(57)【要約】【課題】異常時に緩衝部材のヒートシンクへの接触により破損しない圧接型半導体モジュールを有する電力変換装置を提供する。【解決手段】実施形態は、第１の電極板と、前記第１の電極板に平行に配置された第２電極板と、前記第１の電極板と前記第２電極板との間に設けられた複数の半導体チップと、前記第１の電極板の外縁に接続された第１の緩衝部材と、前記第２の電極板の外縁に接続された第２の緩衝部材と、前記第１の緩衝部材と前記第２の緩衝部材との間に挟み込まれ、前記複数の半導体チップを気密封止する絶縁性の外囲器と、を含む圧接型半導体モジュールと、前記第１の電極板の、前記複数の半導体チップが設けられた側とは反対側の面に接続された第１のヒートシンクと、を含む電力変換器を備える。前記第１のヒートシンクの面は、平面視で、前記第１の緩衝部材の外周をすべて含むように設定される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極板と、
前記第１の電極板に平行に配置された第２電極板と、
前記第１の電極板と前記第２電極板との間に設けられた複数の半導体チップと、
前記第１の電極板の外縁に接続された第１緩衝部材と、
前記第２の電極板の外縁に接続された第２緩衝部材と、
前記第１の緩衝部材と前記第２の緩衝部材との間に挟み込まれ、前記複数の半導体チップを気密封止する絶縁性の外囲器と、
を含む圧接型半導体モジュールと、
前記第１の電極板の、前記複数の半導体チップが設けられた側とは反対側の面に接続された第１のヒートシンクと、
を含む電力変換器を備え、
前記第１のヒートシンクの面は、平面視で、前記第１の緩衝部材の外周をすべて含むように設定された電力変換装置。
【請求項２】
前記第１の緩衝部材と前記第１のヒートシンクの前記複数の半導体チップが設けられた側の面との間に設けられた環状支持部材をさらに備え、
前記第１の環状部材は、前記第１のヒートシンクとの間にすき間を含む請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１のヒートシンクは、前記第１の電極板の平面視の形状に応じた凹部を含み、
前記第１の緩衝部材は、前記第１のヒートシンクとの間にすき間を含む請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
第１の電極板と、
前記第１の電極板に平行に配置された第２の電極板と、
前記第１の電極板と前記第２の電極板との間に設けられた複数の半導体チップと、
前記第１の電極板の外縁に接続された第１の緩衝部材と、
前記第２の電極板の外縁に接続された第２の緩衝部材と、
前記第１の緩衝部材と前記第２の緩衝部材との間に挟み込まれ、前記複数の半導体チップを気密封止する絶縁性の外囲器と、
を含む圧接型半導体モジュールと、
前記第１の電極板の、前記複数の半導体チップが設けられた側とは反対側の面に接続された第１のヒートシンクと、
前記第１の緩衝部材と前記第１のヒートシンクとの間に設けられ、前記第１のヒートシンクとの間にすき間を含む環状支持部材と、
を含む電力変換器を備え、
前記環状支持部材の面は、平面視で、前記第１の緩衝部材の外周をすべて含むように設定された電力変換装置。
【請求項５】
前記第２の電極板の、前記半導体チップが設けられた側とは反対側の面に接続された第２のヒートシンクをさらに備えた請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、圧接型半導体モジュールを用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力システムの運用に用いられる電力変換装置には、大電力を取り扱うため大型の半導体モジュールが用いられることがある。このような半導体モジュールには、耐環境性や放熱性等を考慮したものがある。このような圧接型半導体モジュールでは、複数の電力用半導体チップを並列に接続し、セラミック等の外囲器に気密封止している。
【０００３】
圧接型半導体モジュールは、セラミック製の外囲器と金属製の電極とによって構成されているため、これらの間の膨張係数の相違を吸収する機構を備える必要がある。そのような機構として、圧接型半導体モジュールでは、緩衝部材が設けられている。
【０００４】
緩衝部材は、圧接型半導体モジュールの両側の電極に設けられている。緩衝部材は、電極の外縁に接続されており、２つの緩衝部材によって挟み込むように外囲器が設けられる。
