(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体装置と、
前記複数の半導体装置を収容するケースとを備え、
それぞれの前記半導体装置は、
半導体素子を内蔵し、対向する一対の主面を有する形状の半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの両側に配置された２つのヒートシンクと、
前記半導体モジュールから２つの前記ヒートシンクへの伝熱が可能となるように、前記半導体モジュールと２つの前記ヒートシンクとを連結する連結装置とを備え、
それぞれの前記半導体装置において、前記半導体モジュールと２つの前記ヒートシンクとは、それらだけに属する専用の前記連結装置によって、ひとまとまりの前記半導体装置として取り扱うことが可能となるように、連結されており、
前記ケースは、前記複数の半導体装置を収容するとともに、前記ヒートシンクへ空気を供給する通風口を有し、
前記半導体モジュールは、前記半導体モジュールの主面と直交するに突出する電極端子と、前記電極端子と逆向きに突出する制御信号端子を備え、
前記ヒートシンクは、前記半導体モジュールの各主面と接合される板状の基板部と、基板部の主面方向に突出する複数個の第１のフィンと、前記第１のフィンの並び方向における両方の最外側に位置するフィンよりさらに外側において前記基板部から直角方向に突出する第２のフィンを備え、
前記第２のフィンは、前記第１のフィンよりも厚さ寸法が大きい肉厚部を備え、
前記第２のフィンは、その厚み方向に垂直な方向であって、前記半導体モジュールの主面に平行な方向における長さ寸法が前記第１のフィンよりも短く、
前記連結装置は、平面部と、前記平面部の両端に位置する脚部を備え、
前記連結装置は、対向する２つの前記ヒートシンクのうち、前記第２のフィンの両端であって、前記基板部においてフィンが形成されていない部位同士を前記脚部により挟持し、前記平面部の主面が前記電極端子、及び、前記制御端子の突出方向を向くように配置して連結していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
それぞれの前記半導体モジュールは、電力を制御するスイッチング素子を備え、
前記電力変換装置は、少なくとも６つの前記半導体装置を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記半導体モジュールは、前記ケース内において、２×２以上の行列状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記半導体装置は、前記ケース内において、前記ケースの対向する壁面間に挟まれて支持されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記半導体装置と前記ケースとの間に設けられ、前記半導体装置を弾性的に支持する弾性支持部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記ケースは、前記半導体モジュールと前記ヒートシンクとの積層方向と交差する方向に関して前記半導体装置を挟んでいることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相の電力を変換するための複数の半導体モジュールを備えた電力変換装置に関する
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、制御回路部と、パワー配線部との間に、複数の半導体モジュールと冷却装置とを配置した多相電力変換装置を開示している。また、特許文献２は、複数の半導体モジュールのための水冷装置を開示している。さらに、特許文献３は、複数の空冷用ヒートシンクと、複数の半導体モジュールとを交互に積層する構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７３３７４号公報
【特許文献２】特開２００５−１９１５２７号公報
【特許文献３】特開２００８−２７８５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の構成では、半導体モジュールから冷却媒体管に熱を十分に伝熱させるために、半導体モジュールと冷却媒体管とが広い面積で接触することが望ましい。しかしながら、特許文献１および特許文献２の冷却装置は、２もしくはより多い半導体モジュールと、複数の冷却媒体管とを交互に積層している。このため、一部の半導体モジュールと、それに隣接する冷却媒体管との間に、部分的な隙間が形成されることがある。このような隙間は、半導体モジュールと冷却媒体管との間の接触面積を減少させる。従って、一部の伝熱性能が、他の部分の伝熱性能に比べて低下する。例えば、ひとつの半導体モジュールからの伝熱性能が、他の半導体モジュールからの伝熱性能と比較して低下する。このような、部分的な伝熱性能の低下は、その半導体モジュールからの放熱量を低下させる。
【０００５】
一方、特許文献３の構成でも、２もしくはより多い半導体モジュールと空冷ヒートシンクとを積層している。このため、上記と同様の問題点があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の半導体モジュールからの伝熱性能の部分的な低下を抑制することができる多相電力変換装置を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、複数の半導体モジュールからの伝熱性能の部分的な低下を抑制しながら、複数の半導体モジュールからの放熱性能の差の抑制と、複数の半導体モジュールのコンパクトな配置とを両立することができる多相電力変換装置を提供することである。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、複数の半導体モジュールからの伝熱性能の部分的な低下を抑制しながら、複数の半導体モジュールを安定的に固定することができる多相電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、複数の半導体装置と、複数の半導体装置を収容するケースとを備え、それぞれの半導体装置は、半導体素子を内蔵し、対向する一対の主面を有する形状の半導体モジュールと、半導体モジュールの両側に配置された２つのヒートシンクと、半導体モジュールから２つのヒートシンクへの伝熱が可能となるように、半導体モジュールと２つのヒートシンクとを連結する連結装置とを備え、それぞれの半導体装置において、半導体モジュールと２つのヒートシンクとは、それらだけに属する専用の連結装置によって、ひとまとまりの半導体装置として取り扱うことが可能となるように、連結されており、ケースは、複数の半導体装置を収容するとともに、ヒートシンクへ空気を供給する通風口を有し、半導体モジュールは、半導体モジュールの主面と直交するに突出する電極端子と、電極端子と逆向きに突出する制御信号端子を備え、ヒートシンクは、半導体モジュールの各主面と接合される板状の基板部と、基板部の主面方向に突出する複数個の第１のフィンと、第１のフィンの並び方向における両方の最外側に位置するフィンよりさらに外側において基板部から直角方向に突出する第２のフィンを備え、第２のフィンは、第１のフィンよりも厚さ寸法が大きい肉厚部を備え、第２のフィンは、その厚み方向に垂直な方向であって、半導体モジュールの主面に平行な方向における長さ寸法が第１のフィンよりも短く、連結装置は、平面部と、平面部の両端に位置する脚部を備え、連結装置は、対向する２つのヒートシンクのうち、第２のフィンの両端であって、基板部においてフィンが形成されていない部位同士を脚部により挟持し、平面部の主面が電極端子、及び、制御端子の突出方向を向くように配置して連結していることを特徴とする。