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JP2012028402A - Power unit - Google Patents

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JP2012028402A
JP2012028402A JP2010163070A JP2010163070A JP2012028402A JP 2012028402 A JP2012028402 A JP 2012028402A JP 2010163070 A JP2010163070 A JP 2010163070A JP 2010163070 A JP2010163070 A JP 2010163070A JP 2012028402 A JP2012028402 A JP 2012028402A
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JP
Japan
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case
fin
heat sink
semiconductor
metal
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010163070A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsujiro Momose
立二郎 百瀬
Hiroshi Fujita
浩 藤田
Hironori Obayashi
弘典 大林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power unit capable of detecting an increase in a voltage of an air-cooling heat sink, and ensuring noise resistance.SOLUTION: An inverter circuit unit 30 comprises a semiconductor device 10 having a semiconductor module 22 including semiconductor elements, and a metallic heat sink 11 integrally provided with the semiconductor module 22 and radiating the heat of the semiconductor module 22 into air; and a case 38 storing a plurality of the semiconductor devices 10 so as to be integrated. A part of the case 38 is formed by metal, and the rest part is formed by a resin material. The plurality of the semiconductor devices 10 are stored in the case 38 while a part of the case 38 formed by metal contacts with the heat sink 11. A part of the case 38 formed by metal is electrically coupled to a vehicle side member through an earth cable.

Description

本発明は、半導体モジュールを冷却するための空冷ヒートシンクを備えたパワーユニットに関する。   The present invention relates to a power unit including an air-cooled heat sink for cooling a semiconductor module.

従来のパワーユニットは、半導体素子を内蔵したパワー半導体モジュールの発熱を空冷ヒートシンクで放熱する冷却方式を備えた複数の半導体装置で構成されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1のパワーユニットは、複数のパワー半導体モジュールと複数の空冷ヒートシンクとを積み重ねて半導体装置を構成し、さらに当該空冷ヒートシンクに冷却風を送風するファンを備えている。パワー半導体モジュールと空冷ヒートシンクとの間には、例えばセラミックからなる絶縁基板が介在して絶縁機能を発揮している。   A conventional power unit is composed of a plurality of semiconductor devices having a cooling system in which heat generated by a power semiconductor module incorporating a semiconductor element is dissipated by an air-cooled heat sink (see, for example, Patent Document 1). The power unit of Patent Document 1 includes a semiconductor device in which a plurality of power semiconductor modules and a plurality of air-cooled heat sinks are stacked, and further includes a fan that blows cooling air to the air-cooled heat sink. An insulating substrate made of ceramic, for example, is interposed between the power semiconductor module and the air-cooled heat sink, thereby exhibiting an insulating function.

このような構造のパワーユニットを車両等に搭載する場合には、冷却用流体が空気であるために防水構造を必要としないこと、搭載性向上のための小型化、及び軽量化を図る観点から、パワーユニットを樹脂製のケースに収容することが提案されている。   When mounting a power unit having such a structure on a vehicle or the like, since the cooling fluid is air, a waterproof structure is not required, from the viewpoint of downsizing and weight reduction for improving mountability, It has been proposed to house the power unit in a resin case.

特開2008−278576号公報JP 2008-278576 A

しかしながら、従来のパワーユニットを樹脂製のケースに収容する場合には、例えばパワー半導体モジュールと空冷ヒートシンクとの間の絶縁基板が割れ等によって、絶縁性能が低下すると、ヒートシンク自体に高電圧が印加されることがあり、このような状況を想定して安全性の確保を図らなければならない。   However, when the conventional power unit is housed in a resin case, a high voltage is applied to the heat sink itself when the insulation performance is reduced due to, for example, a crack in the insulating substrate between the power semiconductor module and the air-cooled heat sink. In some cases, it is necessary to ensure safety in such a situation.

また、複数の半導体装置で構成されるパワーユニットを樹脂製のケースに収容する場合には、樹脂製のケースには電磁シールド機能がないため、パワー半導体モジュールからのノイズで制御回路に誤動作が発生し得るという問題がある。   In addition, when a power unit composed of a plurality of semiconductor devices is housed in a resin case, the resin case does not have an electromagnetic shielding function, so that the control circuit malfunctions due to noise from the power semiconductor module. There is a problem of getting.

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、空冷用ヒートシンクの高電圧化の検出と耐ノイズ性の確保とが図れるパワーユニットを提供することである。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a power unit capable of detecting high voltage of an air cooling heat sink and ensuring noise resistance.

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載のパワーユニットの発明は、半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、半導体モジュールと一体に設けられて半導体モジュールの熱を空気中に放熱する金属製のヒートシンクとを有して構成される半導体装置と、複数個の半導体装置を一体となるように収容するケースと、を備え、
ケースは、一部を金属で形成され残部を樹脂材料で形成されており、
複数個の半導体装置は、金属で形成されたケースの一部がヒートシンクに接触している状態でケースに収容され、
金属で形成されたケースの一部は、車両側の部材と電気的に連結されていることを特徴とする。
The present invention employs the following technical means to achieve the above object. That is, the invention of the power unit according to claim 1 includes a semiconductor module incorporating a semiconductor element, and a metal heat sink that is provided integrally with the semiconductor module and radiates heat of the semiconductor module into the air. A semiconductor device and a case for housing a plurality of semiconductor devices in an integrated manner,
The case is partly made of metal and the rest is made of resin material.
The plurality of semiconductor devices are accommodated in the case in a state where a part of the case made of metal is in contact with the heat sink,
A part of the case formed of metal is electrically connected to a vehicle-side member.

この発明によれば、金属で形成したケースの一部をヒートシンクに接触させるとともに、車両側の部材と電気的に連結することにより、ヒートシンクと車両側部材のアース接続を複雑な構成を採用せずに実現でき、ヒートシンクの電気的状態が検出可能になる。さらに、金属で形成したケースの一部によって、半導体装置からのノイズの伝播を抑制することができる。したがって、空冷用ヒートシンクの高電圧化の検出と耐ノイズ性の確保とが図れるパワーユニットを提供できる。   According to the present invention, a part of the case formed of metal is brought into contact with the heat sink and electrically connected to the vehicle-side member, so that the ground connection between the heat sink and the vehicle-side member is not employed in a complicated configuration. The electrical condition of the heat sink can be detected. Furthermore, noise propagation from the semiconductor device can be suppressed by a part of the case formed of metal. Therefore, it is possible to provide a power unit capable of detecting high voltage of the air cooling heat sink and ensuring noise resistance.

請求項2に記載の発明は、請求項1において、金属で形成されたケースの一部は、ケースの一面を覆う蓋部であり、当該蓋部とヒートシンクは螺合手段により締結されることを特徴とする。この発明によれば、当該螺合手段による締結力の提供により、ヒートシンクから蓋部への導電経路、熱伝達経路が確実に形成されることになる。したがって、空冷用ヒートシンクの高電圧化の検出と耐ノイズ性の確保を両立する構造をより確実に構築することができる。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a part of the case formed of metal is a lid portion that covers one surface of the case, and the lid portion and the heat sink are fastened by screwing means. Features. According to the present invention, by providing the fastening force by the screwing means, a conductive path and a heat transfer path from the heat sink to the lid portion are surely formed. Therefore, it is possible to more reliably construct a structure that achieves both high voltage detection of the air cooling heat sink and ensuring noise resistance.

請求項3に記載の発明は、請求項2において、ヒートシンクは、半導体モジュールと熱的に結合される基板部と、その厚み方向に間隔をあけて列を形成するように基板部からそれぞれ突出する複数個の第1のフィンと、厚み方向の最外側に位置する第1のフィンよりもさらに外側において基板部から突出するフィンであって、第1のフィンよりも厚み寸法が大きい肉厚部を有する第2のフィンと、を備えている。第2のフィンの肉厚部と蓋部は螺合手段により締結されることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the heat sink protrudes from the substrate portion so as to form a row at intervals in the thickness direction of the substrate portion thermally coupled to the semiconductor module. A plurality of first fins and fins protruding from the substrate portion on the outer side further than the first fin located on the outermost side in the thickness direction, wherein the thick portion has a larger thickness dimension than the first fin. And a second fin. The thick portion and the lid portion of the second fin are fastened by screwing means.

この発明によれば、螺合手段の機能発揮のため第2のフィンの肉厚部を活用するので、ヒートシンクと蓋部との固定機能を発揮し得る形状を確保し易いという効果を奏する。さらに、第2のフィンの肉厚部に螺合手段の雌ねじ部を形成する場合には、所定数のねじ山等を必要とするので、他の部分やねじ締め用の構成要素を別途必要とせずとも、ねじ締め機能を発揮し得る雌ねじ部を確保でき、締結力を向上できるという効果を奏する。   According to the present invention, since the thick part of the second fin is utilized for exhibiting the function of the screwing means, there is an effect that it is easy to ensure a shape capable of exhibiting the fixing function between the heat sink and the lid. Further, when the female thread portion of the screwing means is formed in the thick portion of the second fin, a predetermined number of screw threads or the like are required, so that other parts and components for screw tightening are separately required. At least, the internal thread portion capable of exhibiting the screw tightening function can be ensured, and the fastening force can be improved.

