(57)【要約】【課題】従来に比べて冷却効率を向上させ、さらに制御回路へのノイズの影響を低減可能な電力半導体装置、及び、複数の電力半導体装置を接続した電力変換装置を提供する。【解決手段】  互いに対面し、かつ鉛直方向に延在した第１基板２１及び第２基板２２と、第１基板及び第２基板のそれぞれに垂直で、かつ第１基板及び第２基板に挟まれ配置された電力半導体素子１とを備え、電力半導体素子は、第１基板に接合される主回路用端子１１、及び第２基板に接合される制御回路用端子１２を有し、第１基板及び第２基板は、電力半導体素子に対して鉛直方向における下から上へ流れる気流通路７の壁部を形成する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対面し、かつ鉛直方向に延在した第１基板及び第２基板と、
上記第１基板及び上記第２基板のそれぞれに垂直で、かつ第１基板及び第２基板に挟まれ配置された電力半導体素子と、
を備えた電力半導体装置であって、
上記電力半導体素子は、その主面の周縁部において互いに対向する一方の周縁部には上記第１基板に接合される主回路用端子を有し、他方の周縁部には上記第２基板に接合される制御回路用端子を有し、
上記第１基板及び上記第２基板は、上記電力半導体素子に対して鉛直方向における下から上へ流れる気流の通路壁部である、
ことを特徴とする電力半導体装置。
【請求項２】
板材で構成され、上記第１基板及び上記第２基板のそれぞれに対して、垂直に延在しかつ鉛直方向において少なくとも上側に配置され、上記電力半導体素子を内側に収容するケーシングであって、当該ケーシングを鉛直方向に貫通し気流を通す開口を有するケーシングをさらに備える、請求項１に記載の電力半導体装置。
【請求項３】
上記電力半導体素子は、鉛直方向に沿って上記主面が配向され、当該電力半導体素子における一方の主面に取り付けたヒートシンクをさらに備えた、請求項１又は２に記載の電力半導体装置。
【請求項４】
上記第１基板及び上記第２基板の少なくとも一方は、上記ヒートシンクと機械的及び電気的に接続されている、請求項３に記載の電力半導体装置。
【請求項５】
上記第１基板及び上記第２基板は、上記ヒートシンクと機械的に接続され、かつ、当該ヒートシンクを越えて延在し上記ヒートシンクに立設しているフィンとの間に気流通路を形成する拡張部を有する、請求項３に記載の電力半導体装置。
【請求項６】
上記ヒートシンクの強制冷却を行う冷却装置をさらに備えた、請求項３から５のいずれか１項に記載の電力半導体装置。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか１項に記載の電力半導体装置と、
上記電力半導体装置と電気的に接続され上記電力半導体装置を制御する制御装置と、
複数の上記電力半導体装置が設けられ、各電力半導体装置におけるヒートシンク間に位置しヒートシンク同士を互いに熱伝導可能に結合する接合部と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力半導体装置、及び複数の電力半導体装置を接続して構成される電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力半導体素子（パワーモジュール）を有する電力半導体装置において、電力半導体素子は、その主面を基板面に対して平行に配置して基板へ実装されていた（以下、横型実装と記す）。
しかしながら横型実装では、基板に占める電力半導体素子の実装面積が大きくなることから、電力半導体素子の主面を基板面に対して垂直に配置して実装を行う縦型実装の電力半導体装置も提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５２８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、実装効率を改善した縦型実装の電力半導体装置においても、一つの基板上には様々な大きさの部品が実装されている。よって自然対流による風は、圧力損失が小さい低背部品が実装されている箇所に集中し、本来冷却が必要な大型の部品には、必ずしも十分な風量が供給できていない可能性がある。
【０００５】