【０００５】
圧接型半導体モジュールを電力変換装置に実装する場合には、放熱のための冷却構造に組み込む。圧接型半導体モジュールの両側の電極を金属製のヒートシンクで挟み込んで固定する冷却構造が利用される。ヒートシンクには、フィンが設けられており、水冷や空冷によって冷却効率を向上させる。
【０００６】
緩衝部材は、弾性が低く、屈曲部が設けられているので、通常の動作時に変形することによって、モジュールの電極と外囲器との膨張係数の相違を吸収することができる。一方で、内部素子の短絡故障のような異常時には、モジュールの内圧が上昇し、緩衝部材がヒートシンクに接触することがある。緩衝部材がヒートシンクに接触したときに、その接触長さや面積が小さいと、応力が集中して圧接型半導体モジュールが破損するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−８２１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施形態は、異常時に緩衝部材がヒートシンクに接触しても破損しにくい圧接型半導体モジュールを有する電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態に係る電力変換装置は、第１の電極板と、前記第１の電極板に平行に配置された第２電極板と、前記第１の電極板と前記第２電極板との間に設けられた複数の半導体チップと、前記第１の電極板の外縁に接続された第１緩衝部材と、前記第２の電極板の外縁に接続された第２緩衝部材と、前記第１の緩衝部材と前記第２の緩衝部材との間に挟み込まれ、前記複数の半導体チップを気密封止する絶縁性の外囲器と、を含む圧接型半導体モジュールと、前記第１の電極板の、前記複数の半導体チップが設けられた側とは反対側の面に接続された第１のヒートシンクと、を含む電力変換器を備える。前記第１のヒートシンクの面は、平面視で、前記第１の緩衝部材の外周をすべて含むように設定される。
【発明の効果】
【００１０】
本実施形態の電力変換装置では、第１のヒートシンク面が、平面視で、前記第１の緩衝部材の外周をすべて含むように設定される。そのため、異常時に圧接型半導体モジュールの内圧が上昇した場合に、緩衝部材がヒートシンクに接触しても破損しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、電力変換装置の一部を例示するブロック図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）の構成要素の一部を例示する模式図である。
【図３】第１の実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する平面図および一部断面を有する正面図である。
【図４】比較例の電力変換装置の一部を例示する平面図および一部断面を有する正面図である。
【図５】第２の実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する平面図および一部断面を有する正面図である。
【図６】第３の実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する平面図および一部断面を有する正面図である。
【図７】第４の実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する平面図および一部断面を有する正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図１に示すように、電力変換装置１０は、電力変換器２０と、制御装置８０と、を備える。電力変換装置１０は、端子１２ａ，１２ｂを介してたとえば直流電源（図示せず）に接続される。電力変換装置１０は、端子１４ａ〜１４ｃを介して、負荷（図示せず）に接続される。負荷は、たとえば誘導電動機や同期電動機等の交流負荷である。他の例では、電力変換装置１０は、端子１４ａ〜１４ｃを介して交流電源に接続し、端子１２ａ，１２ｂを介して直流負荷に接続する。電力変換装置１０は、直流−交流の一方向の電力変換に限らず、双方向の電力変換を行う装置であってもよい。これらはいずれも例示であって、電力変換装置１０は、上述に限らず、交流−交流間の電力変換や直流−直流間の電力変換を行う装置を含む電力変換装置であってもよい。
