(57)【要約】【課題】半導体モジュールと冷却パネルが交互に積層されている半導体積層ユニットに、半導体モジュールと冷却パネルを密着させておく圧縮機構を付加する必要があり、その工程に手間を要する。【解決手段】一対の支持部材３４ａ，３４ｂ間の間隔を挟んで半導体積層ユニット３８と板ばね３６が向かい合う位置関係に配置し、板ばねの長さ方向の中間位置に治具４２の先端を当接させ、治具の先端が一対の支持部材間の間隔を通過して半導体積層ユニット側に移動するように治具を前進させる。治具を前進させる工程で、板ばね３６の両端部３６ａ，３６ｂが一対の支持部材３４ａ，３４ｂ間の間隔を通過して支持部材の半導体積層ユニット側に移動する現象を得る。圧縮機構を付加する工程が簡単化される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体モジュールと冷却パネルが交互に積層されている半導体積層ユニットと、半導体積層ユニット用の筐体と、板ばねと、筐体に固定されているとともに板ばねの端部に当接して板ばねが半導体積層ユニットを加圧する変形姿勢に維持する一対の支持部材を備えている電力変換装置を製造する方法であり、
一対の支持部材間の間隔を挟んで、半導体積層ユニットと板ばねが向かい合う位置関係に配置する工程と、
板ばねの長さ方向の中間位置に治具の先端を当接させる工程と、
治具の先端が一対の支持部材間の間隔を通過して半導体積層ユニット側に移動するように治具を前進させる工程を備えており、
治具を前進させる工程で、板ばねの両端部が一対の支持部材間の間隔を通過して支持部材の半導体積層ユニット側に移動することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項２】
半導体モジュールと冷却パネルが交互に積層されている半導体積層ユニットと、半導体積層ユニット用の筐体と、板ばねと、筐体に固定されているとともに板ばねの端部に当接して板ばねが半導体積層ユニットを加圧する変形姿勢に維持する一対の支持部材を備えており、
一対の支持部材間の最近接距離が、板ばねを最大変形させたときの両端間距離よりも長く、板ばねが半導体積層ユニットを加圧する変形姿勢にある場合の両端間距離よりも短いことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
一対の支持部材の各々が、一対の支持部材間の距離が半導体積層ユニットに接近するほど短くなる向きに傾斜している傾斜面を備えていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、半導体モジュールと冷却パネルが交互に積層されている半導体積層ユニットを利用する電力変換装置に関する技術を開示する。特に、半導体モジュールと冷却パネルを密着させておくための圧縮機構を備えている電力変換装置と、その製造方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の図１に記載されているように、半導体モジュールと冷却パネルを交互に積層した半導体積層ユニットが知られている。半導体積層ユニットの場合、各々の半導体モジュールの両サイドに冷却パネルが配置され、両サイドに配置されている冷却パネルによって半導体モジュールを冷却する。冷却パネルによる冷却効率を高めるためには、各々の半導体モジュールの両サイドに冷却パネルを密着させておく必要がある。
特許文献１の技術では、半導体モジュールの両サイドに冷却パネルを密着させておくために、半導体積層ユニットの一方の側面に板ばねを配置し、その板ばねによって半導体積層ユニットの他方の側面を固定部材に押付ける。この構造によると、半導体モジュールと冷却パネルを交互に積層した半導体積層ユニットが、固定部材と板ばねの間で圧縮され、半導体モジュールの両サイドに冷却パネルが密着する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８１６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の段落００２４に記載されているように、特許文献１の技術では、上記構造を実現するまでに多段階の工程を実施する。
