WO2023166635A1 - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

半導体装置は、一列に配列された１以上の半導体モジュールと、それらの半導体モジュールを挟むように配置されて該半導体モジュールを冷却する一対の冷却部材と、一対の冷却部材の半導体モジュール対向側とは反対側に対向配置される一対の挟持部材と、一対の挟持部材を互いに連結してそれらを対向する冷却部材にそれぞれ押圧する連結部と、を備え、一対の挟持部材の少なくとも一方は、配列された半導体モジュールの両端および半導体モジュール間に相対してそれぞれ配置される複数の支持部、および、複数の支持部の各々から半導体モジュールの配列方向に伸延して冷却部材に当接するバネ部を有し、連結部は、一方の挟持部材に設けられた支持部と他方の挟持部材とを連結する。

Description

半導体装置

　本発明は、半導体モジュールを備える半導体装置に関する。

　特許文献１には、半導体素子を含む半導体装置と冷却器との積層体を備えたパワーモジュールを、湾曲部を有する一対の挟持部材で挟持して、湾曲部の弾性変形の反力により積層体を積層方向に加圧する構成が開示されている。

日本国特開２０２１－００５６０３号公報

　特許文献１の技術では、積層体の積層方向に直交する方向であって、端子が引き出されていない方向の両側において、挟持部材同士を固定部材で固定している。挟持部材は３つの基部の間に２つの湾曲部を有し、両端の基部を固定部により冷却器の方向に付勢することで湾曲部が弾性変形する。しかしながら、３つの基部の内、湾曲部同士を繋ぐ中央に位置する基部は固定部により冷却器の方向に付勢されていないので、湾曲部の弾性変形が十分に行えないおそれがあった。すなわち、冷却器保持における耐震性が不十分であった。

　本発明の態様による半導体装置は、一列に配列された１以上の半導体モジュールと、一列に配列された１以上の前記半導体モジュールを挟むように配置されて該半導体モジュールを冷却する一対の冷却部材と、一対の前記冷却部材の半導体モジュール対向側とは反対側に対向配置される一対の挟持部材と、一対の前記挟持部材を互いに連結してそれらを対向する前記冷却部材にそれぞれ押圧する連結部と、を備え、一対の前記挟持部材の少なくとも一方は、一列に配列された１以上の前記半導体モジュールの両端および半導体モジュール間に相対してそれぞれ配置される複数の支持部、および、複数の前記支持部の各々から前記半導体モジュールの配列方向に伸延して前記冷却部材に当接するバネ部を有し、前記連結部は、前記一方の挟持部材に設けられた前記支持部と他方の前記挟持部材とを連結する。

　本発明によれば、耐震性の向上を図ることができる。

図１は、半導体装置に設けられる半導体モジュールの回路構成を説明する回路図である。 図２は、半導体モジュールの外観斜視図である。 図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。 図４は、半導体装置の外観斜視図である。 図５は、半導体装置の分解斜視図である。 図６は、図５のＢ断面の一部を示す断面図である。 図７は、図６のＣ－Ｃ断面図である。 図８は、図６のＤ－Ｄ断面図である。 図９は、冷却ユニットの組立手順を示す図である。 図１０は、冷却ユニットの組立手順における連結部材の装着を説明する図である。 図１１は、変形例１を示す図であり、半導体装置の斜視図である。 図１２は、図１１のＥ断面を示す断面図である。 図１３は、変形例２を示す図であり、半導体装置の斜視図である。

　以下、図面を参照して本発明に係る半導体装置の実施の形態について説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。また、以下の説明では、同一または類似の要素および処理には同一の符号を付し、重複説明を省略する場合がある。なお、以下に記載する内容はあくまでも本発明の実施の形態の一例を示すものであって、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではなく、他の種々の形態でも実施する事が可能である。

　図１は、半導体装置に設けられる半導体モジュール３００の回路構成を説明する回路図である。本実施の形態の半導体装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力変換装置のインバータ回路に設けられる。電力変換装置は、直流電源と車両走行用のモータジェネレータ（例えば、三相交流方式の回転電機）との間で電力変換を行う。電力変換装置は、平滑コンデンサと電力変換器であるインバータ回路とを備えている。インバータ回路は、入力された直流電力を所定周波数の三相交流に変換し、モータジェネレータに出力する。インバータ回路は、例えば、三相分の半導体モジュールを備えている。図１は、一相分の半導体モジュール３００の回路図を示したものである。

　半導体モジュール３００の回路は、直列接続された上アーム３００Ｕおよび下アーム３００Ｌで構成される。上アーム３００Ｕは、パワー半導体素子３２１Ｕおよびダイオード３２２Ｕを備える。下アーム３００Ｌは、パワー半導体素子３２１Ｌおよびダイオード３２２Ｌを備える。パワー半導体素子３２１Ｕ，３２１Ｌは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やＦＥＴなどで構成される。上アーム３００Ｕのパワー半導体素子３２１Ｕは、上アーム制御端子３１４に入力される制御信号によりオンオフ制御される。同様に、下アーム３００Ｌのパワー半導体素子３２１Ｌは、下アーム制御端子３１５に入力される制御信号によりオンオフ制御される。

　上アーム３００Ｕの外部接続Ｐ端子３１１は直流電源の高電位電源ラインに接続され、下アーム３００Ｌの外部接続Ｎ端子３１２は直流電源の低電位電源ラインに接続される。上アーム３００Ｕと下アーム３００Ｌとの接続点には外部接続ＡＣ端子３１３が設けられ、外部接続ＡＣ端子３１３から外部機器（例えば、モータ）に交流の電流を出力する。直流電源ラインには、上下アーム３００Ｕ，３００Ｌと並列にコンデンサなどが接続される。

