(57)【要約】【課題】主回路部を構成する半導体モジュールの積層方向の寸法を増大することなく、主回路部へ付与する押圧力の変化が少なくかつ蓄圧手段に過剰な負荷を与えることのない半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、半導体モジュール１１０と冷却器１２０とを交互に積層した主回路部１００と、主回路部に対し積層方向の押圧力を付与する押圧部２００とを備える。押圧部２００は、主回路部１００の積層方向に平行に付与される圧縮圧力を蓄積する蓄圧手段２１０と、蓄圧手段に圧縮圧力を付与する圧縮手段２３０と、蓄圧手段が蓄積した圧縮圧力を、力の方向を反転させて伝達し、主回路部１００の端部に付与する圧力伝達手段２２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換用の半導体素子を含む半導体モジュールと該半導体モジュールを冷却する冷却器とを交互に一定方向に積層して構成される主回路部と、
前記主回路部に対し前記積層方向の押圧力を付与する押圧部とを備え、
前記押圧部は、
前記主回路部の積層方向と平行に配置され、圧縮圧力を蓄積する蓄圧手段と、
前記蓄圧手段に前記圧縮圧力を付与する圧縮手段と、
前記蓄圧手段が蓄積した圧縮圧力を、力の方向を反転させて伝達し、前記押圧力として前記主回路部の端部に付与する圧力伝達手段とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記主回路部と並列に配置され、前記半導体モジュールと電気的に接続される電子部品と、
前記主回路部が取り付けられる主回路取付け部、前記蓄圧手段を保持する圧力手段保持部、及び前記電子部品を保持する電子部品保持部を有する筐体とを備え、
前記主回路取付け部は、前記積層方向に平行な両側壁の間に前記主回路部を取り付けるように構成され、
前記圧力手段保持部は、前記主回路取付け部の両側壁の一方の外側に隣接し、前記電子部品保持部は、該両側壁の他方の外側に隣接していることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換用の半導体素子を有する半導体モジュールと該半導体モジュールを冷却する冷却器とを交互に積層して備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力用半導体素子を有する半導体モジュールと冷却器とを交互に積層して主回路部を形成し、この主回路部に積層方向の押圧力を付加して半導体モジュールの冷却を行うようにした積層型の半導体装置が知られている。そして、このような押圧力を付加する技術として、例えば特許文献１においては、ハイブリッド車等に適用可能なものが記載されている。
【０００３】
同文献の技術においては、冷却流体が流れる流体通路が内部に形成された扁平チューブと半導体モジュールとを交互に積層して得た主回路部に対し、主回路部の両端を板ばねの両端部で挟んで積層方向に押圧力を付加するようにしている。また、同文献においては、同様の主回路部に対し、直列的に配置したコイルばねにより押圧力を付加することも記載されている。
【０００４】
また、特許文献２においては、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、これを冷却する冷却管とを交互に積層した主回路部を、ばね部材で積層方向に押圧することが記載されている。ばね部材としては、例えば、複数の板ばねを重ね合わせて構成され、これらの板ばねを接合するための接合部材を有するものが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２８８７７号公報
【特許文献２】特開２００９−１３０９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の主回路部両端を板ばねで挟んで押圧力を付加する技術によれば、主回路部を板ばねの両端部の間に配置するために、予め板ばねの両端部を主回路部の長さよりも広くなるように拡げる必要がある。このため、一時的に、実際の使用状態よりも過剰な負荷を板ばねに与えることになり、板ばねの機能低下又は破損を招来するおそれがある。
【０００７】
なお、かかる不都合のおそれなく両端部を拡げることが可能な板ばねを選定することも考えられる。しかし、その場合には、必然的に大型の板ばねを用いることになるので、半導体装置が大型化するという不都合が生じる。
【０００８】
また、板ばねの両端を拡げずに、主回路部を板ばねの両端部間に圧入することも考えられる。しかしながら、その場合、主回路部が板ばねの両端部により引き摺られて、主回路部の部材を破損するおそれがある。特に、ハイブリッド車や電気自動車等に用いる大容量の半導体装置の場合、主回路部への押圧力が極めて高いため、引き摺りを伴う組み付けは現実的ではない。
【０００９】
一方、上述のコイルばねで押圧力を付加する技術によれば、主回路部に対して直列的にコイルばねが配置されているため、主回路部に沿った方向における半導体装置の寸法が増大するという問題がある。つまり、主回路部はそれ自体で積層方向に一定の領域を占める。これに対し、さらにコイルばねの寸法を加えることは、半導体装置の積層方向の寸法を著しく長くするおそれがある。
【００１０】