請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれか一項において、半導体装置は、半導体モジュールを両側から挟む2個のヒートシンクと、弾性力により半導体モジュールを挟む力を付勢する弾性部材と、を備え、当該2個のヒートシンクは、弾性部材によって互いに近づくように挟持されることを特徴とする。この発明によれば、半導体モジュールを両側から挟持する両方のヒートシンクを弾性部材によって挟むことにより、2個のヒートシンクが一体に構成されるので、蓋部と各ヒートシンクの接触度合いを高め、両者の密着性の向上を図ることができる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, the semiconductor device energizes two heat sinks that sandwich the semiconductor module from both sides and a force that sandwiches the semiconductor module by elastic force. And the two heat sinks are sandwiched by the elastic members so as to approach each other. According to the present invention, since the two heat sinks are integrally formed by sandwiching both heat sinks sandwiching the semiconductor module from both sides by the elastic member, the degree of contact between the lid and each heat sink is increased, and the two are closely attached. It is possible to improve the performance.

請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項において、ヒートシンクに対して空気を送風する送風手段を備え、車両側の部材は、金属で形成されたケースの一部において、送風手段による空気の送風方向に対して直交する方向に空気の送風通路よりも突出する部位に連結されていることを特徴とする。この発明によれば、車両側の部材と電気的に連結される当該部位が、送風通路よりも外側の送風通路に干渉しない部位に設定されることになる。これにより、車両側の部材と当該金属で形成されたケースの一部との連結が送風通路が邪魔にならない状態で実施でき、当該連結に係る作業性の向上に寄与する。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, the vehicle-side member is one of cases made of metal. The part is connected to a portion projecting from the air blowing passage in a direction orthogonal to the air blowing direction by the blowing means. According to this invention, the said site | part electrically connected with the member by the side of a vehicle is set to the site | part which does not interfere with the ventilation path outside a ventilation path. Thereby, the connection between the vehicle-side member and a part of the case formed of the metal can be performed in a state where the air passage does not get in the way, which contributes to the improvement of workability related to the connection.

請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれか一項において、金属で形成されたケースの一部は、ケースの一面を覆う蓋部であり、当該蓋部は、半導体素子の動作を制御する制御回路を構成する制御基板に対向するように配されていることを特徴とする。この発明によれば、各半導体装置からのノイズが制御基板に伝播するのを金属製の蓋部によって抑制することができ、半導体装置を制御するための電子部品の誤動作、EMC特性の劣化等を抑制することができる。また、各ヒートシンクの発熱が制御基板に熱伝達するのを金属製の蓋部によって抑制して当該電子部品の劣化を低減し寿命の確保に貢献し得る。   According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, a part of the case formed of metal is a lid that covers one surface of the case, and the lid is a semiconductor It is characterized by being arranged so as to face a control board constituting a control circuit for controlling the operation of the element. According to the present invention, it is possible to suppress the noise from each semiconductor device from propagating to the control board by the metal lid, and it is possible to prevent malfunction of electronic components for controlling the semiconductor device, deterioration of EMC characteristics, etc. Can be suppressed. Further, the heat generated by each heat sink can be prevented from being transferred to the control board by the metal lid portion, so that the deterioration of the electronic component can be reduced and the life can be ensured.

本発明を適用したパワーユニットを備えるインバータ装置を車両に搭載した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which mounted the inverter apparatus provided with the power unit to which this invention is applied to the vehicle. 第1実施形態のインバータ装置の回路図である。It is a circuit diagram of the inverter apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置の構成を示す分解斜視図である。1 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment. 6個の半導体装置をケースに収納した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which accommodated the six semiconductor devices in the case. 第1実施形態のインバータ装置の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the inverter apparatus of 1st Embodiment. 半導体装置を収容したケースと制御基板との位置関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the positional relationship of the case which accommodated the semiconductor device, and a control board.

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。   A plurality of modes for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, parts corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each mode, the other modes described above can be applied to the other parts of the configuration. Not only combinations of parts that clearly indicate that each embodiment can be specifically combined, but also combinations of the embodiments even if they are not clearly indicated unless there is a problem with the combination. Is also possible.

(第1実施形態)
本発明に係る半導体装置は、高出力モータを駆動するモータ駆動装置としてのインバータ装置に適用することができる。このインバータ装置は、直流電力と交流電力との間で双方向変換を行う装置、例えばU相、V相及びW相の三相インバータ装置であり、交流モータを使用するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車等に搭載される。
(First embodiment)
The semiconductor device according to the present invention can be applied to an inverter device as a motor driving device that drives a high-output motor. This inverter device is a device that performs bidirectional conversion between DC power and AC power, for example, a U-phase, V-phase, and W-phase three-phase inverter device, a hybrid vehicle that uses an AC motor, a fuel cell vehicle, Installed in electric vehicles.

第1実施形態では、走行用のモータ3を駆動する三相インバータ回路を有するインバータ装置1に半導体装置10を適用した例について説明する。図1は半導体装置10を適用したインバータ装置1を車両に搭載した状態を示す模式図である。図2は、半導体装置10を適用したインバータ装置1の回路図である。   1st Embodiment demonstrates the example which applied the semiconductor device 10 to the inverter apparatus 1 which has the three-phase inverter circuit which drives the motor 3 for driving | running | working. FIG. 1 is a schematic diagram showing a state in which an inverter device 1 to which a semiconductor device 10 is applied is mounted on a vehicle. FIG. 2 is a circuit diagram of the inverter device 1 to which the semiconductor device 10 is applied.

図1に示すように、インバータ装置1は、車両前方に搭載された走行用のモータ3に出力可能に有線で接続され、車両後方でバッテリ4に隣接するように搭載される。インバータ装置1は、空気を送風する送風手段としてのファン9による送風がダクトで形成された所定の通風経路を流通して半導体装置10に供給されることにより空冷される。インバータ装置1を冷却する空気は、車外または車室内から取り込まれて半導体装置10を通過後、車外に排出される。このようにしてインバータ装置1は所定の機能を発揮できる温度に保たれ得る。   As shown in FIG. 1, the inverter device 1 is connected to a traveling motor 3 mounted on the front side of the vehicle in a wired manner so as to be output, and is mounted on the rear side of the vehicle so as to be adjacent to the battery 4. The inverter device 1 is air-cooled by supplying the semiconductor device 10 with air blown by a fan 9 serving as a blowing means for blowing air through a predetermined ventilation path formed by a duct. The air that cools the inverter device 1 is taken from the outside of the vehicle or the vehicle interior, passes through the semiconductor device 10, and is discharged outside the vehicle. In this way, the inverter device 1 can be kept at a temperature at which a predetermined function can be exhibited.

図2に示すように、インバータ回路(インバータ装置1)は、三相電力変換のために6個の半導体モジュール22a,22b,22c,22d,22e,22f(以下、6個の半導体モジュールのうち、任意の半導体モジュールをさす場合は単に半導体モジュール22と称することがある)を含むパワーモジュール2と、コンデンサ5,6と、抵抗7,8と、制御回路100とから構成されている。インバータ回路の入力側にはバッテリ4が接続されている。インバータ回路の出力側にはモータ3が接続されている。   As shown in FIG. 2, the inverter circuit (inverter device 1) includes six semiconductor modules 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, and 22f (hereinafter referred to as six semiconductor modules) for three-phase power conversion. The power module 2 includes a power module 2 that may be simply referred to as a semiconductor module 22 when referring to an arbitrary semiconductor module, capacitors 5 and 6, resistors 7 and 8, and a control circuit 100. A battery 4 is connected to the input side of the inverter circuit. A motor 3 is connected to the output side of the inverter circuit.

パワーモジュール2は、制御回路100によって制御され、バッテリ4の出力する直流電力を交流電力に変換してモータ3に供給するインバータ回路を構成するための素子で構成されている。パワーモジュール2は、IGBT20a,20b,20c,20d,20e,20f(スイッチング素子)と、フリーホイーリングダイオード21a,21b,21c,21d,21e,21fとからなる。各半導体モジュール22は、IGBTとフリーホイーリングダイオードを各1個含んでいる。   The power module 2 is controlled by the control circuit 100, and is configured with elements for configuring an inverter circuit that converts DC power output from the battery 4 into AC power and supplies the AC power to the motor 3. The power module 2 includes IGBTs 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, and 20f (switching elements) and free wheeling diodes 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f. Each semiconductor module 22 includes one IGBT and one freewheeling diode.

IGBT20a,20b、IGBT20c,20d、及びIGBT20e,20fは、それぞれ直列に接続されている。上アーム側のIGBT20a,20c,20eのコレクタは、バッテリ4の正極端子側に接続されており、下アーム側のIGBT20dのエミッタは、バッテリ4の負極端子側に接続されている。下アーム側のIGBT20b,20fのエミッタは、それぞれ抵抗7,8を介してバッテリ4の負極端子側に接続されている。また、IGBT20a〜20fのゲートは制御回路100に接続されている。IGBT20a,20c,20eのエミッタは、制御回路100に接続されている。さらに、IGBT20aとIGBT20bの接続点、IGBT20cとIGBT20dの接続点、及びIGBT20eとIGBT20fの接続点は、モータ3に接続されている。IGBT20a〜20fのコレクタ、エミッタ間には、フリーホイーリングダイオード21a〜21fがそれぞれ接続されている。   The IGBTs 20a and 20b, the IGBTs 20c and 20d, and the IGBTs 20e and 20f are respectively connected in series. The collectors of the IGBTs 20 a, 20 c and 20 e on the upper arm side are connected to the positive terminal side of the battery 4, and the emitter of the IGBT 20 d on the lower arm side is connected to the negative terminal side of the battery 4. The emitters of the IGBTs 20b and 20f on the lower arm side are connected to the negative terminal side of the battery 4 via resistors 7 and 8, respectively. The gates of the IGBTs 20 a to 20 f are connected to the control circuit 100. The emitters of the IGBTs 20a, 20c, and 20e are connected to the control circuit 100. Furthermore, the connection point between the IGBT 20 a and the IGBT 20 b, the connection point between the IGBT 20 c and the IGBT 20 d, and the connection point between the IGBT 20 e and the IGBT 20 f are connected to the motor 3. Freewheeling diodes 21a to 21f are connected between the collectors and emitters of the IGBTs 20a to 20f, respectively.