【００１４】
電力変換器２０は、電力変換部２２を含む。電力変換部２２は、圧接型半導体モジュール３０を含む。圧接型半導体モジュール３０は、たとえば、主端子３１ａ，３１ｂと制御端子３１ｃとを含む。圧接型半導体モジュール３０は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の半導体チップを複数個搭載し、これらを並列に接続したモジュールである。ＩＧＢＴの場合には、主端子３１ａはコレクタ端子であり、主端子３１ｂはエミッタ端子であり、制御端子３１ｃはゲート端子である。圧接型半導体モジュール３０は、ファーストリカバリダイオード等の２端子のモジュールであってもよい。
【００１５】
圧接型半導体モジュール３０は、単一の半導体チップを搭載する場合に限らず、複数種類の半導体チップを搭載してもよい。複数種類の半導体チップは、たとえばＩＧＢＴおよびファーストリカバリダイオード等である。
【００１６】
制御装置８０は、電力変換器２０に供給され、また、電力変換器２０が出力する直流電圧や交流電圧、交流電流等を検出して、電力変換部２２の圧接型半導体モジュール３０を駆動する駆動信号を生成する。制御装置８０は、生成した駆動信号を電力変換部２２に供給して、所望の出力等を得るように電力変換器２０を制御する。
【００１７】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、電力変換装置の一部を例示するブロック図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）の構成要素の一部の模式図である。
図２（ａ）および図２（ｂ）には、電力変換部２２のうち異なる回路形式の概略の構成が示されている。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、電力変換部２２ａは、ＭＭＣ（Modular Multilevel Converter）方式のチョッパセルである。ＭＭＣ方式では、複数個のチョッパセルがカスケードに接続される。電力変換部２２ａは、圧接型半導体モジュール３０と、ダイオードＤと、コンデンサＣと、を含む。圧接型半導体モジュール３０は、直列に接続されている。直列に接続された２つの圧接型半導体モジュール３０は、スタック４０を構成する。スタック４０の両端にコンデンサＣが接続されている。ダイオードＤは、圧接型半導体モジュール３０に逆並列に接続されている。電力変換部２２は、ハーフブリッジ構成のチョッパセルである。なお、図示しないが、ダイオードＤもスタックを構成し、ＩＧＢＴのスタック４０に接続されてもよい。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、電力変換部２２ｂは、２レベル出力の単相インバータ回路である。電力変換部２２ｂは、２つのスタック４０と、ダイオードＤと、コンデンサＣと、を含む。スタック４０は、並列に接続されている。ダイオードＤは、圧接型半導体モジュール３０に逆並列にそれぞれ接続されている。コンデンサＣは、スタック４０に並列に接続されている。
【００２０】
図２（ｃ）に示すように、この例では、スタック４０は、圧接型半導体モジュール３０と、ヒートシンク４１，４２と、を含む。圧接型半導体モジュール３０は、ヒートシンク４１，４２の間に設けられている。２つの圧接型半導体モジュール３０は、ヒートシンク４２を介して直列に接続されている。
【００２１】
電力変換部２２の構成は、上述に限られない。電力変換部２２は、ＭＭＣ方式のためのフルブリッジ形式のチョッパセルであってもよい。電力変換部２２は、三相インバータ回路であってもよいし、ダイオードクランプ型のマルチレベル変換回路等であってもよい。
【００２２】
スタック４０の構成も上述に限られない。本実施形態およびその後に説明する他の実施形態の場合においても、圧接型半導体モジュール３０は、ヒートシンク４１，４２に挟み込まれて取り付けられていればよく、スタック４０に含まれるモジュールの直列数が３個や４個以上であってもよいし、回路形式も問わない。単一の圧接型半導体モジュール３０をヒートシンク４１，４２に挟み込んで、スタック４０に含まれる圧接型半導体モジュール３０は、１つであってもよく、単一の圧接型半導体モジュール３０をヒートシンク４１，４２に挟み込んだ形式でもかまわない。
【００２３】
