(57)【要約】【課題】電力半導体モジュールを冷却器へ加圧による低熱抵抗実装し、絶縁固着層の高信頼化を実現した電力用半導体装置を得る。【解決手段】電力半導体モジュール１と、冷却板３とジャケット４とで構成される冷却器６と、電力半導体モジュール１を冷却器６の冷却板３に加圧固着させる絶縁固着層７と、電力半導体モジュール１の端子２と接続する配線が設けられたケース９とを備え、冷却板３には冷却板３とジャケット４とが接する密閉部より内側に形成された溝状の緩和部８を設け、ケース９には緩和部８の溝に挿入される嵌合部１０を設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力半導体モジュールと、冷却板とジャケットとで構成され、内部に冷媒が通る空間部が形成された冷却器と、前記電力半導体モジュールを前記冷却器の冷却板に加圧固着させる絶縁固着層と、前記電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースとを備え、前記冷却板には前記冷却板と前記ジャケットとが接する密閉部より内側に形成された溝状の緩和部を設け、前記ケースには前記緩和部の溝に挿入される嵌合部を設けたことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記冷却板と前記ジャケットとが接する密閉部には、弾性体からなるＯリングが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記冷却板と前記ジャケットとが接する密閉部は、溶接又はろう付けによって接合された接合部で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記嵌合部は、前記緩和部の溝が広がる方向の変形を抑制する抑制板を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置
【請求項５】
前記嵌合部の幅は、前記緩和部の幅よりも小さくしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記嵌合部は、前記ケースと一体に成形されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
前記ケースと前記冷却板との間の前記緩和部の周りにシール部を設けると共に、前記緩和部と外部とをつなげる排出経路を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
前記冷却板には、前記冷却器の内部空間に延びる放熱フィンが設けられたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項９】
前記冷却板に設けられた前記放熱フィンの先端は平坦であることを特徴とする請求項８に記載の電力用半導体装置。
【請求項１０】
前記放熱フィンと前記ジャケットの間に、前記放熱フィン間の隙間よりも小さい隙間があることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の電力用半導体装置。
【請求項１１】
前記冷却板と前記ジャケットとの間の空間部に、前記放熱フィンよりも長く且つ剛性の高いストッパーを設けたことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項１２】
電力半導体モジュールと、冷却板とジャケットとで構成され、内部に冷媒が通る空間部が形成された冷却器と、前記電力半導体モジュールを前記冷却器の冷却板に加圧固着させる絶縁固着層と、前記電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースとを備え、前記冷却板の前記ジャケットが接する側に、前記冷却板と前記ジャケットとが接する密閉部より内側に形成された溝状の緩和部を設け、前記ジャケットには前記緩和部の溝に挿入される嵌合部を設けたことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項１３】
冷却板とジャケットが接する密閉部を溶接またはろう付けによって接合して冷却器として組み立てる工程、前記冷却器の冷却板の上に絶縁固着層を置く工程、前記絶縁固着層の固着温度まで加熱された前記冷却器に電力半導体モジュールを加圧し固着させる工程、前記電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースの嵌合部を、前記密閉部より内側の前記冷却板に形成された溝状の緩和部に挿入して前記ケースを取り付ける工程を備えた電力用半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