抵抗7,8は、パワーモジュール2からモータ3に供給される電流を電圧に変換する素子である。抵抗7の一端はIGBT20bのエミッタに、他端はバッテリ4の負極端子にそれぞれ接続されている。抵抗8の一端はIGBT20fのエミッタに、他端はバッテリ4の負極端子側にそれぞれ接続されている。また、抵抗7,8の両端は制御回路100に接続されている。   The resistors 7 and 8 are elements that convert a current supplied from the power module 2 to the motor 3 into a voltage. One end of the resistor 7 is connected to the emitter of the IGBT 20 b, and the other end is connected to the negative terminal of the battery 4. One end of the resistor 8 is connected to the emitter of the IGBT 20 f and the other end is connected to the negative terminal side of the battery 4. Further, both ends of the resistors 7 and 8 are connected to the control circuit 100.

コンデンサ5は、バッテリ4の出力電圧を平滑する。コンデンサ6は、パワーモジュール2に侵入するノイズを抑えるとともに、バッテリ4からパワーモジュール2に印加される電圧を検出する。コンデンサ5及びコンデンサ6はバッテリ4に並列に接続されている。コンデンサ6の両端は制御回路100に接続されている。   Capacitor 5 smoothes the output voltage of battery 4. The capacitor 6 suppresses noise entering the power module 2 and detects a voltage applied from the battery 4 to the power module 2. The capacitor 5 and the capacitor 6 are connected to the battery 4 in parallel. Both ends of the capacitor 6 are connected to the control circuit 100.

制御回路100は、外部からの指令、抵抗7,8によって検出されるパワーモジュール2からモータ3に供給される電流、及びコンデンサ6によって検出されるバッテリ4からパワーモジュール2に印加される電圧に基づいて、パワーモジュール2を制御する回路である。制御回路100は、パワーモジュール2、抵抗7,8、及びコンデンサ6にそれぞれ接続されている。   The control circuit 100 is based on an external command, a current supplied to the motor 3 from the power module 2 detected by the resistors 7 and 8, and a voltage applied to the power module 2 from the battery 4 detected by the capacitor 6. Thus, the power module 2 is controlled. The control circuit 100 is connected to the power module 2, the resistors 7 and 8, and the capacitor 6.

次に、図3及び図4を参照して半導体装置10の構成について説明する。図3は半導体装置10の構成を示す分解斜視図である。図4は半導体装置10の構成を示す斜視図である。図3に示すように、一つの半導体装置10は、カード形状の半導体モジュール22と、半導体モジュール22を両側から挟むように本体部226の両側(主面221,222の両面側)のそれぞれに配された2個のヒートシンク11と、を備え、両面冷却可能な冷却機構を有する。   Next, the configuration of the semiconductor device 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the semiconductor device 10. FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor device 10. As shown in FIG. 3, one semiconductor device 10 is arranged on each of the card-shaped semiconductor module 22 and both sides of the main body 226 (both sides of the main surfaces 221 and 222) so as to sandwich the semiconductor module 22 from both sides. Two heat sinks 11, and has a cooling mechanism capable of both-side cooling.

半導体モジュール22は、半導体素子であるIGBT20a〜20f及びフリーホイーリングダイオード21a〜21fを内蔵し、対向する一対の主面221,222を有する形状の本体部226と、本体部226から外方に突出するコレクタ側電極端子223、エミッタ側電極端子224、及び制御信号端子225と、を備えている。   The semiconductor module 22 incorporates IGBTs 20a to 20f and free wheeling diodes 21a to 21f, which are semiconductor elements, and has a main body 226 having a pair of opposed main surfaces 221 and 222, and protrudes outward from the main body 226. A collector-side electrode terminal 223, an emitter-side electrode terminal 224, and a control signal terminal 225.

さらに、半導体モジュール22の本体部226とヒートシンク11との間には、セラミックからなる絶縁基板12が介在しており、さらに絶縁基板12とヒートシンク11及び本体部226との間にはそれぞれ、良熱伝導性を有するシリコン系の放熱グリスが塗布されている。また、絶縁基板12は、窒化アルミニウムフィルムやシリコンゴムシートで形成してもよく、絶縁基板12及び放熱グリスは、絶縁性を有する放熱フィルムを採用してもよい。   Further, an insulating substrate 12 made of ceramic is interposed between the main body 226 and the heat sink 11 of the semiconductor module 22, and further, good heat is provided between the insulating substrate 12, the heat sink 11 and the main body 226. Conductive silicon-based heat dissipation grease is applied. The insulating substrate 12 may be formed of an aluminum nitride film or a silicon rubber sheet, and the insulating substrate 12 and the heat dissipation grease may employ a heat dissipation film having insulating properties.

IGBT及びフリーホイーリングダイオードの半導体素子は、主面221側に位置する金属伝熱板220の内側の主面上にはんだ層により接合され、当該半導体素子の残余の主面には、反対の主面222側に位置する金属伝熱板(図示せず)がはんだ層により接合されている。このようにしてIGBTのコレクタ及びエミッタにフリーホイーリングダイオ−ドのアノード及びカソードがいわゆる逆向き並列(図2参照)に接続される。金属伝熱板220及び主面222側に位置する金属伝熱板は、それぞれコレクタ側電極端子223及びエミッタ側電極端子224に電気的に導通している。また、上記のはんだ層は他の接合機能材料に置換してもよい。   The semiconductor elements of the IGBT and the free wheeling diode are joined to the inner main surface of the metal heat transfer plate 220 located on the main surface 221 side by a solder layer, and the remaining main surface of the semiconductor element has an opposite main surface. A metal heat transfer plate (not shown) located on the surface 222 side is joined by a solder layer. In this way, the anode and cathode of the freewheeling diode are connected to the IGBT collector and emitter in so-called reverse parallel (see FIG. 2). The metal heat transfer plate 220 and the metal heat transfer plate located on the main surface 222 side are electrically connected to the collector side electrode terminal 223 and the emitter side electrode terminal 224, respectively. Further, the solder layer may be replaced with another bonding function material.

本体部226は、例えばエポキシ樹脂からなる矩形板状の部材であり、半導体素子を完全にモールドし、金属伝熱板220及び主面222側に位置する金属伝熱板の外主面すなわち放熱面を露出するようにモールドしている。コレクタ側電極端子223及びエミッタ側電極端子224は、本体部226の一方の側面から主面221,222に平行な方向Xに突出し、リードフレーム端子である複数の制御信号端子225は他方の側面からコレクタ側電極端子223等とは逆向きに突出し、IGBTのゲートに形成された電極等と接続されている。   The main body portion 226 is a rectangular plate-shaped member made of, for example, an epoxy resin, and completely molds a semiconductor element. Is molded so as to be exposed. The collector-side electrode terminal 223 and the emitter-side electrode terminal 224 protrude from one side surface of the main body 226 in the direction X parallel to the main surfaces 221 and 222, and the plurality of control signal terminals 225 that are lead frame terminals are from the other side surface. Projecting in the opposite direction to the collector-side electrode terminal 223 and the like, it is connected to an electrode and the like formed on the gate of the IGBT.

ヒートシンク11は、半導体モジュール22の各主面221,222と熱的に結合される板状の基板部110と、基板部110から直角方向(フィン突出方向Zに相当)に突出する複数個の第1のフィン112と、を一体に備えた部材であり、アルミニウムまたは銅で形成されている。第1のフィン112は、基板部110の主面111とは反対側から突出する矩形状の板部材であり、複数個の第1のフィン112がその厚み方向Yに間隔をあけて列を形成するように並んでいる。   The heat sink 11 includes a plate-like substrate portion 110 that is thermally coupled to the main surfaces 221 and 222 of the semiconductor module 22, and a plurality of first portions that protrude from the substrate portion 110 in a right angle direction (corresponding to the fin protruding direction Z). 1 fin 112 and a member integrally formed of aluminum or copper. The first fins 112 are rectangular plate members that protrude from the side opposite to the main surface 111 of the substrate part 110, and a plurality of first fins 112 form rows at intervals in the thickness direction Y thereof. Are lined up like

ヒートシンク11は、さらに2個の第2のフィン113を備える。第2のフィン113は、複数個の列をなす第1のフィン112のうち厚み方向Yの両方の最外側に位置するフィンよりも、さらに外側において基板部110から直角方向(フィン突出方向Z)に突出する板状のフィンである。第2のフィン113は、第1のフィン112と平行になるように形成され、第1のフィン112よりも厚み寸法が大きい肉厚部を有する。例えば、第2のフィン113の肉厚部は、第1のフィン112の2倍以上の厚みを有する。本実施形態の第2のフィン113は、その全体が等しい肉厚の板状で全体が第1のフィン112よりも厚み寸法が大きい肉厚部になっているが、当該肉厚部は、第2のフィン113の一部にだけに形成される形態であってもよい。   The heat sink 11 further includes two second fins 113. The second fin 113 is perpendicular to the substrate portion 110 on the outer side of the fins located on the outermost sides in both the thickness directions Y of the first fins 112 in a plurality of rows (fin projecting direction Z). It is a plate-shaped fin which protrudes in the direction. The second fin 113 is formed so as to be parallel to the first fin 112 and has a thick portion having a thickness dimension larger than that of the first fin 112. For example, the thick part of the second fin 113 has a thickness twice or more that of the first fin 112. The second fin 113 of the present embodiment is a plate having the same thickness as a whole, and the whole is a thick portion having a thickness dimension larger than that of the first fin 112. It may be formed only on a part of the two fins 113.