　図２は、半導体モジュール３００の外観斜視図である。半導体モジュール３００のパワー半導体素子３２１Ｕ，３２１Ｌおよびダイオード３２２Ｕ，３２２Ｌ等は、電気的絶縁材料で形成される封止樹脂３３０で封止されている。外部接続Ｐ端子３１１、外部接続Ｎ端子３１２、外部接続ＡＣ端子３１３、上アーム制御端子３１４および下アーム制御端子３１５は、封止樹脂３３０から露出している。回路モールド体である半導体モジュール３００の両面には、熱伝導部材３５０がそれぞれ設けられる。

　図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。パワー半導体素子３２１Ｕ，３２１Ｌおよびダイオード３２２Ｕ，３２２Ｌは、それらの主面が接合材３４５を介して放熱板３４１に接合される。パワー半導体素子３２１Ｕ，３２１Ｌおよびダイオード３２２Ｕ，３２２Ｌの主面と反対側の面は、接合材３４６を介して放熱板３４２に接合される。接合材３４５，３４６には、はんだや焼結材が用いられる。放熱板３４１，３４２は、銅やアルミなどの金属、もしくは銅配線を有する絶縁基板などが用いられる。封止樹脂３３０は、パワー半導体素子３２１Ｕ，３２１Ｌおよびダイオード３２２Ｕ，３２２Ｌと、放熱板３４１，３４２と、接合材３４５，３４６とを封止する。

　放熱板３４１の接合材３４５と接合している面の反対側には、放熱面３４３が設けられている。放熱板３４２の接合材３４６と接合している面の反対側には、放熱面３４４が設けられている。放熱面３４３，３４４は、封止樹脂３３０から露出している。放熱面３４３および放熱面３４４のそれぞれには、熱伝導部材３５０が密着して設けられている。熱伝導部材３５０には、絶縁性能を持った樹脂またはセラミック等が用いられる。熱伝導部材３５０にセラミックを用いる場合には、回路モールド体の放熱面３４３，３４４および後述する冷却部材１１０，２１０との間に、グリスなどを介して密着させる。また、図示は省略するが、放熱板３４１，３４２に密着して絶縁基板または樹脂絶縁部材が設けられる構成の場合には、熱伝導部材３５０としてグリスが用いられる。半導体モジュール３００で発生した熱は、熱伝導部材３５０を介して冷却部材１１０，２１０に放熱される。

　図４～８を用いて、半導体装置１００の全体構成について説明する。図４は、半導体装置１００の外観斜視図である。図５は、半導体装置１００の分解斜視図である。図５に示すように、半導体装置１００おいては、３相インバータ回路を構成する３つの半導体モジュール３００がｘ方向に一列に配列され、半導体モジュール３００を冷却するための冷却ユニットが設けられている。冷却ユニットは、一対の冷却部材１１０，２１０と、一対の挟持部材４１０，４２０と、複数の連結部材４３０とを備えている。図４に示す半導体装置１００では、３相分の半導体モジュール３００を備えているが、例えば、１相分だけ備える構成でも良い。

　冷却部材１１０，２１０は、ｘ方向に配列された複数の半導体モジュール３００をｚ方向の表裏両側から挟み込むように配置されている。後述するように、冷却部材１１０，２１０の内部には、冷媒が流れる流路が形成されている。なお、図示は省略するが、冷却部材１１０，２１０には冷媒の出入口が設けられ、外部から冷媒が供給される。図５に示すように、冷却部材１１０の両端側の冷却部材１２０に対向する面には、冷却部材２１０の流路接続部２１１と接続される流路接続部１１１が設けられている。流路接続部１１１と流路接続部２１１とを接続することにより、冷却部材１１０内の流路と冷却部材２１０内の流路とが連通する。冷却部材２１０の図示下面には、冷媒を供給するケース（不図示）に接続するためのフランジ２７０が設けられている。フランジ２７０には、ねじなどの締結部材を通すための取り付け孔２７２が形成されている。

　図４に示すように、各半導体モジュール３００の外部接続Ｐ端子３１１、外部接続Ｎ端子３１２、外部接続ＡＣ端子３１３、上アーム制御端子３１４および下アーム制御端子３１５は、半導体モジュール３００の配列方向と直交するｙ方向に引き出されている。冷却部材１１０を挟んで半導体モジュール３００の反対側には、すなわち冷却部材１１０のｚ方向プラス側には、冷却部材１１０と対向するように挟持部材４１０が配置される。一方、冷却部材２１０を挟んで半導体モジュール３００の反対側には、すなわち冷却部材２１０のｚ方向マイナス側には、冷却部材２１０と対向するように挟持部材４２０が配置される。

　挟持部材４１０は、一枚の板部材（例えば、金属板材）から形成され、複数の支持部４１１と、枠部４１４と、バネ部４１２，４１３とを備えている。ｙ方向に延在する複数の支持部４１１は、半導体モジュール３００の配列方向（ｘ方向）に並んで配置され、かつ、ｘ方向に配列された３つの半導体モジュール３００の配列両端およびモジュール間に相対するように配置されている。各支持部４１１の両端は、ｘ方向に延在する枠部４１４によって互いに連結されている。各支持部４１１には、配列方向（ｘ方向）の両端にバネ部４１２，４１３が形成されている。バネ部４１２，４１３は、支持部４１１からｘ方向に伸延して冷却部材１１０に当接している。なお、バネ部４１３はモジュール配列の最もｘ方向マイナス側および最もｘ方向プラス側に配置された２つの支持部４１１にのみ設けられている。そして、複数のバネ部４１２，４１３の配列において、２つのバネ部４１３は、モジュール配列の最もｘ方向マイナス側および最もｘ方向プラス側に配置されている。