冷却板の上に絶縁固着層を置いて前記絶縁固着層の固着温度まで前記冷却板を加熱する工程、加熱された前記冷却板に電力半導体モジュールを加圧し固着させる工程、前記冷却板を溶接またはろう付けによってジャケットに接合して冷却器として組み立てる工程、前記電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースの嵌合部を、前記冷却板と前記ジャケットが接する密閉部より内側の前記冷却板に形成された溝状の緩和部に挿入して前記ケースを取り付ける工程を備えた電力用半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電力半導体モジュールを冷却器に固着した電力用半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車載用の電力用半導体装置において、大出力化が進行する一方で、高信頼性に加え小型軽量化、高効率化が求められるようになってきている。その結果、電力半導体モジュールの高放熱化が求められている。高放熱化には、冷却器の熱伝達率を上げることに加え、高放熱化を阻害している絶縁層の熱伝導率の向上と、絶縁層と冷却器界面の接触熱抵抗の低減など、いかに電力半導体モジュールを冷却器に低熱抵抗で実装するかが重要となる。
【０００３】
従来、両面冷却可能な半導体モジュールを、絶縁のためのセラミックと接触熱抵抗低減のためのグリスを介して冷却器で挟むように実装したものがあり、複数の半導体モジュールを冷却器で挟む際、半導体モジュールの高さばらつきを、冷却器に変形しやすい箇所を設けることで吸収し、半導体モジュールと冷却器が良好な接触を得ているものがある。また、搬送時などに、変形しやすい箇所の変形を抑えるため、補強板を入れることが示唆されているものがある。（例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２８８７７号公報（段落００４１から４３、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に、冷媒を流す冷却器では、最大冷却時または目詰まりなどのトラブルの際、内部を流れる冷媒により大きな内圧がかかり、場合によっては３００ｋＰａ程度にもなる。冷却器の構成によっては、変形しやすくした箇所に大きなストレスが発生するが、特許文献１には内圧による変形対策について示唆されていない。また、温度サイクルなどにより冷却器に発生するストレスも、変形しやすくした箇所に集中してしまい、繰り返し温度変化によるストレスを受けることに対する対策も示唆が無い。さらに、本願のように、電力半導体モジュールを冷却器に固着させる構成にすると、冷却器の剛性が固着部の信頼性に大きな影響を与えてしまう。
【０００６】
また、特に接合により水密を取る冷却器では、電力半導体モジュールを実装した後に接合することが難しい場合が多い。しかし、冷却器を作製した後に電力半導体モジュールを冷却器に固着しようとすると、接合部にストレスがかかり、接合部の破断などが懸念されるため困難である。
【０００７】
本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力半導体モジュールの冷却器への低熱抵抗実装と、高信頼化を実現した電力用半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に係る電力用半導体装置は、電力半導体モジュールと、冷却板とジャケットとで構成され、内部に冷媒が通る空間部が形成された冷却器と、電力半導体モジュールを冷却器の冷却板に加圧固着させる絶縁固着層と、電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースとを備え、冷却板には冷却板とジャケットとが接する密閉部より内側に形成された溝状の緩和部を設け、ケースには緩和部の溝に挿入される嵌合部を設けたものである。
【０００９】
本願に係る電力用半導体装置は、電力半導体モジュールと、冷却板とジャケットとで構成され、内部に冷媒が通る空間部が形成された冷却器と、電力半導体モジュールを冷却器の冷却板に加圧固着させる絶縁固着層と、電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースとを備え、冷却板のジャケットが接する側に、冷却板とジャケットとが接する密閉部より内側に形成された溝状の緩和部を設け、ジャケットには緩和部の溝に挿入される嵌合部を設けたものである。