そこで、これを回避するために、コイルばねとして圧縮方向の全長が短いものを用いたり、コイルばねに代えて皿ばねや板ばねを用いたりすることも考えられる。しかし、これらの蓄圧手段はいずれも、圧縮量に対する蓄積圧力の変動が著しい。このため、主回路部に経時変化などによる寸法の減少が生じた場合、それがわずかな量であっても、押圧力が著しく減少するという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、このような従来技術の問題に鑑み、主回路部を構成する半導体モジュールの積層方向の寸法を増大することなく、主回路部へ付与する押圧力の変化が少なく、かつ蓄圧手段に過剰な負荷を与えることのない半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る半導体装置は、電力変換用の半導体素子を含む半導体モジュールと該半導体モジュールを冷却する冷却器とを交互に一定方向に積層して構成される主回路部と、前記主回路部に対し前記積層方向の押圧力を付与する押圧部とを備え、前記押圧部は、前記主回路部の積層方向と平行に配置され、圧縮圧力を蓄積する蓄圧手段と、前記蓄圧手段に前記圧縮圧力を付与する圧縮手段と、前記蓄圧手段が蓄積した圧縮圧力を、力の方向を反転させて伝達し、前記押圧力として前記主回路部の端部に付与する圧力伝達手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、蓄圧手段が主回路部の積層方向と平行に配置されるので、半導体装置の積層方向の寸法が蓄圧手段の存在により増大するのを回避しながら、圧縮方向の寸法を増大させることで、圧縮量に対する蓄積圧力の変動が緩やかになる蓄圧手段を採用できる。これにより、主回路部における積層方向寸法の経時変化に対する押圧力の変動を減少させることができる。
【００１４】
また、主回路部等の組付けが完了した後、圧縮手段により蓄圧手段を圧縮して主回路部への押圧力を付与することができるので、蓄圧手段に対して過剰な負荷を与える必要なく、半導体装置の組立てを行うことができる。
【００１５】
したがって、主回路部に沿った方向の寸法がコンパクトで、かつ主回路部へ付与する押圧力の変化が少なく、かつ蓄圧手段に過剰な負荷を与えることのない半導体装置を提供することができる。
【００１６】
本発明においては、前記主回路部と並列に配置され、前記半導体モジュールと電気的に接続される電子部品と、前記主回路部が取り付けられる主回路取付け部、前記蓄圧手段を保持する圧力手段保持部、及び前記電子部品を保持する電子部品保持部を有する筐体とを備え、前記主回路取付け部は、前記積層方向に平行な両側壁の間に前記主回路部を取り付けるように構成され、前記圧力手段保持部は、前記主回路取付け部の両側壁の一方の外側に隣接し、前記電子部品保持部は、該両側壁の他方の外側に隣接するようにしてもよい。
【００１７】
これによれば、主回路部の両側が、圧力手段保持部及び電子部品保持部により補強される。したがって、主回路部の補強を単に太い梁などを用いて行う従来の場合に比べ、上述の本発明の効果を享受しながら、効果的に主回路部の剛性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の平面断面図である。
【図２】図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】図１の装置における半導体モジュールの斜視図である。
【図４】図１の装置における２種類の冷却器の斜視図である。
【図５】図１の半導体装置の斜視図である。
【図６】図１の装置における蓄圧手段の別の例を示す斜視図である。
【図７】図１の装置における圧力伝達手段の別の例を示す断面図である。
【図８】図１の半導体装置における主回路部に対して押圧力を付加する基本概念の加圧構造を示す図である。
【図９】図８の基本概念を発展させた概念としての加圧構造を示す図である。
【図１０】図８の基本概念を発展させた別の概念に係る加圧構造を示す図である。
【図１１】図１の実施形態における主回路部を２つ用いて半導体装置を構成する場合の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の平面断面図である。図２は、図１のII-II線に沿った断面図で、一部を分解して示している。
【００２０】
この半導体装置は、直流電力及び三相交流電力間での電力変換回路を構成する主回路部１００と、主回路部１００に対して押圧力を付与する押圧部２００と、主回路部１００と電気的に接続される電子部品３００と、これらの各要素を収容する筐体４００とを備える。
【００２１】
主回路部１００は、それぞれが電力変換用の半導体素子を有する６個の半導体モジュール１１０と、各半導体モジュール１１０を冷却する７個の冷却器１２０とを交互に一定の積層方向に積層して構成される。主回路部１００に付与される上述の押圧力の方向は、この積層方向に一致する。電力変換用の半導体素子としては、ＩＧＢＴ等の電力用トランジスタが該当する。
【００２２】
押圧部２００は、主回路部１００に沿って並列に配置され、上述の積層方向に平行な方向に付与される圧縮圧力を蓄える蓄圧手段２１０と、蓄圧手段２１０が蓄積した圧縮圧力を伝達し、上述の押圧力として主回路部１００の端部に付与する圧力伝達手段２２０と、蓄圧手段２１０に対し圧縮圧力を付与するためのスクリュープラグ２３０とを備える。スクリュープラグ２３０は、本発明における圧縮手段を構成している。
【００２３】
本実施形態では、蓄圧手段２１０として、コイルばね２１１が用いられている。また、圧力伝達手段２２０は、圧縮圧力の伝達に際し、圧力の方向を反転させるとともに、圧力を増大させる。
【００２４】
電子部品３００は、コイルばね２１１とは主回路部１００を挟んで反対側に配置され、かつ主回路部１００と並列に配置される。電子部品３００として、本実施形態では平滑コンデンサが用いられるが、リアクトル等が該当する場合もある。
【００２５】
図１において、筐体４００は、主回路部１００が取り付けられる主回路取付け部を構成する左右の側壁４１０及び４２０と、その左側の側壁４１０の外側に上記コイルばね２１１及び後述のサブピストン２２１を同一軸線に沿って保持する圧力手段保持部を形成する左外壁４３０と、主回路部１００の右側の側壁４２０の外側に上記電子部品３００を保持する電子部品保持部を形成する右外壁４４０とを備える。この筐体４００は、鋳造アルミニウムにより一体成型して形成することができる。