図３は、本実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する平面図および一部断面を有する正面図である。
図３には、スタック４０ａの例が示されている。以下の説明では、三次元座標系（ＸＹＺ座標）を用いることがある。
【００２４】
図３に示すように、スタック４０ａは、圧接型半導体モジュール３０と、ヒートシンク４１，４２と、を含む。圧接型半導体モジュール３０は、ヒートシンク４１，４２の間に挟み込まれて固定されている。圧接型半導体モジュール３０およびヒートシンク４１，４２の固定には、たとえば、Ｚ軸方向にヒートシンク４１，４２を貫通して設けられるボルトおよびナットによって締結、固定される。ボルトは、たとえば、ＸＹ平面から見て、ヒートシンク４１，４２の４つの角部に挿入される。
【００２５】
圧接型半導体モジュール３０は、第１の電極板３１と、第２の電極板３２と、半導体チップ３３と、緩衝部材３４，３５と、外囲器３６と、を含む。
【００２６】
第１の電極板３１は、ＸＹ平面に平行な面を有するほぼ円形の板状体である。
【００２７】
第２の電極板３２は、第１の電極板３１にほぼ平行に設けられ、ＸＹ平面視で第１の電極板３１とほぼ同一形状の円形の板状体である。第２の電極板３２は、半導体チップ３３が設けられている側に、凸部を有する。この凸部は、半導体チップ３３と電気的に接続し、ゲート配線基板３７を配置するために設けられている。
【００２８】
これらの電極板３１，３２は、高導電率かつ高熱伝導率を有する金属材料によって形成される。金属材料は、たとえば銅（Ｃｕ）やＣｕを含む合金である。
【００２９】
半導体チップ３３は、第１の電極板３１と第２の電極板３２との間に設けられている。半導体チップ３３は、たとえばＩＧＢＴである。以下、半導体チップ３３はＩＧＢＴであるものとして説明する。半導体チップ３３は、ＸＹ平面にほぼ平行な一方の面にエミッタ電極（主端子３１ｂ）、他方の面にコレクタ電極（主端子３１ａ）を有する。半導体チップ３３では、コレクタ電極が第１の電極板３１に接続され、エミッタ電極が第２の電極板３２に接続されている。
【００３０】
半導体チップ３３は、電極板３１，３２の間でたとえばＸＹ平面に平行な面上に格子状に複数個配列されている。複数の半導体チップ３３は、Ｚ軸方向に圧接されることによって、並列に接続される。
【００３１】
なお、半導体チップ３３のゲート電極は、ゲート配線基板３７に接続されている。ゲート配線基板３７は、第１電極板３１の凸部を貫通するような開口を有する絶縁性の基板である。ゲート配線基板３７によって、並列に接続された各半導体チップ３３のゲート電極は、外部に引き出すための端子に接続される。
【００３２】
緩衝部材３４，３５は、中空円板状の部材である。緩衝部材３４，３５は、ＸＹ平面にほぼ平行に配置されている。緩衝部材３４，３５は、中空の開口部分で、電極板３１，３２の円周の外縁にそれぞれ接続されている。電極板３１，３２の径方向（ＸＹ平面にほぼ平行な方向）に向かって延伸し、Ｚ軸方向に屈曲した後、再度径方向に屈曲して延伸する。
【００３３】
なお、緩衝部材３４は、製造時の熱ストレスを緩和したり、通常の動作状態における発熱等により大きな金属（電極板３１）の膨張、収縮を吸収したりするため、多層のリング部材３４ａ，３４ｂを含んでいる。多層のリング部材３４ａ，３４ｂは、緩衝部材３４と外囲器３６との間で、緩衝部材３４の外周にわたって設けられる。多層のリング部材３４ａ，３４ｂのＸＹ平面上の半径は、緩衝部材３４，３５の半径よりも長く設定されている。以下では、多層のリング部材３４ａ，３４ｂを含めて、緩衝部材３４という。なお、通常の動作状態とは、圧接型半導体モジュール３０が定格内の電圧、電流、および温度で動作し、所望の性能を発揮する状態をいうものとする。
【００３４】
圧接型半導体モジュールの通常の動作において、緩衝部材３４，３５は、電極板３１，３２が温度変化によって膨張し、収縮した場合に、上述の屈曲部によって、電極板３１，３２の形状の変化を吸収する。そのため、電極板３１，３２および外囲器３６の膨張係数の相違による圧接型半導体モジュール３０の耐湿性の劣化等を防止することができる。
【００３５】
