(57)【要約】【課題】放熱性能の高い電力変換装置を提供することにある。【解決手段】本発明に係る電力変換装置は、パワー半導体モジュールと、開口及び当該開口と繋がる流路を形成する流路形成体と、を備え、前記パワー半導体モジュールは、パワー半導体素子を有する回路体と、第１ベース部と第２ベース部と、前記第１ベース部と前記第２ベース部と接続される枠体と、を備え、前記第１ベース部は、第１フィンと、前記開口に近い側の辺に当該開口の一部を塞ぐ第１シール部と、を有し、前記第２ベース部は、第２フィンと、前記開口に近い側の辺に当該開口の一部を塞ぐ第２シール部と、を有し、前記枠体は、前記第１シール部が形成されていない前記第１ベース部の辺と接続され、かつ前記第２シール部が形成されていない前記第２ベース部の辺と接続され、前記開口は、前記枠体の一部と前記第１シール部と前記第２シール部により塞がれる。【選択図】図１３
2016036194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体モジュールと、
前記パワー半導体モジュールを挿入する開口及び当該開口と繋がる流路を形成する流路形成体と、を備え、
前記パワー半導体モジュールは、
パワー半導体素子を有する回路体と、
前記回路体を挟むように互いに対向して配置された第１ベース部と第２ベース部と、
前記第１ベース部と前記第２ベース部と接続される枠体と、を備え、
前記第１ベース部は、第１フィンと、前記開口に近い側の辺に当該開口の一部を塞ぐ第１シール部と、を有し、
前記第２ベース部は、第２フィンと、前記開口に近い側の辺に当該開口の一部を塞ぐ第２シール部と、を有し、
前記枠体は、前記第１シール部が形成されていない前記第１ベース部の辺と接続され、かつ前記第２シール部が形成されていない前記第２ベース部の辺と接続され、
前記開口は、前記枠体の一部と前記第１シール部と前記第２シール部により塞がれる電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１シール部の厚みは、前記第１ベース部の厚みより大きい電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１シール部の厚みと前記第１ベース部の厚みが同一である電力変換装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記第１ベース部の前記第１フィンが形成されている領域と前記第１シール部との間に、当該第１ベース部及び当該第１シール部よりも剛性が小さい中間部が設けられている電力変換装置。
【請求項５】
請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記第１ベース部の前記第１フィンが形成されている領域と前記第１シール部との間に、当該第１ベース部及び当該第１シール部よりも厚みが小さい中間部が設けられている電力変換装置。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記枠体は、前記第１ベース部と前記第２ベース部の間の空間に向かって突出する前記突出部を形成し、
前記回路体は、前記第１ベース部と前記第２ベース部の間の距離が前記突出部の厚みよりも大きくなるように形成される電力変換装置。
【請求項７】
請求項１ないし６に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記第１ベース部は、前記枠体との接続部と、前記第１フィンが形成された領域と当該接続部を繋ぐ中間部と、を有し、
前記接続部の厚さは、前記中間部の厚さよりも大きく形成される電力変換装置。
【請求項８】
請求項１ないし５に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記第１ベース部は、前記枠体との第１接続部を有し、
前記枠体は、前記第１ベース部の前記第１フィンの形成面の垂直方向から見た場合に前記第１接続部と重なる第２接続部と有し、
前記第１接続部は、前記第２接続部よりも前記回路体に近い側に形成されかつ前記第２接続部と接続される電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関し、特に車両用駆動用のモータを制御する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子を有する回路体を金属製ケース内に収容するパワー半導体モジュールを備える電力変換装置が知られている。このような電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電気車両に搭載される。