【００２６】
筐体４００の上記構成によれば、主回路取付け部は、左右の側壁４１０及び４２０の間に形成され、その左右外側に、圧力手段保持部及び電子部品保持部がそれぞれ隣接して形成されている。
【００２７】
上記の側壁４１０及び４２０の内側には、半導体モジュール１１０及び冷却器１２０を取り付ける際に位置決めを行うための段差部４１２、及び半導体モジュール１１０を取り付ける際に取付け方向を決めるためのガイド溝４１３が設けられる。ガイド溝４１３は、各半導体モジュール１１０に対応する位置において、両側壁４１０、４２０のいずれか一方に対し、交互に設けられる。
【００２８】
図３は、半導体モジュール１１０の斜視図である。同図に示すように、各半導体、モジュール１１０は、樹脂モールディングにより成形された樹脂モールド部１１１と、両側面に露出した放熱板１１２とを備え、放熱板１１２を介して両側の冷却器１２０と隣接する。これにより、主回路部１００に対して上述の押圧力が付与されたとき、放熱板１１２と冷却器１２０とが密接してこれらの間で熱伝達経路が形成され、熱交換が行われるようになっている。
【００２９】
各半導体モジュール１１０の樹脂モールド部１１１においては、電力変換回路を構成するためのＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相に対応するハイ側及びロー側の電力用トランジスタがそれぞれ封止されている。放熱板１１２は、絶縁板を介して電力用トランジスタと結合しているものや、直接電力用トランジスタと結合しているものであってもよい。
【００３０】
半導体モジュール１１０はさらに、電力用トランジスタに接続した主電極（電力端子）１１３と、電力用トランジスタに駆動信号を送信するための端子や温度を測定するための端子等からなる制御端子１１４と、半導体モジュール１１０の向きを示す方向インジケータ１１５と、前記主回路取付け部の段差部４１２に対応する段差部１１６とを備える。主電極１１３には、切欠き状の屈曲起点部１１３ａが設けられており、主電極１１３を折り曲げる際の起点とされる。
【００３１】
方向インジケータ１１５は、半導体モジュール１１０を主回路取付け部の両側壁４１０、４２０間に取り付ける際に、内側のガイド溝４１３により案内される。これにより、半導体モジュール１１０は、取付け方向が決定され、ハイ側又はロー側として機能するかが決定される。その際、段差部１１６が、両側壁４１０、４２０の段差部４１２に接することより、半導体モジュール１１０の上下方向位置が決定される。
【００３２】
半導体モジュール１１０は、隣接する冷却器１２０により両側の放熱板１１２が押圧されたとき、内部の電力用トランジスタと主電極１１３とが導通状態になるいわゆる圧接モジュール構造を有する。このため、電力用トランジスタと主電極１１３との接続は、上述の主回路部１００に対する押圧力の付与によって放熱板１１２が押圧されることにより行われる。したがって、ワイヤ等を用いて接続を行う必要はない。
【００３３】
図４は、冷却器１２０の斜視図である。冷却器１２０としては、同図（ａ）に示す冷却器１２０ａ及び同図（ｂ）に示す冷却器１２０ｂの２種類が用いられる。冷却器１２０ａは比較的薄く、主回路部１００の両端にそれぞれ１つずつ用いられる。冷却器１２０ｂは比較的厚く、両側が半導体モジュール１１０に隣接する他の５つの冷却器１２０として用いられる。
【００３４】
冷却器１２０ａ及び１２０ｂはいずれも、アルミニウムを材料として、押し出し成型及び切断加工により形成された空冷式のものである。冷却器１２０ａ及び１２０ｂはいずれも、隣接する半導体モジュール１１０の放熱板１１２に接する受熱面１２１と、主回路取付け部の段差部４１２に対応する段差部１２２とを備える。
【００３５】
段差部１２２は、半導体モジュール１１０の場合と同様に、主回路取付け部に取り付ける際に利用される。上述の主回路部１００に対する押圧力の付与によって受熱面１２１が半導体モジュール１１０を押圧するので、両側の受熱面１２１の間は、座屈しないように稠密な構造となっている。
【００３６】
受熱面１２１間の稠密構造部分の下方は、熱交換面１２３を構成する複数枚の冷却フィン１２４に接続される。各冷却フィン１２４の熱交換面１２３は、受熱面１２１と平行である。なお、受熱面１２１間の内部を、座屈しない強度を与えて中空としたり、冷媒管により冷媒を流通させる熱交換器コアとしたりしてもよい。
【００３７】
図１及び図２に戻り、圧力伝達手段２２０は、コイルばね２１１の一端に接するサブピストン２２１と、サブピストン２２１を収容するサブシリンダ２２２と、サブシリンダ２２２の端部を密閉するサブプラグ２２３と、主回路部１００端部の冷却器１２０ａの受熱面１２１（図４）を押圧するメインピストン２２４と、メインピストン２２４を収容するメインシリンダ２２５と、メインシリンダ２２５と該受熱面１２１との間に介在する円盤状のアジャスタプレート２２６と、メインシリンダ２２５の端部を密閉するメインプラグ２２７とを備える。
【００３８】
メインピストン２２４は、その先端面の中央部に球面状の突起２２４ａを備える。アジャスタプレート２２６は、中央部が突起２２４ａにより支持され、自由に可動し得る状態となっている。これにより、アジャスタプレート２２６は、隣接する受熱面１２１に対し、容易に追従し、半導体モジュール１１０及び冷却器１２０の押圧される面に乱れがあっても柔軟に対応し得るようになっている。
【００３９】
上記のように圧力手段保持部を構成する左側壁４１０と左外壁４３０の内側には、コイルばね２１１側とサブピストン２２１側との境界位置に環状突出部４３３が形成されている。この環状突出部４３３は、その内径がサブシリンダ２２２の内径よりも小さく、後述のようにサブピストン２２２が突き当たって停止する停止部を構成している。