第2のフィン113は、その厚み方向Yに垂直な方向であって半導体モジュール22の主面221,222に平行な方向(図3及び図4に示す「主面に平行な方向X」)について、長さ寸法が第1のフィン112よりも小さい。したがって、第2のフィン113は、その横幅寸法が第1のフィン112の横幅寸法がよりも短く、第1のフィン112よりも厚みが大きいフィンである。   The second fin 113 is a direction perpendicular to the thickness direction Y and parallel to the main surfaces 221 and 222 of the semiconductor module 22 ("direction X parallel to the main surface" shown in FIGS. 3 and 4). The length dimension is smaller than that of the first fin 112. Therefore, the second fin 113 is a fin whose lateral width dimension is shorter than that of the first fin 112 and is thicker than the first fin 112.

さらに、第2のフィン113は、基板部110の図3の主面に平行な方向Xについて基板部110の中央部に位置するため、基板部110について第2のフィン113が突出していない部位(フィン無し部位110a)は、図3及び図4に示す「主面に平行な方向X」について第2のフィン113の両側に設けられる。したがって、第2のフィン113は、当該「主面に平行な方向X」について、半導体モジュール22の本体部226の配置箇所に重なるように配置される。このフィン無し部位110aは、半導体モジュール22を挟持する2個のヒートシンク11の両方に設けられている。   Further, since the second fin 113 is positioned at the center of the substrate unit 110 in the direction X parallel to the main surface of the substrate unit 110 in FIG. 3, the second fin 113 does not protrude from the substrate unit 110 ( The finless portion 110 a) is provided on both sides of the second fin 113 in the “direction X parallel to the main surface” shown in FIGS. 3 and 4. Therefore, the second fin 113 is arranged so as to overlap with the arrangement position of the main body 226 of the semiconductor module 22 in the “direction X parallel to the main surface”. The finless portion 110 a is provided on both of the two heat sinks 11 that sandwich the semiconductor module 22.

図4に示すように、両側のフィン無し部位110aには、弾性力により半導体モジュール22をヒートシンク11を介して両側から挟む力を付勢する弾性部材の一例である板ばね13が取り付けられている。板ばね13は、コの字状の横断面形状を呈しており、フィン無し部位110aにおける厚み方向Yの端面(図4のフィン無し部位110aの頂面)に対向する平面部13aと、平面部13aの両端側から平面部13aに直角に延びる脚部13bと、平面部13aと脚部13bを繋ぐように平面部13aの両端側で湾曲する湾曲部13cと、を一体に形成してなる部材である。   As shown in FIG. 4, leaf springs 13, which are examples of elastic members that bias the semiconductor module 22 from both sides via the heat sink 11 by elastic force, are attached to the finless portions 110 a on both sides. . The leaf spring 13 has a U-shaped cross-sectional shape, and a flat surface portion 13a facing the end surface in the thickness direction Y of the finless portion 110a (the top surface of the finless portion 110a in FIG. 4), and a flat portion A member formed by integrally forming a leg portion 13b extending at right angles to the flat surface portion 13a from both end sides of the 13a, and a curved portion 13c that bends at both end sides of the flat surface portion 13a so as to connect the flat surface portion 13a and the leg portion 13b. It is.

板ばね13は、半導体モジュール22を挟む姿勢で両側に配置された2個のヒートシンク11に対して、フィン無し部位110aに脚部13b側を外側から嵌めるように図4の厚み方向Yに差し込まれ、平面部13aがフィン無し部位110aの頂面に当接または近接するまで深く嵌めこまれて取り付けられる。この操作により、対向するフィン無し部位110aにおけるフィン突出方向Z(基板部110に垂直な方向)の長さよりも短く形成された対向する脚部13b間が外方に押し広げられるため、板ばね13は、元の状態に戻ろうと内方に働く弾性力により、対向するフィン無し部位110aの側面を内側に向かって押す力を挟持力として両側のヒートシンク11に与える。   The leaf spring 13 is inserted in the thickness direction Y of FIG. 4 so that the two heat sinks 11 arranged on both sides with the semiconductor module 22 interposed therebetween are fitted from the outside to the finless portion 110a on the leg portion 13b side. The flat portion 13a is attached by being deeply fitted until it comes into contact with or close to the top surface of the finless portion 110a. By this operation, the space between the opposing leg portions 13b formed shorter than the length of the fin projecting direction Z (direction perpendicular to the substrate portion 110) in the opposing finless portion 110a is pushed outward, so that the leaf spring 13 The elastic force acting inward to return to the original state gives a force that pushes the side surface of the opposed finless portion 110a inward to the heat sinks 11 on both sides as a clamping force.

板ばね13は、一つの半導体装置10について、上部の両端部及び下部の両端部にそれぞれ1個ずつ、合計4個取り付けられる。このため、4個の板ばね13は、半導体モジュール22を矩形状の本体部226における4角の外方から均等な力でバランスよく挟持する。これにより、半導体モジュール22の本体部226とその両側の絶縁基板12及び放熱グリスは2個のヒートシンク11の主面111によって強力に挟まれて密着状態に固着されて、図4に示すように一つの半導体装置10が形成される。   A total of four leaf springs 13 are attached to each of the upper end and the lower end of each semiconductor device 10. For this reason, the four leaf springs 13 hold the semiconductor module 22 in a balanced manner from the outside of the four corners of the rectangular main body 226 with an equal force. As a result, the main body portion 226 of the semiconductor module 22 and the insulating substrate 12 and the heat radiation grease on both sides thereof are strongly sandwiched and fixed in close contact by the main surfaces 111 of the two heat sinks 11, as shown in FIG. Two semiconductor devices 10 are formed.

以上の構成の半導体装置10は1個の半導体モジュール22を備えるため、三相インバータ回路においては、図5に示すように、パワーユニットであるインバータ回路ユニット30に6個の半導体装置10が隣接配置されることになる。図5は6個の半導体装置10をインバータ回路ユニット30のケース38に収納した状態を示す斜視図である。なお、図5は、半導体装置10の配置状態を理解し易くするため、下ケース31の上部に取り付けられる蓋部37を外した状態を示している。図7は半導体装置10を収容したケース38と制御基板101との位置関係を示す断面図である。   Since the semiconductor device 10 having the above configuration includes one semiconductor module 22, in the three-phase inverter circuit, as shown in FIG. 5, six semiconductor devices 10 are arranged adjacent to the inverter circuit unit 30 that is a power unit. Will be. FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the six semiconductor devices 10 are stored in the case 38 of the inverter circuit unit 30. FIG. 5 shows a state in which the lid portion 37 attached to the upper portion of the lower case 31 is removed for easy understanding of the arrangement state of the semiconductor device 10. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the case 38 housing the semiconductor device 10 and the control substrate 101.

下ケース31は、上面及び対向する二側面が開口した直方体状の箱体であり、上面には図5及び図7に示すように蓋部37が取り付けられ、対向する二側面のそれぞれには板状の通風路形成部材32,33が取り付けられる。ケース38は、蓋部37、下ケース31、及び通風路形成部材32,33から構成されている。通風路形成部材32,33のそれぞれには、横方向(フィン突出方向Zに相当)に並ぶ複数の通風口32b(本例では各4個の通風口)が形成されている。通風路形成部材32における複数の通風口32bは、ファン9によってインバータ回路ユニット30のケース38内に強制的に送風される空気流れの上流側の流入口であり、通風路形成部材33における複数の通風口32bは、当該空気流れの下流側の流出口である。   The lower case 31 is a rectangular parallelepiped box having an open upper surface and two opposite side surfaces. A lid portion 37 is attached to the upper surface as shown in FIGS. 5 and 7, and a plate is provided on each of the two opposite side surfaces. The ventilating path forming members 32 and 33 are attached. The case 38 includes a lid portion 37, a lower case 31, and ventilation path forming members 32 and 33. Each of the ventilation path forming members 32 and 33 is formed with a plurality of ventilation openings 32b (four ventilation openings in this example) arranged in the lateral direction (corresponding to the fin protruding direction Z). The plurality of ventilation openings 32 b in the ventilation path forming member 32 are inlets on the upstream side of the air flow forcibly blown into the case 38 of the inverter circuit unit 30 by the fan 9. The ventilation port 32b is an outlet on the downstream side of the air flow.