【０００３】
パワー半導体モジュールは、パワー半導体素子の表裏両面を導電板に半田付けし、電極端子を露出した状態で樹脂により封止される。
【０００４】
金属製ケースは、両面に、導電板の各々に熱伝導性の絶縁接着剤により接着される放熱部を有する。各放熱部には、放熱用の複数のフィンが形成されている。また金属製ケ―スは、一側端部側が開口されたフランジ部を有する有底缶型形状を有し、パワー半導体モジュールは、パワー半導体素子の電極端子を、前記金属製ケースの開口に挿通した状態で金属製ケース内に収容される。
【０００５】
この金属製ケースは，フレームと複数のフィンが形成されたフィンプレート２枚が接合された構造となっている。フレームには、パワー半導体素子を樹脂封止された回路体の表裏面に対向して開口が形成され、この開口内に、複数のフィンを有する一対のフィンプレートが配置され，接合されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
金属製ケース内にパワー半導体モジュールが収納された状態で、金属製ケースの放熱部を、パワー半導体モジュールを挟圧するように加圧して、金属製ケース内面とパワー半導体ユニットとを熱伝導性の絶縁接着剤により接着する。（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−５１３６３公報
【特許文献２】特開２０１０−１１０１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような電力変換装置においては、パワー半導体モジュールの小型化のためには更なる放熱性の向上（冷却効率の向上）が求められている。
【０００９】
しかし，この金属製ケースが，フレームと複数のフィンが形成されたフィンプレート２枚が接合された構造の場合，フランジとフィンとの間に接合部が存在するため，フランジとフィン間の距離が長くなってしまう。その結果，パワー半導体モジュールを水路に取り付けた場合，フランジとフィンとの間に空間ができ，冷却水を流した時に，フィン部に流れて欲しい冷却水が抵抗の小さいフィンが無い空間部に多く流れてしまい（この流れをバイパス流と呼ぶ），フィン部に流れる冷却水が減少し，フィンの熱伝達率が低下する可能性がある。
【００１０】
このバイパス流を防止するために，フランジとフィンとの空間をふさぐためのスペーサを設けることもできるが，部品点数，工程が増えるなどのデメリットがある。スペーサなどの部品を設けることなく，フランジーフィン間のバイパス流を防止することが望まれている。
【００１１】
そこで，本発明の目的は、両面冷却型パワー半導体装置を用いた電力変換装置において，放熱性能の高い電力変換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】
上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、パワー半導体モジュールと、前記パワー半導体モジュールを挿入する開口及び当該開口と繋がる流路を形成する流路形成体と、を備え、前記パワー半導体モジュールは、パワー半導体素子を有する回路体と、前記回路体を挟むように互いに対向して配置された第１ベース部と第２ベース部と、前記第１ベース部と前記第２ベース部と接続される枠体と、を備え、前記第１ベース部は、第１フィンと、前記開口に近い側の辺に当該開口の一部を塞ぐ第１シール部と、を有し、前記第２ベース部は、第２フィンと、前記開口に近い側の辺に当該開口の一部を塞ぐ第２シール部と、を有し、前記枠体は、前記第１シール部が形成されていない前記第１ベース部の辺と接続され、かつ前記第２シール部が形成されていない前記第２ベース部の辺と接続され、前記開口は、前記枠体の一部と前記第１シール部と前記第２シール部により塞がれる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フランジとフィン間を接合する必要がなくなるためフランジとフィンとの間の距離を短くでき，フランジとフィンとの間にできる隙間に発生するバイパス流を抑制することができる。その結果，フィン部（放熱部）に冷却水が十分に流れるため，フィン部の熱伝達率を向上することができ，パワー半導体モジュールの放熱性能が向上し，信頼性の高い電力変換装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電力変換装置の一実施の形態の外観斜視図である。
【図２】図１に図示された電力変換装置の分解斜視図である。
【図３】図１に図示された電力変換装置において、パワー半導体モジュール１００が収納された冷却用室の断面図である。