【００４０】
また、サブシリンダ２２２側の端部内壁は、サブプラグ２２３が螺合する螺合部４３１ａとなっている。メインシリンダ２２５は、一方の端部が主回路取付け部に隣接し、他方の端部内壁は、メインプラグ２２７が螺合する螺合部４３２ａとなっている。
【００４１】
メインシリンダ２２５には、サブピストン２２１及びメインピストン２２４間に介在させる油圧媒体を供給するための給油口４３４が設けられる。給油口４３４は、ニップル４３５により閉塞される。
【００４２】
サブピストン２２１にはＶシール２２１ａが設けられ、サブシリンダ２２２との間の密閉性を高めている。メインピストン２２４にも同様にＶシール２２４ｂが設けられている。サブピストン２２１とサブプラグ２２３との間にはリテーナスプリング２２８が介在する。リテーナスプリング２２８は、サブピストン２２１及びメインピストン２２４間に介在させる油圧媒体の給油量を一定にするために、サブピストン２２１を一定の位置へ付勢する働きを有する。
【００４３】
油圧媒体としては、一般的な作動油を用いることができる。ただし、耐熱劣化や熱膨張の面で好ましい添加剤を加えたものであってもよい。なお、給油口４３４の位置は、エア抜きができるように、筐体４００を、給油を行う状態で安置したとき、メインシリンダ２２５の油室２２５ａの最上部に位置するように設定される。
【００４４】
サブシリンダ２２２とメインシリンダ２２５との間には、これらの油室の間を接続する接続路２２９が設けられる。また、メインピストン２２４とサブピストン２２１の受圧面積比は６：１となっている。これにより、コイルばね２１１からサブピストン２２１に付与される押圧力は、サブシリンダ２２２及びメインシリンダ２２５内の油圧媒体を経て、６倍に増幅された押圧力となってメインピストン２２４から出力される。
【００４５】
スクリュープラグ２３０は、上記圧力手段保持部を構成する左側壁４１０及び左外壁４３０の端部内壁に設けられた螺合部４１１に螺合することにより、圧力手段保持部に取り付けられる。取り付けられたスクリュープラグ２３０は、コイルばね２１１の端部を支持し、コイルばね２１１を圧縮する。
【００４６】
主回路部１００のメインピストン２２４とは反対側の端部は、主回路取付け部に対し、アジャスタ５００により固定される。アジャスタ５００は、主回路取付け部の外壁に接するアジャスタナット５１０と、アジャスタナット５１０が螺合する円筒状のアジャスタケース５２０と、アジャスタケース５２０に対し、ボール５３０を挟んで嵌合される円盤状のアジャスタパッド５４０とで構成されている。
【００４７】
主回路取付け部のメインピストン２２４とは反対側の端部には、アジャスタケース５２０が螺合する螺合孔４１４が設けられている。アジャスタナット５１０は、一端がフランジ状部分５１１となっており、螺合孔４１４に螺合されたアジャスタケース５２０の外周部に対して該一端側から螺合されたとき、フランジ状部分５１１で主回路取付け部の外壁を押圧し、アジャスタケース５２０の螺合孔４１４に対する螺合位置を固定する。
【００４８】
螺合孔４１４に対するアジャスタケース５２０の螺合量は、主回路部１００の積層方向寸法のばらつきに応じ、主回路部１００に押圧力を付与するときのコイルばね２１１の圧縮量が一定となるように調整される。
【００４９】
アジャスタケース５２０は、主回路部１００側に面するボール受け部５２１を備える。ボール受け部５２１の中央に、ボール５３０に対応する凹部が設けられている。アジャスタパッド５４０はボール受け部５２１に対向する対向面５４１と、主回路部１００端部の冷却器１２０ａの受熱面１２１（図４）に接する当接面５４２を備える。対向面５４１の中央には、ボール５３０に対応する凹部が設けられている。
【００５０】
ボール５３０は、アジャスタケース５２０のボール受け部５２１上で、アジャスタパッド５４０を回転自在に支持する。これにより、当接面５４２は、隣接する受熱面１２１の向きに対して追従自在となっている。
【００５１】
なお、メインピストン２２４にも、アジャスタプレート２２６を隣接する受熱面１２１に追従させる同様の機構が設けられているが、いずれか一方を省略してもよい。また、双方の機構を省略してもよいが、その場合には、半導体モジュール１１０及び冷却器１２０の押圧される面を高精度に仕上げるか又は別途平面加工して該押圧面の精度を向上させる必要がある。
【００５２】
なお、主回路部１００に付与される押圧力は、例えば４００ｋｇ〜５００ｋｇ程度である。この押圧力は規定値より大きい方にずれる場合にはさほど問題はない。しかし、例えば１割程度減少すると、半導体モジュール１１０の放熱板１１２から冷却器１２０への放熱性や、半導体モジュール１１０における電力用トランジスタと主電極１１３との通電性に問題が生じ始める。この点を考慮して、コイルばね２１１の圧縮量が定められる。
【００５３】
図５は、図１の半導体装置の斜視図である。半導体装置は、図１の各要素を筐体４００に組み込んで主回路部１００に押圧力が付与されている状態とした後、図２中のインシュレータ６１０と、各半導体モジュール１１０及び電子部品３００との接続を行うための端子台６２０と、図２中の制御基板６３０と、筐体４００を覆うカバー６４０とをこの順で取り付けることにより構成される。ただし、図２では端子台６２０の図示を省略している。
【００５４】
インシュレータ６１０は、ＮＢＲ（ニトリルゴム）やＦＫＭ（フッ素ゴム）等の合成ゴムで構成され、制御基板６３０が存在する側の空間と、各冷却器１２０が存在する側の空間とを仕切って、制御基板６３０の汚染を防止する役割を果たす。インシュレータ６１０の寸法は、予め押圧力が付与された状態の主回路部１００の寸法に適合させてあり、これにより冷却器１２０側から冷却風が制御基板６３０側に漏洩するのを防止する。
【００５５】
制御基板６３０は、コネクタ６５０を介して外部と接続され、各半導体モジュール１１０の電力用トランジスタを制御する機能を有する。