また、横型実装及び縦型実装を問わず、一つの基板に電力半導体素子を実装した場合、該基板には制御回路と主回路とが存在する。よって、電力半導体素子等における入、出力端子へ侵入するノイズ、及び主回路が発するノイズが、制御回路に影響を与える可能性もある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べて冷却効率を向上させ、さらに制御回路へのノイズの影響を低減可能な電力半導体装置、及び、該電力半導体装置を複数接続した電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における電力半導体装置は、互いに対面し、かつ鉛直方向に延在した第１基板及び第２基板と、上記第１基板及び上記第２基板のそれぞれに垂直で、かつ第１基板及び第２基板に挟まれ配置された電力半導体素子と、を備えた電力半導体装置であって、上記電力半導体素子は、その主面の周縁部において互いに対向する一方の周縁部には上記第１基板に接合される主回路用端子を有し、他方の周縁部には上記第２基板に接合される制御回路用端子を有し、上記第１基板及び上記第２基板は、上記電力半導体素子に対して鉛直方向における下から上へ流れる気流の通路壁部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様における電力半導体装置によれば、第１基板及び第２基板は、電力半導体素子の主面に対して垂直に配置され、電力半導体素子を間に挟んで配置し、かつ、鉛直方向に延在する気流通路の壁部を形成する。よって、第１基板及び第２基板によって煙突効果が得られ、第１基板及び第２基板に実装した大型の部品に対し、自然対流による気流を効率よく供給することができ、従来に比べて部品の冷却効率を高めることができる。
これにより、部品の長寿命化が図られ、電力半導体装置における信頼性の向上を図ることが可能となる。
【０００９】
さらに、上記一態様における電力半導体装置によれば、電力半導体素子の主回路用端子と制御回路用端子とは、電力半導体素子の主面の周縁部において、互いに対向した周縁部にそれぞれ位置し、主回路用端子は第１基板に、制御回路用端子は第２基板に、それぞれ接合される。ここで第１基板と第２基板とは互いに対面して配置しており、電力半導体素子を間に挟んで互いに分離されている。したがって、制御回路と主回路とが同一基板に実装されている場合と比較すると、主回路が発するノイズ、及び主回路用端子から侵入するノイズが制御回路に与える影響を低減することが可能となる。
これにより、ノイズによって制御回路が例えば誤動作することを防止でき、電力半導体装置における信頼性の向上を図ることが可能となり、また、ノイズ対策を容易化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】実施の形態１における電力半導体装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すＡ−Ａ’部における電力半導体装置の断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示すＢ−Ｂ’部における電力半導体装置の断面図である。
【図２】実施の形態１−４に備わる電力半導体素子を示す平面図である。
【図３】実施の形態１における複数の電力半導体装置の接続を示すと共に、実施の形態２における電力変換装置の一例を示す斜視図である。
【図４】図３に示す電力変換装置の他の例を示す斜視図である。
【図５Ａ】実施の形態３による電力半導体装置の一部を示す斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示すＡ−Ａ’部における電力半導体装置の断面図である。
【図６Ａ】実施の形態４による電力半導体装置の一部を示す斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示すＡ−Ａ’部における電力半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態である電力半導体装置、及び、複数の電力半導体装置を接続した電力変換装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、各図は各構成の概念を示したものであり、実物に正確に対応したものではない。さらに、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１２】