【００１０】
本願に係る電力用半導体装置の製造方法は、冷却板とジャケットが接する密閉部を溶接またはろう付けによって接合して冷却器として組み立てる工程、冷却器の冷却板の上に絶縁固着層を置く工程、絶縁固着層の固着温度まで加熱された冷却器に電力半導体モジュールを加圧し固着させる工程、電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースの嵌合部を、密閉部より内側の冷却板に形成された溝状の緩和部に挿入してケースを取り付ける工程を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願によれば、電力半導体モジュールを冷却器に加圧固着する際、緩和部が選択的に変形するため、密閉部の変形を抑えることができ、良好な密閉を確保できる。また、緩和部に嵌合部を挿入することで、内圧および温度変化による冷却器の変形を抑制し、緩和部へのストレスを軽減する。さらに、緩和部と嵌合部の嵌め合いを最適化することで、冷却器の剛性をコントロールし、絶縁固着層の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１による電力用半導体装置を示す外観図である。
【図２】実施の形態１による電力用半導体装置を示す断面図である。
【図３】実施の形態１による電力用半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【図４】実施の形態１による電力用半導体装置のケース嵌合部を示す図である。
【図５】実施の形態１による電力用半導体装置の冷却板の好ましい反り方向を示す断面図である。
【図６】実施の形態１による電力用半導体装置の他の製造工程を示す工程図である。
【図７】実施の形態１による電力用半導体装置の絶縁固着層の一例を示す断面図である。
【図８】実施の形態２による電力用半導体装置の断面図である。
【図９】実施の形態２による電力用半導体装置のケース設置前の上面図である。
【図１０】実施の形態３による電力用半導体装置の断面図である。
【図１１】実施の形態４による電力用半導体装置の断面図である。
【図１２】実施の形態５による電力用半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１における電力用半導体装置を図１から図７に基づいて説明する。
図１は実施の形態１による電力用半導体装置の外観図、図２は電力用半導体装置を示す断面図である。
【００１４】
図１および図２において、電力用半導体装置は、電力半導体モジュール１を冷却器６に固着して構成される。電力半導体モジュール１は、シリコン（Ｓｉ）もしくはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などからなるスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor、またはＭＯＳＦＥＴ：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）及びダイオードなどの半導体素子を、銅などの導電性の放熱基材に実装し、外部から入力もしくは出力する端子２を設け、トランスファーモールド、もしくは硬質な樹脂でポッティングされたものである。
【００１５】
電力半導体モジュール１の端子２は、図示しない主配線がインサートもしくはアウトサートされたケース９の主配線と電気的に接続される。ケース９には後述する冷却器６に設けられた溝状の緩和部８に嵌合する半球状の嵌合部１０が設けられている。
電力半導体モジュール１に固着される冷却器６は、アルミもしくは銅からなり放熱フィン３ａが一体に形成された冷却板３とアルミダイキャストなどのジャケット４からなり、冷却板３とジャケット４とが接する密閉部にはゴムまたは金属などの弾性体からなるＯリングなどの密閉部材５を介して組まれている。またジャケット４は水などの冷媒を通す通路となる凹部が形成され、冷却板３とジャケット４からなる冷却器６の内部には冷媒が通る空間部が形成されている。電力半導体モジュール１は、冷却器６の冷却板３に絶縁固着層７を介して加圧加熱し固着される。
【００１６】