【図４】図２に図示されたパワー半導体モジュール１００の外観斜視図である。
【図５】パワー半導体モジュール１００内に収容される回路体３０を表面側から観た外観斜視図である。
【図６】パワー半導体モジュール１００内に収容される回路体３０を裏面側から観た外観斜視図である。
【図７】図５に図示された回路体３０の封止樹脂を除去した状態の斜視図である。
【図８】図７に図示された回路体３０において、電極端子とパワー半導体素子とをワイヤボンディングする前の斜視図である。
【図９】図８に図示された回路体３０のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】本実施形態のパワー半導体モジュール１００に内蔵された一実施の形態としての回路図である。
【図１１】図４に図示されたパワー半導体モジュール１００の製造工程を表す図である。
【図１２】図４に図示されたパワー半導体モジュール１００の製造工程の一部を表す図である。
【図１３】図４に図示されたパワー半導体モジュール１００の製造工程の一部を表す図である。
【図１４】図４に図示されたパワー半導体モジュール１００の断面図である。
【図１５】図４におけるパワー半導体モジュール１００の放熱部材間とケース枠体接続部の寸法関係を説明するための断面図及び正面図である。
【図１６】本発明の実施形態２を示す電力変換装置のパワー半導体モジュールの断面図である。
【図１７】本発明の実施形態３を示す電力変換装置のパワー半導体モジュールの断面図である。
【図１８】本発明の実施形態４を示す電力変換装置のパワー半導体モジュールの断面図である。
【図１９】本発明の実施形態５を示す電力変換装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
［電力変換装置］
以下、図を参照して、本発明に係る電力変換装置の一実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、本発明の電力変換装置の一実施の形態としての外観斜視図であり、図２は、図１に図示された電力変換装置の分解斜視図である。
【００１７】
電力変換装置２００は、電気自動車やハイブリッド自動車の電源装置として用いられる。図示はしないが、電力変換装置２００は、モータジェネレータに接続されたインバータ回路を内蔵し、また、外部のバッテリに接続された昇圧回路および全体を制御する制御回路を備えている。
【００１８】
電力変換装置２００は、アルミニウムやアルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成された筐体２０１および筐体２０１に締結部材（不図示）により締結される底蓋２０２を有する。筐体２０１と底蓋２０２とは、一体成型により形成することもできる。筐体２０１の上部には、不図示の上蓋が締結部材により締結され、密閉状の容器が形成される。
【００１９】
筐体２０１の内部には、冷却流路を形成するための周壁２１１が形成され、周壁２１１と底蓋２０２とにより冷却用室２１０が形成されている。
【００２０】
冷却用室２１０内には、複数（図２では４つ）の側壁２２１を有する支持部材２２０および各側壁２２１間に配置される複数（図２では３つ）のパワー半導体モジュール１００が収納される。パワー半導体モジュール１００の詳細は後述する。
【００２１】
筐体２０１の一側部には、一対の貫通孔が設けられ、貫通孔の一方には、入口用配管２０３ａが設けられ、貫通孔の他方には、出口用配管２０３ｂが設けられている。冷却水などの冷却媒体は、入口用配管２０３ａから冷却用室２１０内に流入し、支持部材２２０の側壁２２１と各パワー半導体モジュール１００との間の冷却路を流通して出口用配管２０３ｂから流出する。出口用配管２０３ｂから流出した冷却媒体は、不図示のラジエータ等の冷却装置によって冷却されて、再び、入口用配管２０３ａから冷却用室２１０内に流入するように循環する。
【００２２】
冷却用室２１０は、シール部材２３１を介在して、カバー部材２４０により密封される。カバー部材２４０は、各パワー半導体モジュール１００内に収納された、パワー半導体素子の直流正極端子３５a等が挿通される開口部２４１を有する。カバー部材２４０の周縁部は冷却用室２１０を形成する周壁２１１の上部に、不図示の締結部材により固定される。
【００２３】
筐体２０１の冷却用室２１０の外側領域には、インバータ回路に供給される直流電力を平滑化するための複数のコンデンサ素子２５１を備えるコンデンサモジュール２５０が収納される。
【００２４】
コンデンサモジュール２５０とパワー半導体モジュール１００の上部に、直流側バスバーアセンブリ２６１が配置される。直流側バスバーアセンブリ２６１は、コンデンサモジュール２５０とパワー半導体モジュール１００の間に直流電力を伝達する。