また、電力半導体素子は発熱量が大きく効率的な冷却が求められることから、以下の各実施形態では電力半導体素子を備えた電力半導体装置を例に採る。しかしながら、各実施形態に示す構成は、電力半導体素子に限定されず、通常電力を扱う半導体素子を備えた半導体装置に適用することも可能である。
【００１３】
また、本書で記載する電力半導体素子とは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）あるいはＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）、ダイオード等であり、２００Ｖ以上、あるいは０．１ｋＷ以上の電力を扱う半導体素子が該当し、いわゆるパワーモジュールと呼ばれるような、チップを樹脂封止して形成した形態のものが相当する。
【００１４】
実施の形態１．
図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃは、実施の形態１における電力半導体装置１０１を示している。該電力半導体装置１０１は、基本的構成部分として、電力半導体素子１と、第１基板の一例に相当する主回路基板２１と、第２基板の一例に相当する制御回路基板２２と、を備え、さらにケーシング３、ヒートシンク４、冷却装置の一例に相当するファン５を備えることができる。以下に、これらの構成部分について順次説明する。
【００１５】
電力半導体素子１は、例えば図２に示すような方形状のパッケージにて形成され、その厚み方向において互いに対向する主面１ａ、１ｂ（図１Ｂ）の周囲に周縁部を有し、互いに対向する、一方の周縁部１ｃには入力部１１ａ及び出力部１１ｂで構成される主回路用端子１１が突設され、他方の周縁部１ｄには制御回路用端子１２が突設されている。
【００１６】
そして図１Ｂに示すように、主回路用端子１１は主回路基板２１に接合され、制御回路用端子１２は制御回路基板２２に接合される。その結果、主回路基板２１と制御回路基板２２とは、互いに対面して位置し、また、図１Ａ及び図１Ｃに示すＺ方向に相当する鉛直方向に沿って延在するように配向される。よって電力半導体素子１は、主回路基板２１及び制御回路基板２２のそれぞれに垂直で、かつ、主回路基板２１と制御回路基板２２とに挟まれて配置されることになる。
【００１７】
図示を省略しているが、主回路基板２１には、制御回路以外の、主たる回路構成部分が実装され、図１Ｂに示すように、比較的大型で冷却を要する例えばコンデンサ６ａ，６ｂ等の電子部品も主回路基板２１に実装されている。尚、冷却が必要な大型部品としては、例えばトランスあるいはコイル等も相当する。一方の制御回路基板２２には、制御回路が実装されている。
【００１８】
以下に説明する各実施の形態も含めて、省スペースの観点から、電力半導体素子１は、その主面１ａ，１ｂを鉛直方向（Ｚ方向）に沿って配向した形態にて主回路基板２１及び制御回路基板２２に取り付けられている。しかしながらこれに限定されず、電力半導体素子１は、鉛直方向（Ｚ方向）に対して直交する方向に主面１ａ，１ｂを配向した形態で主回路基板２１及び制御回路基板２２に取り付けられてもよい。この場合においても、主回路基板２１及び制御回路基板２２は、鉛直方向に沿って延在する。
【００１９】
以上のように配置された電力半導体素子１の一方の主面１ａには、放熱グリースを介してヒートシンク４がネジ留めされる。図１Ａに示すように、ヒートシンク４は、Ｘ方向において、主回路基板２１及び制御回路基板２２の一端側に配置されている。尚、Ｘ方向は、鉛直方向（Ｚ方向）に対して互いに直交するＸ，Ｙ方向の一方に相当する。また、本実施の形態１では、主回路基板２１及び制御回路基板２２とヒートシンク４とは、接続していない。
このようなヒートシンク４は、立設された複数のフィン４１を有し、また、本実施の形態１では各フィン４１間に空気を流がし強制空冷可能なように、フィン４１上にファン５が設けられている。ヒートシンク４及びフィン４１を冷却する冷却装置は、ファン５に限定されず、例えば水冷式のもの、半導体冷却素子を用いたもの等を用いることができる。