　挟持部材４２０は、挟持部材４１０とほぼ同様の構成を有している。すなわち、半導体モジュール３００の配列方向（ｘ方向）に複数の支持部４２１を備え、各支持部４２１の両端は、ｘ方向に延在する枠部４２４によって互いに連結されている。支持部４２１には、ｘ方向に伸延して冷却部材２１０に当接するバネ部４２２が形成されている。ただし、挟持部材４２０のモジュール配列の最もｘ方向マイナス側および最もｘ方向プラス側に配置された２つの支持部４２１には、一つのバネ部４１２しか形成されていない。もちろん、挟持部材４１０の支持部４１１の場合と同様に、２つのバネ部を備える構成としても良い。

　複数の連結部材４３０は、一対の挟持部材４１０，４２０を対向する冷却部材１１０，２１０に押圧させる。その結果、複数の半導体モジュール３００の表裏両面に冷却部材１１０，２１０が押圧されるように保持される。連結部材４３０は、挟持部材４１０，４２０の短手方向（ｙ方向）の側方に配置され、挟持部材４１０，４２０の長手方向（ｘ方向）に関してほぼ等間隔で配置されている。

　図６は、図５の面Ｂで断面したＢ断面の一部を示す図であり、流路接続部１１１と流路接続部２１１とそれに隣接する半導体モジュール３００を含む個所の断面図である。３つの半導体モジュール３００は図示左右方向（ｘ方向）に並んで配置されており、それらを挟むように冷却部材１１０，２１０が上下に配置されている。冷却部材１１０の図示上側には挟持部材４１０が配置され、冷却部材２１０の図示下側には挟持部材４２０が配置されている。複数の連結部材４３０を装着することで、挟持部材４１０，４２０が、対向する冷却部材１１０，２１０に押圧される。

　冷却部材１１０は、ベース１１２にカバー１１３を接合して流路１１４を形成したものである。冷却部材１１０の半導体モジュール３００に対向する領域には、流路１１４内にフィン１１５がそれぞれ設けられている。半導体モジュール３００の熱は、モジュール上面に密着するベース１１２を介して流路１１４内の冷媒に放出される。流路１１４内の半導体モジュール３００と対向する領域にフィン１１５を設けたことにより、半導体モジュール３００から冷媒への熱伝達がより効果的に行われる。なお、流路接続部１１１が設けられている領域は冷却が不要であるので、図６のようにフィン１１５を設けないことで、冷媒の圧力損失の低減を図ることができる。

　ベース１１２の図示左側の端部領域の下面には、上述した流路接続部１１１が設けられている。流路接続部１１１、ベース１１２、カバー１１３およびフィン１１５は、アルミ、アルミ合金または銅、銅合金等で形成され、ロウ付けにより接合される。ロウ付けに代えて、接着剤で接着しても良い。カバー１１３には、フィン１１５が設けられていて半導体モジュール３００が相対する対向部１１３ｂと、対向部１１３ｂの両側の領域に設けられた凹部１１３ａとが形成されている。このように、フィン１１５が設けられていない領域に凹部１１３ａを設けることで、凹部１１３ａの領域では冷却部材１１０の曲げに対する剛性を、フィン１１５が設けられている対向部１１３ｂの領域に比べて小さくすることができる。

　冷却部材２１０も冷却部材１１０と同様の構成を有しており、流路２１４を形成するベース２１２およびカバー２１３を備える。流路２１４内には複数のフィン２１５が設けられ、カバー２１３には凹部２１３ａおよび対向部２１３ｂが形成されている。ベース２１２の図示上面には、冷却部材１１０の流路接続部１１１と対向する位置に、流路接続部２１１が設けられている。シール材４００が設けられた流路接続部２１１は、流路接続部１１１の内側に水密状態で挿入されている。これにより、冷却部材１１０の流路１１４と冷却部材２１０の流路２１４とが連通している。カバー２１３の左右両端の下面にはフランジ２７０がそれぞれ固定されている（図５参照）。ベース２１２は半導体モジュール３００の図示下面に密着している。冷却部材２１０の場合も、冷却が不要な流路接続部２１１が設けられている領域にフィン２１５が設けられていないので、冷媒の圧力損失の低減を図ることができる。

　冷却部材１１０の図示上側には挟持部材４１０が配置され、冷却部材２１０の図示下側には挟持部材４２０が配置される。図６においては、挟持部材４１０に関しては最も図示左側に配置された支持部４１１とそれに隣接する支持部４１１が図示されており、挟持部材４２０に関しては最も図示左側に配置された支持部４２１が図示されている。最も図示左側に配置された支持部４１１，４２１は、一列に配列された複数の半導体モジュール３００の左端に相対して配置される支持部である。また、図示右側に隣接する支持部４１１は、２つの半導体モジュール３００のモジュール間に相対して配置される支持部である。