この構成によると、半導体モジュールからヒートシンクへの伝熱は、半導体装置ごとに管理することができる。このため、複数の半導体装置をケース内に収容しても、半導体モジュールからの伝熱性能の部分的な低下を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、それぞれの半導体モジュールは、電力を制御するスイッチング素子を備え、電力変換装置は、少なくとも６つの半導体装置を有することを特徴とする。この構成によると、三相の多相電力変換装置を構成するために必要な少なくとも６つのスイッチング素子が設けられる。しかも、それらスイッチング素子からヒートシンクへの伝熱性能の部分的な低下を抑制することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、半導体モジュールは、ケース内において、２×２以上の行列状に配置されていることを特徴とする。この構成によると、複数の半導体モジュールからの伝熱性能の部分的な低下を抑制しながら、複数の半導体モジュールからの放熱性能の差の抑制と、複数の半導体モジュールのコンパクトな配置とを両立することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、半導体装置は、ケース内において、ケースの対向する壁面間に挟まれて支持されていることを特徴とする。この構成によると、複数の半導体モジュールからの伝熱性能の部分的な低下を抑制しながら、複数の半導体モジュールを安定的に固定することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、半導体装置とケースとの間に設けられ、半導体装置を弾性的に支持する弾性支持部材をさらに備えることを特徴とする。この構成によると、複数の半導体モジュールからの伝熱性能の部分的な低下を抑制しながら、複数の半導体モジュールを安定的に固定することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、ケースは、半導体モジュールとヒートシンクとの積層方向と交差する方向に関して半導体装置を挟んでいることを特徴とする。この構成によると、半導体装置を安定的に固定できるとともに、半導体モジュールとヒートシンクとの間の接触状態の望ましくない変化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の半導体装置を適用したインバータ駆動装置を車両に搭載した状態を示す模式図である。
【図２】第１実施形態の半導体装置を適用したインバータ駆動装置の回路図である。
【図３】第１実施形態の半導体装置の構成を示す分解斜視図である。
【図４】第１実施形態の半導体装置の構成を示す斜視図である。
【図５】６個の半導体装置をケースに収納した状態を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態のインバータ装置の外観を示す斜視図である。
【図７】第１実施形態の半導体装置をケース内に収納した状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るインバータ回路ユニットの斜視図である。
【図９】第２実施形態に係る組立体と弾性部材との分解状態を示す斜視図である。
【図１０】第２実施形態に係るケースの断面図である。
【図１１】第２実施形態に係る組立体と弾性部材との分解状態を示す正面図である。
【図１２】第２実施形態に係るケースの分解状態を示す側面図である。
【図１３】第２実施形態に係るケースの分解状態を示す正面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る通風路形成部材の正面図である。
【図１５】第３実施形態に係る通風路形成部材の横断面図である。
【図１６】第３実施形態に係る通風路形成部材の縦断面図である。
【図１７】第３実施形態に係る通風路形成部材の正面図である。
【図１８】本発明の第４実施形態に係る通風路形成部材の正面図である。
【図１９】本発明の第５実施形態に係る通風路形成部材の正面図である。
【図２０】本発明の第６実施形態の半導体装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明は、高出力モータを駆動するモータ駆動装置としてのインバータ装置に適用することができる。このインバータ装置は、直流電力と交流電力との間で双方向変換を行う装置、例えばＵ相、Ｖ相及びＷ相の三相インバータ装置であり、交流モータを使用するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車等に搭載される。
【００１９】
第１実施形態では、走行用のモータ３を駆動する三相インバータ回路を有するインバータ装置１に半導体装置１０を適用した例について説明する。図１は半導体装置１０を適用したインバータ装置１を車両に搭載した状態を示す模式図である。図２は、半導体装置１０を適用したインバータ装置１の回路図である。
【００２０】
図１に示すように、インバータ装置１は、車両前方に搭載された走行用のモータ３に出力可能に有線で接続され、車両後方でバッテリ４に隣接するように搭載されるとともに、冷却用のファン９による送風がダクトで形成された所定の通風経路を流通して半導体装置１０に供給されることにより空冷される。インバータ装置１を冷却する空気は、車外または車室内から取り込まれて半導体装置１０を通過後、車外に排出される。このようにしてインバータ装置１は所定の機能を発揮できる温度に保たれ得る。
【００２１】
図２に示すように、インバータ回路（インバータ装置１）は、６個の半導体モジュール２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ（以下、６個の半導体モジュールのうち、任意の半導体モジュールをさす場合は単に半導体モジュール２２と称することがある）を含むパワーモジュール２と、コンデンサ５，６と、抵抗７，８と、制御回路１００とから構成されている。インバータ回路の入力側にはバッテリ４が接続されている。インバータ回路の出力側にはモータ３が接続されている。
【００２２】
パワーモジュール２は、制御回路１００によって制御され、バッテリ４の出力する直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給するインバータ回路を構成するための素子で構成されている。パワーモジュール２は、ＩＧＢＴ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ（スイッチング素子）と、フリーホイーリングダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆとからなる。各半導体モジュール２２は、ＩＧＢＴとフリーホイーリングダイオードを各１個含んでいる。
【００２３】