【００２０】
尚、強制空冷に限定するものではなく、例えばファン５等の冷却装置を設けずに、自然空冷によるものでもよい。またフィン４１は、例えばカシメあるいはろう付け等によってヒートシンク４に接合されてもよいし、例えば押出成型あるいはアルミニウムダイキャスト等によってヒートシンク４と一体で成型されてもよい。
また、ヒートシンク４における冷却効果を高めるため、本実施の形態１では図１Ｂに示すように、ヒートシンク４は、Ｙ方向において、主回路基板２１及び制御回路基板２２の対面間隔を超える幅寸法を有するが、上記対面間隔よりも小さい幅寸法を有してもよい。
【００２１】
ケーシング３は、主回路基板２１と制御回路基板２２とで挟まれて位置する電力半導体素子１及びコンデンサ６ａ、６ｂ等を囲み、当該電力半導体装置１０１の筐体を構成する部材であり、鉛直壁３１、上部壁３２、下部壁３３を有する。
鉛直壁３１は、Ｚ方向（鉛直方向）に沿って延在し、主回路基板２１及び制御回路基板２２の他方側にて、ヒートシンク４に対面して配置されている。また図１Ｂに示すように、主回路基板２１及び制御回路基板２２は、固定部材の一例としてのリブ３５ａ，３５ｂによって鉛直壁３１に固定されている。他の固定部材として、レール、端子台等を用いることもできる。また、リブ３５ａ，３５ｂ等の固定部材は、主回路基板２１、制御回路基板２２、及び鉛直壁３１のいずれに設けられていてもよい。
【００２２】
上部壁３２及び下部壁３３は、電力半導体素子１及びコンデンサ６ａ、６ｂ等の、鉛直方向における上方及び下方に、互いに対面してそれぞれ位置する板状部材であり、Ｘ方向における端部にて、鉛直壁３１及びヒートシンク４にそれぞれ固定されている。
また上部壁３２及び下部壁３３は、当該上部壁３２及び下部壁３３を鉛直方向に貫通し気流を流すための複数の開口３６を有する。図１Ａでは、長方形状の開口３６を図示しているが、その形状及び個数は任意である。また、その配列状態についても、図示する格子状に限定されず任意であり、さらに上部壁３２及び下部壁３３における各開口３６が鉛直方向において同列上に配列されてもよいし、非同列状に配列されてもよい。
尚、以下の各実施の形態を含めて、ケーシング３は下部壁３３を有するが、下部壁３３は無くてもよい。
【００２３】
以上説明した、主回路基板２１、制御回路基板２２、ケーシング３、及び開口３６等の構成によって、ケーシング３の内部には、図１Ｃに示すように、鉛直（Ｚ）方向に沿って煙突状の気流通路７が形成される。
【００２４】
従来の電力半導体装置では、基板上に実装される部品は、自然空冷、あるいは例えばファンによる積極的な空冷（強制空冷）がなされていた。自然空冷の場合、基板上に実装された部品の大きさがばらつく場合には、自然対流による風は、圧力損失が小さい低背部品が実装された箇所に集中する。よって、本来、冷却が必要な大型の部品、例えばコンデンサ等には十分な風量が供給できないという問題があった。
【００２５】
これに対して本実施の形態１の構成によれば、主回路基板２１及び制御回路基板２２が、電力半導体素子１の主面１ａ，１ｂに対して垂直に配置され、かつ鉛直方向に沿って配向されており、さらに、複数の開口３６を有するケーシング３を設けた。これにより、上述のように、主回路基板２１、制御回路基板２２、及びケーシング３によって、気流通路７がケーシング３の内側に形成され、鉛直方向における下から上へ流れる気流による煙突効果が得られる。したがって、例えば大型のコンデンサ６ａ、６ｂ等に対しも、自然対流による風を効率よく供給することができ、従来に比べて冷却性能を高めることができる。その結果、例えばコンデンサ６ａ、６ｂを長寿命化することができ、当該電力半導体装置１０１の信頼性を従来よりも高めることが可能となる。
【００２６】
また上述したように、電力半導体素子１の主回路用端子１１及び制御回路用端子１２は、電力半導体素子１の主面１ａ，１ｂの周縁部で、互いに対向する周縁部１ｃ及び周縁部１ｄに配置したことで、主回路基板２１と制御回路基板２２とを分離して配置することができる。