冷却板３の上面には、加圧時に冷却器６の冷却板３とジャケット４とが接する部分が選択的に変形する密閉部（密閉部材５がある部分）より内側に、加圧時などにケース９の嵌合部１０による変形が容易となるよう、溝状の緩和部８が形成されている。緩和部８の形状は、先端が鈍角になる形状にした方が好ましい。鋭角にすると、先端が応力集中部になり、亀裂の発生などの原因になりやすいためである。
【００１７】
ケース９に設けられる嵌合部１０の幅は、緩和部８の幅よりも小さくすることで、 緩和部８と嵌合部１０の嵌め合いを最適化することができ、冷却器６の剛性をコントロールし、冷却板３とジャケット４が接する密閉部の接合と絶縁固着層７の信頼性を高めることができる。
電力半導体モジュール１が絶縁固着層７を介して冷却器６に加圧加熱されて固着された後に、ケース９は嵌合部１０が溝状の緩和部８に挿入されるように配置される。その後、ケース９に形成された図示しない主配線と電力半導体モジュール１の端子２を接続して電力用半導体装置が構成される。
【００１８】
図３は、本願の電力用半導体装置に使用される電力半導体モジュール１を冷却器６に実装する際の工程の一例を示す工程図である。
まず、図３（ａ）のように冷却板３とジャケット４は、予め溶接またはろう付けによって接合して冷却器６として組み立てる。冷却板３とジャケット４からなる冷却器６の冷却板３の上に絶縁固着層７を置く。次に、図３（ｂ）のように絶縁固着層７の固着温度まで加熱された冷却器６に、同様に加熱された電力半導体モジュール１を加圧し固着させる。その後、図３（ｃ）のようにケース９の嵌合部１０を冷却板３の緩和部８に挿入するようにケース９を取り付け、電力半導体モジュール１に接続された端子２とケース９の配線とを接続する。
【００１９】
冷却板３とジャケット４が接する密閉部材５がある部分の密閉部が変形すると、良好なシール性能が得られない。しかし、冷却板３に緩和部８を設けることで、加圧する際に緩和部８が選択的に変形し、冷却板３と密閉部材５が接する部分の変形が少なく、良好なシール性能が得られる。また、電力半導体モジュール１を固着後、緩和部８に嵌合部１０を挿入することで、温度変化または振動により緩和部８が過度に変形することを防止できる。
【００２０】
嵌合部１０は、ケース９と同じ材料であっても、異なる材料であってもよく、ケース９と同じ材料で形成する場合はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）またはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などのエンジニアリングプラスチックが、ケース９と異なる材料で形成する場合はアルミまたは銅などの金属が適している。
嵌合部１０と冷却板３の材料の線膨張係数差が大きいと、逆に緩和部８の変形を大きくしてしまうため、冷却板３の材料の線膨張係数と可能な限り近い方が好ましい。
【００２１】
また、嵌合部１０をケース９と一体にすることで、ハンドリング性が向上し、嵌合部１０を効率的に緩和部８に挿入できるため生産性が向上する。また、緩和部８の溝が広がる方の変形に対し嵌合部１０だけでは変形を抑制できない。そのような場合、ケース９を冷却板３の緩和部８に接するように配置しても効果が得られるが、図４のように嵌合部１０に溝が広がる方の変形を抑制する抑制板１１を嵌合部１０に設けても良い。抑制板１１は、ケース９もしくは図示しない固定部材から冷却板３に抑えられるように実装される。
絶縁固着層７により、電力半導体モジュール１と冷却板３を固着させるため、各界面の接触熱抵抗が非常に小さくなる。そのため、電力半導体モジュール１から発生する熱を冷却器６から効率的に放熱でき、小型・高効率な電力用半導体装置を実現できる。
【００２２】
図５は、実施の形態１による冷却板３の好ましい反り方向を示す断面図である。図５のように、電力半導体モジュール１が絶縁固着層７によって固着される側が僅かに凸になるよう、冷却板３が反る方向をコントロールする。冷却板３は、完全に平面が出ていることが理想であるが、現実には不可能である。そこで、電力半導体モジュール１が絶縁固着層７によって固着される側が僅かに凸になるようにすることで、電力半導体モジュール１を絶縁固着層７を介して加圧・加熱して固着する際に、緩和部８の溝が狭くなる方向に変形するため緩和部８がスムーズに変形する。
電力半導体モジュール１を加圧する際に、図示しない治具などで凸の変位を吸収する必要があるが、加圧の際に緩和部８がスムーズに変形することで冷却板３に余計な力が発生せず、複数の電力半導体モジュール１を均一に加圧できる。
【００２３】