ＩＧＢＴ２０ａ，２０ｂ、ＩＧＢＴ２０ｃ，２０ｄ、及びＩＧＢＴ２０ｅ，２０ｆは、それぞれ直列に接続されている。上アーム側のＩＧＢＴ２０ａ，２０ｃ，２０ｅのコレクタは、バッテリ４の正極端子側に接続されており、下アーム側のＩＧＢＴ２０ｄのエミッタは、バッテリ４の負極端子側に接続されている。下アーム側のＩＧＢＴ２０ｂ，２０ｆのエミッタは、それぞれ抵抗７，８を介してバッテリ４の負極端子側に接続されている。また、ＩＧＢＴ２０ａ〜２０ｆのゲートは制御回路１００に接続されている。ＩＧＢＴ２０ａ，２０ｃ，２０ｅのエミッタは、制御回路１００に接続されている。さらに、ＩＧＢＴ２０ａとＩＧＢＴ２０ｂの接続点、ＩＧＢＴ２０ｃとＩＧＢＴ２０ｄの接続点、及びＩＧＢＴ２０ｅとＩＧＢＴ２０ｆの接続点は、モータ３に接続されている。ＩＧＢＴ２０ａ〜２０ｆのコレクタ、エミッタ間には、フリーホイーリングダイオード２１ａ〜２１ｆがそれぞれ接続されている。
【００２４】
抵抗７，８は、パワーモジュール２からモータ３に供給される電流を電圧に変換する素子である。抵抗７の一端はＩＧＢＴ２０ｂのエミッタに、他端はバッテリ４の負極端子にそれぞれ接続されている。抵抗８の一端はＩＧＢＴ２０ｆのエミッタに、他端はバッテリ４の負極端子側にそれぞれ接続されている。また、抵抗７，８の両端は制御回路１００に接続されている。
【００２５】
コンデンサ５は、バッテリ４の出力電圧を平滑する。コンデンサ６は、パワーモジュール２に侵入するノイズを抑えるとともに、バッテリ４からパワーモジュール２に印加される電圧を検出する。コンデンサ５及びコンデンサ６はバッテリ４に並列に接続されている。コンデンサ６の両端は制御回路１００に接続されている。
【００２６】
制御回路１００は、外部からの指令、抵抗７，８によって検出されるパワーモジュール２からモータ３に供給される電流、及びコンデンサ６によって検出されるバッテリ４からパワーモジュール２に印加される電圧に基づいて、パワーモジュール２を制御する回路である。制御回路１００は、パワーモジュール２、抵抗７，８、及びコンデンサ６にそれぞれ接続されている。
【００２７】
次に、図３及び図４を参照して半導体装置１０の構成について説明する。図３は半導体装置１０の構成を示す分解斜視図である。図４は半導体装置１０の構成を示す斜視図である。図３に示すように、一つの半導体装置１０は、カード形状の半導体モジュール２２と、半導体モジュール２２を挟むように本体部２２６の両側（主面２２１，２２２の両面側）のそれぞれに配されたヒートシンク１１と、を備え、両面冷却可能な冷却機構を有する。
【００２８】
半導体モジュール２２は、半導体素子であるＩＧＢＴ２０ａ〜２０ｆ及びフリーホイーリングダイオード２１ａ〜２１ｆを内蔵し、対向する一対の主面２２１，２２２を有する形状の本体部２２６と、本体部２２６から外方に突出するコレクタ側電極端子２２３、エミッタ側電極端子２２４、及び制御信号端子２２５と、を備えている。
【００２９】
さらに、半導体モジュール２２の本体部２２６とヒートシンク１１との間には、セラミックからなる絶縁基板１２が介在しており、さらに絶縁基板１２とヒートシンク１１及び本体部２２６との間にはそれぞれ、良熱伝導性を有するシリコン系の放熱グリスが塗布されている。また、絶縁基板１２は、窒化アルミニウムフィルムやシリコンゴムシートで形成してもよく、絶縁基板１２及び放熱グリスは、絶縁性を有する放熱フィルムを採用してもよい。
【００３０】
ＩＧＢＴ及びフリーホイーリングダイオードの半導体素子は、主面２２１側に位置する金属伝熱板２２０の内側の主面上にはんだ層により接合され、当該半導体素子の残余の主面には、反対の主面２２２側に位置する金属伝熱板（図示せず）がはんだ層により接合されている。このようにしてＩＧＢＴのコレクタ及びエミッタにフリーホイーリングダイオードのアノード及びカソードがいわゆる逆向き並列（図２参照）に接続される。金属伝熱板２２０及び主面２２２側に位置する金属伝熱板は、それぞれコレクタ側電極端子２２３及びエミッタ側電極端子２２４に電気的に導通している。また、上記のはんだ層は他の接合機能材料に置換してもよい。
【００３１】
本体部２２６は、例えばエポキシ樹脂からなる矩形板状の部材であり、半導体素子を完全にモールドし、金属伝熱板２２０及び主面２２２側に位置する金属伝熱板の外主面すなわち放熱面を露出するようにモールドしている。コレクタ側電極端子２２３及びエミッタ側電極端子２２４は、本体部２２６の一方の側面から主面２２１，２２２に平行な方向Ｘに突出し、リードフレーム端子である複数の制御信号端子２２５は他方の側面からコレクタ側電極端子２２３等とは逆向きに突出し、ＩＧＢＴのゲートに形成された電極等と接続されている。
【００３２】
ヒートシンク１１は、半導体モジュール２２の各主面２２１，２２２と熱的に結合される板状の基板部１１０と、基板部１１０から直角方向（フィン突出方向Ｚに相当）に突出する複数個の第１のフィン１１２と、を一体に備えた部材であり、アルミニウムまたは銅で形成されている。第１のフィン１１２は、基板部１１０の主面１１１とは反対側から突出する矩形状の板部材であり、複数個の第１のフィン１１２がその厚み方向Ｙに間隔をあけて列を形成するように並んでいる。
【００３３】
ヒートシンク１１は、さらに２個の第２のフィン１１３を備える。第２のフィン１１３は、複数個の列をなす第１のフィン１１２のうち厚み方向Ｙの両方の最外側に位置するフィンよりも、さらに外側において基板部１１０から直角方向（フィン突出方向Ｚ）に突出する板状のフィンである。第２のフィン１１３は、第１のフィン１１２と平行になるように形成され、第１のフィン１１２よりも厚み寸法が大きい肉厚部を有する。例えば、第２のフィン１１３の肉厚部は、第１のフィン１１２の２倍以上の厚みを有する。本実施形態の第２のフィン１１３は、その全体が等しい肉厚の板状で全体が第１のフィン１１２よりも厚み寸法が大きい肉厚部になっているが、当該肉厚部は、第２のフィン１１３の一部にだけに形成される形態であってもよい。
【００３４】
第２のフィン１１３は、その厚み方向Ｙに垂直な方向であって半導体モジュール２２の主面２２１，２２２に平行な方向（図３及び図４に示す「主面に平行な方向Ｘ」）について、長さ寸法が第１のフィン１１２よりも小さい。したがって、第２のフィン１１３は、横幅寸法Ｌ２が第１のフィン１１２の横幅寸法Ｌ１がよりも短く、第１のフィン１１２よりも厚みが大きいフィンである。
【００３５】
さらに、第２のフィン１１３は、基板部１１０の図３の主面に平行な方向Ｘについて基板部１１０の中央部に位置するため、基板部１１０について第２のフィン１１３が突出していない部位（フィン無し部位１１０ａ）は、図３及び図４に示す「主面に平行な方向Ｘ」について第２のフィン１１３の両側に設けられる。したがって、第２のフィン１１３は、当該「主面に平行な方向Ｘ」について、半導体モジュール２２の本体部２２６の配置箇所に重なるように配置される。このフィン無し部位１１０ａは、半導体モジュール２２を挟持する２個のヒートシンク１１の両方に設けられている。
【００３６】
図４に示すように、両側のフィン無し部位１１０ａには、弾性力により半導体モジュール２２をヒートシンク１１を介して両側から挟む力を付勢する弾性部材の一例である板ばね１３が取り付けられている。板ばね１３は、コの字状の横断面形状を呈しており、フィン無し部位１１０ａにおける厚み方向Ｙの端面（図４のフィン無し部位１１０ａの頂面）に対向する平面部１３ａと、平面部１３ａの両端側から平面部１３ａに直角に延びる脚部１３ｂと、平面部１３ａと脚部１３ｂを繋ぐように平面部１３ａの両端側で湾曲する湾曲部１３ｃと、を一体に形成してなる部材である。