したがって、主回路と制御回路とが同一基板に実装されている場合と比較して、主回路から発せられるノイズ、及び入力部１１ａ、出力部１１ｂから侵入するノイズが、制御回路に与える影響を低減する効果が得られる。その結果、ノイズによって制御回路が誤動作することを防止でき、当該電力半導体装置１０１の信頼性をより高めることができる。また、ノイズ対策を容易化することもできる。
【００２７】
さらに、主回路基板２１と制御回路基板２２とを分離できるため、絶縁距離設計を簡易化でき、従来設計では絶縁距離として設けていた配線パターン間の空隙を削減することができる。よって、全体として基板を小型化できるという効果もある。
【００２８】
また、主回路基板２１と制御回路基板２２との分離化により、各基板へのはんだ付け工程を分けることができ、製造プロセスを簡易化することができる。例えば、主回路基板２１には、スルーホール部品のみを実装することで、リフロー工程が不要となり、製品のリードタイムを短くすることができる。一方、制御回路基板２２には面実装部品のみを実装することで、フロー工程が不要となり、面実装部品とスルーホール部品とが混在している基板の場合と比較して、はんだボールあるいははんだブリッジなどによる基板の歩留まり低下を抑制することができるという効果も得られる。
【００２９】
上述したように本実施の形態１では、主回路用端子１１及び制御回路用端子１２は、はんだ付けによって主回路基板２１及び制御回路基板２２にそれぞれ実装しているが、プレスフィットによって実装してもよい。例えば、主回路用端子１１をはんだ付けにて実装し、制御回路用端子１２はプレスフィットにて実装することで、上述のようにはんだ付け工程を分けることができ、さらに、組立性の向上を図ることができる。
【００３０】
本実施の形態１では、電力半導体素子１は、放熱グリースを介してヒートシンク４にネジ留めした構成であるが、これに限定されず、例えば放熱シート等の他の放熱部材を介してヒートシンク４に取り付けてもよい。
また、ヒートシンク４における電力半導体素子１の取り付け面を研磨することで、電力半導体素子１とヒートシンク４との間の接触熱抵抗を低減でき、さらに、ヒートシンク４から放射される輻射熱を低減することもできる。よって、ケーシング３の内側における各部品の温度上昇を防止する効果も得られる。
【００３１】
実施の形態２．
図３及び図４には、実施の形態１における電力半導体装置１０１を複数台接続して構成した、本実施の形態２における電力変換装置２００を示している。
図３に示す電力変換装置２００−１は、複数の電力半導体装置１０１と、１台の制御装置２１０とを備え、それぞれの電力半導体装置１０１は、ヒートシンク４をＸ方向における一方側に配向してＹ方向へ並設され、制御装置２１０は、Ｙ方向における一方側に配置し、Ｙ方向の他方側には横板２２０が配置されている。
制御装置２１０は、各電力半導体装置１０１を制御する装置であり、表示及び操作器２１２と、外部接続端子２１４を有している。外部接続端子２１４は、端子台であってもよいし、コネクタであってもよい。
各電力半導体装置１０１、及び電力半導体装置１０１と制御装置２１０とは、例えばコネクタ、バスバー、あるいはワイヤーハーネス等の接続部材によって電気的に並列に接続されている。
【００３２】
また、図４に示す電力変換装置２００−２のように、各電力半導体装置１０１は、それぞれのヒートシンク４同士がヒートシンク接合部２３０を介して熱伝導可能に結合して、隙間無く並列されてもよい。ヒートシンク接合部２３０として、一例として放熱グリース、放熱シート等の放熱部材が用いられる。また、隣接するヒートシンク４同士は、カシメ等によって、強固に結合されてもよい。
【００３３】
本実施の形態２における電力変換装置２００によれば、各電力半導体装置１０１は実施の形態１にて説明した効果を有すると共に、電力変換装置２００は、電力半導体装置１０１の台数の増減のみによって、変換できる電力の増減を行うことができる。
【００３４】