　モジュール配列の左端に相対して配置される支持部４１１，４２１において、支持部４１１には、ｘ方向プラス側に伸延するバネ部４１２と、ｘ方向マイナス側に伸延するバネ部４１３とが設けられている。一方、支持部４２１には、ｘ方向プラス側に伸延するバネ部４１２のみが形成されている。モジュール配列のモジュール間に相対して配置される支持部４１１，４２１には、ｘ方向プラス側およびマイナス側に伸延する一対のバネ部４１２，４２２が設けられている。なお、図６では、ｘ方向プラス側に伸延するバネ部４１２，４２２については図示を省略した。

　バネ部４１２はカバー１１３のフィン１１５が設けられている部分、すなわち、冷却部材１１０の半導体モジュール３００に相対する位置に当接している。図５，６から分かるように、冷却部材１１０の半導体モジュール３００に相対する領域には、両側の支持部４１１から伸延する２つのバネ部４１２が当接している。一方、バネ部４１３は、流路接続部１１１が設けられている部分のカバー１１３に当接している。バネ部４１２とバネ部４１３とはバネ定数が異なる。冷却部材２１０に対向する挟持部材４２０の場合には、両側の支持部４２１から伸延する２つのバネ部４２２が、冷却部材２１０の半導体モジュール３００に相対する領域に当接している。バネ部４２２のバネ定数は、例えば、バネ部４１２のバネ定数とほぼ同一に設定されている。

　冷却部材１１０，２１０の半導体モジュール３００に相対する領域は、バネ部４１２，４１３，４２２の反力により半導体モジュール３００に押圧される。このように、挟持部材４１０，４２０は、冷却部材１１０，２１０の半導体モジュール３００に相対する領域毎に、半導体モジュール３００の方向へ押圧している。そのため、冷却部材１１０，２１０や半導体モジュール３００に反りや厚みばらつきがあったとしても、冷却部材１１０，２１０の各半導体モジュール相対領域が、反りや厚みばらつきに対応するように各半導体モジュール３００に押圧されることになる。すなわち、冷却部材１１０，２１０が、偏りなく各半導体モジュール３００に押圧される。また、半導体モジュール３００は、構成部材の線膨張係数差により発熱時に部材が変形しようとするが、半導体モジュール３００毎に押圧力が加わるので変形が抑制され、製品の信頼性を向上することができる。

　また、上述したように、冷却部材１１０，２１０において、凹部１１３ａ，２１３ａが設けられている領域は対向部１１３ｂ、２１３ｂが設けられている領域に比べて剛性が低く撓みやすい。そのため、複数の半導体モジュール３００に厚さや反りのばらつきがあったとしても、凹部１１３ａ，２１３ａの領域が撓んで各半導体モジュール３００に密着しやすく、冷却性能の向上を図ることができる。

　図６に示すように、図示左側の支持部４１１からｘ方向マイナス側に伸延するバネ部４１３は、流路接続部１１１が設けられている領域のカバー１１３に当接している。半導体モジュール３００を挟持している冷却部材１１０，２１０には、冷媒が流れたときの冷媒の圧力により、冷却部材１１０，２１０を半導体モジュール３００から引き離すような力が加わる。バネ部４１３の押圧力は、この引き離す作用を低減することができる。バネ部４１２でフィン１１５が設けられた部分を半導体モジュール３００に押圧するための押圧力と、バネ部４１３の押圧力とは設定が異なる。バネ部４１２，４１３のバネ定数を異ならせることで、異なる押圧力に容易に対応することができる。

　挟持部材４１０と挟持部材４２０とは別体の部材である連結部材４３０により連結され、それらは連結部材４３０によって対向する冷却部材１１０，２１０へ押圧されている。図７は、図６のＣ－Ｃ断面図である。Ｃ－Ｃ断面は挟持部材４１０，４２０および冷却部材１１０，２１０の短手方向（ｙ方向）に断面したものであり、複数の連結部材４３０は、挟持部材４１０，４２０および冷却部材１１０，２１０の短手方向の側方に配置されている。連結部材４３０は、支持部４１１，４２１に係合する係合部４３０ａと、それら２つの係合部４３０ａを接続する接続部４３０ｂとを備えている。接続部４３０ｂの上下両端に設けられた係合部４３０ａは、ｙ方向の側方に位置する接続部４３０ｂから挟持部材４１０，４２０の方向に延在している。

　２つの係合部４３０ａの支持部４１１，４２１に対向する面には、突起４３１がそれぞれ形成されている。突起４３１はプレス加工等により形成される。図示上側の係合部４３０ａの突起４３１は、挟持部材４１０の支持部４１１に形成された孔４１１ａに係合する。図示下側の係合部４３０ａの突起４３１は、挟持部材４２０の支持部４２１に形成された孔４２１ａに係合する。なお、孔４１１ａ，４２１ａは、突起４３１が係合可能な凹部であっても良い。このように、突起４３１が孔４１１ａ，４２１ａに係合することにより、連結部材４３０が挟持部材４１０，４２０から脱落するのを防止することができる。

　図８は、図６のＤ－Ｄ断面図である。バネ部４１３が当接している領域のカバー１１３の内部には、図７のバネ部４１２が当接しているカバー領域のようにフィン１１５が設けられていない。しかし、バネ部４１３は、図５に示すようにｙ方向の寸法がバネ部４１２よりも大きいため、カバー１１３のｚ方向に立設する側壁１１３ｃの部分にも当接している。そのため、カバー１１３の変形が側壁１１３ｃによって抑制されている。