【００３７】
板ばね１３は、半導体モジュール２２を挟む姿勢で両側に配置された２個のヒートシンク１１に対して、フィン無し部位１１０ａに脚部１３ｂ側を外側から嵌めるように図４の厚み方向Ｙに差し込まれ、平面部１３ａがフィン無し部位１１０ａの頂面に当接または近接するまで深く嵌めこまれて取り付けられる。この操作により、対向するフィン無し部位１１０ａにおけるフィン突出方向Ｚ（基板部１１０に垂直な方向）の長さよりも短く形成された対向する脚部１３ｂ間が外方に押し広げられるため、板ばね１３は、元の状態に戻ろうと内方に働く弾性力により、対向するフィン無し部位１１０ａの側面を内側に向かって押す力を挟持力として両側のヒートシンク１１に与える。
【００３８】
板ばね１３は、一つの半導体装置１０について、上部の両端部及び下部の両端部にそれぞれ１個ずつ、合計４個取り付けられる。このため、４個の板ばね１３は、半導体モジュール２２を矩形状の本体部２２６における４角の外方から均等な力でバランスよく挟持する。これにより、半導体モジュール２２の本体部２２６とその両側の絶縁基板１２及び放熱グリスは２個のヒートシンク１１の主面１１１によって強力に挟まれて密着状態に固着されて、図４に示すように一つの半導体装置１０が形成される。
【００３９】
以上の構成の半導体装置１０は１個の半導体モジュール２２を備えるため、三相インバータ回路においては、図５に示すように、インバータ回路ユニット３０に６個の半導体装置１０が隣接配置されることになる。図５は６個の半導体装置１０をインバータ回路ユニット３０のケースに収納した状態を示す斜視図である。なお、図５は、半導体装置１０の配置状態を理解し易くするため、下ケース３１の上部に取り付けられる蓋部３７を外した状態を示している。図７は半導体装置１０をインバータ回路ユニット３０のケース内に収納した状態を示す断面図である。
【００４０】
下ケース３１は、上面及び対向する二側面が開口した直方体状の箱体であり、上面には図７に示すように蓋部３７が取り付けられ、対向する二側面のそれぞれには板状の通風路形成部材３２，３３が取り付けられる。通風路形成部材３２，３３のそれぞれには、横方向（フィン突出方向Ｚに相当）に並ぶ複数の通風口３２ｂ（本例では各４個の通風口）が形成されている。通風路形成部材３２，３３は、下ケース３１の二側面それぞれの４角に形成された雌ねじ部に取付ねじ３６ａによってねじ締めされることにより下ケース３１に固定される。下ケース３１、蓋部３７及び通風路形成部材３２，３３は、それぞれ樹脂製の部材である。
【００４１】
下ケース３１及び通風路形成部材３２，３３が一体となったケースには、６個の半導体装置１０が所定の位置に上方から挿入設置される。半導体装置１０は、縦方向（主面に平行な方向Ｘに相当）に２個、横方向（フィン突出方向Ｚに相当）に３個、それぞれ直線状に整列して近接配置され、６個の半導体モジュール装置は当該横方向にＵ相、Ｖ相及びＷ相、当該縦方向に同相の上アーム及び下アームを構成するように配置された後、電気的に有線接続されている。また、各半導体装置１０は、制御信号端子２２５が上に、コレクタ側電極端子２２３及びエミッタ側電極端子２２４が下になるようにケース内に搭載されている。したがって、当該ケース内では、各半導体装置１０について、中ほどに複数個並ぶ第１のフィン１１２を挟むように上下両側それぞれに第２のフィン１１３が位置するようになっている。
【００４２】
隣り合う通風口３２ｂ間は通風路形成部材３２，３３に形成された仕切り部３２ａによって横方向（フィン突出方向Ｚに相当）に仕切られている。各仕切り部３２ａは、下ケース３１内の半導体装置１０に対してヒートシンク１１の第１のフィン１１２が形成されていない部位に対応するように設けられている。したがって、通風路形成部材３２，３３のそれぞれに４個ずつ形成される仕切り部３２ａは、半導体装置１０の側部における本体部２２６と両側の基板部１１０とを含む部分に対向する。
【００４３】
これにより、各ヒートシンク１１について、主面に平行な方向Ｘの端部に位置する第１のフィン１１２の側部が通風路形成部材３２，３３にそれぞれに形成された４個の通風口３２ｂに対応している。対辺位置にある二側面の通風路形成部材３２，３３に形成された通風口３２ｂ同士は、主面に平行な方向Ｘについて、その間に並ぶ第１のフィン１１２を介して連通する。すなわち、空気流れ上流側と空気流れ下流側の半導体装置１０について、厚み方向Ｙに並ぶ複数個の第１のフィン１１２は、主面に平行な方向Ｘに一直線上となるように厚み方向Ｙに一致して配置されている。これにより、厚み方向Ｙに並ぶ第１のフィン１１２間に形成された各隙間は、空気流れ上流側及び空気流れ上流側の半導体装置１０において接続され、主面に平行な方向Ｘに直線状に連なるようになっている。このように接続された第１のフィン１１２間の各隙間によって、上記の二側面の通風路形成部材３２，３３に形成された通風口３２ｂ同士は連通し、当該二側面に位置する通風口３２ｂを結ぶ通路が形成されることになる。
【００４４】
ファン９によってインバータ装置１に対して強制風が供給されると、空気流れ上流側に位置する通風口３２ｂから空気が流入し、続いて上記の第１のフィン１１２間の各隙間を流れた後、空気流れ下流側に位置する通風口３２ｂから外部に排出される。したがって、当該強制風がインバータ回路ユニット３０内を流通する方向は、主面に平行な方向Ｘに一致する。６個の半導体モジュール２２で構成されるインバータ回路ユニット３０の運転時には、各半導体素子で発生する熱は、絶縁基板１２、両側の放熱グリス、基板部１１０、第１のフィン１１２、あるいは第２のフィン１１３を通って、上記の強制風が第１のフィン１１２間の各隙間を流下する際に半導体モジュール２２の両側から強制風に放出されて各半導体モジュール２２が冷却される。
【００４５】
図６はインバータ装置１の外観を示す斜視図である。図６に示すように、モータ３を駆動制御するインバータ装置１は、コンデンサユニット５０、インバータ回路ユニット３０、及び制御回路ユニット４０を三段に積み重ねて一体化した装置である。コンデンサユニット５０は、ケース５１の内部にコンデンサ５及びコンデンサ６を搭載している。制御回路ユニット４０は、ケース４１の内部に制御回路１００を構成する制御基板を搭載している。
【００４６】
下ケース３１下部の４角の４箇所には、インバータ回路ユニット３０を下方に設置されるコンデンサユニット５０のケース５１に取り付けるための雌ねじ部を有した取付脚３５が設けられている。コンデンサユニット５０は、各取付ねじ５３によってケース５１を各取付脚３５にねじ締め固定することにより、インバータ回路ユニット３０の下方に一体に取り付けられる。
【００４７】
下ケース３１上部の４角の４箇所には、上方に設置される制御回路ユニット４０のケース４１をインバータ回路ユニット３０のケースに取り付けるための雌ねじ部を有した取付脚３４ａが設けられている。制御回路ユニット４０は、制御回路ユニット４０の制御基板をインバータ回路ユニット３０のケースにねじ締め等により固定してから、上方からかぶせたケース４１を各取付ねじ４４によって各取付脚３４ａにねじ締め固定することにより、インバータ回路ユニット３０の上方に一体に取り付けられる。
【００４８】