緩和部８を設けることで冷却板３の変形が大きくなるため、加圧時に、冷却板３に設けた放熱フィン３ａが冷却器６の内部空間に延びているため、ジャケット４に接触することが考えられる。その際、放熱フィン３ａの先端の形状が尖っており、接触面積が小さい場合、放熱フィン３ａの変形が懸念される。そのため、放熱フィン３ａの先端は平坦にすることで、放熱フィンの変形を抑えられる。
【００２４】
図６は、本願の電力用半導体装置に使用される電力半導体モジュール１を冷却器６に実装する際の図３とは異なる工程の一例を示す工程図である。
工程順序においては、まず、図６（ａ）のように絶縁固着層７の固着温度まで加熱された冷却板３に、同様に加熱された電力半導体モジュール１を加圧・加熱して固着させる。次に、図６（ｂ）のように冷却板３を溶接またはろう付けによってジャケット４に接合して取り付け、冷却器６として組み立てる。その場合、冷却板３が電力半導体モジュール１に接合し取り付けられたことで変形しており、ジャケット４に取り付けられる際に変形が矯正される。変形が矯正される際、絶縁固着層７にストレスが発生するため、信頼性の低下等が懸念される。
【００２５】
しかし、図６（ｃ）のようにケース９の嵌合部１０を緩和部８に挿入するようにケース９を取り付けた際に、緩和部８があることで、変形が矯正される際に緩和部８が選択的に変形し、絶縁固着層７へのストレスを低減でき、絶縁固着層７の信頼性が向上する。また、密閉部材５と冷却板３の接触も良好になるため、信頼性の高い密閉性が確保できる。その後、電力半導体モジュール１に接続された端子２とケース９の配線とを接続する。
【００２６】
なお、絶縁固着層７は単層でなくてもよく、例えば図７のように絶縁性のセラミックなどの絶縁層７ａの両面に接着剤などの固着層７ｂを設ける構成でも良い。また、最大限の効果を得るには、緩和部８と嵌合部１０の寸法、取り付け精度が重要となる。しかし、大型の製品になるほど特に取り付け精度を確保することが難しくなる。嵌合部１０は必ずしもケース９と一体でなくても良い。さらに、緩和部８は、切削などで形成するより、冷却板３に形成する放熱フィン３ａを鍛造などで形成する際、同時に鍛造で形成することでコストを抑えることが可能である。また、密閉部材５は弾性体に特定されるものではなく、セラミックまたはフッ素系樹脂などを用いてもよい。
【００２７】
実施の形態１の電力用半導体装置は、電力半導体モジュール１を冷却器６に加圧固着する際、緩和部８が選択的に変形するため、冷却器６の特に冷却板３とジャケット４が接する密閉部の変形を抑えることができ、良好な密閉を確保できる。また、緩和部８に嵌合部１０を挿入することで、内圧または温度変化による冷却器６の変形を抑制し、緩和部８へのストレスを軽減することができる。そのため、電力用半導体装置の動作中における冷却器６の圧力、振動などの力により冷却器６が壊れることもない。
【００２８】
実施の形態２．
次に、本願の実施の形態２における電力用半導体装置を図８および図９に基づいて説明する。
図８は実施の形態２による電力用半導体装置の電力半導体モジュール１を冷却器６に実装した断面図、図９は電力用半導体装置のケース設置前の上面図である。
【００２９】
図８において、実施の形態２による電力用半導体装置は、冷却板３とジャケット４とが接する部分を、ろう付けもしくは溶接を用いて接合した接合部１２によって、冷却器６の密閉を確保したものである。また、嵌合部１０の幅を、緩和部８の幅に対して小さくしたものである。その他の構成は実施の形態１の図２と同じに付き、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
特に、冷却器６の水密のために、冷却板３とジャケット４をろう付け又は溶接などで接合する場合、ろう付け又は溶接時の治具構成および熱影響から、電力半導体モジュール１を前もって冷却板３に固着させることが難しい。
【００３０】
そのため、冷却板３とジャケット４をろう付け又は溶接などで接合した後に、電力半導体モジュール１を実装する場合が多い。その際、ろう付け又は溶接などで接合した部分にストレスがかかると、良好な密閉を得られない可能性がある。しかし、冷却板３に緩和部８があることで、緩和部８が選択的に変形し、ろう付け又は溶接などへのストレスを低減できる。また、電力半導体モジュール１を実装した冷却板３をジャケット４にろう付け又は溶接する場合も、実施の形態１で述べたように、電力半導体モジュール１を取り付けられたことで変形した冷却板３が、ろう付け又は溶接する際に変形が矯正される際に緩和部８が変形することで絶縁固着層７へのストレスを低減できる。
【００３１】