　図９，１０は、挟持部材４１０，４２０および連結部材４３０の組立手順を示す図である。まず、ｘ方向に一列に配列した複数の半導体モジュール３００の厚さ方向（図９のｚ方向）の表裏両面側に、冷却部材１１０，２１０を配置して、複数の半導体モジュール３００を冷却部材１１０，２１０で挟んだ積層状態とする。そして、冷却部材１１０の図示上側に挟持部材４１０を配置すると共に、冷却部材２１０の図示下側に冷却部材４２０を配置して、図１０に示すような積層体Ｓとする。

　次いで、図１０に示すように、一対の押圧治具５００を用いて、積層体Ｓを上下方向に圧縮して、複数の連結部材３０を装着する。このとき、挟持部材４１０，４２０の支持部４１１，４２１が対向する冷却部材１１０，２１０の方向に押圧され、支持部４１１，４２１に設けられたバネ部４１２，４１３，４２２が弾性変形する。その結果、積層体Ｓの厚さ寸法ａ（すなわち、ｚ方向の寸法）が減少する。ここでは、積層体Ｓの厚さ寸法ａが連結部材４３０の一対の係合部４３０ａの間隔ｂとほぼ同一またはやや小さくなるように、積層体Ｓを押圧治具５００により圧縮し、図１０のように、積層体Ｓの短手方向の側方から積層体Ｓを挟むように連結部材４３０を装着する。

　連結部材４３０を装着すると、上下２つの係合部４３０ａの突起４３１が、それぞれ支持部４１１の孔４１１ａおよび支持部４２１の孔４２１ａに係合する（図７参照）。その後、治具５００を積層体Ｓから外す。治具５００を外すと、弾性変形しているバネ部４１２，４２２の反力により、支持部４１１，４２１が係合部４３０ａに押し付けられる。その結果、冷却部材１１０，２１０が、半導体モジュール３００を挟持した状態で保持される。

　なお、連結部材４３０の剛性は、バネ部４１２，４１３，４２２の反力により変形しないように、バネ部４１２，４１３，４２２が設けられている支持部４１１，４２１の剛性よりも高く設定されている。例えば、連結部材４３０および挟持部材４１０，４２０は金属板材により形成されるが、図６に示すように、挟持部材４１０，４２０の板厚をｔ２，ｔ３とした場合、連結部材４３０の板厚ｔ１はｔ２，ｔ３よりも厚く設定される。このように、剛性の大きな連結部材４３０で支持部４１１，４２１を押さえることで、バネ部４１２，４１３，４２２による冷却部材１１０，２１０への押圧力をより大きくすることができる。その結果、冷却部材１１０，２１０の半導体モジュール３００に対する押圧力を大きくすることができ、冷却性能に関して信頼性向上を図ることができる。

　上述した実施の形態では、バネ部４１２が設けられている複数の支持部４１１およびバネ部４２２が設けられている複数の支持部４２１の相対するもの同士を、それぞれ連結部材４３０で連結している。その結果、冷却部材１１０，２１０を半導体モジュール３００の方向に押圧するバネ部４１２，４２２の押圧力をより大きくすることができ、冷却部材１１０，２１０の保持に関して耐震性の向上を図ることができる。

　なお、上述した実施の形態では、半導体装置１００は複数の半導体モジュール３００を備えているが、半導体モジュール３００が一つの場合にも適用することが可能である。図示は省略するが、その場合、挟持部材４１０，４２０には、図４，５の半導体モジュール３００の端子３１１等が引き出されるｙ方向と直交するｘ方向であって、半導体モジュール３００の両側に支持部４１１，４２１がそれぞれ配置される。そして、各支持部４１１にはバネ部４１２，４１３が形成され、各支持部４２１にはバネ部４２２が形成される。冷却部材１１０，２１０においては、対向部１１３ｂの両側に一対の凹部１１３ａが設けられ、対向部２１３ｂの両側に一対の凹部２１３ａが設けられる構成となる。冷却部材１１０の対向部１１３ｂの領域は、２つのバネ部４１２により半導体モジュール３００に押圧される。同様に、冷却部材２１０の対向部２１３ｂの領域は、２つのバネ部４２２により半導体モジュール３００に押圧される。

（変形例１）
　図１１，１２は上述した実施の形態の変形例１を示す図である。図１１は半導体装置１００Ａの斜視図であり、図１２は図１１の面Ｅで断面した断面図である。変形例１では、挟持部材４２０に代えて挟持部材４２０Ａが用いられ、連結部材４３０に代えて連結部材４４０が用いられている点が、上述した実施の形態と異なる。複数の半導体モジュール３００、冷却部材１１０，２１０および挟持部材４１０については、上述した実施の形態の場合と同一構成である。以下では、主に異なる構成について説明する。

　冷却部材２１０のｚ方向マイナス側（図１２における図示下側）には、挟持部材４２０Ａが固着されている。なお、挟持部材４２０Ａを冷却部材２１０に固着させずに、単に下側に配設する構成でも良い。挟持部材４２０Ａのｘ方向両端には、取り付け孔４２８が設けられたフランジ４２７がそれぞれ形成されている。連結部材４４０は、一対の係合部４４０ａおよびそれらを接続する接続部４４０ｂを備えている。各係合部４４０ａには、係合用の突起４４１が形成されている。

　このように、変形例１では、上述した実施の形態における一対のフランジ２７０と挟持部材４２０とを一つの挟持部材４２０Ａで兼用し、挟持部材４２０Ａを単なる板状部材としている。言い換えると、変形例１は、挟持部材４２０を廃止して、両端にフランジ２７０を有するｘ方向に延在する板状部材（挟持部材４２０Ａ）で置き換えた構成と言うことができる。