【００２５】
直流側バスバーアセンブリ２６１およびカバー部材２４０の上方には、インバータ回路を制御するドライバ回路部を含む、制御回路基板アセンブリ２６２が配置されている。
【００２６】
交流側バスバーアセンブリ２６３は、パワー半導体モジュール１００と接続され、交流電力を伝達する。また、交流側バスバーアセンブリ２６３は、電流センサを有する。
【００２７】
［冷却用室の構造］
図３は、図１に図示された電力変換装置における、パワー半導体モジュール１００が収納された冷却用室２１０の断面図である。但し、図３においては、冷却用室２１０の周壁２１１および底蓋２０２は、図示を省略されている。
【００２８】
冷却用室２１０内には、４つの側壁２２１を有する支持部材２２０が設置される。支持部材２２０の底面２２０ａが、底蓋２０２の上面に載置され、不図示の締結部材により、底蓋２０２に固定される。
【００２９】
両側の側壁２２１ａは、２つの中央側壁２２１ｂより高く形成されるとともに、パワー半導体モジュール１００とほぼ同じ高さに形成されている。また，支持部材２２０の冷却流路内の底面２２２にはパワー半導体モジュール１００の一部を挿入するための凹部２２２ａが形成されており，これにより開口部２４１とは反対側の冷却流路に発生するバイパス流を容易に抑制することができる。この凹部２２２ａは必ずしも必要ではなく，支持部材２２０とは別部材で形成されていてもよい。
【００３０】
上述した如く、側壁２２１ａと中央側壁２２１ｂとの間や、中央側壁２２１ｂ同士の間に形成された冷却流路に，計３つのパワー半導体モジュール１００が配置され、また、各パワー半導体モジュール１００に内蔵されたパワー半導体素子３１の直流正極端子３５ａ等が挿通される開口部２４１が形成されているカバー部材２４０には、各パワー半導体モジュール１００間に嵌入される凸部２４２が一体成型されている。凸部２４２の中間部には、凹部２４３が形成されている。凸部２４２の両側部側の凸部２４２は、両側の側壁２２１ａの上部に載置されている。
【００３１】
各パワー半導体モジュール１００は、回路体３０（図５参照）を収納する金属製ケース４０を有する。金属製ケース４０は、上部にフランジ部１１を有する。カバー部材２４０に設けられた各凸部２４２は、各フランジ部１１をカバー部材２４０の各開口部２４１側に向けて押し付けている。また，カバー部材２４０に設けられた各凸部２４２には例えばOリングなどのシール部材７８を保持するための凹部２４３が設けられている。このシール部材７８によりパワー半導体モジュール１００とカバー部材２４０との間が密閉される。
【００３２】
［パワー半導体モジュール１００］
図４ないし図９を参照してパワー半導体モジュール１００について説明する。
【００３３】
図４は、本実施形態のパワー半導体モジュール１００の一実施の形態としての外観斜視図である。図５はパワー半導体モジュール１００内に収容される回路体３０を表面側から観た外観斜視図である。図６は、パワー半導体ユニットを裏面側から観た外観斜視図である。また、図７は図５に図示された回路体３０の封止樹脂を除去した状態の斜視図である。図８は図７に図示された回路体３０において、電極端子とパワー半導体素子とをワイヤボンディングする前の斜視図である。さらに、図９は図８に図示された回路体ユニット１０ＡのＩＸ−ＩＸ線断面図である。なお、図９においては、回路体ユニット１０Ａに対応する回路体ユニット１０Ｂの部材の符号も付してある。
【００３４】
また図１２は、図４に図示されたパワーモジュール製造工程の一部を表す図である。図１３は、図４に図示されたパワーモジュール製造工程の一部を表す図である。図１４は、図４に図示されたパワーモジュールの断面図である。
【００３５】
パワー半導体モジュール１００は、スイッチング素子を含みトランスファーモールドされた回路体３０（図５及び図６を参照）を、ＣＡＮ型冷却器である金属製ケース４０内に収納したものである。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿通口１７を、他面に底部を有する扁平状の筒型形状をした冷却器である。金属製ケース４０は、電気伝導性を有する部材、例えばＣｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃなどの複合材などから形成されている。
【００３６】
図４に示すように，金属製ケース４０は、ケース枠体４１ａと、複数の放熱フィン４２を有する一対の放熱部材４１ｂとから構成されている。放熱部材４１ｂは、回路体３０を挟みこむベース部としても機能する。
【００３７】