また、インバータ回路ユニット３０のケースからは、モータ３へ出力する出力線を接続するための三相端子部５２が露出しており、バッテリ４からの電源入力線を接続をするための端子部（図示せず）が露出している。また、制御回路ユニット４０のケース４１は、制御回路１００に車両側の電源を投入する電源線及び車両ＥＣＵからの信号線を接続するためのコネクタ部４３が露出しており、コンデンサユニット５０及びインバータ回路ユニット３０からのリード線を制御回路ユニット４０に引き込むためのリード線通路４２を備えている。ケース４１及びケース５１は、それぞれ樹脂製の部材である。
【００４９】
次に、第２のフィン１１３の働きについて詳述する。図７は、半導体装置１０をインバータ回路ユニット３０のケース内に収納した状態を示す断面図である。６個の半導体装置１０はインバータ回路ユニット３０のケース内に搭載されるときに、下ケース３１に対して蓋部３７をねじ締め等により固定するため、図７に示すように、各ヒートシンク１１は、その上部に蓋部３７から下方への外力がかかり、一方、各ヒートシンク１１の下部が下ケース３１の底部を押すため、当該底部から上方に向けた反力を受ける。すなわち、６個の半導体装置１０の全てのヒートシンク１１は、インバータ回路ユニット３０のケースから内方（厚み方向Ｙ）に向かって押さえつけられることになる。
【００５０】
このため、各ヒートシンク１１において当該ケースから直接的に外力を受ける上下両端部には、過大な加重がかかる場合があり、組立て過程においてフィンの変形が発生してしまうことがある。本実施形態の半導体装置１０では、ヒートシンク１１の上下両端部に位置する第２のフィン１１３が第１のフィン１１２よりも肉厚が大きくなっているため、第２のフィン１１３の強度向上が図れる。したがって、半導体装置１０は、当該ケースからの直接的な外力に対して変形し難いフィン部分を備えているのである。
【００５１】
さらに半導体素子が発熱した場合には、当該発熱は、まず絶縁基板１２等を介して基板部１１０に伝わり、そして基板部１１０に一体に形成される第１のフィン１１２及び第２のフィン１１３に伝わる。特に第２のフィン１１３は、第１のフィン１１２に比べて、その肉厚が大きく長さ当たりの体積が大きいため、大きな熱容量を有する。したがって、第２のフィン１１３は、一時的に蓄熱する能力が優れており、ヒートシンク１１においてヒートマスとしての機能を大きく担っている。
【００５２】
半導体素子の発熱過程に伴う温度変化の際には、半導体素子の温度上昇過程から温度が一定に近づく定常状態に移行する。そして、この温度上昇過程では、半導体素子からの発熱量が大きく変化し、このような過渡状態における熱移動特性（以下、単に「過渡特性」ともいう）を向上させることによって、半導体素子の温度変化を抑制でき、半導体素子の熱負荷を低減して寿命延長等の効果を得ることができる。
【００５３】
そこで、半導体装置１０では、インバータ回路ユニット３０の運転時に半導体素子が発熱すると、その熱は両側の基板部１１０に伝わってから第１のフィン１１２及び第２のフィン１１３に伝わる。このとき、厚肉部を有する１個の第２のフィン１１３は蓄熱能力が高いため、基板部１１０に伝わった熱は第２のフィン１１３に移動し易く、基板部１１０での熱を外側に逃がし易くなる。このため、半導体素子が短時間に発熱する場合には、基板部１１０からの熱の放出が迅速に行われて、さらなる半導体素子の発熱は基板部１１０に移動し、半導体素子の急激な温度変化や温度上昇が抑制される。したがって、半半導体素子の温度変化の応答速度が鈍くなり、半導体装置１０の過渡特性が向上して、半導体素子に過大な熱負荷がかかることを抑制することができる。そして、ファン９による強制風が供給されている場合には、半導体モジュール２２の両側において第１のフィン１１２または第２のフィン１１３から熱が奪われ、第２のフィン１１３から第１のフィン１１２への熱移動や第２のフィン１１３から空気への熱移動の促進により、結果的に第２のフィン１１３での蓄熱容量に空きが生じるので、第２のフィン１１３の働きによって、さらに過渡特性の向上が可能になる。
【００５４】
図５に戻り、複数の半導体装置１０は、平面上に並べられることによって、組立体３０ｓを構成している。複数の半導体装置１０は、２×２以上のマトリックス状に配列されている。複数の半導体装置１０は、通風方向と直交する方向を行方向とし、通風方向を列方向とするマトリックス状に配列されている。複数の半導体装置１０は、上流側の行と、下流側の行との温度差を抑制するために、２行に構成されることが望ましい。図示の実施形態では、６つの半導体装置１０は、２行×３列のマトリックス状に配列されている。６つの半導体装置１０は、それらの間に介在物を置くことなく、ヒートシンク１１を直接に接触させて配置されている。
【００５５】
図６および図７において、下ケース３１、蓋部３７、および通風路形成部材３２、３３は、組立体３０ｓを収容するケース３０ｈを構成する。下ケース３１には、蓋部３７が配置される上面に、複数の雌ねじ部３４ｂが設けられている。蓋部３７は、複数の取付ねじ３６ｂによって、下ケース３１へ向けて締め付けられ、下ケース３１に固定されている。通風路形成部材３２、３３は、取付ねじ３６ａによって、下ケース３１へ向けて締め付けられ、下ケース３１に固定されている。従って、ケース３０ｈは、半導体モジュール２２とヒートシンク１１との積層方向Ｚと交差する方向ＸおよびＹに沿って、組立体３０ｓを締め付けることができるように構成されている。取付ねじ３６ａと雌ねじ部３４ｂとは、締め付け手段を提供する。
【００５６】
組立体３０ｓとケース３０ｈとを組立てるとき、通風路形成部材３２、３３は、組立体３０ｓを締め付けながら、下ケース３１へ向けて締め付けられる。蓋部３７は、組立体３０ｓを締め付けながら、下ケース３１へ向けて締め付けられる。従って、複数の半導体装置１０は、ケース３０ｈ内において、少なくとも一組の対向している内壁間に挟まれて支持されている。言い換えると、複数の半導体装置１０は、ケース３０ｈ内に、押し込まれた状態で収納されている。ケース３０ｈは、車両に想定される振動では大きく動かない程度に、複数の半導体装置１０を、きつく締め付けている。
【００５７】
ケース３０ｈは、方向ＸおよびＹの少なくとも一方に沿って、ヒートシンク１１に対して加圧力を及ぼしている。ケース３０ｈが方向ＸおよびＹの少なくとも一方に関して半導体装置１０に与える加圧力は、ケース３０ｈが方向Ｚに関して半導体装置１０に与える加圧力に比べて強い。これに代えて、ケース３０ｈが半導体モジュール２２とヒートシンク１１との積層方向Ｚに関して組立体３０ｓに加える加圧力は、ゼロとしてもよい。すなわち、ケース３０ｈは、ヒートシンク１１だけを挟んで、組立体３０ｓを固定してもよい。これらの構成においては、ケース３０ｈは、主としてヒートシンク１１を挟んで、組立体３０ｓを支持する。この構成は、半導体モジュール２２とヒートシンク１１との接触状態の望ましくない変化を抑制する。
【００５８】
この実施形態では、インバータ１は、多相電力変換装置を構成している。インバータ１は、６つの半導体装置１０を備える。それぞれの半導体装置１０は、ひとつの半導体モジュール２２と、その両面に装着された２つのヒートシンク１１とを備える。そして、半導体モジュール２２と一対のヒートシンク１１とは、それらだけに属する専用の連結装置である板ばね１３によって連結されている。板ばね１３は、半導体モジュール２２からヒートシンク１１への伝熱が可能となるように、かつ、半導体モジュール２２と２つのヒートシンク１１とをひとまとまりの部品として取り扱うことが可能となるように、それらを連結している。よって、半導体モジュール２２からヒートシンク１１への伝熱性能は、ひとつの半導体モジュール２２と一対のヒートシンク１１との関係の下で管理することができる。このため、ひとつの半導体モジュール２２とヒートシンク１１との間において、望ましい水準の伝熱性能を得ることができる。しかも、望ましい水準の伝熱性能が、すべての半導体装置１０で得られる。このため、部分的な伝熱性能の低下が抑制される。
