３、トランス上側二次巻線１０４、及びトランス下側二次巻線１０５を電磁気的に結合する。トランスを構成する各巻線は、磁性体コア１０６に設けられた中足の周囲に配置される。
　整流素子１０７ａ、１０７ｂは、パワー半導体素子で構成され、トランス上側二次巻線１０４、トランス下側二次巻線１０５から出力される交流電圧を整流する。整流素子１０７ａ、１０７ｂで整流したリップル電圧波形は、リアクトル１０９、コンデンサ１１０からなる平滑回路で平滑され、この平滑回路で得られた直流電圧を出力端子１１１から出力する。なお、本実施の形態では、二次側回路のグランド端子１０８を金属筐体と導電位にしているため、出力電圧は出力端子１１１と金属筐体との間に出力される。
　このように構成されたＤＣ－ＤＣコンバータでは、入力端子１０１ａ、１０１ｂから供給される直流入力電圧がインバータ回路１０２でスイッチングされて入力交流電圧が生成され、トランス一次巻線１０３へと供給される。そして、生成された入力交流電圧が変圧され、トランス上側二次巻線１０４、トランス下側二次巻線１０５から出力交流電圧として出力される。そしてこの出力交流電圧が整流素子１０７ａ、１０７ｂによって整流されると共に、リアクトル１０９とコンデンサ１１０からなる平滑回路で平滑化され、直流電圧が、出力端子１１１から車両側に設けられた鉛バッテリ１１２に供給される。
　しかし、整流素子１０７ｂに短絡故障が発生した場合、矢印１１３で示されるように、鉛バッテリ１１２から整流素子１０７ｂに大電流が流入し、整流素子１０７ｂが発煙、発火に至る恐れがある。すなわち、整流素子１０７ｂ内部が非常に細いアルミワイヤで結線されている場合、車両側に設けた速断性ヒューズよりも先にアルミワイヤが溶断するため、アルミワイヤ周辺のエポキシ樹脂が炭化することで、鉛バッテリ１１２からの通電経路が形成される。これに加え、大電流によりエポキシ樹脂にひび割れが生じ、ひび割れた箇所から酸素が供給されるため、発煙、発火が引き起こされる。
　上述した、エポキシ樹脂のひび割れによる酸素の供給を防止する半導体素子の保持構造を図２に示す。半導体素子として、図１で示された整流素子１０７ａ、１０７ｂを例にとって説明するが、整流素子に限らず、同様な課題が発生するパワー半導体素子に用いることができる。
　図２は、図１で示された整流素子１０７ａまたは１０７ｂが収納された整流素子パッケージ２０１の保持構造２００を示す組立斜視図である。
　整流素子パッケージ２０１は、整流素子の端子が露出する側の反対側上部の両側部に、半円状に切り欠いた凹部２０２ａ、２０２ｂが形成され、この凹部２０２ａ、２０２ｂの間に、固定用ネジ２０９を貫通させるためのパッケージ孔部２０３が設けられている。
　この整流素子パッケージ２０１の上面に接触して、上面の面積よりも一回り大きなプレート２０４が配置される。プレート２０４は材質を金属、あるいは樹脂などで構成され、整流素子パッケージ２０１の凹部２０２ａ、２０２ｂに対応する両側部には、プレート上面から整流素子パッケージ２０１の方向に垂直に折り曲げられたプレート凸部２０５ａ、２０５ｂが形成される。プレート凸部２０５ａ、２０５ｂは、凹部２０２ａ、２０２ｂの円弧状の側面と係合し、整流素子パッケージ２０１とプレート２０４が位置決めされる。　また、プレート２０４にもパッケージ孔部２０３と同じ位置にプレート孔部２０６が設けられている。
　整流素子パッケージ２０１の下面に接触して放熱シート２０７が配置される。放熱シート２０７にも固定用ネジ２０９が貫通する放熱シート孔部２０８が形成されている。また、整流素子パッケージ２０１の下面には金属製のヒートスプレッダ（図示せず）が配置されている。
　固定用ネジ２０９は、プレート孔部２０６、パッケージ孔部２０３、放熱シート孔部２０８を貫通して、冷却器（図示せず）に設けられた冷却器孔部２１０のネジ溝と螺合する。これにより、プレート２０４、整流素子パッケージ２０１、及び放熱シート２０７は、互いに固定されると共に、冷却器に機械的に固定される。
　このような保持構造２００により、整流素子パッケージ２０１の上面にプレート２０４が押し当てられるため、整流素子が短絡故障した場合に整流素子パッケージ２０４に亀裂が生じることで流入する酸素を遮断することができる。プレート２０４の面積が整流素子パッケージ２０１の面積より広く構成されているため、整流素子パッケージ２０１の上面を確実にプレート２０４で覆うことができる。また、凹部２０２ａ、２０２ｂとプレート凸部２０５ａ、２０５ｂが係合することにより、組み立て時のプレート２０５の位置ズレ、回転を防止できる。なお、凹部２０２ａ、２０２ｂ、及びプレート凸部２０５ａ、２０５ｂの形状は図２で示された形状に限らず、位置ズレ、回転が防止できるものであれば、どのような形状でもよい。