緩和部８と嵌合部１０のサイズ関係は、絶縁固着層７の信頼性と大きく関係する。冷却器６の密閉をろう付け又は溶接などで接合した場合、冷却板３の剛性が冷却板３の厚さ以上の剛性となってしまう。これは、冷却板３の外周の変位をジャケット４が拘束するためである。接合部１２の強度またはジャケット４の剛性などで異なるが、場合によっては冷却板３単体の４倍近い剛性になることもある。
【００３２】
温度等が変化することによって冷却板３が伸び縮みし、その変形により絶縁固着層７へストレスが発生し、絶縁固着層７の寿命が低下することは知られている。
変形による絶縁固着層７へのストレスは、冷却板３の材質が同じ場合、冷却板３の剛性が高い方が大きくなる。しかし、緩和部８を完全に埋めない構造にすることで、ジャケット４が冷却板３の変形を拘束する力が弱まり、冷却板３の剛性を下げることができる。冷却板３の剛性が下がった結果、絶縁固着層７の信頼性が向上し、信頼性の高い製品を提供できる。
【００３３】
図９は、実施の形態２における電力用半導体装置のケース９の設置前の上面図である。図９のように、電力半導体モジュール１の全周に緩和部８を設けてもよく、嵌合部１０は緩和部８の全周に設けなくても良い。緩和部８は、電力半導体モジュール１の全周に設けたほうが電力半導体モジュール１周辺の冷却板３の剛性が下がり、絶縁固着層７の信頼性が向上する。一方、緩和部８を電力半導体モジュール１の全周に設けた場合のように、緩和部８が複雑かつ長い形状になると、嵌合部１０のコストが高くなるだけでなく、嵌合部１０により高い精度が求められ、ハンドリング性が悪化するなど生産性に課題が出る。
【００３４】
嵌合部１０は、緩和部８が破断しない程度に変形を抑えるだけでよいことから、緩和部８が過度に変形しない程度に嵌合部１０を設ければよい。嵌合部１０を適正に設計することで、嵌合部１０のコスト削減、ハンドリング性の悪化を防ぐことができる。
また、多くの場合、冷却板３に形成される放熱フィン３ａとジャケット４の間に空間ができる。そのような場合の方が、本願の効果が大きく得られる。冷却器６を組み立てた際、冷却板３と一体に形成された放熱フィン３ａとジャケット４の間に隙間が無ければ、電力半導体モジュール１を加圧・加熱する際、放熱フィン３ａが加圧力を受けてしまうため、緩和部８の変形する余地がなくなる。そのため放熱フィン３ａとジャケット４の間には隙間が必要である。この隙間は放熱フィン３ａと放熱フィン３ａの隙間よりも小さい隙間のほうがよい。
【００３５】
なお、実施の形態２の電力用半導体装置においても、電力半導体モジュール１を絶縁固着層７で冷却板３に実装した後、ジャケット４と接合しても何ら問題はない。その場合においても、接合時のストレスを緩和部８が変形で吸収するため、絶縁固着層７の信頼性向上と、良好な接合部１２を得ることが可能となる。
実施の形態２においても、電力半導体モジュール１を冷却器６に加圧固着する際、緩和部８が選択的に変形するため、冷却板３とジャケット４とが接する密閉部の変形を抑えることができ、良好な密閉を確保できる。また、緩和部８に嵌合部１０を挿入することで、内圧または温度変化による冷却器６の変形を抑制し、緩和部８へのストレスを軽減することができる。
【００３６】
実施の形態３．
次に、本願の実施の形態３における電力用半導体装置を図１０に基づいて説明する。
図１０は実施の形態３による電力用半導体装置の断面図である。図１０において、電力半導体モジュール１を冷却器６に実装した電力用半導体装置は、冷却板３の緩和部８上のケース９と冷却板３との間に、緩和部８の周りを囲むように液状パッキンなどのシール部１３を設けたものである。また、冷却板３の緩和部８と図示しない冷却装置などの外部とをつなぐ排出経路１４を冷却器６に設けたものである。その他の構成は実施の形態２の図８と同じに付き、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３７】
ケース９と冷却板３との間に、液状パッキンなどのシール部１３を設けることで、万が一、緩和部８にクラックなどが入り破断して冷媒が漏れた際も、シール部１３により電力半導体モジュール１側に冷媒が漏れることが無くなる。冷媒が液体の場合、電力半導体モジュール１側に漏れると、最悪、短絡故障などの致命的な故障が起こるが、シール部１３を設けることで致命的な故障を回避できる。また、冷却器６に排出経路１４を設けることで、シール部１３に漏れた冷媒の圧力がかかるのを防止できるため、シール部１３の破壊を防止でき、信頼性の高い製品を提供できる。
【００３８】