また各電力半導体装置１０１は、同じ構成を有し構造に対称性がある。よって各電力半導体装置１０１を隣接して配列した場合でも、上述した煙突効果により均等な冷却がなされる。一方で、並列した各電力半導体装置１０１における温度特性のばらつき、あるいは回路の寄生インピーダンス等に起因して、各電力半導体装置１０１間では、変換される電力に差が生じる場合もある。このような場合には、ある電力半導体装置１０１にて、変換される電力が偏り発熱量が増えて、その電力半導体装置１０１の製品寿命が短くなってしまう可能性がある。
この場合、図４に示す電力変換装置２００−２のように、隣接するヒートシンク４間をヒートシンク接合部２３０を介して熱伝導可能に結合することで、各ヒートシンク４間の温度をバランスする。これにより、電力半導体装置１０１のいずれかに変換電力が偏ることを抑制することができる。その結果、電力変換装置２００の寿命を延ばし、信頼性の向上を図ることができる。
【００３５】
本実施の形態２における電力変換装置２００では、電力半導体装置１０１を用いているが、以下でさらに説明する、実施の形態３及び実施の形態４における電力半導体装置１０３、１０４を用いて電力変換装置を構成することもできる。
【００３６】
実施の形態３．
図５Ａ及び図５Ｂは、実施の形態１における電力半導体装置１０１の変形例に相当する、実施の形態３における電力半導体装置１０３を示している。尚、図５Ａ及び図５Ｂでは、図示の簡略化、及び理解を容易にするため、ケーシング３及びファン５の図示を省略している。
実施の形態１における電力半導体装置１０１では、主回路基板２１及び制御回路基板２２とヒートシンク４とは、連結されていないが、実施の形態３の電力半導体装置１０３では、主回路基板２１及び制御回路基板２２とヒートシンク４とは、締結部を構成する一部品に相当するネジ１１２にて連結している。この点でのみ、電力半導体装置１０３は電力半導体装置１０１と相違する。
【００３７】
主回路基板２１及び制御回路基板２２とヒートシンク４との接続のため、主回路基板２１及び制御回路基板２２は、Ｘ方向における一端側において、Ｚ方向における両端部に凸部２４を設け、該凸部２４にはネジ１１２用の穴２５を設けている。一方、ヒートシンク４は、凸部１１１に対応して２箇所に凹部４３を有する。またヒートシンク４は、ネジ１１２用の雌ねじを各凹部４３に有する。
【００３８】
尚、実施の形態１にて述べたように、冷却効果向上のためヒートシンク４は、主回路基板２１及び制御回路基板２２の対面間隔よりも大きい幅寸法を有している。凸部２４及び凹部４３は、この形態に対応して形成したものである。よって、ヒートシンク４の幅寸法が上記対面間隔よりも小さい場合には、例えば、凸部２４及び凹部４３を形成することなく、主回路基板２１及び制御回路基板２２のＸ方向における一端側をヒートシンク４に接合してもよい。
【００３９】
実施の形態３における電力半導体装置１０３によれば、実施の形態１における電力半導体装置１０１が奏する効果に加えて、さらに以下の効果が得られる。
まず、主回路基板２１及び制御回路基板２２は、ヒートシンク４にネジ留めしたことで、主回路基板２１及び制御回路基板２２の耐振動性を向上させることができる。
【００４０】
また、主回路基板２１及び制御回路基板２２をヒートシンク４に接合したことで、主回路基板２１及び制御回路基板２２自体をヒートシンク４によって冷却することが可能になる。これにより、実施の形態１にて説明した煙突効果による部品の冷却負担割合の低減を図ることができ、気流通路７に存在する例えばコンデンサ６ａ、６ｂ等の部品の温度上昇を防止あるいは低減することができる。その結果として、コンデンサ６ａ、６ｂ等の部品の長寿命化が可能であり、当該電力半導体装置１０３における製品信頼性の向上を図ることができる。
【００４１】
さらに、主回路基板２１及び制御回路基板２２におけるネジ１１２用の穴２５に、各基板における配線パターンを配置することで、ネジ１１２及びヒートシンク４を介して、主回路基板２１と制御回路基板２２とを電気的に接続することもできる。これにより、主回路基板２１と制御回路基板２２とにおいて、例えばグランド電位を共通化することができる。
尚、グランド電位の共通化に限定されず、一般的にヒートシンクは、アルミニウムで作製されインピーダンスが低いことから、５０Ａ以上の電流を通電するように構成することもできる。
【００４２】