【００５６】
端子台６２０は、各半導体モジュール１１０への電力の入出力に必要な配線とともに樹脂モールディングにより一体成形したものであり、各半導体モジュール１１０の電力用トランジスタに接続された入力端子６６０及び出力端子（電力端子）６７０を備える。各半導体モジュール１１０と電子部品３００との接続は、入力端子６６０を介して行われる。なお、車両へ半導体装置を取り付ける際、入力端子６６０は図示していないバッテリに接続され、出力端子６７０は三相モータに接続される。
【００５７】
端子台６２０を筺体４００に締結することにより、インシュレータ６１０が各半導体モジュール１１０及び冷却器１２０に密着して、インシュレータ６１０による密閉性が得られるようになっている。各半導体モジュール１１０の主電極１１３及び制御端子１１４は、端子台６２０が筺体４００に締結されたとき、インシュレータ６１０及び端子台６２０の貫通孔を介して上方に突出した状態となる。
【００５８】
この状態において、主電極１１３は、９０°折り曲げられることにより、端子台６２０の配線を介して、入力端子６６０や出力端子６７０に接続される。また、各半導体モジュール１１０の制御端子１１４は、制御基板６３０に設けられたスルーホールを介して制御基板６３０に接続される。なお、カバー６４０としてはノイズの遮蔽の観点から金属製のものが用いられるが、制御基板６３０に面する側に絶縁性を付与するために、塩化ビニル鋼板が用いられる。
【００５９】
半導体装置は、車両の冷却用ダクトに対し、半導体装置の冷却器１２０側がダクト内に面するように取り付けられる。その際、冷却風がダクトから流出しないように発泡体シーリング材を介在させるようにしてもよい。ダクトは車両のバルクヘッドにより、冷却風導入口及び冷却風導出口以外の部分が閉塞されるので、冷却風はダクトの壁面に沿って流れる。
【００６０】
したがって、上記の筺体４００の圧力手段保持部又は電子部品保持部の下面に一体的に補助フィンを設け、蓄圧手段２１０及び電子部品３００を冷却するようにしてもよい。その場合、各冷却器１２０の冷却フィン１２４と補助フィンのフィンピッチを合致させ、冷却風の流通を妨げないようにするのが好ましい。
【００６１】
また、蓄圧手段２１０と筺体４００との間の熱伝導性を向上させるために、圧力手段保持部に熱伝導性グリス等を充填するようにしてもよい。また、各半導体モジュール１１０の一部がダクト内に突き出る場合には、冷却風案内用のガイドを設け、冷却風が各半導体モジュール１１０に衝突するのを防止するようにしてもよい。
【００６２】
本実施形態の半導体装置の組立ては、メインピストン２２４の組付け、サブピストン２２１の組付け、油圧媒体の注入、コイルばね２１１の組付け、主回路部１００の組付け、アジャスタ５００の組付け、コイルばね２１１の圧縮の順で行われる。
【００６３】
メインピストン２２４の組付けに際しては、まず、筐体４００を専用の組立治具に固定し、アジャスタプレート２２６を組み込んだメインピストン２２４をメインシリンダ２２５に挿入する。挿入は、アジャスタプレート２２６が、組立治具のダミー積層部に突き当たるまで行う。ダミー積層部は主回路部１００を模したものであり、製品毎のメインピストン２２４の位置を統一するために用いられる。
【００６４】
なお、アジャスタプレート２２６の先端が、ダミー積層部に届いていない場合が発生すると、その場合に限り、後のコイルばね２１１の圧縮に際し、アジャスタプレート２２６が主回路部１００に到達するまで、メインピストン２２４が空送りされることになる。
【００６５】
次に、メインプラグ２２７を、メインシリンダ２２５の螺合部４３２ａに対し完全に着座するまで締結させる。なお、メインプラグ２２７とメインピストン２２４との間にスプリングを設け、メインプラグ２２７の締結によりアジャスタプレート２２６がダミー積層部に突き当たるようにしてもよい。
【００６６】
次のサブピストン２２１の組付けに際しては、まず、Ｖシール２２１ａを組み込んだサブピストン２２１及びリテーナスプリング２２８をサブシリンダ２２２に挿入し、サブプラグ２２３を、サブシリンダ２２２の螺合部４３１ａに対し、着座するまで完全に締結させる。
【００６７】
このとき、サブピストン２２１は、リテーナスプリング２２８によってサブシリンダ２２２内を後退し、環状突出部４３３に突き当たって停止する。これにより、サブシリンダ２２２内の油室２２２ａは、所定の容積にとなるように調整される。
【００６８】
次の油圧媒体の注入に際しては、メインシリンダ２２５上部の給油口４３４から油圧媒体を注入する。注入された油圧媒体は、給油口４３４から、メインシリンダ２２５の油室２２５ａに供給され、さらに接続路２２９を経て、サブシリンダ２２２の油室２２２ａに供給される。このとき、注入される油圧媒体に空気が混入していると、油圧の異常変動の要因となる。空気は油圧媒体よりも圧縮性が著しく高いからである。
【００６９】
しかし、給油口４３４は、筐体４００を組立治具に固定したときにメインシリンダ２２５の最上部に位置するように設けられているので、メインシリンダ２２５に供給された油圧媒体に空気が混入していたとしても、その空気は給油口４３４から排除されるので、支障を来たすことはない。
【００７０】
なお、本実施形態においては、油圧媒体の注入は大気圧下で行われるが、大気圧よりも高い圧力を油圧媒体に付与することにより、上述のメインピストン２２４をダミー積層部に突き当たるまで挿入する操作と、サブピストン２２１をリテーナスプリング２２８で環状突出部４３３まで後退させる操作とを、油圧により行うことができる。ただし、その場合、油圧媒体に圧力を印加する手段と、油圧媒体の漏洩を防止するための大掛かりなシール手段が必要となる。
【００７１】