外囲器３６は、緩衝部材３４，３５の間で、緩衝部材３４，３５に挟み込まれるようにして固定されている。外囲器３６は、半導体チップ３３を気密封止し、外部環境から半導体チップ３３を遮断する。外囲器３６は、セラミック等の絶縁材料によって形成され、電極板３１，３２の間を電気的に絶縁する。外囲器３６の表面は、圧接型半導体モジュール３０の主端子間の耐圧に応じて、Ｚ軸方向にわたって波状の凹凸が設けられている。この凹凸は、電極板３１，３２の間の沿面距離を確保するために設けられている。なお、外囲器には、製造時に内部の空気を排気し、不活性ガス等を導入するための給排気管が設けられるが、図では省略されている。
【００３６】
本実施形態の電力変換装置１０では、ヒートシンク４１，４２が圧接型半導体モジュール３０に接続されている面（以下、ヒートシンク４１，４２の接続面という。）は、圧接型半導体モジュール３０の緩衝部材３４，３５の外周をすべて含むように設定されている。つまり、圧接型半導体モジュール３０を、Ｚ軸方向から見たＸＹ平面視で、緩衝部材３４，３５の外周は、ヒートシンク４１，４２の接続面上にすべて投影される。
【００３７】
本実施形態の電力変換装置１０の作用および効果について説明する。
並列に接続されている半導体チップ３３のうちの１つが短絡故障すると、過大な電流が短絡故障した半導体チップ３３に集中する。図３の例では、平面図において×印を付けた半導体チップ３３が短絡すると、この半導体チップ３３に電流が集中し、他の半導体チップ３３にはほとんど電流が流れない。そのため、電流集中した半導体チップ３３は、その少なくとも一部が昇華するまで発熱する。半導体チップ３３の昇華によって、圧接型半導体モジュール３０の内圧が急速に上昇する。
【００３８】
電極板３１，３２には、常時圧接力が印加されているため、内圧が上昇してもヒートシンク４１，４２の接続面に影響はないが、緩衝部材３４，３５は、屈曲部を有しているので、内圧の上昇時に、屈曲部が変形する。スタック４０ａには、圧接型半導体モジュール３０の両端にヒートシンク４１，４２が接続されている。緩衝部材３４，３５の変形によって、圧接型半導体モジュール３０の両端に接続されたヒートシンク４１，４２の接続面に緩衝部材３４，３５の外周や外縁等が接触する。
【００３９】
ヒートシンク４１，４２の接続面は、緩衝部材３４，３５の外周をすべて含むように設定されている。そのため、緩衝部材３４，３５の接触部は、図３の平面図の太線の円弧のように、緩衝部材３４，３５の外周にわたってヒートシンク４１，４２の接続面と接触するので、圧接型半導体モジュール３０の内圧の上昇による応力が分散される。
【００４０】
緩衝部材３４，３５の接触面の位置は、上述の太線の位置に限らず、故障した半導体チップ３３の位置や発熱量に応じて異なることがある。ヒートシンク４１，４２の接続面は、緩衝部材３４，３５の外周をすべて含むように設定されているので、どの位置で接触しても、確実に接触面積をかせぐことができ、応力集中を防止して圧接型半導体モジュール３０の破損を防止することができる。
【００４１】
図４は、比較例の電力変換装置の一部を例示する平面図および一部断面を有する正面図である。
図４に示すように、比較例の電力変換装置のスタック１４０では、圧接型半導体モジュール３０は、ヒートシンク１４１，１４２の間に設けられている。ヒートシンク１４１，１４２の接続面は、緩衝部材３４，３５の外周のすべてを含まず、一部を含むように設定されている。この例では、ヒートシンク１４１，１４２の角部の付近において、ヒートシンク１４１，１４２の接続面は、緩衝部材３４，３５の外周の一部を含むように設定されている。なお、一般にヒートシンクの接続面の形状や面積は、圧接型半導体モジュールの両側の電極との電気的接続を確保し、所望の熱抵抗を実現するように設定される。そのため、ヒートシンクは、装置の小型化や低コスト化等といった観点から、このようにより小さい面積とするように設定されることもある。
【００４２】
このような比較例の電力変換装置のスタック１４０において、半導体チップ３３の１つが短絡故障して発熱（図中の×印）し、半導体チップ３３が昇華して、内圧が上昇した場合には、緩衝部材３４，３５の外周の一部は、ヒートシンク１４１，１４２の接続面に接触する。このときの緩衝部材３４，３５の接触面積は、図中の太線で示すように、図３の場合の接触面積に比べて小さくなる。そのため、緩衝部材３４，３５がヒートシンク１４１，１４２に接触した部分に応力が集中し、圧接型半導体モジュール３０の破損を生じるおそれがある。
【００４３】