ここで，各放熱部材４１ｂには放熱フィン４２を有する。また各放熱部材４１ｂは、金属製ケース４０の挿通口１７に近い側の辺にフランジ部１１を形成する。このフランジ部１１は、放熱部材４１ｂと一体に形成される。
【００３８】
ケース枠体４１ａは、各放熱部材４１ｂを嵌合する開口により，コの字形状をしている（図１３参照）。この開口部に各放熱部材４１ｂを嵌合した状態で、接合部４３（図１３参照）において各放熱部材４１ｂのフランジ部１１が形成されていない辺とケース枠体４１ａとが接合されている。接合としては、例えば、ＦＳＷ（摩擦攪拌接合）、レーザ溶接、ろう付，液状シール等を適用することができる。
【００３９】
このような形状の金属製のケースを用いることで、パワー半導体モジュール１００を水や油，有機物などの冷媒が流れる流路内に挿入しても、冷媒に対するシールをフランジ部１１にて確保できるため、冷却媒体がパワー半導体モジュール１００の内部に侵入するのを簡易な構成で防ぐことができる。
【００４０】
金属製ケース４０内に収納された回路体３０と一対の放熱部材４１ｂとの間には、図３に図示されるように、熱伝導性の絶縁層５１が介装されている。絶縁層５１は、回路体３０から発生する熱を放熱部材４１ｂに熱伝導するものであり、熱伝導率が高く、かつ、絶縁耐圧が大きい材料で形成されている。例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム等の薄膜、あるいは、これらの微粉末を含有する絶縁シートまたは接着剤を用いることができる。後述するが、回路体３０の表裏両面には、パワー半導体素子を半田付けする導体板３３〜３６（図５、図６及び図７を参照）が表出しており、絶縁層５１は、導体板３３〜３６と放熱部材４１ｂとを熱伝導可能に結合している。
【００４１】
［回路体３０］
図７等に図示されるように、回路体３０の表面側には、交流出力側の導体板３３と直流負極側の導体板３４とが同一平面上に配置されている。第１封止樹脂６は、回路体３０の表面側において、図５に図示されるように、導体板３３の上面３３ｂと導体板３４の上面３４ｂを露出して、導体板３３および３４の周囲全体を被覆している。第１封止樹脂６の表面は、導体板３３の上面３３ｂおよび導体板３４の上面３４ｂと面一となっている。
【００４２】
同様に、図６及び図９に図示されるように、回路体３０の裏面側には、直流正極側の導体板３５と交流出力側の導体板３６とが同一平面上に配置されている。回路体３０は、第１封止樹脂６および第１封止樹脂６の外周に設けられた第２封止樹脂１５（図３参照）を有する。
【００４３】
第１封止樹脂６は、図６に図示されるように、回路体３０の裏面側において、導体板３５の上面３５ｂと導体板３６の上面３６ｂを露出して、導体板３５および３６の周囲全体を被覆している。第１封止樹脂６の表面は、導体板３５の上面３５ｂおよび導体板３６の上面３６ｂと面一となっている。導体板３３〜３６は、例えば、銅，銅合金，あるいはアルミニウム，アルミニウム合金などにより形成されている。
【００４４】
図７ないし図９に示されるパワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕは、一面側に半田材６１を介して、他面側に半田材６２を介して導体板３５および導体板３３の間に固着されている。同様に、パワー半導体素子３１Ｌおよびダイオード３２Ｌは、一面側および他面側に半田材６１、６２を介して、導体板３６および導体板３４の間に固着されている。
【００４５】
図１０は、回路体３０に内蔵された回路一実施の形態を示す回路図であり、以下の説明では、この回路図も合わせて参照する。
【００４６】
パワー半導体素子３１Ｕ、ダイオード３２Ｕ，パワー半導体素子３１Ｌ、ダイオード３２Ｌは、上下アーム直列回路１２１を構成する。
【００４７】
直流正極側の導体板３５には直流正極端子３５ａが形成され、交流出力側の導体板３６には交流出力端子３６ａが形成される（図７等参照）。また、直流正極側の導体板３５にはパワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕがボンディングされ上アーム回路を構成しており、パワー半導体素子３１Ｕの入出力部は、複数の信号端子２４Ｕとワイヤ２６Ｕ（図７参照）により接続されている。
【００４８】
また、交流出力側の導体板３６には、パワー半導体素子３１Ｌおよびダイオード３２Ｌ（図１０参照）がボンディングされ下アーム回路を構成しており、パワー半導体素子３１Ｌの入出力部は、複数の信号端子２４Ｌがワイヤ２６Ｌ（図７参照）により接続されている。
【００４９】