　連結部材４４０を装着する場合には、複数の連結部材４４０を各支持部４１１に当接させて、押圧治具を用いて全ての連結部材４４０を図示下方に押圧する。その結果、バネ部４１２が変形して突起４４１の傾斜面が４２０Ａのy方向端面に押し当てられ、一対の係合部４４０ａの間隔が拡がる。連結部材４４０をさらに押し下げると、突起４４１が挟持部材４２０Ａの下面側に係合する。

　上述のように、変形例１においても、冷却部材１１０の半導体モジュール３００に相対する領域を、挟持部材４１０のバネ部４１２で半導体モジュール３００にそれぞれ押圧するようにしているので、冷却部材１１０が半導体モジュール３００のそれぞれに適切に押圧される。また、各支持部４１１が連結部材４４０の接続部４４０ｂによって冷却部材１０の方向にそれぞれ押圧されるので、バネ部４１２の反力による支持部４１１の変形が防止され、バネ部４１２による押圧力を大きくすることが可能となる。さらに、変形例１では、一対のフランジ２７０と複雑な形状の挟持部材４２０とを、単純な形状の板状部材である挟持部材４２０Ａに置き換えているので、コスト低減を図ることができる。

　なお、図１１に示す例において、挟持部材４２０Ａを冷却部材２１０に固着させないで、挟持部材４２０Ａと冷却部材２１０との間に図４，５に示した挟持部材４２０を配置しても良い。また、変形例１の連結部材４４０は、図４，５に示す実施形態にも適用することができる。すなわち、図４，５において、連結部材４３０の代わりに図１３の連結部材４４０を使用する。そして、各連結部材４４０の係合部４４０ａを挟持部材４２０の短手方向端部に係合させる。その場合、挟持部材４２０の支持部４２１の両端を冷却部材１１０，２１０の短手方向の外側まで伸延させて、そこに係合部４４０ａを係合させる。

（変形例２）
　図１３は、変形例２を示す図であり、半導体装置１００Ｂの斜視図である。変形例２では、連結部材を挟持部材４１０Ａに一体に形成する構成とした。なお、その他の構成は上述した変形例１と同一であり説明を省略する。ｙ方向に延在する支持部４１１は、破線Ｒで示すように、その両端が冷却部材１１０，２１０の短手方向の外側まで伸延している。各支持部４１１は、支持部４１１の延在方向の両端に、ｚ方向に伸延する連結部４１５がそれぞれ形成されている。連結部４１５の形状は、変形例１の連結部材４４０の係合部４４０ａの形状と同一である。挟持部材４２０Ａ、冷却部材２１０、複数の半導体モジュール３００、冷却部材１１０および挟持部材４１０Ｂを積層し、押圧治具により挟持部材４１０Ｂを冷却部材１１０の方向に押圧すると、各連結部４１５が挟持部材４２０Ａの短手方向端部に係合する。変形例２では、連結部４１５と挟持部材４１０Ｂとが一体に形成されているので、変形例１と比較して部品点数を少なくすることができ、さらに組立作業性に優れている。

　なお、変形例２の場合において、挟持部材４２０Ａを冷却部材２１０に固着させないで、挟持部材４２０Ａと冷却部材２１０との間に図４，５に示した挟持部材４２０を配置しても良い。また、変形例２の挟持部材４１０Ｂは、図４，５に示す実施形態にも適用することができる。すなわち、図４，５において、挟持部材４１０および連結部材４３０の代わりに図１３の挟持部材４１０Ｂを使用する。そして、挟持部材４１０Ｂの各連結部４１５を挟持部材４２０の短手方向端部に係合させる。その場合、図１３の支持部４１１の場合と同様に、挟持部材４２０の支持部４２１の両端を冷却部材１１０，２１０の短手方向の外側まで伸延させる。

　以上説明した本発明の実施形態および変形例によれば、以下の作用効果を奏する。

（Ｃ１）図１１，１２に示すように、半導体装置１００Ａは、一列に配列された複数の半導体モジュール３００と、一列に配列された複数の半導体モジュール３００を挟むように配置されて半導体モジュール３００を冷却する一対の冷却部材１１０，２１０と、一対の冷却部材１１０，２１０の半導体モジュール対向側とは反対側に対向配置される一対の挟持部材４１０，４２０Ａと、一対の挟持部材４１０，４２０Ａを互いに連結してそれらを対向する冷却部材１１０，２１０にそれぞれ押圧する連結部としての複数の連結部材４４０と、を備える。そして、一対の挟持部材４１０，４２０Ａの一方である挟持部材４１０は、一列に配列された複数の半導体モジュール３００の両端および半導体モジュール３００間に相対してそれぞれ配置される複数の支持部４１１および、複数の支持部４１１の各々から半導体モジュール３００の配列方向（ｘ方向）に伸延して冷却部材１１０に当接するバネ部４１２，４１３を有し、複数の連結部材４４０は、挟持部材４１０に設けられた支持部４１１と他方の挟持部材４２０Ａとを連結する。

　バネ部４１２，４１３が形成された支持部４１１のそれぞれに対して、支持部４１１を冷却部材１１０に押圧する連結部材４４０が設けられている。そのため、バネ部４１２，４１３からの反力を受ける各支持部４１１をそれぞれ連結部材４４０により押圧することで、バネ部４１２，４１３の弾性変形による押圧力を大きくすることが可能となる。その結果、冷却部材１１０，２１０の保持に関して耐震性の向上を図ることができる。