通風路形成部材32,33は、下ケース31の二側面それぞれの4角に形成された雌ねじ部に取付ねじ36によってねじ締めされることにより下ケース31に固定される。下ケース31及び通風路形成部材32,33は、それぞれ樹脂製の部材である。蓋部37は、例えばアルミダイカスト、銅もしくは銅合金、または鉄からなる金属性の部材である。これにより、ケース38の一部(蓋部37)は金属からなり、残部(下ケース31等)は樹脂材料で形成されていることになる。   The ventilation path forming members 32 and 33 are fixed to the lower case 31 by being screwed by mounting screws 36 to female thread portions formed at four corners of each of the two side surfaces of the lower case 31. The lower case 31 and the ventilation path forming members 32 and 33 are resin members, respectively. The lid portion 37 is a metallic member made of, for example, aluminum die casting, copper, a copper alloy, or iron. Thereby, a part of the case 38 (the lid portion 37) is made of metal, and the remaining portion (the lower case 31 and the like) is made of a resin material.

下ケース31及び通風路形成部材32,33が一体となったケースには、6個の半導体装置10が所定の位置に上方から挿入設置される。半導体装置10は、縦方向(主面に平行な方向Xに相当)に2個、横方向(フィン突出方向Zに相当)に3個、それぞれ直線状に整列して近接配置され、6個の半導体モジュール22は当該横方向にU相、V相及びW相、当該縦方向に同相の上アーム及び下アームを構成するように電気的に有線接続される。したがって、6個の半導体装置10は、当該ケースの内部で密接して高密度に設置されるので、車両の振動による各部の衝突、損傷を抑制することができるのである。   In the case in which the lower case 31 and the ventilation path forming members 32 and 33 are integrated, six semiconductor devices 10 are inserted and installed at predetermined positions from above. Two semiconductor devices 10 are arranged close to each other in a straight line, two in the vertical direction (corresponding to the direction X parallel to the main surface) and three in the horizontal direction (corresponding to the fin protruding direction Z). The semiconductor module 22 is electrically connected by wire so as to constitute the U-phase, V-phase, and W-phase in the horizontal direction and the upper arm and the lower arm of the same phase in the vertical direction. Therefore, since the six semiconductor devices 10 are closely and densely installed inside the case, collision and damage of each part due to vehicle vibration can be suppressed.

また、各半導体装置10は、制御信号端子225が上に、コレクタ側電極端子223及びエミッタ側電極端子224が下になるようにケース38内に搭載されている。したがって、当該ケース38内では、各半導体装置10について、中ほどに複数個並ぶ第1のフィン112を挟むように上下両側それぞれに第2のフィン113が位置するようになっている。   Each semiconductor device 10 is mounted in the case 38 so that the control signal terminal 225 is on the upper side and the collector side electrode terminal 223 and the emitter side electrode terminal 224 are on the lower side. Therefore, in the case 38, the second fins 113 are positioned on both the upper and lower sides of the semiconductor device 10 so as to sandwich the first fins 112 arranged in the middle.

前述のように、各ヒートシンク11は、第2のフィン113の少なくとも一つにその厚み方向に貫通するねじ山が進行する雌ねじ部114を備えている。雌ねじ部114とボルト60は、半導体装置10を収納するケースの一部である蓋部37とヒートシンク11とをねじ締め固定する手段である。各雌ねじ部114は、各半導体装置10をケース38に収納する際に、蓋部37とヒートシンク11とをボルト60で共締めするためにヒートシンク11に設けられる。蓋部37に形成されボルト60が挿通される貫通孔373と雌ねじ部114とは、互いに対応する位置関係に配置されている。   As described above, each heat sink 11 includes an internal thread portion 114 in which a thread that penetrates in the thickness direction of at least one of the second fins 113 advances. The female screw portion 114 and the bolt 60 are means for screwing and fixing the lid portion 37 and the heat sink 11 which are part of the case for housing the semiconductor device 10. Each female thread portion 114 is provided on the heat sink 11 in order to fasten the lid portion 37 and the heat sink 11 together with the bolt 60 when the respective semiconductor devices 10 are accommodated in the case 38. The through-hole 373 formed in the lid portion 37 through which the bolt 60 is inserted and the female screw portion 114 are arranged in a positional relationship corresponding to each other.

6個の半導体装置10をインバータ回路ユニット30のケース内に収納するときは、U相、V相、W相及び各相の上下アームが適正になるように各半導体装置10を下ケース31内の所定の位置に仮配置する。そして、上記の各貫通孔373と雌ねじ部114とが対応するように、下ケース31の上面に蓋部37を被せ、各貫通孔373にボルト60を挿通し、全てのボルト60を締める。これにより、インバータ回路ユニット30のケース38に対して各半導体装置10が所定位置に配置されることになる。   When six semiconductor devices 10 are housed in the case of the inverter circuit unit 30, each semiconductor device 10 is placed in the lower case 31 so that the upper and lower arms of the U phase, V phase, W phase, and each phase are appropriate. Temporarily arrange at a predetermined position. And the cover part 37 is covered on the upper surface of the lower case 31 so that each said through-hole 373 and the internal thread part 114 respond | correspond, the volt | bolt 60 is inserted in each through-hole 373, and all the volt | bolts 60 are tightened. Thereby, each semiconductor device 10 is arranged at a predetermined position with respect to the case 38 of the inverter circuit unit 30.

隣り合う通風口32b間は通風路形成部材32,33に形成された仕切り部32aによって横方向(フィン突出方向Zに相当)に仕切られている。各仕切り部32aは、下ケース31内の半導体装置10に対してヒートシンク11の第1のフィン112が形成されていない部位に対応するように設けられている。したがって、通風路形成部材32,33のそれぞれに4個ずつ形成される仕切り部32aは、半導体装置10における本体部226の両側方と基板部110の両側部とを含む部分に対向する。   The adjacent ventilation openings 32b are partitioned in the lateral direction (corresponding to the fin protruding direction Z) by the partition portions 32a formed in the ventilation path forming members 32 and 33. Each partition portion 32 a is provided so as to correspond to a portion where the first fin 112 of the heat sink 11 is not formed with respect to the semiconductor device 10 in the lower case 31. Accordingly, the four partition portions 32 a formed on each of the ventilation path forming members 32 and 33 face portions including both sides of the main body portion 226 and both sides of the substrate portion 110 in the semiconductor device 10.

これにより、各ヒートシンク11について、主面に平行な方向Xの端部に位置する第1のフィン112の側部が通風路形成部材32,33にそれぞれに形成された4個の通風口32bに対応している。対辺位置にある二側面の通風路形成部材32,33に形成された通風口32b同士は、主面に平行な方向Xについて、その間に並ぶ第1のフィン112を介して連通する。すなわち、空気流れ上流側と空気流れ下流側の半導体装置10について、厚み方向Yに並ぶ複数個の第1のフィン112は、主面に平行な方向Xに一直線上となるように厚み方向Yに一致して配置されている。これにより、厚み方向Yに並ぶ第1のフィン112間に形成された各隙間は、空気流れ上流側及び空気流れ上流側の半導体装置10において接続され、主面に平行な方向Xに直線状に連なるようになっている。このように接続された第1のフィン112間の各隙間によって、上記の二側面の通風路形成部材32,33に形成された通風口32b同士は連通し、当該二側面に位置する通風口32bを結ぶ通路が形成されることになる。   Thereby, about each heat sink 11, the side part of the 1st fin 112 located in the edge part of the direction X parallel to a main surface is formed in the four ventilation openings 32b formed in the ventilation path formation members 32 and 33, respectively. It corresponds. The ventilation openings 32b formed in the ventilation path forming members 32, 33 on the two side surfaces located at the opposite sides communicate with each other in the direction X parallel to the main surface via the first fins 112 arranged therebetween. That is, with respect to the semiconductor device 10 on the upstream side and the downstream side of the air flow, the plurality of first fins 112 arranged in the thickness direction Y are aligned in the thickness direction Y so as to be aligned with the direction X parallel to the main surface. They are aligned. Thereby, each gap formed between the first fins 112 arranged in the thickness direction Y is connected in the semiconductor device 10 on the upstream side and the upstream side of the air flow, and linearly extends in the direction X parallel to the main surface. It has come to be connected. Due to the gaps between the first fins 112 connected in this way, the ventilation openings 32b formed in the ventilation path forming members 32, 33 on the two side surfaces communicate with each other, and the ventilation openings 32b located on the two side faces. Will be formed.

ファン9によってインバータ装置1に対して強制風が供給されると、空気流れ上流側に位置する通風口32bから空気が流入し、続いて上記の第1のフィン112間の各隙間を流れた後、空気流れ下流側に位置する通風口32bから外部に排出される。したがって、当該強制風がインバータ回路ユニット30内を流通する方向は、主面に平行な方向Xに一致する。6個の半導体モジュール22で構成されるインバータ回路ユニット30の運転時には、各半導体素子で発生する熱は、絶縁基板12、両側の放熱グリス、基板部110、第1のフィン112、あるいは第2のフィン113を通って、上記の強制風が第1のフィン112間の各隙間を流下する際に半導体モジュール22の両側から強制風に放出されて各半導体モジュール22が冷却される。   When forced air is supplied to the inverter device 1 by the fan 9, air flows in from the vent 32 b located on the upstream side of the air flow, and then flows through the gaps between the first fins 112. The air is discharged to the outside through the vent 32b located on the downstream side of the air flow. Therefore, the direction in which the forced air flows through the inverter circuit unit 30 coincides with the direction X parallel to the main surface. During operation of the inverter circuit unit 30 composed of the six semiconductor modules 22, the heat generated in each semiconductor element is generated by the insulating substrate 12, the heat radiation grease on both sides, the substrate portion 110, the first fin 112, or the second When the forced air flows through the fins 113 and flows through the gaps between the first fins 112, the forced air is discharged from both sides of the semiconductor module 22 and the semiconductor modules 22 are cooled.