　また、整流素子パッケージの下面は、ヒートスプレッダが配置され、酸素が流入しにくい構造となっている。さらに固定用ネジ２０９により冷却器に押し当てられている。このため、冷却器がプレート２０４と同様の働きをして酸素の流入を防いでいる。
実施の形態２．
　半導体素子の保持構造の別の実施の形態について図３で説明する。半導体素子として、図１で示された整流素子１０７ａ、１０７ｂを例にとって説明するが、実施の形態１同様、整流素子に限らず、同様な課題が発生するパワー半導体素子に用いることができる。
　図３は、図１で示された整流素子１０７ａまたは１０７ｂが収納された整流素子パッケージ３０１の保持構造３００を示す組立斜視図である。
　整流素子パッケージ３０１の上面に接触して、上面の面積よりも一回り大きなプレート３０２が配置される。プレート３０２は材質を金属、あるいは樹脂などで構成され、その外周部には、プレート上面から整流素子パッケージ３０１の方向に垂直に折り曲げられた外周面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃが形成され、整流素子パッケージ３０１の側部にそれぞれ係合する。整流素子パッケージ３０１の下面に接触して放熱シート３０３が配置される。プレート３０２の上面に、バネ部材３０４の一方の端部３０４ａが接触し、他方の端部３０４ｂに形成された固定ネジが貫通するバネ部材孔部３０５に固定用ネジ３０６が貫通して、冷却器に設けられた冷却器孔部３０７のネジ溝と螺合する。これにより、バネ部材３０４は冷却器に機械的に固定されるとともに、プレート３０２、整流素子パッケージ３０１、及び放熱シート３０３を、冷却器に押し付ける。
　このような保持構造３００により、整流素子パッケージ３０１の上面にプレート３０２が押し当てられるため、整流素子が短絡故障した場合に整流素子パッケージ３０１に亀裂が生じることで流入する酸素を遮断することができる。プレート３０２の面積が整流素子パッケージ３０１の面積より広く構成されているため、整流素子パッケージ３０１の上面を確実にプレート３０２で覆うことができる。また、プレート３０２がプレート外周部に沿って垂直な外周面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃを有しており、組立て時には整流素子パッケージ３０１を抱え込むように組み付けられる。これにより組立て時のプレートの位置ズレ、回転を防止できる。なお、実施の形態１と同様、整流素子パッケージ３０１の下面は、ヒートスプレッダ（図示せず）が配置され、酸素が流入しにくい構造となっている。さらにバネ部材３０４により冷却器に押し当てられている。このため、冷却器がプレート３０２と同様の働きをして酸素の流入を防いでいる。
実施の形態３．
　半導体素子の保持構造の別の実施の形態について図４で説明する。実施の形態１、２同様、半導体素子として、図１で示された整流素子１０７ａ、１０７ｂを例にとって説明するが、整流素子に限らず、同様な課題が発生するパワー半導体素子に用いることができる。
　図４は、図１で示された整流素子１０７ａまたは１０７ｂが収納された複数の整流素子パッケージ４０１の保持構造４００を示す組立斜視図である。
　複数の（この図では４個）整流素子パッケージ４０１の上面に接触して、複数の整流素子パッケージ４０１を１枚で覆うことができるプレート４０２が配置される。プレート４０２は材質を金属、あるいは樹脂などで構成され、その外周部には、プレート上面から整流素子パッケージ４０１の方向に垂直に折り曲げられた外周面４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃが形成され、外周面４０２ｂは複数の整流素子パッケージ４０１のそれぞれの側部４０１ｂに係合し、外周面４０２ａ、４０２ｃは複数の整流素子パッケージ４０１の端部に位置する側部４０１ａ、４０１ｃに係合する。整流素子パッケージ４０１の下面に接触して放熱シート４０３が配置される。プレート４０２の上面に、複数の（この図では２個）バネ部材４０４の一方の端部４０４ａが接触し、他方の端部４０４ｂに形成され、固定ネジが貫通するバネ部材孔部４０５ａ、４０５ｂに固定用ネジ４０６が貫通して、冷却器に設けられた冷却器孔部４０７ａ、４０７ｂのネジ溝と螺合する。これにより、バネ部材４０４は冷却器に機械的に固定されるとともに、プレート４０２、整流素子パッケージ４０１、及び放熱シート４０３を、冷却器に押し付ける。