このように、本実施形態の電力変換装置１０では、ヒートシンク４１，４２の接続面が緩衝部材３４，３５の外周を含むように設定されている。そのため、緩衝部材３４，３５がヒートシンク４１，４２の接続面に接触した場合の応力の集中を緩和して、圧接型半導体モジュール３０の破損を回避することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図５は、本実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する平面図および一部断面を有する正面図である。
図５に示すように、本実施形態の電力変換装置では、スタック２４０は、環状支持部材５１，５２をさらに備える。環状支持部材５１，５２は、ヒートシンク１４１，１４２と緩衝部材３４，３５との間にそれぞれ設けられている。
【００４５】
本実施形態では、ヒートシンク１４１，１４２の接続面は、緩衝部材３４，３５の外周の一部を含んでいる。この例では、たとえば比較例で示したヒートシンク１４１，１４２が設けられている。
【００４６】
環状支持部材５１，５２は、中空の円板状の部材である。環状支持部材５１，５２の中空の部分には、電極板３１，３２がそれぞれ挿入される。環状支持部材５１，５２は、緩衝部材３４，３５とヒートシンク１４１，１４２との間にそれぞれ設けられる。環状支持部材５１，５２のＺ軸方向の長さ（厚さ）は、ヒートシンク１４１，１４２と緩衝部材３４，３５との間の距離よりも短く設定されている。環状支持部材５１，５２は、緩衝部材３４，３５が内圧の上昇によって変形して接触した場合であっても、変形しない程度の剛性および硬度を有する金属材料等によって形成される。
【００４７】
環状支持部材５１，５２は、電極板３１，３２およびヒートシンク１４１，１４２のいずれにも固定されていなくてもよい。環状支持部材５１，５２を固定する場合には、ヒートシンク１４１，１４２または緩衝部材３４，３５のいずれに固定されてもよい。
【００４８】
環状支持部材５１，５２の面は、緩衝部材３４，３５の外周をすべて含むように設定されている。したがって、緩衝部材３４，３５が、圧接型半導体モジュール３０の内圧の上昇等によって大きく変形した場合には、緩衝部材３４，３５の外周にわたって環状支持部材５１，５２の面に接触する。
【００４９】
環状支持部材５１，５２と緩衝部材３４，３５とのＺ軸方向に沿う方向には、すき間Ｇが設けられている。緩衝部材３４，３５が、ヒートシンク側に接触するまでの距離が短いと、通常の動作の場合に、電極板３１，３２の膨張、収縮による変位を吸収できないおそれがある。そこで、本実施形態の場合には、環状支持部材５１，５２によって、すき間Ｇの長さを適切に設定する。すき間Ｇは、通常の動作の場合の緩衝部材３４，３５の変形によってヒートシンク４１，４２に接触しないように設定される。内部素子が短絡故障したような異常時に内圧が上昇することによって、緩衝部材３４，３５が大きく変形した場合に、緩衝部材３４，３５の外周にわたって広い面積で環状支持部材５１，５２に接触できるように、すき間Ｇには適切な値が設定される。
【００５０】
本実施形態の電力変換装置では、環状支持部材５１，５２が設けられており、環状支持部材５１，５２の面は、緩衝部材３４，３５の外周をすべて含むように設定されている。そのため、内圧が上昇して緩衝部材３４，３５が変形した場合であっても、図５の太線で示すように、緩衝部材３４，３５の外周にわたって環状支持部材５１，５２の面に接触する。そのため、接触時の応力の集中を緩和することができ、圧接型半導体モジュール３０の破損を防止することができる。
【００５１】
本実施形態では、より小型のヒートシンクを用いることができ、装置の小型化にも貢献することができる。また、既存の小型のヒートシンクを用いることができるので、スタックの設計をほとんど変更する必要がないので、設計開発工数を短縮することができる。
【００５２】
（第３の実施形態）
図６は、本実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する平面図および一部断面を有する正面図である。
図６に示すように、本実施形態の電力変換装置では、スタック３４０は、ヒートシンク３４１，３４２と、環状支持部材５１，５２と、を備える。ヒートシンク３４１，３４２の接続面は、環状支持部材５１，５２の外周をすべて含むように設定されている。環状支持部材５１，５２は、上述した他の実施形態の場合と同じものである。環状支持部材５１，５２は、ヒートシンク３４１，３４２と、緩衝部材３４，３５との間に設けられている。環状支持部材５１，５２の厚さは、ヒートシンク３４１，３４２と緩衝部材３４，３５との間の距離よりも薄くなるようにすき間Ｇが設けられている。すき間Ｇは、上述の他の実施形態の場合と同様の長さに設定される。