図７及び図８に図示されるように、導体板３５、導体板３３、直流正極端子３５ａ、信号端子２４Ｕ、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕは、回路体ユニット１０Ａを構成する。また、導体板３６、導体板３４、交流出力端子３６ａ、信号端子２４Ｌ、パワー半導体素子３１Ｌおよびダイオード３２Ｌは、回路体ユニット１０Ｂを構成する。
【００５０】
図７に図示されるように、導体板３３にはリード３８が一体に形成されている。リード３８の先端は導体板３６に接続されており、これにより、回路体ユニット１０Ａおよび１０Ｂが接続されている。
【００５１】
回路体３０は、回路体ユニット１０Ａ及び１０Ｂを第１封止樹脂６で封止し、第１封止樹脂６の外周を直流正極端子３５ａ、信号端子２４Ｕ、交流出力端子３６ａ、信号端子２４Ｌが露出されるように第２封止樹脂１５により封止した構造を有する。回路体ユニット１０Ｂは、導体板３６の温度、すなわち、パワー半導体素子３１Ｌの温度を検出するための温度センサ８（図７参照）を備えている。
【００５２】
直流負極端子３４ａは、導体板３４と接続され、第１封止樹脂６から突出する。
［パワー半導体モジュール１００の作製方法］
パワー半導体モジュール１００を作製するには、図５及び図６に図示されるように、回路体ユニット１０Ａ、１０Ｂを第１封止樹脂６で封止し、回路体３０を形成する。回路体３０の表裏両面、すなわち、導体板３３の上面３３ｂおよび導体板３４の上面３４ｂが表出された一面と、導体板３５の上面３５ｂおよび導体板３６の上面３６ｂが表出された他面に、絶縁層５１を形成する。絶縁層５１の形成は、例えば、絶縁シートを貼り付ける方法、あるいは絶縁性接着剤を塗布する方法等を用いることができる。
【００５３】
さらに図１１に示されるように、両面の絶縁層５１の上面５１ｂに，複数の放熱フィン４２を有する放熱部材（放熱部）４１ｂをそれぞれ形成する。たとえば，一対の放熱部材４１ｂの外方から回路体３０を挟圧するように加圧する。この加圧により、回路体３０と表裏の放熱部材４１ｂとが絶縁層５１を介して接着される。加圧は１対の放熱部材４１ｂを一度に接着してもよいし，放熱部材４１ｂを１枚ずつ接着してもよい。
【００５４】
その後，一対の放熱部材４１ｂと，絶縁層５１を介して回路体３０と一体化した中間ユニット７０（図１２参照）は，コの字形状のケース枠体４１ａに嵌合され，接合部４３においてケース枠体４１ａと各放熱部材４１ｂのフランジ部１１が形成されていない辺とが接合される（図１３参照）。接合としては，例えば，ＦＳＷ（摩擦攪拌接合），レーザ溶接、ろう付，液状シール等を適用することができる。
【００５５】
図１３に示されるように、ケース枠体４１ａの放熱部材４１ｂと接続する側には凸部７１が形成されており，その凸部７１の側面７１ａと７１ｂに，放熱部材４１ｂが接するように配置し，ケース枠体４１ａと各放熱部材４１ｂとが接続される。
【００５６】
図１４に示されるように、放熱部材４１ｂには、回路体３０が配置された側に凹部７４が形成される。凹部７４は、放熱フィン４２が形成された領域を囲むように形成される。そして凹部７４は、放熱フィン４２が形成された領域よりも薄く形成されるか剛性が小さくなるように形成されるので、放熱フィン４２が形成された領域よりも変形されやすい。つまり、凹部７４は、変形部として機能する。
【００５７】
例えば，図１４のように凹部７４の板厚がフィンベース部の板厚よりも薄い構造とすることができる。図１１に示すように，放熱部材４１ｂの回路体３０側に凹部７４を形成することにより，薄肉部を形成することができる。
【００５８】
絶縁層５１と回路体３０との接着部の周囲に変形部があることにより，温度サイクルなどの温度変化に起因して，金属製ケース４０の膨張により，放熱部材４１ｂがケースの外向きの力を受けるような場合でも，放熱部材４１ｂと絶縁層５１との接続面に発生する引張応力を低減できるため，絶縁層５１と放熱部材４１ｂとの界面，あるいは，絶縁層５１と導体板３３，導体板３４との界面ではく離するのを抑制することが可能である。
【００５９】
図４におけるパワー半導体モジュール１００の放熱部材４１ｂ間とケース枠体４１ａとの接続部の寸法関係を説明するための断面図及び正面図である。
【００６０】
ケース枠体４１ａの凸部７１の側面７１ａと７１ｂ間の距離X1は，回路体３０を挟むように形成した１対の放熱部材４１ｂの接続部７２間の距離X2よりも小さく，すなわちX1＜X2となるように形成されている。
【００６１】
ケース枠体４１ａと放熱部材４１ｂとを接続する際には，放熱部材４１ｂの接続部７２をモジュールの外側から加圧しながら接続することにより，パワー半導体モジュール１００内部には圧縮力が負荷され，絶縁層５１には厚さ方向に圧縮応力が残留する。これにより，繰り返しの熱負荷がかかった場合でも，引き剥がし方向に引張応力が発生するのを抑制することができ，絶縁層５１がはく離するのを抑制する効果も得られる。