ケース９に設けた嵌合部１０を、緩和部８全体に設けない場合、冷却板３に対して接着力がある低ヤング率の高分子エラストマー、例えばシリコーン系接着剤などの充填部材を、緩和部８に充填し、嵌合部１０を構成してもよい。この場合、チューブなどで充填部材が供給され、緩和部８に塗布で供給できる方が、緩和部８に供給しやすく適している。充填部材は、低ヤング率かつエラストマーで構成することで、緩和部８は比較的自由に変形できる、一方、万が一、緩和部８が破断しても、電力半導体モジュール１のある所に冷媒が侵入することを防ぐことができる。なお、排出経路１４は複数設けてもよい。
【００３９】
実施の形態４．
次に、本願の実施の形態４における電力用半導体装置を図１１に基づいて説明する。
図１１は実施の形態４による電力用半導体装置の断面図である。図１１において、電力半導体モジュール１を冷却器６に実装した電力用半導体装置は、冷却板３のジャケット４が接する側に緩和部８を設け、嵌合部１０はジャケット４と一体に設けて緩和部８に挿入するようにしたものである。その他の構成は実施の形態２の図８と同じに付き、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４０】
ジャケット４から伸びた嵌合部１０は、ジャケット４と一体成型することで部品点数を増やすことなく緩和部８に嵌合させることが出来て組立工数が削減できる。また、冷却板３のケース９側に緩和部８を設けると、冷却板３とジャケット４を接合する際、溶接又はろう付けなどの熱履歴がかかると、電力半導体モジュール１と反対方向に凸となりやすい。冷却板３のジャケット４が接する側に緩和部８を設けることで、冷却板３は図５に示すように電力半導体モジュール１方向に凸となりやすい構造にできる。
【００４１】
実施の形態４は、冷却板３のジャケット４が接する側に緩和部８を設け、ジャケット４と一体に設けた嵌合部１０を緩和部８に挿入することで、電力半導体モジュール１方向に凸となりやすい構造とできる。また、ジャケット４から伸びた嵌合部１０は、ジャケット４と一体成型することで部品点数を増やすことなく、緩和部８に嵌合させることが出来て組立工数が削減できる。
【００４２】
実施の形態５．
次に、本願の実施の形態５における電力用半導体装置を図１２に基づいて説明する。
図１２は実施の形態４による電力用半導体装置の断面図である。図１２において、電力半導体モジュール１を冷却器６に実装した電力用半導体装置は、冷却板３とジャケット４との間の冷媒が通る空間部に、放熱フィン３ａよりも剛性が高く、放熱フィン３ａの長さよりも長いストッパー１５を設けたものである。図１２においては、ストッパー１５は冷却板３と一体に構成したが、ジャケット４側と一体に構成しても、別体でもよい。その他の構成は実施の形態２の図８と同じに付き、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４３】
放熱フィン３ａは、冷却面積を稼ぐ為、薄く、狭ピッチに配置されることが多い。その場合、放熱フィン３ａの先端を平らにしていても、放熱フィン３ａが座屈して変形することがある。そのような場合、放熱フィン３ａよりも剛性の高いストッパー１５を設けることで、放熱フィン３ａがジャケット４の底面に接する前にストッパー１５が接することで、放熱フィン３ａは変形しない。
【００４４】
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４５】
１：電力半導体モジュール、２：端子、３：冷却板、４：ジャケット、５：密閉部材、
６：冷却器、７：絶縁固着層、８：緩和部、９：ケース、１０：嵌合部、
１１：抑制板、１２：接合部、１３：シール部、１４：排出経路、１５：ストッパー。
【図１】
2019161146.tif 000003
【図２】
2019161146.tif 000004
【図３】
2019161146.tif 000005
【図４】
2019161146.tif 000006
【図５】
2019161146.tif 000007
【図６】
2019161146.tif 000008
【図７】
2019161146.tif 000009
【図８】
2019161146.tif 000010
【図９】
2019161146.tif 000011
【図１０】
2019161146.tif 000012
【図１１】
2019161146.tif 000013
【図１２】