１）板ばねとは別の治具を利用して半導体積層ユニットを固定部材に向けて押しつぶす。
２）半導体積層ユニットが押しつぶされることによって半導体積層ユニットと収容ケースの壁の間に間隔が形成されるので、その間隔に板ばねを挿入する。
３）板ばねの両端を半導体積層ユニットに向けて変位させることによって板ばねを変形させる。
４）板ばねが自然形状に復帰するのを防止するために円柱部材を挿入する。円柱部材は、板ばねの両端と収容ケースの壁に挟まれて固定され、板ばねが半導体積層ユニットを加圧する変形姿勢に維持する。
上記の工程を経ることによって、板ばねで圧縮することによって半導体モジュールと冷却パネルが密着している半導体積層ユニットが製造される。
【０００５】
板ばねで半導体モジュールと冷却パネルを密着させておく構造は、半導体積層ユニットの冷却効率を高めるための有効な構造であるが、その構造を得るまでに多段階の工程を必要とする。本明細書では、より少ない工程で板ばねによって半導体モジュールと冷却パネルを密着させておく状態が得られる構造とその製造方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書では、半導体モジュールと冷却パネルを密着させておく圧縮機構が付加されている電力変換装置の製造方法を開示する。半導体積層ユニットでは、半導体モジュールと冷却パネルが交互に積層されている。半導体積層ユニットの圧縮機構は、半導体積層ユニット用の筐体と、板ばねと、筐体に固定されているとともに板ばねの端部に当接して板ばねが半導体積層ユニットを加圧する変形姿勢に維持する一対の支持部材を備えている。
本明細書で開示する製造方法は、一対の支持部材間の間隔を挟んで半導体積層ユニットと板ばねが向かい合う位置関係に配置する工程と、板ばねの長さ方向の中間位置に治具の先端を当接させる工程と、治具の先端が一対の支持部材間の間隔を通過して半導体積層ユニット側に移動するように治具を前進させる工程を備えている。本明細書で開示する製造方法では、治具を前進させる工程で、板ばねの両端部が一対の支持部材間の間隔を通過して支持部材の半導体積層ユニット側に移動する。
【０００７】
上記の製造方法によると、治具の先端が一対の支持部材間の間隔を通過して半導体積層ユニットに押付けられることによって、板ばねによって半導体モジュールと冷却パネルを密着させておく構造が得られる。半導体モジュールと冷却パネルを密着させておく圧縮機構が簡単に完成する。
【０００８】
本明細書で開示する圧縮機構付きの電力変換装置自体も新規である。本明細書で開示する電力変換装置は、半導体モジュールと冷却パネルが交互に積層されている半導体積層ユニットと、半導体積層ユニット用の筐体と、板ばねと、筐体に固定されているとともに板ばねの端部に当接して板ばねが半導体積層ユニットを加圧する変形姿勢に維持する一対の支持部材を備えている。
本明細書で開示する電力変換装置は、一対の支持部材間の最近接距離が、板ばねを最大変形させたときの両端間距離よりも長く、板ばねが半導体積層ユニットを加圧する変形姿勢にある場合の両端間距離よりも短いことを特徴とする。
【０００９】
上記の電力変換装置の場合、一対の支持部材間の最近接距離が板ばねを最大変形させたときの両端間距離よりも長いことから、板ばねの長さ方向の中間位置が一対の支持部材間の間隔を通過して半導体積層ユニットを押付ける形に変形する際に、板ばねの両端部が一対の支持部材間の間隔を通過して支持部材の半導体積層ユニット側に移動する現象を得ることができる。また、一対の支持部材間の最近接距離が、板ばねが半導体積層ユニットを加圧する変形姿勢にある場合の両端間距離よりも短いことから、支持部材の半導体積層ユニット側に移動した端部が、支持部材の半導体積層ユニット側の面に当接する関係を得ることができる。すなわち、一対の支持部材によって、板ばねが半導体積層ユニットを加圧する変形姿勢に維持することができる。上記の圧縮機構付きの電力変換装置は、簡単に製造することができる。