　さらに、図１１，１２に示すように、バネ部４１２は、複数の半導体モジュール３００の両端および半導体モジュール３００間に相対してそれぞれ配置される支持部４１１から、半導体モジュール３００の配列方向（ｘ方向）に伸延している。支持部４１１から伸延するバネ部４１２は、冷却部材１１０の各半導体モジュール３００に対向する領域に当接し、その領域を半導体モジュール３００の方向に押圧することになる。その結果、各半導体モジュール３００のそれぞれに対して冷却部材１１０がより均等に押圧されるようになり、各半導体モジュール３００がより効果的に冷却される。

　なお、上述した実施の形態および変形例２，３では、半導体装置に複数の半導体モジュール３００が設けられていたが、上述したように一つの半導体モジュール３００に対しても適用することができる。

（Ｃ２）上記（Ｃ１）において、図４，５，６に示すように、一対の挟持部材４１０，４２０の各々は、一列に配列された複数の半導体モジュール３００の両端および半導体モジュール３００間に相対してそれぞれ配置される複数の支持部４１１，４２１、および、複数の支持部４１１，４２１の各々から半導体モジュール３００の配列方向（ｘ方向）に伸延して冷却部材１１０，２１０に当接するバネ部４１２，４１３，４２２を有し、各連結部材４３０は、一対の挟持部材４１０，４２０の互いに相対する支持部４１１，４２１同士を連結する。その結果、冷却部材１１０，２１０の両方を、各半導体モジュール３００のそれぞれに対してより均一に押圧することが可能となる。

（Ｃ３）上記（Ｃ２）において、図４，６に示すように、支持部４１１は、該支持部４１１におけるモジュール配列方向であるｘ方向の両端にバネ部４１２、４１３をそれぞれ備える。このようなバネ部４１２、４１３が設けられた支持部４１１をモジュール配列方向に複数備えることで、半導体モジュール３００が複数ある場合でも、半導体モジュール３００毎にバネ部４１２による押圧力を加えることができる。その結果、冷却部材１１０の反りや半導体モジュール３００の厚さばらつきがあった場合でも、各半導体モジュールに加えられる押圧力の均一化を図ることができる。

（Ｃ４）上記（Ｃ２）において、図４～６に示すように、支持部４１１，４２１はモジュール配列方向に直交するｙ方向に延在し、挟持部材４１０に設けられた支持部４１１の延在方向の一端と、挟持部材４２０に設けられた支持部４２１における前記一端と相対する端部とを連結部材４３０で連結し、挟持部材４１０に設けられた支持部４１１の延在方向の他端と、挟持部材４２０に設けられた支持部４２１における前記他端と相対する端部とを他の連結部材４３０で連結する。支持部４１１，４２１の延在方向の両端を連結部材４３０でそれぞれ連結しているので、バネ部の反力による支持部４１１，４２１の撓みが抑制され、押圧力の強化および均等化を図ることができる。

（Ｃ５）上記（Ｃ４）において、図４～６に示すように、連結部材４３０は、一対の挟持部材４１０，４２０に対して別体で形成されている。連結部材４３０を別体とすることで、一体の場合のように連結部が組立作業時に他の部材と干渉せず、作業性に優れている。

（Ｃ６）上記（Ｃ５）において、図７に示すように、連結部材４３０は、挟持部材４１０に設けられた支持部４１１に係合する係合部４３０ａと、挟持部材４２０に設けられた支持部４２１に係合する係合部４３０ａと、２つの係合部４３０ａを接続する接続部４３０ｂとを備える。このような構成とすることで、係合部４３０ａを挟持部材４１０，４２０に係合させることにより、連結部材４３０を簡単に半導体装置１００に装着することができ、組立作業性の向上を図ることができる。

（Ｃ７）上記（Ｃ５）において、連結部材４３０の剛性は、挟持部材４１０，４２０に設けられた支持部４１１，４２１の剛性よりも高い。例えば、図６に示すように、連結部材４３０の板厚ｔ１を挟持部材４１０，４２０の板厚ｔ２，ｔ３よりも厚くする。連結部材４３０には、バネ部４１２，４１３，４２２の反力が支持部４１１，４２１を介して加わるので、連結部材４３０の剛性を高くすることで、バネ部４１２，４１３，４２２による冷却部材１１０，２１０への押圧力をより大きくすることが可能となる。

（Ｃ８）上記（Ｃ３）において、図６に示すように、冷却部材１１０は、流路１１４が形成されると共に、冷却部材２１０が対向する位置に設けられた流路接続部１１１を有し、冷却部材２１０は、流路２１４が形成されると共に、流路接続部１１１と接続される流路接続部２１１を有し、冷却部材１１０の流路接続部１１１が設けられている領域の挟持部材対向面（カバー１１３）には、対向する挟持部材４１０のバネ部４１３が当接する。バネ部４１３が冷却部材１１０の挟持部材対向面（カバー１１３）に当接する構成とすることで、バネ部４１３の押圧力によって、流路接続部１１１と流路接続部２１１との接続状態が冷媒圧力に抗して適切に維持される。

（Ｃ９）上記（Ｃ８）において、図６に示すように、挟持部材対向面（カバー１１３）に当接するバネ部４１３が設けられた挟持部材４１０の複数のバネ部４１２，４１３において、当接するバネ部４１３のバネ定数は、他のバネ部４１２のバネ定数と異なる値に設定される。バネ部４１３のバネ定数をバネ部４１２のバネ定数と異ならせることで、冷却部材１１０の対向部１１３ｂの領域への押圧力と、流路接続部１１１が設けられている領域への押圧力とを個別に設定することができる。図６に示す例では、流路接続部１１１が設けられている領域は、カバー１１３内にフィン１１５が設けられていないので剛性が低く、当接するバネ部４１３のバネ定数を抑えることでカバー１１３の変形を防止することができる。