図6はインバータ装置1の外観を示す斜視図である。図6に示すように、モータ3を駆動制御するインバータ装置1は、コンデンサユニット50、インバータ回路ユニット30、及び制御回路ユニット40を三段に積み重ねて一体化した装置である。コンデンサユニット50は、ケース51の内部にコンデンサ5及びコンデンサ6を搭載している。制御回路ユニット40は、ケース41の内部に制御回路100を構成する制御基板101を搭載している。   FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of the inverter device 1. As shown in FIG. 6, the inverter device 1 that drives and controls the motor 3 is a device in which a capacitor unit 50, an inverter circuit unit 30, and a control circuit unit 40 are stacked and integrated in three stages. The capacitor unit 50 has a capacitor 5 and a capacitor 6 mounted inside a case 51. The control circuit unit 40 has a control board 101 constituting the control circuit 100 mounted inside the case 41.

下ケース31下部の4角の4箇所には、インバータ回路ユニット30を下方に設置されるコンデンサユニット50のケース51に取り付けるための雌ねじ部を有した取付脚35が設けられている。コンデンサユニット50は、各取付ねじ53によってケース51を各取付脚35にねじ締め固定することにより、インバータ回路ユニット30の下方に一体に取り付けられる。   Mounting legs 35 having internal thread portions for mounting the inverter circuit unit 30 to the case 51 of the capacitor unit 50 installed below are provided at four corners at the bottom of the lower case 31. The capacitor unit 50 is integrally attached to the lower side of the inverter circuit unit 30 by screwing and fixing the case 51 to each attachment leg 35 with each attachment screw 53.

図5に示すように、下ケース31上部の4角の4箇所には、蓋部37を下ケース31に取り付けるための雌ねじ部34が形成されている。蓋部37には、下ケース31に形成される雌ねじ部34と対応する位置に貫通孔372が形成されている。蓋部37の4角の4箇所には、上方に設置される制御回路ユニット40のケース41をインバータ回路ユニット30のケース38に取り付けるための雌ねじ部を有した取付脚371が設けられている。   As shown in FIG. 5, female screw portions 34 for attaching a lid portion 37 to the lower case 31 are formed at four corners of the upper portion of the lower case 31. A through hole 372 is formed in the lid portion 37 at a position corresponding to the female screw portion 34 formed in the lower case 31. At four corners of the lid portion 37, there are provided mounting legs 371 having female screw portions for attaching the case 41 of the control circuit unit 40 installed above to the case 38 of the inverter circuit unit 30.

さらに蓋部37には、下ケース31よりも外方に突出するアース接続部374が4箇所設けられている。各アース接続部374には、雌ねじ部375が貫通するように形成されている。各アース接続部374は、ファン9による空気の送風方向に対して直交する方向に突出し、かつ空気の送風通路の外部に配置されている。   Further, the lid portion 37 is provided with four ground connection portions 374 that protrude outward from the lower case 31. Each ground connection portion 374 is formed with a female screw portion 375 passing therethrough. Each ground connection portion 374 protrudes in a direction perpendicular to the air blowing direction by the fan 9 and is disposed outside the air blowing passage.

インバータ回路ユニット30のケース38を車両側グランドとアース接続するときには、車両側グランドに相当する車両側の部材と少なくとも一つのアース接続部374とをボルト61と雌ねじ部375の螺合によってねじ締めし、接続する。これにより、車両側グランドと各ヒートシンク11は、金属製の蓋部37及びアース接続部374を介して電気的に導通することになる。また、このとき、ボルト60による蓋部37と各ヒートシンク11の締結によって、ケース38に収容されるすべてのヒートシンク11が同電位となる。さらに、各半導体モジュール22を両側から挟む2個のヒートシンク11は、金属製とした場合の板ばね13によって挟まれて一体になるため、同電位となる。   When the case 38 of the inverter circuit unit 30 is grounded to the vehicle-side ground, the vehicle-side member corresponding to the vehicle-side ground and at least one ground connection portion 374 are screwed together by screwing the bolt 61 and the female screw portion 375. ,Connecting. As a result, the vehicle-side ground and each heat sink 11 are electrically connected via the metal lid portion 37 and the ground connection portion 374. At this time, all the heat sinks 11 accommodated in the case 38 have the same electric potential by fastening the lid portion 37 and the respective heat sinks 11 with the bolts 60. Furthermore, since the two heat sinks 11 sandwiching each semiconductor module 22 from both sides are sandwiched and integrated by the leaf spring 13 in the case of being made of metal, they have the same potential.

また、他の方法でケース38を車両側グランドとアース接続するときには、車両側グランドに相当する車両側の部材とアース線(有線)を接続し、当該アース線(有線)の先端に設けた端子を少なくとも一つのアース接続部374の雌ねじ部375に、ボルト61によりねじ締めする。これにより、車両側グランドと各ヒートシンク11は、金属製の蓋部37及びアース線を介して電気的に導通することになる。   Further, when the case 38 is grounded to the vehicle-side ground by another method, a vehicle-side member corresponding to the vehicle-side ground is connected to a ground wire (wired), and a terminal provided at the tip of the ground wire (wired) Is screwed to the female thread portion 375 of at least one ground connection portion 374 with a bolt 61. As a result, the vehicle-side ground and each heat sink 11 are electrically connected via the metal lid portion 37 and the ground wire.

このように、蓋部37は、ヒートシンク11に接触して配され、各半導体装置10を保持する。蓋部37は、ケース38を構成する他の下ケース31や通風路形成部材32,33とは異なり、樹脂材料ではなく金属で形成されているため、接触するヒートシンク11と電気的に導通する関係にある。これにより、万一、ヒートシンク11に半導体モジュール22の電流が流れて高電圧状態となった場合には、上記のアース接続により、車両側グランドとヒートシンク11は通電する状態になるため、電池監視ユニット等によってヒートシンク11への漏れ電流を検出することが可能である。したがって、当該漏れ電流が発生していることを検出可能な構成を取ることができ、電気的安全性の確保が図れるのである。   Thus, the lid portion 37 is arranged in contact with the heat sink 11 and holds each semiconductor device 10. Unlike the other lower case 31 and the ventilation path forming members 32 and 33 that constitute the case 38, the lid portion 37 is formed of a metal instead of a resin material, so that the lid portion 37 is electrically connected to the heat sink 11 in contact therewith. It is in. As a result, in the unlikely event that the current of the semiconductor module 22 flows through the heat sink 11 and enters a high voltage state, the vehicle-side ground and the heat sink 11 are energized by the above ground connection. It is possible to detect the leakage current to the heat sink 11 by, for example. Therefore, it is possible to take a configuration capable of detecting the occurrence of the leakage current, and to ensure electrical safety.

制御回路ユニット40は、制御回路ユニット40の制御基板101をインバータ回路ユニット30の蓋部37(ケース38の一部)にねじ締め等により固定してから、上方からかぶせたケース41を各取付ねじ44によって各取付脚341にねじ締め固定することにより、インバータ回路ユニット30の上方に一体に取り付けられる。   The control circuit unit 40 fixes the control board 101 of the control circuit unit 40 to the lid portion 37 (a part of the case 38) of the inverter circuit unit 30 by screwing or the like, and then attaches the case 41 covered from above to each mounting screw. By fixing the screws to the mounting legs 341 by 44, the inverter legs are integrally attached above the inverter circuit unit 30.

また、インバータ回路ユニット30のケース38からは、モータ3へ出力する出力線を接続するための三相端子部52が露出しており、バッテリ4からの電源入力線を接続するための端子部(図示せず)が露出している。また、制御回路ユニット40のケース41は、制御回路100に車両側の電源を投入する電源線及び車両ECUからの信号線を接続するためのコネクタ部43が露出しており、コンデンサユニット50及びインバータ回路ユニット30からのリード線を制御回路ユニット40に引き込むためのリード線通路42を備えている。ケース41及びケース51は、それぞれ樹脂製の部材である。   Further, from the case 38 of the inverter circuit unit 30, a three-phase terminal portion 52 for connecting an output line to be output to the motor 3 is exposed, and a terminal portion for connecting a power input line from the battery 4 ( (Not shown) is exposed. In addition, the case 41 of the control circuit unit 40 exposes a connector portion 43 for connecting a power supply line for turning on the vehicle-side power to the control circuit 100 and a signal line from the vehicle ECU, and the capacitor unit 50 and the inverter. A lead wire passage 42 for drawing a lead wire from the circuit unit 30 into the control circuit unit 40 is provided. The case 41 and the case 51 are resin members, respectively.

下ケース31等は樹脂材料で形成されているため、電磁シールド性がないので、半導体モジュール22に含まれる大電力スイッチング素子からのノイズが外部に伝わることが懸念される。そこで、ケース38を構成する各部材のうち蓋部37は、金属製であるため、電磁シールド性を有し、ノイズ遮断機能を発揮し得る。この蓋部37は、制御回路100を構成する制御基板101に対向するように配されているため、各半導体装置10から制御基板101へのノイズ伝播経路を遮断する。さらに、この蓋部37は、各ヒートシンク11から放出される熱が制御基板101側に伝わることを遮断する遮熱板としての機能を有し、制御基板101の各電子部品の温度上昇を軽減する働きをする。   Since the lower case 31 and the like are formed of a resin material and have no electromagnetic shielding properties, there is a concern that noise from the high power switching element included in the semiconductor module 22 is transmitted to the outside. Therefore, since the lid portion 37 is made of metal among the members constituting the case 38, it has electromagnetic shielding properties and can exhibit a noise blocking function. Since the lid portion 37 is disposed so as to face the control substrate 101 constituting the control circuit 100, the lid 37 blocks a noise propagation path from each semiconductor device 10 to the control substrate 101. Further, the lid portion 37 has a function as a heat shield that blocks heat released from each heat sink 11 from being transmitted to the control board 101 side, and reduces the temperature rise of each electronic component on the control board 101. Work.