【００６２】
ここで，放熱部材４１ｂのフィンが形成されている領域と接続部７２の間に当該領域よりも剛性の低い凹部７４を設けることにより，接続部７２を押付けてケース枠体４１ａに接続する際，金属製ケース４０外側から加圧したときに放熱部材４１ｂの中央部が浮き上がるのを防止することができる効果もある。なお凹部７４とは別に、放熱部材４１ｂのフィンが形成されている領域よりも剛性の低い中間部を設けるようにしてもよい。
【００６３】
本実施形態においては，複数の放熱フィン４２を有する放熱部材４１ｂに金属ケース４０の開口に近い側の辺に，フランジ部１１が一体に形成されている。また図３に示されるように、流路を形成するカバー部材２４０の開口部２４１は、ケース枠体４１ａの一部とフランジ部１１により塞がれる。つまり一方の放熱部材４１のフランジ部１１は第１シール部として機能し、他方の放熱部材４１のフランジ部１１は第２シール部として機能する。
【００６４】
これにより，フランジ部１１と放熱フィン４２間を接合する必要がなくなるため，フランジ部１１と放熱フィン４２間の距離を短くでき，フランジ部１１と放熱フィン４２との間にできる隙間に発生するバイパス流を抑制することができる。その結果，放熱フィン４２に冷却水が十分に流れるため，放熱フィン４２の熱伝達率を向上することができ，パワー半導体モジュール１００の放熱性能が向上し，信頼性の高い電力変換装置が実現できる。
【００６５】
また，図１１ないし図１５に示された本実施形態におけるパワー半導体モジュール１００の製造方法では，回路体３０を形成後，回路体３０の表裏両面に、絶縁層５１を形成し，さらに両面の絶縁層５１の上面５１ｂに，複数の放熱部材４１ｂを形成する。このように一対の放熱部材４１ｂと，絶縁層５１を介して回路体３０と一体化した中間ユニット７０を形成後，コの字形状のケース枠体４１ａに嵌合され，接合部４３においてケース枠体４１ａと各放熱部材４１ｂのフランジ部１１が形成されていない辺とが接合される。これにより，金属製ケース４０に半導体モジュール３０が収納されたパワー半導体モジュール１００が形成される。
【００６６】
このように，絶縁層５１を介して放熱部材４１ｂと回路体３０を接合した後で，ケース枠体４１ａを接合し，金属製ケース４０にすることにより，放熱部材４１ｂとケース枠体４１ａを接合し，金属製ケース４０を形成後，両面に絶縁層５１が形成された回路体３０を、金属製ケース４０内に挿入し，一対の放熱部材４１ｂの外方から回路体３０を挟圧するように加圧して，回路体３０と表裏の放熱部材４１ｂとが絶縁層５１を介して接着させる場合に懸念される，加圧後のスプリングバックにより発生する，絶縁層５１のはく離を抑制することができる。
【００６７】
本実施形態においては，フランジ部１１にＯリング用の溝などの加工が設けられていない場合について図示したが，必要に応じて，Ｏリング用の溝など，が設けられていてもよい。シール材としては，Ｏリング，液状ガスケットなどを用いることができる。
（実施形態２）
図１６は，図１４に示す電力変換装置のパワーモジュールの変形例を示すもので，図１４の符号と同符号は同一構成部品を示すので，再度の詳細な説明は省略する。
【００６８】
図１６に示す変形例において，金属製ケース４０を形成する放熱部材４１ｂにおいて，表面１１ｂと放熱部材４１ｂのフィン形成面４２aが同じ面上に形成されており，フランジ部１１の板厚と放熱部４１ｃの板厚が同じである。
【００６９】
これにより，放熱部材４１ｂの構造を単純化できるため，加工のためのコストが低減できるというメリットがある。
（実施形態３）
図１７は，図１４に示す電力変換装置のパワー半導体モジュールのさらに別の変形例を示すもので，図１４の符号と同符号は同一構成部品を示すので，再度の詳細な説明は省略する。
図１７に示す変形例において，金属製ケース４０を形成する放熱部材４１ｂにおいて，ケース枠体４１aと接続される接合部７３が外側に突き出した凸形状となっている。つまり接合部７３の厚さは、放熱フィン４２が形成された領域と当該接合部７３を繋ぐ中間部の厚さよりも大きく形成される。
【００７０】
これにより，接合部７３とケース枠体４１aをＦＳＷで接合する場合，接続部の剛性を確保し，接続しやすくするとともに，ツール先端で発生する熱が絶縁シート５１とモジュールの接続界面に伝熱されるのを抑制する効果がある。
（実施形態４）
図１８は，図１４に示す電力変換装置のパワーモジュールパワー半導体モジュールのさらに別の変形例を示すもので，図１４の符号と同符号は同一構成部品を示すので，再度の詳細な説明は省略する。