本実施の形態３では、主回路基板２１及び制御回路基板２２とヒートシンク４とを接合する締結部として、ネジ１１２、凸部２４、凹部４３等を用いて構成したが、該構成に限定されず、一般的に２つの部材を接合するために適用可能な構成を用いることができる。  また本実施の形態３では、主回路基板２１及び制御回路基板２２の両方共、ヒートシンク４に機械的及び電気的に接続したが、いずれか一方のみをヒートシンク４に機械的及び電気的に接続してもよい。
【００４３】
実施の形態４．
図６Ａ及び図６Ｂは、実施の形態３における電力半導体装置１０３の変形例に相当する、実施の形態４における電力半導体装置１０４を示す図である。尚、図６Ａ及び図６Ｂでは、図示の簡略化、及び理解を容易にするため、ケーシング３及びファン５の図示を省略している。
実施の形態３における電力半導体装置１０３では、主回路基板２１及び制御回路基板２２は、凸部２４を設けてヒートシンク４に連結しているが、フィン４１まで延在していない。これに対して実施の形態４の電力半導体装置１０４では、主回路基板２１及び制御回路基板２２は、Ｘ方向において、ヒートシンク４を越えてフィン４１の先端部４１ａに対応した位置まで延在している。この点でのみ、電力半導体装置１０４は電力半導体装置１０３と相違する。
【００４４】
詳しく説明すると、主回路基板２１及び制御回路基板２２は、凸部２４を介して、フィン４１の先端部４１ａの位置まで延在する拡張部２６をそれぞれ有する。拡張部２６は、図示するように、Ｘ及びＺ方向において、フィン４１と同形状を有する。よって、主回路基板２１及び制御回路基板２２の各拡張部２６は、それぞれの拡張部２６に隣接する各フィン４１−１との間に、鉛直方向（Ｚ方向）に延在する気流通路８を形成する。
【００４５】
以上のような構成を有する、実施の形態４における電力半導体装置１０４によれば、実施の形態３における電力半導体装置１０３が奏する効果に加えて、さらに以下の効果が得られる。
実施の形態３における電力半導体装置１０３の構成では、ヒートシンク４をファン５によって強制空冷する場合、ヒートシンク４のフィン４１のうち、Ｙ方向において最も外側に位置する２つのフィン４１−１において、対向するフィンが存在しない外面４１ｂでは気流通路が形成されず自然空冷になる。
【００４６】
これに対して、実施の形態４における電力半導体装置１０４では、拡張部２６を有することで、フィン４１−１の外面４１ｂと拡張部２６との間にも気流通路８が形成される。これにより、ヒートシンク４の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００４７】
例えば図６Ｂに示すように、フィン４１−１の外面４１ｂに接するように、制御回路基板２２の拡張部２６に回路部品９ａ、９ｂを実装することで、回路部品９ａ、９ｂを気流通路８に配置することができ、空冷することが可能になる。
さらに、フィン４１−１と拡張部２６との間に、例えば放熱性樹脂を充填することにより、より効率的に回路部品９ａ、９ｂを冷却することができる。
【００４８】
図６Ｂでは、制御回路基板２２の拡張部２６にのみ回路部品９ａ、９ｂを図示しているが、主回路基板２１の拡張部２６にも、同様に、フィン４１−１との間隙に、強制空冷される回路部品を実装してもよい。
【００４９】
上述した各実施の形態を組み合わせた構成を採ることも可能であり、また、異なる実施の形態に示される構成部分同士を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  電力半導体素子、  １ａ，１ｂ  主面、  １ｃ、１ｄ  周縁部、
３  ケーシング、  ４  ヒートシンク、  ５  ファン、  ７、８  気流通路、
１１  主回路用端子、  １２  制御回路用端子、  ２１  主回路基板、
２２  制御回路基板、  ２６  拡張部、  ３６  開口、  ４１  フィン、  
１０１−１０４  電力半導体装置、  
２００−１、２００−２  電力変換装置、
２１０  制御装置、  ２３０  ヒートシンク接合部。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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