【００１０】
一対の支持部材の各々が、一対の支持部材間の距離が半導体積層ユニットに接近するほど短くなる向きに傾斜している傾斜面を備えていることが好ましい。
この場合、板ばねの長さ方向の中間位置を半導体積層ユニットに押付ける過程で、板ばねの両端部が傾斜面に沿って移動する現象が生じる。その結果、板ばねの長さ方向の中間位置を半導体積層ユニットに押付ける過程で、板ばねの両端間距離を縮める現象がスムースに得られ、板ばねの両端部が一対の支持部材間の間隔を通過して支持部材の半導体積層ユニット側に移動する現象を無理なく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一対の支持部材３４ａ，３４ｂの間隔Ｌを挟んで、半導体積層ユニット３８と板ばね３６が向かい合う位置関係に配置した状態を示す。
【図２】板ばね３６の長さ方向の中間位置に治具４２の先端を当接させ、治具４２の先端が前記間隔Ｌを通過して半導体積層ユニット３８に向かって前進する過程を示す。
【図３】治具４２の先端をさらに前進させ、板ばね３６の両端間距離が間隔Ｌに等しくなるまで短くなった状態を示す。
【図４】板ばね３６の両端が一対の支持部材３４ａ，３４ｂの半導体積層ユニット３８側に移動した状態を示す。
【図５】治具４２を後退させた状態を示す。半導体モジュールと冷却パネルは、板ばね３６が加える付勢力によって密着している。
【図６】圧縮機構付きの電力変換装置の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
下記に示す実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１）板ばねが半導体積層ユニットの一方側に配置されており、半導体積層ユニットを固定壁に向けて付勢している。
（特徴２）半導体積層ユニットから遠い側の板ばね面における長さ方向の中間位置に治具の先端を当接させた状態で治具を前進させる。
【実施例】
【００１３】
図１を参照して、半導体積層ユニット３８を説明する。半導体積層ユニット３８は、冷却パネル１６、半導体モジュール２ａ，２ｂ、冷却パネル１８、半導体モジュール４ａ，４ｂ、冷却パネル２０、半導体モジュール６ａ，６ｂ、冷却パネル２２、半導体モジュール８ａ，８ｂ、冷却パネル２４、半導体モジュール１０ａ，１０ｂ、冷却パネル２６の順で積層したものである。
【００１４】
冷却パネル１６には入水管１２が接続されている。隣接する冷却パネル同士は、入水側の冷却水パイプ１３で連通している。冷却パネル１６には出水管１４が接続されている。隣接する冷却パネル同士は、出水側の冷却水パイプ１５で連通している。
入水管１２から送り込まれた冷却水の一部は、冷却パネル１６内を矢印に示す方向に流れ、出水管１４に放出される。入水管１２から送り込まれた冷却水の残部は、入水側の冷却水パイプ１３を経て冷却パネル１８に送られる。冷却パネル１８に送られた冷却水の一部は、冷却パネル１８内を矢印に示す方向に流れ、出水側の冷却水パイプ１５を経て出水管１４に放出される。以下同様の現象が生じる。それによって、矢印に示すように、冷却パネル１６，１８，２０，２２，２４，２６の各々の内部を冷却水が流れる。
【００１５】
半導体モジュール２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂの各々は、動作すると発熱する。半導体モジュール２ａ，２ｂの両サイドに冷却パネル１６，１８が配置されており、半導体モジュール２ａ，２ｂは冷却パネル１６，１８を流れる冷却水で冷却される。以下同様に、半導体モジュール４ａ，４ｂは冷却パネル１８，２０を流れる冷却水で冷却され、半導体モジュール６ａ，６ｂは冷却パネル２０，２２を流れる冷却水で冷却され、半導体モジュール８ａ，８ｂは冷却パネル２２，２４を流れる冷却水で冷却され、半導体モジュール１０ａ，１０ｂは冷却パネル２４，２６を流れる冷却水で冷却される。