次のコイルばね２１１の組付けに際しては、コイルばね２１１を圧力手段保持部内に挿入し、スクリュープラグ２３０を圧力手段保持部の螺合部４１１に締結させる。ただし、この段階では、仮組みの段階であるため、スクリュープラグ２３０がコイルばね２１１を圧縮することはない。従って、メインピストン２２４及びサブピストン２２１は移動することなく、初期の位置を保持したままである。
【００７２】
次の主回路部１００の組付けに際しては、組立治具のダミー積層部を取り外し、冷却器１２０及び半導体モジュール１１０を、主回路取付け部に挿入する。ダミー積層部は、冷却器１２０及び半導体モジュール１１０を積層した寸法よりも僅かに大きい。したがって、冷却器１２０及び半導体モジュール１１０を挿入した後、適度なクリアランスが主回路取付け部の両端部との間に生じる。
【００７３】
したがって、製造誤差の範囲内であれば、いかなる大きさ（厚さ）の冷却器１２０及び半導体モジュール１１０であっても、その挿入に支障を来たすことはない。なお、冷却器１２０及び半導体モジュール１１０は、専用金型によって製作されるので、これらを積層した合計の寸法のばらつきは、多くても１ｍｍを超えることはない。
【００７４】
次のアジャスタ５００の組付けに際しては、まず、アジャスタパッド５４０及びボール５３０を組み込んだアジャスタケース５２０を、主回路取付け部の螺合孔４１４に締結させる。この締結は、予め検討して得られたトルク値を用いて行っているので、冷却器１２０及び半導体モジュール１１０を加圧方向にメインピストン２２４まで移動させるに留まる。すなわち、上述の主回路取付け部との間のクリアランスを埋めるのみであって、メインピストン２２４を押圧することはない。
【００７５】
次に、アジャスタナット５１０をアジャスタケース５２０に螺合させ、アジャスタケース５２０を完全に固定する。これにより、サブピストン２２１から、冷却器１２０及び半導体モジュール１１０の積層体の終端までの加圧経路において隙間（あそび）の無い状態となる。
【００７６】
なお、筐体４００にも製造誤差があり、上述の主回路取付け部との間のクリアランスが大きい場合もあり得るが、その場合であっても、アジャスタケース５２０の螺合量を増大させるだけで、そのクリアランスを完全に排除することができる。
【００７７】
次のコイルばね２１１の圧縮に際しては、スクリュープラグ２３０を圧力手段保持部の螺合部４１１に対し、完全に着座するまで締結させ、コイルばね２１１を圧縮する。これに応じ、コイルばね２１１がサブピストン２２１を押圧するので、この押圧力が油圧媒体を介してメインピストン２２４に伝わる。すなわち、サブピストン２２１への押圧力は、メインピストン２２４とサブピストン２２１の受圧面積比に応じ、６倍の押圧力となってメインピストン２２４から出力される。
【００７８】
メインピストン２２４はこの押圧力を、アジャスタプレート２２６を介して、主回路部１００端部の冷却器１２０ａの受熱面１２１に付加する。これにより、主回路部１００を構成する各半導体モジュール１１０の放熱板１１２と、隣接する冷却器１２０との間に熱伝達経路が形成されるとともに、各半導体モジュール１１０の内部の電力用トランジスタと主電極１１３とが導通状態となる。
【００７９】
本実施形態によれば、コイルばね２１１の圧縮前に、サブピストン２２１からアジャスタ５００までの加圧経路における隙間を排除するようにしているので、コイルばね２１１を圧縮するスクリュープラグ２３０の締結量を統一し、微調整作業が不要な組立を実現するとともに、コイルばね２１１の圧縮量も統一されるので、製品毎の加圧圧力の余力のばらつきを排除することができる。
【００８０】
なお、加圧圧力を調整しながら量産することも考えられるが、組立毎に微調整作業を伴うことは、大量生産を行う上で好ましくない。また、そのような微調整作業は、個々の製品毎にコイルばね２１１の圧縮量に差異を生じさせ、加圧圧力の余力に大小を生じさせることになる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、コイルばね２１１の圧縮方向を主回路部１００における半導体モジュール１１０等の積層方向とほぼ同一とし、かつコイルばね２１１を主回路部１００に並列させて配置するようにしたため、コイルばね２１１を該積層方向に直列的に配置する従来の半導体装置に比べ、積層方向の寸法を短縮することができる。
【００８２】
また、コイルばね２１１を主回路取付け部とほぼ同じ長さの圧力手段保持部内に配置することができるので、十分な圧縮量を有するコイルばね２１１を用いることができる。つまり、圧縮量に対する蓄積される押圧力の変動が緩やかなコイルばね２１１を用いることができる。したがって、主回路部１００の寸法が変動した場合でも、主回路部１００に対する押圧力の変動を極力少なくすることができる。
【００８３】
また、コイルばね２１１に対し圧縮力を付与するスクリュープラグ２３０を設け、主回路部１００等を取り付けた後に、スクリュープラグ２３０を増し締めすることにより、必要なコイルばね２１１の押圧力を得るようにしたため、コイルばね２１１の取り付け時にはコイルばね２１１に対し、使用時よりも過剰な負荷を与えることなく、コイルばね２１１を取り付けることができる。
【００８４】
また、コイルばね２１１及び電子部品３００を、主回路部１００に並列させて、圧力手段保持部及び電子部品保持部内に配置するようにしたため、押圧力が作用する主回路部１００の両側の強度を、圧力手段保持部及び電子部品保持部によって向上させることができる。したがって、主回路部１００の両側を単に補強目的のために太い梁で構成する従来の半導体装置に比べ、部材やスペースの面で無駄の無い構造とすることができる。
【００８５】
また、圧縮されたコイルばね２１１が発生する押圧力を、圧力伝達手段２２０により増大させ、積層方向の押圧力として主回路部１００に付加するようにしたため、押圧力を直接主回路部に伝達する従来の場合に比べて発生する押圧力が小さなコイルばね２１１により、十分な押圧力を主回路部１００に付加することができる。したがって、半導体装置の小型軽量化を図ることができる。さらに、コイルばね２１１の圧縮を容易に行うことができるので、半導体装置の製造を容易化することができる。
