JP4075815B2 - 積層パワーモジュールおよびその位置決め方法 - Google Patents
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Description
半導体モジュールと冷却器とを交互に積層した積層パワーモジュールとしては、例えば、特許文献1に示すように、平型半導体素子とヒートシンクとを積層配置したものが開示されている。
積層パワーモジュール100の半導体モジュール101は、半導体素子111の両面に絶縁基板112を接合して構成されており、半導体モジュール101を回路基板401と電気的に接続させる接続端子113が下方へ延出している。
半導体モジュール101および冷却器201は、交互に積層されながら支持部材301に収納されている。
積層状態で支持部材301に収納されている各半導体モジュール101の接続端子113は、それぞれ回路基板401の接続用孔411に挿入される。
一方、回路基板401の接続用孔411は、半導体モジュール101の積層方向に寸法dp2の間隔で配置されている。
しかし、半導体素子111や絶縁基板112等といった各部品の厚み寸法や、絶縁基板に塗布するグリスの厚み寸法等のばらつきにより、接続端子113と接続用孔411との相対位置がずれる場合がある。
このような場合には、接続端子113を接続用孔411に挿入しにくくなって、作業性が悪くなってしまう。
特に、積層数が多いと、各層でのばらつきが積み重なるため、接続端子113と接続用孔411との相対位置のずれが大きくなり、接続端子113を接続用孔411に挿入する際の作業性がさらに悪化することになる。
即ち、請求項1記載の如く、複数の半導体モジュールと冷却器とを交互に積層して構成した積層パワーモジュールであって、半導体モジュールおよび冷却器を支持する支持部材に、各半導体モジュールまたは各冷却器の積層方向の位置を個別に決定する位置決め部となる凹凸部を形成し、前記支持部材における積層方向の基準面となる、前記各凹凸部における凹部の一端側面に前記各冷却器を当接させるとともに、付勢部材による押圧力により、前記半導体モジュールが、前記冷却器における前記一端側面に当接している側の面に密着されている。
このように構成することで、隣接する冷却器と半導体モジュールとが密着した良好な放熱状態を保持しつつ、冷却器および半導体モジュールの積層方向における配置ピッチを一定にすることができる。
これにより、冷却器および半導体モジュールを積層した場合に、半導体モジュールの厚み寸法等のばらつきが積算されて、接続端子間の寸法に影響を与えることが防止でき、冷却器と半導体モジュールとが密着した良好な放熱状態を保持しつつ、冷却器および半導体モジュールの積層方向における配置ピッチを一定にすることができる。
そして、回路基板の接続用孔間の寸法に合わせて設定されている接続端子間の寸法を一定にすることで、接続端子と接続用孔との相対位置のずれを抑えて、接続端子を接続用孔に挿入する際の作業性を良好に保つことが可能となる。
これにより、隣接する冷却器と半導体モジュールとが密着した良好な放熱状態を保持しつつ、冷却器および半導体モジュールの積層方向における配置ピッチを一定にすることができる。
これにより、冷却器および半導体モジュールを積層した場合に、半導体モジュールの厚み寸法等のばらつきが積算されて、接続端子間の寸法に影響を与えることが防止でき、冷却器と半導体モジュールとが密着した良好な放熱状態を保持しつつ、冷却器および半導体モジュールの積層方向における配置ピッチを一定にすることができる。
そして、回路基板の接続用孔間の寸法に合わせて設定されている接続端子間の寸法を一定にすることで、接続端子と接続用孔との相対位置のずれを抑えて、接続端子を接続用孔に挿入する際の作業性を良好に保つことが可能となる。
また、簡便な構成部材で容易に組み立てを行うことができ、容易に冷却器および半導体モジュールの高精度な位置決めを行うことができる。
さらに、確実に冷却器と半導体モジュールとを密着させることが可能となる。
本発明にかかる積層パワーモジュールについて説明する。
図1、図2に示すように、積層パワーモジュール1は、半導体モジュール10と冷却器20とを交互に積層した状態で支持ケース30に収納されている。
積層状態で支持ケース30に収納されている各半導体モジュール10の接続端子13は、それぞれ回路基板40の接続用孔41に挿入される。
基準ガイド32は、左右のサイドガイド31・31の一端部31c・31cに支持されており、該基準ガイド32の内側面32aは、半導体モジュール10および冷却器20の、積層方向における基準面となっている。
また、サイドガイド31の各凹部31aの一端側面(図1における下側面)31bも、半導体モジュール10および冷却器20の、積層方向における基準面となっている。
積層パワーモジュール1の他端部には押えガイド33が配置されており、他端側の冷却器20が一端側へ押圧されている。
また、基準ガイド32の内側面32aと、最も基準ガイド32側に位置している凹部31aの一端側面31bとの間の寸法、および各凹部31aの一端側面31b間の寸法は、ともにdp1となるように構成されている。
つまり、冷却器20を一端側面31bに当接させながら、各凹部31aに嵌合させるとともに、各冷却器20間に半導体モジュール10を配置することで、冷却器20および半導体モジュール10を、同一の寸法dp1のピッチで配置しながら積層することができる。