【００１６】
各半導体モジュールを効率的に冷却するためには、半導体モジュールと冷却パネルがよく密着している必要がある。すなわち、半導体モジュール２ａ，２ｂに冷却パネル１６，１８が密着し、半導体モジュール４ａ，４ｂに冷却パネル１８，２０が密着し、半導体モジュール６ａ，６ｂに冷却パネル２０，２２が密着し、半導体モジュール８ａ，８ｂに冷却パネル２２，２４が密着し、半導体モジュール１０ａ，１０ｂに冷却パネル２４，２６が密着している必要がある。図１の状態では、半導体モジュールと冷却パネルの密着が不十分である。
【００１７】
半導体モジュールと冷却パネルを密着させるためには、隣接する冷却パネル同士の間の距離を縮める必要がある。冷却水パイプ１３，１５の各々は、図１の左側の冷却パネルから延びて右側の冷却パネルに当接している。当接部にはゴム性を持つシール部材が配置されており、シール部材によって冷却液が漏れでるのを防止する。シール部材の圧縮代を活用することによって、隣接する冷却パネル間の距離を縮めることができる。
【００１８】
図１において、参照番号３０は、半導体積層ユニット３８用の筐体である。図１では、筐体３８の上板を除去した状態を図示している。入水管１２と出水管１４は、筐体３０の外部に伸びている。
参照番号３２は、筐体３０に固定されている固定壁であり、冷却パネル１６の左側面に当接する。固定壁３２は、半導体積層ユニット３８がそれ以上には左に移動できなくしている。
参照番号３４ａ，３４ｂは、筐体３０に固定されている一対の支持部材である。図５に示すように、一対の支持部材３４ａ，３４ｂは、板ばね３６の両端部３６ａ，３６ｂを、半導体積層ユニット３８に向けて変形させた姿勢を維持する。図５の状態では、一対の支持部材３４ａ，３４ｂによって、板ばね３６の両端部３６ａ，３６ｂを半導体積層ユニット３８の側に向けて変形させた姿勢に維持されており、板ばね３６は半導体積層ユニット３８を図５の左側に向けて加圧している。なお参照番号２８は、加圧板である。半導体積層ユニット３８は、固定壁３２と板ばね３６の間で圧縮されている。
【００１９】
図５の状態では、半導体積層ユニット３８の加圧機構が完成しており、圧縮機構付きの電力変換装置４０では、固定壁３２と板ばね３６によって、半導体モジュール２ａ，２ｂに冷却パネル１６，１８が密着し、半導体モジュール４ａ，４ｂに冷却パネル１８，２０が密着し、半導体モジュール６ａ，６ｂに冷却パネル２０，２２が密着し、半導体モジュール８ａ，８ｂに冷却パネル２２，２４が密着し、半導体モジュール１０ａ，１０ｂに冷却パネル２４，２６が密着している。板ばね３６の自然形状は、半導体積層ユニット３８に向けて図５に示すよりも強く湾曲しており、一対の支持部材３４ａ，３４ｂによって扁平な形状に維持されている。強く湾曲しようとする復帰力が、半導体積層ユニット３８を加圧ないし圧縮する。
【００２０】
図１は、加圧機構付きの電力変換装置４０の製造工程の一段階を示している。一対の支持部材３４ａ，３４ｂの間隔Ｌを挟んで、半導体積層ユニット３８と板ばね３６が向かい合う位置関係に配置した状態を示す。板ばね３６は、半導体積層ユニット３８に向けて凸となる向きに湾曲している。
【００２１】
図２は、板ばね３６の長さ方向の中間位置に治具４２の先端を当接させ、治具４２の先端を半導体積層ユニット３８に押付ける過程を示している。治具４２の先端は、一対の支持部材３４ａ，３４ｂの間隔Ｌを通過して半導体積層ユニット３８に接近する。この過程によって、板ばね３６が大きく変形し、両端３６ａ，３６ｂ間の距離が縮められることがわかる。