さらに、蓋部37と各ヒートシンク11との間には、良熱伝導性を有するシリコン系の放熱グリスを塗布するのが好ましい。この放熱グリスの存在により、各ヒートシンク11から放出される熱は、蓋部37を伝導して外方に突出したアース接続部374側に逃がすことが可能になる。   Furthermore, it is preferable to apply a silicon-based heat radiation grease having good thermal conductivity between the lid portion 37 and each heat sink 11. Due to the presence of the heat radiation grease, the heat released from each heat sink 11 can be conducted to the side of the ground connection portion 374 projecting outward through the lid portion 37.

次に、第2のフィン113の働きについて詳述する。図7は、半導体装置10をインバータ回路ユニット30のケース38内に収納した状態を示す断面図である。6個の半導体装置10はインバータ回路ユニット30のケース38内に搭載されるときに、下ケース31に対して蓋部37をねじ締め等により固定するため、図7に示すように、各ヒートシンク11は、その上部に蓋部37から下方への外力がかかり、一方、各ヒートシンク11の下部が下ケース31の底部を押すため、当該底部から上方に向けた反力を受ける。すなわち、6個の半導体装置10の全てのヒートシンク11は、インバータ回路ユニット30のケース38から内方(厚み方向Y)に向かって押さえつけられることになる。   Next, the function of the second fin 113 will be described in detail. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the semiconductor device 10 is housed in the case 38 of the inverter circuit unit 30. When the six semiconductor devices 10 are mounted in the case 38 of the inverter circuit unit 30, the lid portion 37 is fixed to the lower case 31 by screwing or the like. Therefore, as shown in FIG. In the upper part, external force is applied downward from the lid part 37, while the lower part of each heat sink 11 presses the bottom part of the lower case 31, so that it receives a reaction force directed upward from the bottom part. That is, all the heat sinks 11 of the six semiconductor devices 10 are pressed from the case 38 of the inverter circuit unit 30 inward (thickness direction Y).

このため、各ヒートシンク11において蓋部37(ケース38の一部)から直接的に外力を受ける上下両端部には、過大な加重がかかる場合があり、組立て過程においてフィンの変形が発生してしまうことがある。本実施形態の半導体装置10では、ヒートシンク11の上下両端部に位置する第2のフィン113が第1のフィン112よりも肉厚が大きくなっているため、第2のフィン113の強度向上が図れる。したがって、半導体装置10は、ケース38からの直接的な外力に対して変形し難いフィン部分を備えているのである。   For this reason, an excessive load may be applied to both upper and lower end portions that receive external force directly from the lid portion 37 (a part of the case 38) in each heat sink 11, and fin deformation occurs during the assembly process. Sometimes. In the semiconductor device 10 of the present embodiment, the second fins 113 located at the upper and lower ends of the heat sink 11 are thicker than the first fins 112, so that the strength of the second fins 113 can be improved. . Therefore, the semiconductor device 10 includes a fin portion that is not easily deformed by a direct external force from the case 38.

さらに半導体素子が発熱した場合には、当該発熱は、まず絶縁基板12等を介して基板部110に伝わり、そして基板部110に一体に形成される第1のフィン112及び第2のフィン113に伝わる。特に第2のフィン113は、第1のフィン112に比べて、その肉厚が大きく長さ当たりの体積が大きいため、大きな熱容量を有する。したがって、第2のフィン113は、一時的に蓄熱する能力が優れており、ヒートシンク11においてヒートマスとしての機能を大きく担っている。   Further, when the semiconductor element generates heat, the generated heat is first transmitted to the substrate portion 110 via the insulating substrate 12 and the like, and then to the first fin 112 and the second fin 113 formed integrally with the substrate portion 110. It is transmitted. In particular, the second fin 113 has a larger heat capacity than the first fin 112 because it has a large thickness and a large volume per length. Therefore, the second fin 113 has an excellent ability to store heat temporarily, and greatly functions as a heat mass in the heat sink 11.

半導体装置10では、インバータ回路ユニット30の運転時に半導体素子が発熱すると、その熱は両側の基板部110に伝わってから第1のフィン112及び第2のフィン113に伝わる。このとき、厚肉部を有する1個の第2のフィン113は蓄熱能力が高いため、基板部110に伝わった熱は第2のフィン113に移動し易く、基板部110での熱を外側に逃がし易くなる。このため、半導体素子が短時間に発熱する場合には、基板部110からの熱の放出が迅速に行われて、さらなる半導体素子の発熱は基板部110に移動し、半導体素子の急激な温度変化や温度上昇が抑制される。   In the semiconductor device 10, when the semiconductor element generates heat during operation of the inverter circuit unit 30, the heat is transmitted to the board portions 110 on both sides and then to the first fin 112 and the second fin 113. At this time, since the second fin 113 having the thick part has a high heat storage capacity, the heat transmitted to the substrate unit 110 easily moves to the second fin 113, and the heat in the substrate unit 110 is moved outward. It becomes easy to escape. For this reason, when the semiconductor element generates heat in a short time, the heat is rapidly released from the substrate part 110, and the further heat generation of the semiconductor element moves to the substrate part 110, causing a rapid temperature change of the semiconductor element. And temperature rise is suppressed.

したがって、半導体素子の温度変化の応答速度が鈍くなり、半導体装置10の過渡特性が向上して、半導体素子に過大な熱負荷がかかることを抑制することができる。そして、ファン9による強制風が供給されている場合には、半導体モジュール22の両側において第1のフィン112または第2のフィン113から熱が奪われ、第2のフィン113から第1のフィン112への熱移動や第2のフィン113から空気への熱移動の促進により、結果的に第2のフィン113での蓄熱容量に空きが生じるので、第2のフィン113の働きによって、さらに過渡特性の向上が可能になる。   Therefore, the response speed of the temperature change of the semiconductor element becomes dull, the transient characteristics of the semiconductor device 10 are improved, and it is possible to suppress an excessive heat load on the semiconductor element. When the forced air from the fan 9 is supplied, heat is removed from the first fin 112 or the second fin 113 on both sides of the semiconductor module 22, and the first fin 112 from the second fin 113. As a result, a space is generated in the heat storage capacity of the second fin 113 due to the promotion of the heat transfer to the air and the heat transfer from the second fin 113 to the air. Can be improved.

以下に、本実施形態のパワーユニットがもたらす作用効果について述べる。インバータ回路ユニット30は、半導体素子を内蔵する半導体モジュール22と、半導体モジュール22と一体に設けられて半導体モジュール22の熱を空気中に放熱する金属製のヒートシンク11とを有して構成される半導体装置10と、複数個の半導体装置10を一体となるように収容するケース38と、を備えている。ケース38は、一部を金属で形成され残部を樹脂材料で形成されている。複数個の半導体装置10は、金属で形成されたケース38の一部(例えば蓋部37)がヒートシンク11に接触している状態でケース38に収容されている。当該金属で形成されたケース38の一部は、車両側の部材と電気的に連結されている。   Below, the effect which the power unit of this embodiment brings is described. The inverter circuit unit 30 includes a semiconductor module 22 incorporating a semiconductor element, and a metal heat sink 11 provided integrally with the semiconductor module 22 and dissipating heat from the semiconductor module 22 into the air. A device 10 and a case 38 for housing a plurality of semiconductor devices 10 so as to be integrated are provided. The case 38 is partially made of metal and the remainder is made of a resin material. The plurality of semiconductor devices 10 are accommodated in the case 38 in a state in which a part of the case 38 (for example, the lid portion 37) made of metal is in contact with the heat sink 11. A part of the case 38 formed of the metal is electrically connected to a member on the vehicle side.

以上の構成によれば、金属で形成したケース38の一部をヒートシンク11に接触させるとともに、車両側の部材と電気的に連結することにより、ヒートシンク11と車両側の部材とのアース接続を複雑な構成を採用せずに実現でき、この電気的接続により、何らかの原因でヒートシンク11に漏れた電流を検出することが可能になる。さらに、各半導体装置10からのノイズが伝播するのを金属製のケース38の一部によって抑制でき、パワーユニットの機能発揮に用いられる各種電子部品(制御回路100、コンデンサ5,6等)に悪影響を与えない耐ノイズ性を獲得することができる。したがって、当該各種電子部品の保護が図れ、空冷用のヒートシンク11の高電圧化検出と耐ノイズ性の確保とを両立するパワーユニットを提供できる。   According to the above configuration, a part of the case 38 made of metal is brought into contact with the heat sink 11 and electrically connected to the vehicle side member, thereby complicated ground connection between the heat sink 11 and the vehicle side member. This electrical connection makes it possible to detect a current leaked to the heat sink 11 for some reason. Furthermore, the propagation of noise from each semiconductor device 10 can be suppressed by a part of the metal case 38, which adversely affects various electronic components (control circuit 100, capacitors 5, 6 and the like) used to demonstrate the function of the power unit. Noise resistance that is not given can be obtained. Therefore, the various electronic components can be protected, and a power unit can be provided that achieves both high voltage detection of the air-cooling heat sink 11 and ensuring noise resistance.