【００７１】
図１８に示す変形例において，金属製ケース４０を形成する放熱部材４１ｂと，ケース枠体４１aとが接続される接合部において，ケース枠体４１aの接続部７５よりも放熱部材４１ｂの接続部７６の方が内側にとなっている。
【００７２】
つまりケース枠体４１aは、放熱部材４１ｂの放熱フィン４２の形成面の垂直方向から見た場合に接続部７６と重なる接続部７５を有する。さらに接続部７６は、接続部７５よりも回路体３０に近い側に形成されかつ接続部７５と接続される。この場合でも，図１４に示したパワーモジュールと同様の効果が得られる。
（実施形態５）
図１９は，図３に示す電力変換装置の変形例を示すもので，図３の符号と同符号は同一構成部品を示すので，再度の詳細な説明は省略する。
【００７３】
図１９に示す変形例において，カバー部材２４０とパワー半導体モジュール１００のシール部１１ｃ間は液状シールなどの樹脂材料８１で封止されている。液状シールなどの樹脂材料で封止することにより，パワー半導体モジュール１００のシール部１１ｃ，あるいはカバー部材２４０にOリング用の溝を形成する必要がなく，低コスト化ができるというメリットがある。
【００７４】
カバー部材２４０に形成された、各パワー半導体モジュール１００間に嵌入される凸部２４２の根本付近には，必ずしも必要ではないが，凹部８０を形成することにより，液状シールがパワー半導体モジュール１００の開口部に回り込むのを防ぐ効果が得られる。  
上記実施形態では、回路体３０と放熱部材４１ｂとの間に絶縁層５１を介装した構造として例示した。しかし、絶縁層５１は必ずしも必要ではなく、放熱部材４１ｂと回路体３０とが熱伝導可能に密着する構造とされたパワー半導体モジュール１００であればよい。
【００７５】
上記実施形態に示した電力変換装置２００の筐体２０１の構造および筐体２０１内に収納される電子部品のレイアウトは、一例として示すものであり、種々、変形して適用することが可能である。
【００７６】
上述した実施の形態では、放熱フィン４２の形状をピンフィンとしたが、他の形状、例えばストレートフィンやコルゲートフィンであっても良い。
【００７７】
また、上述した実施の形態では、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される車載用の電力変換装置を例に説明したが、パワーモジュールを冷却媒体中に浸す冷却構造の電力変換装置であれば、本発明を同様に適用することができる。
【００７８】
その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で、種々変形して適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
６…第１封止樹脂、８…温度センサ、１０Ａ…回路体ユニット、１０Ｂ…回路体ユニット、１１…フランジ部、１１ｂ…表面、１１ｃ…シール部、１５…第２封止樹脂、１７…挿通口、２４Ｌ…信号端子、２４Ｕ…信号端子、２６Ｌ…ワイヤ、２６Ｕ…ワイヤ、３０…回路体、３１…パワー半導体素子、３１Ｕ…パワー半導体素子、３１Ｌ…パワー半導体素子、３２Ｕ…ダイオード、３２Ｌ…ダイオード、３３…導体板、３３ｂ…上面、３４…導体板、３４ａ…直流負極端子、３４ｂ…上面、３５…導体板、３５ａ…直流正極端子、３５ｂ…上面、３６…導体板、３６ａ…交流出力端子、３６ｂ…上面、３８…リード、４０…金属製ケース、４１ａ…ケース枠体、４１ｂ…放熱部材、４２…放熱フィン、４３…接合部、５１…絶縁層、５１ｂ…上面、６１…半田材、６２…半田材、７０…中間ユニット、７１…凸部、７１ａ…側面、７１ｂ…側面、７２…接続部、７３…接合部、７４…凹部、７５…接続部、７６…接続部、７８…シール部材、８０…凹部、８１…樹脂材料、１００…パワー半導体モジュール、１２１…上下アーム直列回路、２００…電力変換装置、２０１…筐体、２０２…底蓋、２０３ａ…入口用配管、２０３ｂ…出口用配管、２１０…冷却用室、２１１…周壁、２２０…支持部材、２２０ａ…底面、２２１…側壁、２２１ａ…両側の側壁、２２１ｂ…中央側壁、２２２…冷却流路内の底面、２２２ａ…凹部、２３１…シール部材、２４０…カバー部材、２４１…開口部、２４２…凸部、２４３…凹部、２５０…コンデンサモジュール、２５１…コンデンサ素子、２６１…直流側バスバーアセンブリ、２６２…制御回路基板アセンブリ、２６３…交流側バスバーアセンブリ、X1…距離、X2…距離
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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