【００５３】
環状支持部材５１，５２は、ヒートシンク３４１，３４２および緩衝部材３４，３５のいずれにも固定しなくてもよい。環状支持部材５１，５２を固定する場合には、ヒートシンク３４１，３４２または緩衝部材３４，３５のいずれにに固定してもよい。
【００５４】
環状支持部材５１，５２の面は、緩衝部材３４，３５の外周のすべてを含むように設定されている。そのため、内圧が上昇して、緩衝部材３４，３５が変形して、緩衝部材３４，３５が環状支持部材５１，５２に接触し、環状支持部材５１，５２がヒートシンク３４１，３４２に接触する。その場合に、緩衝部材３４，３５は、より広い面積で環状支持部材５１，５２の面に接触し、環状支持部材５１，５２も広い面積でヒートシンク３４１，３４２の接続面に接触する。そのため、応力の集中を緩和することができる。
【００５５】
（第４の実施形態）
図７は、本実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する平面図および一部断面を有する正面図である。
図７に示すように、本実施形態の電力変換装置では、スタック４４０は、ヒートシンク４４１，４４２を備える。圧接型半導体モジュール３０は、ヒートシンク４４１，４４２の間に挟み込まれている。
【００５６】
ヒートシンク４４１，４４２は、電極板３１，３２に接続する面に凹部４４１ａ，４４２ａをそれぞれ有する。電極板３１は、その端部を凹部４４１ａにはめ込むことによって固定され、電極板３２は、その端部を凹部４４２ａにはめ込むことによって固定される。
【００５７】
圧接型半導体モジュール３０をヒートシンク４４１，４４２に取り付けたときに、ヒートシンク４４１，４４２の接続面と、緩衝部材３４，３５との間には、すき間Ｇ’が設けられる。換言すると、凹部４４１ａ，４４２ａのＺ軸方向の長さ（深さ）は、ヒートシンク４４１，４４２の接続面と、緩衝部材３４，３５との間にすき間Ｇ’が形成されるように設定される。
【００５８】
すき間Ｇ’は、通常の動作の場合の電極板３１，３２の膨張、収縮を緩衝部材３４，３５の変形によって吸収できるように、緩衝部材３４，３５が接続面に接触しないような長さに設定される。そして、すき間Ｇ’は、圧接型半導体モジュール３０の異常時に内圧が上昇して緩衝部材３４，３５が大きく変形した場合に、緩衝部材３４，３５が接続面に接触する程度の長さに設定される。
【００５９】
本実施形態では、あらかじめ凹部４４１ａ，４４２ａが設けられたヒートシンク４４１，４４２を用いるので、他の部品（環状支持部材等）を組み込む工程を削減することができる。
【００６０】
上述したすべての実施形態において、環状支持部材や凹部の形成を、上下の両方のヒートシンクに対して施す場合について説明したが、内圧の上昇等によって緩衝部材がヒートシンク等に接触するのが一方の側の場合には、両方のヒートシンクに限らず、一方のヒートシンクの側にこれらを施すようにしてもよい。
【００６１】
以上説明した実施形態によれば、異常時に、緩衝部材がヒートシンクに接触しても破損しにくい圧接型半導体モジュールを有する電力変換装置を実現することができる。
【００６２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  電力変換装置、２０  電力変換器、２２，２２ａ，２２ｂ  電力変換部、３０  圧接型半導体モジュール、３１，３２  電極板、３３  半導体チップ、３４，３５  緩衝部材、３６  外囲器、３７  ゲート配線基板、４０，１４０，２４０，３４０，４４０  スタック、４１，４２，１４１，１４２，３４１，３４２，４４１，４４２  ヒートシンク、５１，５２  環状支持部材、８０  制御装置
【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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【図７】
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