2019161146.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月24日(2019.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力半導体モジュールと、冷却板とジャケットとで構成され、内部に冷媒が通る空間部が形成された冷却器と、前記電力半導体モジュールを前記冷却器の冷却板に加圧固着させる絶縁固着層と、前記電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースとを備え、前記冷却板には前記冷却板と前記ジャケットとが接する密閉部より内側に形成された溝状の緩和部を設け、前記ケースには前記緩和部の溝に挿入される嵌合部を設けたことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記冷却板と前記ジャケットとが接する密閉部には、弾性体からなるＯリングが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記冷却板と前記ジャケットとが接する密閉部は、溶接又はろう付けによって接合された接合部で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記嵌合部の幅は、前記緩和部の幅よりも小さくしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記嵌合部は、前記ケースと一体に成形されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記ケースと前記冷却板との間の前記緩和部の周りにシール部を設けると共に、前記緩和部と外部とをつなげる排出経路を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
前記冷却板には、前記冷却器の内部空間に延びる放熱フィンが設けられたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
前記冷却板に設けられた前記放熱フィンの先端は平坦であることを特徴とする請求項７に記載の電力用半導体装置。
【請求項９】
前記放熱フィンと前記ジャケットの間に、前記放熱フィン間の隙間よりも小さい隙間があることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の電力用半導体装置。
【請求項１０】
前記冷却板と前記ジャケットとの間の空間部に、前記放熱フィンよりも長く且つ剛性の高いストッパーを設けたことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項１１】
電力半導体モジュールと、冷却板とジャケットとで構成され、内部に冷媒が通る空間部が形成された冷却器と、前記電力半導体モジュールを前記冷却器の冷却板に加圧固着させる絶縁固着層と、前記電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースとを備え、前記冷却板の前記ジャケットが接する側に、前記冷却板と前記ジャケットとが接する密閉部より内側に形成された溝状の緩和部を設け、前記ジャケットには前記緩和部の溝に挿入される嵌合部を設けたことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項１２】
冷却板とジャケットが接する密閉部を溶接またはろう付けによって接合して冷却器として組み立てる工程、前記冷却器の冷却板の上に絶縁固着層を置く工程、前記絶縁固着層の固着温度まで加熱された前記冷却器に電力半導体モジュールを加圧し固着させる工程、前記電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースの嵌合部を、前記密閉部より内側の前記冷却板に形成された溝状の緩和部に挿入して前記ケースを取り付ける工程を備えた電力用半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
冷却板の上に絶縁固着層を置いて前記絶縁固着層の固着温度まで前記冷却板を加熱する工程、加熱された前記冷却板に電力半導体モジュールを加圧し固着させる工程、前記冷却板を溶接またはろう付けによってジャケットに接合して冷却器として組み立てる工程、前記電力半導体モジュールの端子と接続する配線が設けられたケースの嵌合部を、前記冷却板と前記ジャケットが接する密閉部より内側の前記冷却板に形成された溝状の緩和部に挿入して前記ケースを取り付ける工程を備えた電力用半導体装置の製造方法。