しかし、冷却器20の厚みおよび半導体モジュール10の厚みのばらつきにより、寸法dcおよび寸法dmが最大でないときには、各冷却器20と半導体モジュール10との間には若干の隙間が生じることとなる。
図2に示すように、冷却器20内部には、冷却水路となる空間20bが形成されており、該空間20b内には、一側面20a側へ凸となるように湾曲した板ばね21が設けられている。
冷却器20の一側面20aは、板ばね21の付勢力により弾性変形して積層方向外側へ突出しているので、冷却器20と半導体モジュール10との間に生じた間隙の大きさにばらつきが生じたとしても、そのばらつきを吸収して、確実に冷却器20と半導体モジュール10とを密着させることが可能となっている。
なお、冷却器20と半導体モジュール10との間には、シリコングリス等のグリス50が塗布されており、冷却器20と半導体モジュール10との密着性を高めている。
これにより、冷却器20および半導体モジュール10を積層した場合に、半導体モジュール10の厚み寸法等のばらつきが積算されて、接続端子13間の寸法dp1に影響を与えることが防止でき、冷却器20と半導体モジュール10とが密着した良好な放熱状態を保持しつつ、冷却器20および半導体モジュール10の積層方向における配置ピッチを一定にすることができる。
そして、回路基板40の接続用孔41間の寸法dp2に合わせて設定されている接続端子13間の寸法dp1を一定にすることで、接続端子13と接続用孔41との相対位置のずれを抑えて、接続端子13を接続用孔41に挿入する際の作業性を良好に保つことが可能となる。
また、積層パワーモジュール1では、支持ケース30により冷却器20の位置決めを行っているが、冷却器20の代わりに半導体モジュール10の位置決めを行うことも可能である。
図3に示す積層パワーモジュール2は、各半導体モジュール10の両側に冷却器22を配置している。つまり、交互に積層される冷却器22および半導体モジュール10は、(・・−冷却器22−半導体モジュール10−冷却器22−冷却器22−半導体モジュール10−冷却器22−・・)といった並びとなるように積層されている。冷却器22の内部には、冷却水が通過する空間22bが形成されている。
図4、図5に示す積層パワーモジュール3では、交互に積層される冷却器22と半導体モジュール10との間にゴム等の弾性部材25を介装している。
弾性部材25は、平板状部材の中央部をくり貫いた「ロ」字状に形成されており、くり貫かれた部分の空間にはグリス50を充填している。
各冷却器27および基準スペーサ83には、ボルト等の軸体82が貫通しており、この軸体82により支持され、互いに連結されている。軸体82は冷却器27の両端部に配置されている。
また、半導体モジュール10は、軸体82にて支持される各冷却器27にグリス50を介して密着することで支持されている。
基準スペーサ83の厚み寸法dsをこのように設定した場合、半導体モジュール10の厚み寸法dmが、ばらつきにより最大となっているときには、冷却器27と半導体モジュール10とが密着することになり、半導体モジュール10の厚み寸法dmが最大でないときには、各冷却器27と半導体モジュール10との間には若干の隙間が生じることとなる。
従って、冷却器27と、半導体モジュール10および基準スペーサ83とを積層した場合の、積層パワーモジュール5の積層方向の寸法は、冷却器27の厚み寸法dcおよび基準スペーサ83の厚み寸法dsにより決定されることになる。
そして、回路基板40の接続用孔41間の寸法dp2に合わせて設定されている接続端子13間の寸法dp1を一定にすることで、接続端子13と接続用孔41との相対位置のずれを抑えて、接続端子13を接続用孔41に挿入する際の作業性を良好に保つことが可能となる。
10 半導体モジュール
13 接続端子
20 冷却器
20b 空間
22 板ばね
30 支持ケース
31a凹部
31b 基準面
40 回路基板
41 接続用孔
50 グリス
Claims (2)
- 複数の半導体モジュールと冷却器とを交互に積層して構成した積層パワーモジュールであって、
半導体モジュールおよび冷却器を支持する支持部材に、各半導体モジュールまたは各冷却器の積層方向の位置を個別に決定する位置決め部となる凹凸部を形成し、
前記支持部材における積層方向の基準面となる、前記各凹凸部における凹部の一端側面に前記各冷却器を当接させるとともに、
付勢部材による押圧力により、前記半導体モジュールが、前記冷却器における前記一端側面に当接している側の面に密着されている、
ことを特徴とする積層パワーモジュール。 - 複数の半導体モジュールと冷却器とを交互に積層して構成した積層パワーモジュールの位置決め方法であって、
半導体モジュールおよび冷却器を支持する支持部材に、各半導体モジュールまたは各冷却器の積層方向の位置を個別に決定する位置決め部となる凹凸部を形成し、
前記支持部材における積層方向の基準面となる、前記各凹凸部における凹部の一端側面に前記各冷却器を当接させるとともに、
付勢部材による押圧力により、前記半導体モジュールを、前記冷却器における前記一端側面に当接している側の面に密着させる、
ことを特徴とする積層パワーモジュールの位置決め方法。
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