【００８６】
また、押圧力を発生するコイルばね２１１と主回路部１００との間に圧力伝達手段２２０が介在するので、コイルばね２１１に特有の伸縮による回転トルクが主回路部１００に作用するのを回避することができる。したがって、コイルばねで直接主回路部を押圧する形式のものに比べ、安定した押圧力を主回路部１００に対して付与することができる。
【００８７】
また、出力端子（電力端子）６７０は、大電流に対応できるように大型であり、かつ相互間の絶縁性を確保するために所定の間隔を置いて配置する必要があるので、広いスペースを占有するが、本実施形態によれば、出力端子６７０を、主回路部１００と同等の長さを有する圧力手段保持部の上部に端子台６２０を介して配置するようにしたため、圧力手段保持部の上部の広いスペースを有効活用し、半導体装置をよりコンパクトなものにすることができる。
【００８８】
すなわち、コイルばね２１１は圧縮方向（長手方向）に長い領域を占有するが、コイルばね２１１の周囲には比較的、スペースの余裕がある。また、本実施形態では、押圧力を増幅して主回路部１００に伝達するようにしているため、小径のコイルばね２１１を採用することができる。このため、圧力手段保持部の上部において、より広いスペースを確保し、出力端子６７０の配置に供することができる。
【００８９】
また、本実施形態によれば、半導体モジュール１１０及び冷却器１２０を主回路取付け部に配置してから、スクリュープラグ２３０を完全に締結することにより、半導体モジュール１１０及び冷却器１２０に圧力を付与するようにしているため、半導体モジュール１１０及び冷却器１２０の取付けを、これらに損傷を与える等の支障を生じさせることなく行うことができる。
【００９０】
また、電子部品３００が主回路部１００に隣接しているので、電子部品３００及び主回路部１００間の接続を最短距離で行うことができる。
【００９１】
さらに、本実施形態によれば、上述のように、コイルばね２１１を主回路部１００に並列させて配置したり、コイルばね２１１上方のスペースを用いて出力端子６７０を配置したりするなどにより、スペースの有効活用を図っているので、配置場所の確保等において厳しい条件が求められる自動車への適用に際し、その条件を十分満たすことができる。
【００９２】
すなわち、自動車への適用に際しては、同じ容積の半導体装置であっても、特定の方向に著しく長い形状のものは、配置場所の確保が困難であるとともに、組付けの簡便性の点でも不利となるといった不都合があるが、本実施形態の半導体装置は、上述のようなスペースの有効活用を図っているので、このような不都合無く、自動車へ適用することができる。
【００９３】
次に、別の実施形態について説明する。
【００９４】
図６は、蓄圧手段２１０の別の例を示す斜視図である。同図に示すように、この蓄圧手段２１０は、ガススプリング２１２及びこれを案内する中空円筒状のガイドブッシュ２１３により構成される。ガススプリング２１２は、シリンダ本体２１２ａ及びピストンロッド２１２ｂに加え、圧力手段保持部の螺合部４１１に螺合する螺合部２１２ｃを基端部に備える。
【００９５】
ガススプリング２１２は、シリンダ本体２１２ａと圧力手段保持部の内壁との間にガイドブッシュ２１３を介在させ、螺合部２１２ｃを螺合部４１１に螺合させることにより、圧力手段保持部内に取り付けられる。一般に、ガススプリングは、ロングストロークでありながら、荷重特性がフラットであるという特徴を有する。
【００９６】
コイルばね２１１の場合と同様に、必要な各部の組付けを完了し、油圧媒体の供給を行った後、螺合部４１１に対する螺合部２１２ｃの締結を完全に行うことにより、主回路部１００に対して適切な押圧力を付与することができる。
【００９７】
図７は、圧力伝達手段２２０の別の例を示す断面図である。同図に示すように、この圧力伝達手段２２０は、コイルばね２１１からの押圧力が付与されるサブピストン２４１と、冷却器１２０ａに対して押圧力を付与するメインピストン２４２と、サブピストン２４１からの押圧力を増幅してメインピストン２４２に伝達するレバー２４３と、レバー２４３を回転可能にハウジング４００上で支持するロケーションピン２４４とを備える。
【００９８】
ロケーションピン２４４（支点）、サブピストン２４１（力点）、及びメインピストン２４２（作用点）間の位置関係により、サブピストン２４１に付与される押圧力の６倍の押圧力がメインピストン２４２から出力されるようになっている。
【００９９】
ハウジング４００に対する必要な各部の組付けが完了した後、スクリュープラグ２３０（図１）が完全に締結され、コイルばね２１１が圧縮されると、コイルばね２１１によりサブピストン２４１に対して押圧力が付与される。この押圧力は、レバー２４３により６倍に増大され、メインピストン２４２に付与される。これにより、メインピストン２４２は、隣接する冷却器１２０ａの受熱面１２１に対し、主回路部１００における積層方向への押圧力を付与する。
【０１００】
次に、本発明の半導体装置において押圧力を加える加圧構造について説明する。
【０１０１】
図８は、図１の半導体装置における主回路部１００に対して押圧力を付加する基本的な加圧構造を示す。同図に示すように、加圧構造は、基本的には、上述のように、電力変換用の半導体素子を有する半導体モジュール１１０と半導体モジュール１１０を冷却する冷却器１２０とを交互に矢印１０１で示される方向に積層して構成される主回路部１００に対し、該積層方向の押圧力を付与する押圧部２００を備える。
【０１０２】