　このような保持構造４００により、複数の整流素子パッケージ４０１の上面にプレート４０２が押し当てられるため、整流素子が短絡故障した場合に整流素子パッケージ４０１に亀裂が生じることで流入する酸素を遮断することができる。プレート４０２の面積が整流素子パッケージ４０１の複数の面積の総和より広く構成されているため、複数の整流素子パッケージ４０１の上面を確実にプレート４０２で覆うことができる。また、プレート４０２がプレート外周部に沿って垂直な外周面４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃを有しており、組立て時には１枚のプレート４０２が、複数の整流素子パッケージ４０１を抱え込むように組み付けられる。これにより組立て時のプレートの位置ズレを防止できると共に、部品点数を削減でき、組立工数も削減することができる。なお、実施の形態１及び２と同様、整流素子パッケージ４０１の下面は、ヒートスプレッダ（図示せず）が配置され、酸素が流入しにくい構造となっている。さらにバネ部材４０４により冷却器に押し当てられている。このため、冷却器がプレート４０２と同様の働きをして酸素の流入を防いでいる。
　なお、最近は、半導体素子にSi半導体だけなく、ＳｉＣ、ＧａＮ等のワイドバンドギャップ半導体を用いた整流素子やスイッチング素子などをインバータ回路等に使用することが増えてきている。これらワイドバンドギャップ半導体は、Ｓｉ半導体よりも高周波で動作させるため、一般的に故障確率が高いとされており、発煙や発火を生じる恐れも高くなる。しかし、本発明を適用することによって、発煙や発火を防止できるものであり、ワイドバンドギャップ半導体を用いたパワー半導体素子に好適である。
　なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
２０１、３０１、４０１　整流素子パッケージ、２０４、３０２、４０２　プレート、２０９、３０６、４０６　ネジ、３０４、４０４　バネ部材、２０７、３０３、４０３　放熱シート

Claims (10)

  1. 　パワー半導体素子が収納され、第１の面から冷却器に熱を放出するパッケージ、前記パッケージの前記第１の面と対向する第２の面を覆っているプレート、前記プレートを前記パッケージに押圧している押圧部材、を有する半導体素子の保持装置。
  2. 　前記パッケージは、前記押圧部材により前記冷却器に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の保持装置。
  3. 　前記プレートの面積が前記第２の面の面積より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の保持装置。
  4. 　前記プレートの外周部に沿って、前記プレートから垂直に立つ面が、前記パッケージの側面に係合されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の保持装置。
  5. 　複数のパッケージの前記第２の面が前記プレートで覆われていることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体素子の保持装置。
  6. 　前記プレートの外周部に、前記第２の面に向って形成された凸部が、前記第２の面に形成された凹部と係合していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の保持装置。
  7. 　前記押圧部材はバネ部材であり、一端で前記冷却器に固定され、他端で前記プレートが押圧されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体素子の保持装置。
  8. 　前記押圧部材はネジからなり、前記ネジの一端が前記プレートに係合されており、前記ネジの他端は、前記プレートと前記パッケージを貫通して、前記冷却器に螺合されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体素子の保持装置。
  9. 　パワー半導体素子はワイドバンドギャップ半導体であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体素子の保持装置。
  10. 　請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体素子の保持装置を用いた電力変換装置。
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