【００５９】
複数の半導体装置１０は、２×２以上の行列状に配列される。これにより、ヒートシンクからの放熱性の差の抑制と、コンパクトな配置とを両立することができる。複数の半導体装置１０はケース内に収納され、固定される。複数の半導体装置１０は、ケース３０ｈの対向する壁面間に挟まれて支持されている。これにより、複数の半導体装置１０を簡単に固定することができる。
【００６０】
本実施形態の半導体装置１０は、半導体素子を内蔵し、対向する一対の主面２２１，２２２を有する形状の半導体モジュール２２と、ヒートシンク１１とを備える。ヒートシンク１１は、半導体モジュール２２の主面２２１，２２２と熱的に結合される基板部１１０、及び主面２２１，２２２とは反対側に厚み方向に間隔をあけて列を形成するように基板部１１０からそれぞれ突出する複数個の第１のフィン１１２を有して構成され、半導体モジュール２２を挟む両側それぞれに配される。ヒートシンク１１は、厚み方向における両方の最外側に位置する第１のフィン１１２よりもさらに外側において基板部１１０から突出するフィンであって、第１のフィン１１２よりも厚み寸法が大きい肉厚部を有する第２のフィン１１３をさらに備える。
【００６１】
以上の構成によれば、第２のフィン１１３が内側の第１のフィン１１２よりも厚み寸法が大きい肉厚部を有することにより、第２のフィン１１３は第１のフィン１１２よりも強度が大きく、かつ熱を蓄える熱容量が大きい。このため、ヒートシンク１１におけるフィンの強度向上と上記のヒートマス機能の向上とを図ることができる。これにより、組立て工程等において半導体装置１０に加わる荷重によって起こり得る第１のフィン１１２の変形を抑制し、所望の冷却効果を発揮し得る状態を確保できるとともに、半導体モジュール２２の急激な温度上昇等を抑制する放熱特性を高めることができる。
【００６２】
さらに、第２のフィン１１３は、フィン突出方向Ｚについても、下ケース３１や隣り合う半導体装置１０から加わる荷重に対して、上記肉厚部が下ケース３１の内面から受ける力に対する強度を発揮し、また、隣り合う肉厚部同士が接触するため、互いに強度を発揮する。このため、厚み方向Ｙ及びフィン突出方向Ｚの両方について、第１のフィン１１２を強度的に保護する機能を有し、変形を抑制する。このように第１のフィン１１２の変形が抑制できると、第１のフィン１１２間に形成される各隙間である空気通路が所定の大きさに保たれる。このため、通風抵抗が大きくなる冷却空気の流れにくい箇所が存在せず、各半導体装置１０は所望の冷却性能を発揮することができ、半導体装置１０の寿命延長が図れる。また、このように第１のフィン１１２の変形が抑制できると、半導体装置１０をインバータ回路ユニット３０のケースに収納する際に組立ての不具合が生じ難く、生産性の向上にも寄与する。
【００６３】
さらに半導体装置１０によれば、ヒートシンク１１は半導体モジュール２２の主面両面から受熱可能な両面冷却構造であるため、第２のフィン１１３の上記肉厚部による上記の過渡特性の向上と合わせ、優れた放熱性能を発揮する。
【００６４】
また、半導体装置１０において第２のフィン１１３は、厚み方向Ｙに垂直な方向であって半導体モジュールの主面に平行な方向Ｘについての長さ寸法が第１のフィン１１２よりも小さくなっており、半導体モジュール２２を挟む両側のヒートシンク１１の基板部１１０において第２のフィン１１３が突出していないフィン無し部位１１０ａに、弾性力により半導体モジュール２２を挟む力を付勢する板ばね１３（弾性部材）を設けている。
【００６５】
この構成によれば、第２のフィン１１３は、半導体モジュール２２の主面２２１，２２２に平行な方向についての長さが第１のフィン１１２よりも短いため、ヒートシンク１１の基板部１１０において第２のフィン１１３が突出しないスペースを構築することができる。さらに当該スペースに半導体モジュール２２を挟む力を付勢する板ばね１３を設けるため、フィン強度及びヒートマス機能の向上とともに、半導体モジュール２２とヒートシンク１１との熱的接合手段を有効的に配置する搭載性とを同時に実現することができる。したがって、フィン強度及びヒートマス機能の向上と装置の小型化とを兼ね備えた半導体装置１０が得られる。
【００６６】
また、半導体装置１０においてヒートシンク１１の基板部１１０における第２のフィン１１３が突出していないフィン無し部位１１０ａは、厚み方向Ｙに垂直な方向であって半導体モジュール２２の主面２２１，２２２に平行な方向における第２のフィン１１３の両側に設けられている。
【００６７】
この構成によれば、第２のフィン１１３の上記両側に第２のフィン１１３が突出しない部位を設けることにより、主面２２１，２２２に平行な方向における中央部に第２のフィン１１３が位置するため、半導体モジュール２２からの発熱がより効率的に第２のフィン１１３に移動し易くなる。したがって、半導体装置１０は、半導体モジュール２２からの発熱を一時的に蓄えるヒートマス機能をさらに効率的に発揮させることが可能になる。また、板ばね１３によって半導体モジュール２２を挟む力を半導体モジュール２２の本体部２２６の外側に付与するため、板ばね１３によるグリップ力を効率的に供給することができる。これらにより、半導体モジュール２２とヒートシンク１１との良好な密着性が得られて両者間の熱抵抗を低減できるので、半導体モジュール２２の冷却効果の向上が図れる。
【００６８】
また、本実施形態によれば、同相の上、下のアームをなす一対の半導体モジュール２２が隣接して配置されるとともに、６個の半導体モジュール２２が各アームをなす三相インバータ回路において、６個の半導体モジュール２２の熱をヒートシンク１１を介して空気中に放熱する。
【００６９】
この構成によれば、同相の上下アームをなす一対の半導体装置１０は、半導体モジュール２２の両側に配されたヒートシンク１１における強度向上と優れた放熱特性とを有するので、放熱特性の向上によるヒートシンク１１の小型化が可能になる。さらに、強度向上による半導体装置１０の高密度な配置が可能になるので、半導体装置１０を配置するインバータ回路ユニット３０のケースの小型化が図れ、また当該高密度な配置による半導体装置１０の振動抑制が図れ、装置の故障、不具合の発生を低減できる。特に、電気自動車等の高振動環境においては半導体装置１０の隙間が生じることによってフィンが損傷することがあるが、これを防止し、信頼性の高い製品を提供することができるのである。また、これら６個の半導体装置を一種類の半導体装置１０で構成することが可能であるので、部品点数の低減、製作費用及び管理費用の低減が図れる。