（Ｃ１０）上記（Ｃ１）において、図５，６に示すように、冷却部材１１０，２１０の各々は、半導体モジュール３００が対向する対向部１１３ｂ，２１３ｂと、対向部１１３ｂ，２１３ｂのモジュール配列方向（ｘ方向）の両端に設けられた可撓部としての凹部１１３ａ，２１３ａとを備える。複数の半導体モジュール３００の厚さばらつきに応じて冷却部材１１０，２１０が凹部１１３ａ，２１３ａで撓むことにより、各半導体モジュール３００に対して冷却部材１１０，２１０を均等に押圧することができる。

　以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

　１００，１００Ａ，１００Ｂ…半導体装置、１１０，２１０…冷却部材、１１１，２１１…流路接続部、１１３…カバー、１１３ａ，２１３ａ…凹部、１１３ｂ，２１３ｂ…対向部、３００…半導体モジュール、４１０，４１０Ａ，４２０，４２０Ａ…挟持部材、４１１，４２１…支持部、４１２，４１３，４２２…バネ部、４１５…連結部、４３０，４４０…連結部材、４３０ａ，４４０ａ…係合部、４３０ｂ，４４０ｂ…接続部

Claims (10)

1. 　一列に配列された１以上の半導体モジュールと、
   　一列に配列された１以上の前記半導体モジュールを挟むように配置されて該半導体モジュールを冷却する一対の冷却部材と、
   　一対の前記冷却部材の半導体モジュール対向側とは反対側に対向配置される一対の挟持部材と、
   　一対の前記挟持部材を互いに連結してそれらを対向する前記冷却部材にそれぞれ押圧する連結部と、を備え、
   　一対の前記挟持部材の少なくとも一方は、一列に配列された１以上の前記半導体モジュールの両端および半導体モジュール間に相対してそれぞれ配置される複数の支持部、および、複数の前記支持部の各々から前記半導体モジュールの配列方向に伸延して前記冷却部材に当接するバネ部を有し、
   　前記連結部は、前記一方の挟持部材に設けられた前記支持部と他方の前記挟持部材とを連結する、半導体装置。
2. 　請求項１に記載の半導体装置において、
   　一対の前記挟持部材の各々は、一列に配列された１以上の前記半導体モジュールの両端および半導体モジュール間に相対してそれぞれ配置される複数の支持部、および、複数の前記支持部の各々から前記半導体モジュールの配列方向に伸延して前記冷却部材に当接するバネ部を有し、
   　前記連結部は、一対の前記挟持部材の互いに相対する前記支持部同士を連結する連結部材を、前記支持部毎に備える、半導体装置。
3. 　請求項２に記載の半導体装置において、
   　前記支持部は、該支持部の前記配列方向の両端に前記バネ部をそれぞれ備える、半導体装置。
4. 　請求項２に記載の半導体装置において、
   　前記支持部は前記配列方向に直交する方向に延在し、
   　一対の前記挟持部材の一方に設けられた前記支持部の延在方向の一端と、一対の前記挟持部材の他方に設けられた前記支持部における前記一端と相対する端部とを複数の前記連結部材の一つで連結し、
   　一対の前記挟持部材の一方に設けられた前記支持部の延在方向の他端と、一対の前記挟持部材の他方に設けられた前記支持部における前記他端と相対する端部とを複数の前記連結部材の他の一つで連結する、半導体装置。
5. 　請求項４に記載の半導体装置において、
   　前記連結部材は、一対の前記挟持部材に対して別体で形成されている、半導体装置。
6. 　請求項５に記載の半導体装置において、
   　前記連結部材は、
   　一対の前記挟持部材の一方に設けられた前記支持部に係合する第１係合部と、
   　一対の前記挟持部材の他方に設けられた前記支持部に係合する第２係合部と、
   　前記第１係合部と前記第２係合部とを接続する接続部とを備える、半導体装置。
7. 　請求項５に記載の半導体装置において、
   　前記連結部材の剛性は、一対の前記挟持部材に設けられた前記支持部の剛性よりも高い、半導体装置。
8. 　請求項３に記載の半導体装置において、
   　一対の前記冷却部材の一方は、第１冷媒流路が形成されると共に、他方の前記冷却部材が対向する位置に設けられた第１流路接続部を有し、
   　前記他方の冷却部材は、第２冷媒流路が形成されると共に、前記第１流路接続部と接続される第２流路接続部を有し、
   　前記一方の冷却部材の前記第１流路接続部が設けられている領域の挟持部材対向面、および、前記他方の冷却部材の前記第２流路接続部が設けられている領域の挟持部材対向面の少なくとも一方には、対向する前記挟持部材が有する複数の前記バネ部のいずれか一つが当接する、半導体装置。
9. 　請求項８に記載の半導体装置において、
   　前記挟持部材対向面に当接するバネ部が設けられた前記挟持部材の複数の前記バネ部において、前記当接するバネ部のバネ定数は、他のバネ部のバネ定数と異なる値に設定される、半導体装置。
10. 　請求項１に記載の半導体装置において、
    　一対の前記冷却部材の各々は、前記半導体モジュールが対向する対向部と、前記対向部の前記配列方向の両端に設けられた可撓部とを備える、半導体装置。

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