支持部材３４ａには傾斜面３４ｃが形成されており、支持部材３４ｂには傾斜面３４ｄが形成されている。傾斜面３４ｃ，３４ｄは、支持部材３４ａ，３４ｂ間の距離が半導体積層ユニット３８に接近するほど短くなる向きに傾斜している。この場合、治具４２の先端が間隔Ｌを通過して半導体積層ユニット３８に向けて前進する過程で、板ばねの両端部３６ａ，３６ｂが傾斜面３４ｃ，３４ｄに沿って移動する現象が生じる。その結果、板ばね３６の長さ方向の中間位置を半導体積層ユニット３８に押付ける過程で、板ばね３６の両端３６ａ，３６ｂ間の距離を縮める現象がスムースに得られる。
【００２２】
図３は、治具４２の先端をさらに押し進めた結果、板ばね３６の両端３６ａ，３６ｂ間距離が、一対の支持部材３６ａ、３６ｂ間の最近接距離Ｌに等しくなるまで短くなった状態を示す。一対の支持部材３４ａ，３４ｂ間の最近接距離Ｌが、板ばね３６を最大に変形させたときの両端３６ａ，３６ｂ間の距離よりも長い関係に設定しておけば、図３の関係を得ることができる。
【００２３】
図４は、図３の直後の様子を示している。図４では、板ばね３６の両端３６ａ，３６ｂが一対の支持部材３４ａ，３４ｂの半導体積層ユニット３８側に移動した状態を示す。一対の支持部材３４ａ，３４ｂ間の最近接距離Ｌが、板ばね３６が半導体積層ユニット３８を加圧する変形姿勢にある場合の両端３６ａ，３６ｂ間の距離よりも短い関係に設定されていることから、一対の支持部材３４ａ，３４ｂ間の間隔を通過した両端３６ａ，３６ｂは外側に開く。その結果、板ばね３６の両端３６ａ，３６ｂは、支持部材３４ａ，３４ｂの半導体積層ユニット３８側の面に当接する。
【００２４】
図５は、治具４２を後退させた状態を示す。治具４２を後退させても、一対の支持部材３４ａ，３４ｂが、板ばね３６の両端部３６ａ，３６ｂを半導体積層ユニット３８側に向けて変形させた姿勢を維持し、板ばね３６が半導体積層ユニット３８を加圧する変形姿勢に維持する。
【００２５】
上記に記載した製造方法によると、治具４２の先端を板ばね３６の長さ方向の中間位置（半導体積層ユニット３８が存在していない側に面）に当接させ、治具４２の先端を一対の支持部材３４ａ，３４ｂ間の間隔を通過させて半導体積層ユニット３８に押付けることによって、圧縮ばね３６によって半導体モジュールと冷却パネルを密着させておく構造が得られる。圧縮機構付きの電力変換装置４０の製造過程が簡単化される。
【００２６】
上記の実施例では、自然形状において半導体積層ユニット３８に向けて凸に湾曲している板ばね３６を用いる。これに代えて、図６に示すように、支持部材３４ａ，３４ｂの半導体積層ユニット３８側の面に、板ばね３６の両端３６ａ，３６ｂが外側に広がらないように規制するストッパ形状３４ｅ，３４ｆを設けておくと、自然形状においてフラットな板ばね３６を用いることもできる。
上記の実施例では、固定壁３２の一方側に半導体積層ユニット３８が配置されている。これに対して特許文献１に記載されているように、固定壁の両側に半導体積層ユニットを配置してもよい。左側の板ばねで左側の半導体積層ユニットを固定壁の左面に押し付け、右側の板ばねで右側の半導体積層ユニットを固定壁の右面に押し付け構造に、本発明を適用することができる。また上記実施例では、隣接する冷却パネルの間に２個の半導体モジュールが配置されているが、隣接する冷却パネルの間に配置される半導体モジュールの数には制約されない。
【００２７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２８】
２ａ,２ｂ,４ａ,４ｂ,６ａ,６ｂ,８ａ,８ｂ,１０ａ,１０ｂ：半導体モジュール
１２：入水管
１４：出水管
１６,１８,２０,２２,２４,２６：冷却パネル
２８：加圧板
３０：筐体
３２：固定壁
３４ａ,３４ｂ：支持部材
３４ｃ,３４ｄ：傾斜面
３４ｅ，３４ｆ：ストッパ
３６：板ばね
３８：半導体積層ユニット
４０：圧縮機構つきの電力変換装置
４２：治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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