【００７０】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係るインバータ回路ユニット３０Ａの斜視図である。インバータ回路ユニット３０Ａは、箱状のケース３０ｈを有する。ケース３０ｈは、６面を構成する６つの板状の部材と、それらを連結する連結部材としての複数の取付ねじを有する。ケース３０ｈは、底板３０ｈ１と、蓋部３７としての天板３０ｈ２とを有する。底板３０ｈ１および天板３０ｈ２には、端子を貫通させて配置するための複数の開口が開設されている。ケース３０ｈは、左右の側板３０ｈ３、３０ｈ４を有する。さらに、ケース３０ｈは、通風路形成部材３２、３３としてのグリッド板３０ｈ５、３０ｈ６を有する。
【００７１】
図９は、第２実施形態に係る組立体３０ｓと弾性部材３０ｅとの分解状態を示す斜視図である。図１０は、第２実施形態に係るケースの断面図である。組立体３０ｓとケース３０ｈとの間には、組立体３０ｓを、少なくとも一軸方向に関して弾性的に支持する弾性支持部材３０ｅが設けられている。図示の実施形態では、三軸方向に関して弾性支持部材３０ｅが設けられている。三軸方向は、インバータ回路ユニット３０Ａとしての奥行き方向Ｘ、高さ方向Ｙ、および横方向Ｚに相当する。組立体３０ｓとケース３０ｈとの間には、弾性支持部材３０ｅを提供する板状の弾性部材３０ｅが配置されている。弾性部材３０ｅは、電気絶縁材でもある。弾性部材３０ｅは、樹脂製またはゴム製である。組立体３０ｓと底板３０ｈ１との間には、弾性部材３０ｅ１が配置されている。弾性部材３０ｅ１は、すべての半導体装置１０の下面にわたって広がる大きさをもつ。弾性部材３０ｅ１には、端子を貫通させるための複数の穴が開設されている。組立体３０ｓと天板３０ｈ２との間には、弾性部材３０ｅ２が配置されている。弾性部材３０ｅ２は、すべての半導体装置１０の上面にわたって広がる大きさをもつ。弾性部材３０ｅ２には、端子を貫通させるための複数の穴が開設されている。組立体３０ｓと側板３０ｈ３との間には、弾性部材３０ｅ３が配置されている。組立体３０ｓと下ケース３１の側板３０ｈ４との間には、弾性部材３０ｅ４が配置されている。組立体３０ｓとグリッド板３０ｈ５との間には、弾性部材３０ｅ５が配置されている。組立体３０ｓとグリッド板３０ｈ６との間には、弾性部材３０ｅ６が配置されている。弾性部材３０ｅ５、３０ｅ６には、通風口３２ｂに対応する開口部が開設されている。この結果、直方体状の組立体３０ｓの６面に弾性部材３０ｅが配置される。
【００７２】
図１１は、第２実施形態に係る組立体３０ｓと弾性部材３０ｅとの分解状態を示す正面図である。グリッド板３０ｈ５は、外枠部と、仕切り部３２ａとを有し、複数の通風口３２ｂを提供している。仕切り部３２ａは、半導体モジュール２２と、その両側の一対の基板部１１０とにほぼ相当する幅を有している。弾性部材３０ｅ５は、仕切り部３２ａに相当する仕切り部を有し、通風口３２ｂに相当する通風口を形成している。
【００７３】
図１２は、第２実施形態に係るケース３０ｈの分解状態を示す側面図である。図１３は、第２実施形態に係るケース３０ｈの分解状態を示す正面図である。側板３０ｈ３、３０ｈ４には、取付ねじ３６ａ、３６ｂを受け入れるための複数の雌ねじ部が設けられている。さらに、グリッド板３０ｈ５、３０ｈ６には、仕切り部材３２ａに対応して、取付ねじ３６ｂを受け入れるための雌ねじ部が設けられている。
【００７４】
グリッド板３０ｈ５は、取付ねじ３６ａによって、側板３０ｈ３、３０ｈ４に向けて締め付けられることによって、側板３０ｈ３、３０ｈ４に固定されている。グリッド板３０ｈ６は、取付ねじ３６ａによって、側板３０ｈ３、３０ｈ４に向けて締め付けられることによって、側板３０ｈ３、３０ｈ４に固定されている。取付ねじ３６ａおよび雌ねじは、グリッド板３０ｈ５、３０ｈ６を締め付ける締め付け手段を提供する。
【００７５】
底板３０ｈ１は、取付ねじ３６ｂによって、側板３０ｈ３、３０ｈ４に向けて締め付けられることによって、側板３０ｈ３、３０ｈ４に固定されている。天板３０ｈ２は、取付ねじ３６ｂによって、側板３０ｈ３、３０ｈ４に向けて締め付けられることによって、側板３０ｈ３、３０ｈ４に固定されている。取付ねじ３６ｂおよび雌ねじは、底板３０ｈ１、および天板３０ｈ２を締め付ける締め付け手段を提供する。
【００７６】
底板３０ｈ１と、天板３０ｈ２と、組立体３０ｓとは、弾性部材３０ｅ１、３０ｅ２を圧縮している。また、側板３０ｈ３と、側板３０ｈ４と、組立体３０ｓとは、弾性部材３０ｅ３、３０ｅ４をわずかに圧縮している。さらに、グリッド板３０ｈ５と、グリッド板３０ｈ６と、組立体３０ｓとは、弾性部材３０ｅ５、３０ｅ６を圧縮している。この結果、すべての弾性部材３０ｅは、圧縮方向へ弾性変形している。従って、複数の半導体装置１０は、ケース３０ｈ内に、押し込まれた状態で収納されている。言い換えると、組立体３０ｓは、ケース３０ｈ内において弾性的に支持されている。弾性部材３０ｅは、組立体３０ｓを、車両に想定される振動では大きく動かない程度に、きつく締め付けている。弾性部材３０ｅ３、３０ｅ４の圧縮量は、他の弾性部材３０ｅ１、３０ｅ２、３０ｅ５、３０ｅ６に比べて少なくすることができる。
【００７７】
ケース３０ｈと組立体３０ｓとの組立方法は、種々の手順をとることができる。例えば、まず、底板３０ｈ１、側板３０ｈ３、および側板３０ｈ４を連結する。次に、弾性部材３０ｅ３、３０ｅ４をわずかに圧縮しながら、組立体３０ｓを、側板３０ｈ３、３０ｈ４間に挿入する。次に、グリッド板３０ｈ５、３０ｈ６を、弾性部材３０ｅ５、３０ｅ６をわずかに圧縮しながら、側板３０ｈ３、３０ｈ４へ向けて締め付ける。最後に、天板３０ｈ２を、弾性部材３０ｅ１、３０ｅ２をわずかに圧縮しながら、側板３０ｈ３、３０ｈ４へ向けて締め付ける。
【００７８】
この構成では、複数の半導体装置１０は、底板３０ｈ１と天板３０ｈ２との間、およびグリッド板３０ｈ５とグリッド板３０ｈ６との間の少なくとも一方に挟まれて支持されている。ケース３０ｈは、ヒートシンク１１を強く挟んで、組立体３０ｓを固定している。ケース３０ｈは、方向ＸおよびＹの少なくとも一方に沿って、ヒートシンク１１に対して加圧力を及ぼしている。側板３０ｈ３と側板３０ｈ４との対向する方向は、半導体モジュール２２とヒートシンク１１との積層方向Ｚである。ケース３０ｈが積層方向Ｚと交差する方向ＸおよびＹの少なくとも一方に関して半導体装置１０に与える加圧力は、ケース３０ｈが積層方向Ｚに関して半導体装置１０に与える加圧力に比べて強い。この構成においては、ケース３０ｈは、主としてヒートシンク１１を挟んで、組立体３０ｓを弾性的に支持する。この構成は、半導体モジュール２２とヒートシンク１１との接触状態の望ましくない変化を抑制する。
【００７９】
この実施形態によると、前述の実施形態と同様の作用効果が得られる。さらに加えて、複数の半導体装置１０は、弾性部材３０ｅによって弾性的にケース３０ｈ内に支持される。これにより、複数の半導体装置１０を長期間にわたって安定的に固定することができる。
【００８０】
（第３実施形態）
図１４は、本発明の第３実施形態に係る通風路形成部材の正面図である。図１５は、第３実施形態に係る通風路形成部材の横断面図である。図１６は、第３実施形態に係る通風路形成部材の縦断面図である。通風路形成部材としてのグリッド板３０ｈ５、３０ｈ６は、図示されるように、台形状の断面形状をもつ仕切り部３３２ａを備えることができる。通風口３３２ｂは、ファンネル状の空気通路を区画する。上流側に配置されるグリッド板３０ｈ５においては、図示されるように空気を流すことで、通風抵抗を抑えることができる。
【００８１】