そして、押圧部２００は、主回路部１００と並列に配置され、矢印１０１の積層方向に平行な矢印１０２の方向に付与される圧縮圧力を蓄積する蓄圧手段２１０と、蓄圧手段２１０に該圧縮圧力の付与を行う圧縮手段２３１と、蓄圧手段２１０が蓄積した圧縮圧力を、力の方向を反転させて伝達し、矢印１０１の方向の押圧力として主回路部１００の端部に付与する圧力伝達手段２２０とを備える。
【０１０３】
これにより、上述のように、主回路部１００に沿った方向の寸法がコンパクトで、かつ主回路部１００へ付与する押圧力の変化が少なく、かつ蓄圧手段２１０に過剰な負荷を与えることのない半導体装置を実現している。
【０１０４】
図９は、図８の基本構造を発展させた概念としての加圧構造を示す。この加圧構造は、図８の加圧構造に対し、さらに、半導体装置を収容する筐体４００を備える。そして、筐体４００は、主回路部１００が取り付けられる主回路取付け部と、蓄圧手段２１０を保持する圧力手段保持部と、電子部品３００を保持する電子部品保持部とを備える。
【０１０５】
この場合、主回路取付け部は、主回路部１００の積層方向に平行な両側の側壁４１０、４２０を備え、該両側壁の間に主回路部１００が取り付けられる。また、圧力手段保持部は、主回路取付け部の両側壁４１０、４２０の一方の外側に隣接し、電子部品保持部は、主回路取付け部の両側壁４１０、４２０の他方の外側に隣接している。
【０１０６】
これにより、主回路部１００の補強を単に太い梁などを用いて行う従来の場合に比べて、上述の基本概念の加圧構造による効果を享受しながら、効果的に主回路部１００の剛性を向上させることができる。
【０１０７】
図１０は、図８の基本構造を発展させた別の概念に係る加圧構造を示す。この加圧構造は、図８の加圧構造において、蓄圧手段２１０の上部に主電極（電力端子）１１３を配置するとともに、圧力伝達手段２２０により、蓄圧手段２１０が蓄積した圧縮圧力を増幅させて、主回路部１００の端部に付与するようにしている。これにより、蓄圧手段２２０上部の広いスペースを有効活用し、半導体装置をよりコンパクトなものとしている。
【０１０８】
図１１は、上記実施形態における主回路部１００を２つ用いて半導体装置を構成する場合の構成例を示す。ただし、端子台や制御回路等は図示していない。
【０１０９】
図１１（ａ）及び（ｂ）では、各主回路部１００に対し、それぞれ別個の蓄圧手段２１０を用いて構成した例が示されている。図１１（ｃ）及び（ｄ）では、各主回路部１００の間に、共通の１つの蓄圧手段２１０を配置し、その蓄圧手段２１０による押圧力を各主回路部１００に振り分けて供給するようにした例が示されている。いずれの例においても、主回路部１００、蓄圧手段２１０及び電子部品３００は相互に平行に配置される。
【０１１０】
図１１（ａ）の半導体装置は、２つの主回路部１００と、２つの押圧部２００と、１つの電子部品３００とで構成される。これらの構成要素は、ほぼ同一平面上に配置される。電子部品３００は２つの主回路部１００の間に配置され、２つの主回路部１００により共用される。
【０１１１】
２つの蓄圧手段２１０はそれぞれ、対応する主回路部１００の外側に配置される。各押圧部２００は、各主回路部１００に対応する圧力伝達手段２２０が各主回路部１００について同一の側に位置するように配置される。
【０１１２】
図１１（ｂ）の半導体装置は、主回路部１００、押圧部２００、及び電子部品３００をそれぞれ１つずつ有する半導体装置を２つ用い、これらを単に並列させて構成したものである。
【０１１３】
ただし、２つの主回路部１００は相互に隣接し、２つの蓄圧手段２１０はそれぞれ、対応する主回路部１００の外側に隣接して配置される。各主回路部１００及び各押圧部２００はほぼ１つの平面上において配置され、各電子部品３００はそれぞれ、対応する主回路部１００の下に隣接して配置される。
【０１１４】
図１１（ｃ）の半導体装置では、２つの主回路部１００は、共用する蓄圧手段２１０の両側に隣接して配置される。２つの電子部品３００はそれぞれ、対応する主回路部１００の外側に隣接して配置される。蓄圧手段２１０からの押圧力は、２つの圧力伝達手段２２０によりそれぞれ各主回路部１００に伝達される。これらの主回路部１００、蓄圧手段２１０、圧力伝達手段２２０及び電子部品３００は、ほぼ同一の平面上に配置される。
【０１１５】
図１１（ｄ）の半導体装置は、図１１（ｃ）の半導体装置において、各電子部品３００の配置を、各主回路部１００と同一平面上にではなく、それぞれ対応する主回路部１００の下方に隣接して配置するようにしたものに相当する。他の点においては、図７（ｃ）の半導体装置の場合と同様である。
【０１１６】
図１１（ａ）及び（ｂ）の半導体装置によれば、図１の半導体装置と同様の効果を奏する。また、図１１（ｃ）及び（ｄ）の半導体装置によっても、１つの蓄圧手段２１０により、同様の効果を奏する。なお、図１１（ｃ）及び（ｄ）のように、１つの蓄圧手段２１０からの押圧力を振り分ける場合、圧力伝達手段２２０として、押圧力の伝達経路の自由度が高い油圧式のものを用いるのが好ましい。
【０１１７】
なお、本発明は上述実施形態に限定されることなく、適宜変形して実施することができる。例えば、上述においては、蓄圧手段２１０として、コイルばね２１１及びガススプリング２１２を用いた場合について説明したが、これらに代えて、弾性圧縮が可能な材料で構成したブロックなどの他の蓄圧手段を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１００…主回路部、１１０…半導体モジュール、１２０…冷却器、２００…押圧部、２１０…蓄圧手段、２２０…圧力伝達手段、２３０…スクリュープラグ（圧縮手段）、３００…電子部品、４００…筐体、４１０、４２０…側壁。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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