図１７は、第３実施形態に係る通風路形成部材の正面図である。複数の通風口３３２ｂの開口面積は、ケース３０ｈ内の半導体装置１０の通風路断面積に対応して設定されている。この実施形態では、幅Ｗ１１は、幅Ｗ１２のほぼ２倍に等しいか、もしくは幅Ｗ１２の２倍よりわずかに大きく設定されている。幅Ｗ１１は、２つの半導体装置１０にまたがって開口し、内側に位置する通風口３３２ｂの幅である。幅Ｗ１２は、ひとつの半導体装置１０にのみ対応して開口し、端に位置する通風口３３２ｂの幅である。グリッド板３０ｈ５、３０ｈ６の通風口３３２ｂの開口面積は、複数の半導体装置１０の冷却を促進するために、あるいは複数の半導体装置１０の間の温度差を抑制するために、調節することができる。
【００８２】
（第４実施形態）
図１８は、本発明の第４実施形態に係る通風路形成部材の正面図である。この実施形態では、幅Ｗ２１は、幅Ｗ２２の２倍よりも小さく設定されている。この構成は、端に位置する通風口４３２ｂの風量を相対的に多くするために有効である。
【００８３】
（第５実施形態）
図１９は、本発明の第５実施形態に係る通風路形成部材の正面図である。この実施形態では、幅Ｗ３１は、幅Ｗ３２の２倍よりも明らかに大きく設定されている。この構成は、端に位置する通風口５３２ｂの風量を相対的に少なくするために有効である。
【００８４】
（第６実施形態）
第６実施形態の半導体装置１０Ｃについて図２０を参照して説明する。図２０は半導体装置１０Ｃの構成を示す斜視図である。図２０において同一符号を付した構成部品は、第１実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。また、第６実施形態の半導体装置１０Ｃは、２個の半導体モジュール２２を備える点以外の構成については第１実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。
【００８５】
半導体装置１０Ｃは、２個のヒートシンク１１Ｃが主面に平行な方向Ｘに並ぶ２個の半導体モジュール２２を両者間に挟む構成である。各ヒートシンク１１Ｃは、２個の半導体モジュール２２の各主面２２１，２２２と熱的に結合される板状の基板部１１０と、基板部１１０から直角方向（フィン突出方向Ｚに相当）に突出する複数個の第１のフィン１１２と、上下両端側にそれぞれ２個ずつ設けられる第２のフィン１１３と、を備えている。基板部１１０における第２のフィン１１３が突出していない部位は、ヒートシンク１１Ｃの上下両端側にそれぞれ３箇所設けられており、これらすべての６箇所に板ばね１３が取り付けられて、弾性力により２個の半導体モジュール２２を挟む力を付勢している。
【００８６】
上記構成により、インバータ回路ユニット３０のケースには、３個の半導体装置１０Ｃが所定の位置に上方から挿入設置される。３個の半導体装置１０Ｃは、横方向（フィン突出方向Ｚに相当）に整列して近接配置され、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成し、各半導体装置１０Ｃの２個の半導体モジュール２２は、同相の上アーム及び下アームを構成するように配置され、その後、電気的に有線接続される。
【００８７】
この実施形態でも、半導体モジュール２２からヒートシンク１１Ｃへの伝熱性能は、２つの半導体モジュール２２と一対のヒートシンク１１Ｃとの関係の下で管理することができる。このため、半導体モジュール２２とヒートシンク１１Ｃとの間において、望ましい水準の伝熱性能を得ることができる。しかも、望ましい水準の伝熱性能が、すべての半導体装置１０Ｃで得られる。このため、部分的な伝熱性能の低下が抑制される。また、複数の半導体装置１０Ｃは、複数の半導体モジュール２２を２×２以上の行列状に配列するように、配置される。これにより、複数の半導体モジュール２２からの放熱性の差の抑制と、コンパクトな配置とを両立することができる。複数の半導体装置１０Ｃは、先行する実施形態のケース３０ｈ内に収納され、固定される。これにより、複数の半導体装置１０Ｃを簡単に、かつ安定的に固定することができる。
【００８８】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００８９】
上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００９０】
例えば、６つの半導体装置１０の間に、弾力性をもつ部材、または、電気絶縁性をもつ部材を設けてもよい。また、弾性部材３０ｅは、板ばねと電気絶縁性フィルムとによって構成されてもよい。ひとつの軸方向に関して平行に配置された対をなす弾性部材は、片側だけに設けることができる。例えば、弾性部材３０ｅ１と弾性部材３０ｅ２は対をなしている。弾性部材３０ｅ１を省略し、弾性部材３０ｅ２のみを設けてもよい。また、二軸方向に関してのみ弾性支持部材を配置してもよい。また、一軸方向に関してのみ弾性支持部材を配置してもよい。複数の実施形態に示した部分的な構成は、他の実施形態の構成に組み合わせて、あるいは置換して採用することができる。例えば、第６実施形態の半導体装置１０Ｃは、先行する実施形態のいずれかと組み合わせることができる。
【００９１】
上記実施形態では、半導体チップとして大出力用のＩＧＢＴが形成されているが、低出力用のＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴなどが形成された半導体チップを用いてもよい。
【００９２】
上記実施形態のインバータ装置により駆動されるモータの用途は、車両の走行に限らず、発電、エンジン始動、コンプレッサ等の補機の駆動等であり、その用途や必要能力に応じて、複数のモータを駆動したり、複数段に積載したインバータ装置を備えたりしてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１…インバータ装置
１０、１０Ｃ…半導体装置
１１、１１Ｃ…ヒートシンク
１３…板ばね（連結装置）
２０ａ〜２０ｆ…ＩＧＢＴ（半導体素子）
２１ａ〜２１ｆ…フリーホイーリングダイオード（半導体素子）
２２，２２ａ〜２２ｆ…半導体モジュール
３０ｈ…ケース
３１…下ケース
３７…蓋
１１０…基板部
１１０ａ…フィン無し部位（部位）
１１２…第１のフィン
１１３…第２のフィン
２２１，２２２…主面（一対の主面）
【図１】
0005526843.tif 000002
【図２】
0005526843.tif 000003
【図３】
0005526843.tif 000004
【図４】
0005526843.tif 000005
【図５】
0005526843.tif 000006
【図６】
0005526843.tif 000007
【図７】
0005526843.tif 000008
【図８】
0005526843.tif 000009
【図９】
0005526843.tif 000010
【図１０】
0005526843.tif 000011
【図１１】
0005526843.tif 000012
【図１２】
0005526843.tif 000013
【図１３】
0005526843.tif 000014
【図１４】
0005526843.tif 000015
【図１５】
0005526843.tif 000016
【図１６】
0005526843.tif 000017
【図１７】
0005526843.tif 000018
【図１８】
0005526843.tif 000019
【図１９】
0005526843.tif 000020
【図２０】
0005526843.tif 000021