また、金属で形成されたケース38の一部は、ケースの一面を覆う蓋部37であり、蓋部37は、半導体素子の動作を制御する制御回路100を構成する制御基板101に対向するように配されている。この構成によれば、各半導体装置10からのノイズが制御基板101に伝播するのを金属製の蓋部37によって抑制することができ、半導体装置10を制御するための電子部品の誤動作、EMC特性の劣化等を抑制することができる。また、各ヒートシンク11の発熱が制御基板101に熱伝達するのを金属製の蓋部37によって抑制して当該電子部品の劣化を低減し寿命の確保に貢献し得る。   A part of the case 38 made of metal is a lid portion 37 that covers one surface of the case, and the lid portion 37 faces the control substrate 101 that constitutes the control circuit 100 that controls the operation of the semiconductor element. It is arranged in. According to this configuration, it is possible to suppress the noise from each semiconductor device 10 from propagating to the control substrate 101 by the metal lid portion 37, malfunction of electronic components for controlling the semiconductor device 10, and EMC characteristics. It is possible to suppress deterioration and the like. Further, the heat generated by each heat sink 11 can be prevented from being transferred to the control board 101 by the metal lid portion 37, so that deterioration of the electronic component can be reduced and the life can be ensured.

また、金属で形成されたケースの一部は、ケースの一面を覆う蓋部37であり、蓋部37とヒートシンク11は螺合手段(ボルト60、貫通孔373及び雌ねじ部114)により締結される。この構成によれば、当該螺合手段による締結力の提供により、ヒートシンク11と蓋部37の密着性が向上し、ヒートシンク11から蓋部37への導電経路、熱伝達経路を確実に形成することができる。これにより、空冷用ヒートシンクの高電圧化の検出と耐ノイズ性の確保を確実に構築するパワーユニットが得られる。   Further, a part of the case formed of metal is a lid portion 37 that covers one surface of the case, and the lid portion 37 and the heat sink 11 are fastened by screwing means (bolt 60, through hole 373, and female thread portion 114). . According to this configuration, by providing the fastening force by the screwing means, the adhesion between the heat sink 11 and the lid portion 37 is improved, and a conductive path and a heat transfer path from the heat sink 11 to the lid portion 37 are reliably formed. Can do. As a result, a power unit can be obtained that reliably constructs the detection of the high voltage of the air-cooling heat sink and the securing of noise resistance.

さらに、第2のフィン113は、肉厚部が蓋部37の内面から受ける力に対する強度を発揮する。このため、厚み方向Yについて、第1のフィン112を強度的に保護する機能を有し、変形を抑制するとともに、第2のフィン113自身が変形し難いため、蓋部37との密着性が十分に保たれるのである。このように第2のフィン113と蓋部37の密着性が確保できると、上述の漏電流検出が確実に行われ、その機能を長く発揮することができる。   Further, the second fin 113 exhibits strength against the force that the thick portion receives from the inner surface of the lid portion 37. For this reason, in the thickness direction Y, it has a function of protecting the first fin 112 in strength, suppresses deformation, and the second fin 113 itself is not easily deformed. It is kept well. Thus, if the adhesiveness of the 2nd fin 113 and the cover part 37 can be ensured, the above-mentioned leakage current detection will be performed reliably and the function can be exhibited long.

また、第1のフィン112の変形が抑制できると、第1のフィン112間に形成される各隙間である空気通路が所定の大きさに保たれる。このため、通風抵抗が大きくなる冷却空気の流れにくい箇所が存在せず、各半導体装置10は所望の冷却性能を発揮することができ、半導体装置10の寿命延長が図れる。また、このように第1のフィン112の変形が抑制できると、半導体装置10をインバータ回路ユニット30のケース38に収納する際に組立ての不具合が生じ難く、生産性の向上にも寄与する。   Further, if the deformation of the first fins 112 can be suppressed, the air passages that are the gaps formed between the first fins 112 are maintained at a predetermined size. For this reason, there is no portion where the cooling air is difficult to flow because the ventilation resistance increases, and each semiconductor device 10 can exhibit a desired cooling performance, and the life of the semiconductor device 10 can be extended. In addition, if the deformation of the first fin 112 can be suppressed in this way, it is difficult for assembly problems to occur when the semiconductor device 10 is housed in the case 38 of the inverter circuit unit 30, which contributes to an improvement in productivity.

さらに、第2のフィン113は、フィン突出方向Zについても、下ケース31や隣り合う半導体装置10から加わる荷重に対して、上記肉厚部が下ケース31の内面から受ける力に対する強度を発揮し、また、隣り合う肉厚部同士が接触するため、互いに強度を発揮する。このため、厚み方向Y及びフィン突出方向Zの両方について、第1のフィン112を強度的に保護する機能を有し、変形を抑制する。このように第1のフィン112の変形が抑制できると、第1のフィン112間に形成される各隙間である空気通路が所定の大きさに保たれる。このため、通風抵抗が大きくなる冷却空気の流れにくい箇所が存在せず、各半導体装置10は所望の冷却性能を発揮することができ、半導体装置10の寿命延長が図れる。また、このように第1のフィン112の変形が抑制できると、半導体装置10をインバータ回路ユニット30のケース38に収納する際に組立ての不具合が生じ難く、生産性の向上にも寄与する。   Further, the second fin 113 also exhibits strength against the force that the thick portion receives from the inner surface of the lower case 31 with respect to the load applied from the lower case 31 and the adjacent semiconductor device 10 in the fin protruding direction Z. Moreover, since the adjacent thick portions are in contact with each other, the strength is exhibited. For this reason, in both the thickness direction Y and the fin protruding direction Z, it has a function of protecting the first fin 112 in strength and suppresses deformation. When the deformation of the first fins 112 can be suppressed in this way, the air passages that are the gaps formed between the first fins 112 are maintained at a predetermined size. For this reason, there is no portion where the cooling air is difficult to flow because the ventilation resistance increases, and each semiconductor device 10 can exhibit a desired cooling performance, and the life of the semiconductor device 10 can be extended. In addition, if the deformation of the first fin 112 can be suppressed in this way, it is difficult for assembly problems to occur when the semiconductor device 10 is housed in the case 38 of the inverter circuit unit 30, which contributes to an improvement in productivity.

また、ヒートシンク11は、半導体モジュール22と熱的に結合される基板部110と、その厚み方向Yに間隔をあけて列を形成するように基板部110からそれぞれ突出する複数個の第1のフィン112と、厚み方向Yの最外側に位置する第1のフィン112よりもさらに外側において基板部110から突出する第2のフィン113と、を備える。第2のフィン113は、第1のフィン112よりも厚み寸法が大きい肉厚部を有する。第2のフィン113の肉厚部と蓋部37は螺合手段により締結されている。   In addition, the heat sink 11 includes a plurality of first fins that protrude from the substrate portion 110 so as to form a row at intervals in the thickness direction Y of the substrate portion 110 that is thermally coupled to the semiconductor module 22. 112 and a second fin 113 projecting from the substrate portion 110 on the outer side further than the first fin 112 located on the outermost side in the thickness direction Y. The second fin 113 has a thick part having a thickness dimension larger than that of the first fin 112. The thick part of the second fin 113 and the lid part 37 are fastened by screwing means.

この構成によれば、第2のフィン113の肉厚部を活用して螺合手段を構成することにより、ヒートシンク11と蓋部37を固定及び密着する機能を発揮し得る形状を形成しやすい。さらに、第2のフィン113の肉厚部に螺合手段の雌ねじ部114を形成する場合には、必要とする所定数のねじ山等が確保し易く、他の部分やねじ締め用の構成要素を別途必要とせずとも、ねじ締め機能を発揮し得る構造を確保でき、相当数のねじ山を形成できるので締結力の向上が図れる。   According to this configuration, by using the thickened portion of the second fin 113 to configure the screwing means, it is easy to form a shape that can exhibit the function of fixing and closely contacting the heat sink 11 and the lid portion 37. Furthermore, when forming the female threaded portion 114 of the screwing means in the thick portion of the second fin 113, it is easy to secure the required number of threads, etc., and other parts and components for screw tightening Even if it is not required separately, a structure capable of exerting a screw tightening function can be secured, and a considerable number of screw threads can be formed, so that the fastening force can be improved.

また、各半導体装置10は、半導体モジュール22を両側から挟む2個のヒートシンク11と、弾性力により半導体モジュール22を挟む力を付勢する板ばね13と、を備える。2個のヒートシンク11は、板ばね13によって互いに近づくように挟持される。この構成によれば、半導体モジュール22を両側から挟持する両方のヒートシンク11を板ばね13によって挟むことにより、2個のヒートシンク11が一体に狭持されるので、蓋部37と各ヒートシンク11とを締結するための螺合手段の個数低減や構成の簡単化を提供できる。また、蓋部37と各ヒートシンク11との密着性の向上にも寄与し得る。   Each semiconductor device 10 includes two heat sinks 11 that sandwich the semiconductor module 22 from both sides, and a leaf spring 13 that biases the force that sandwiches the semiconductor module 22 by elastic force. The two heat sinks 11 are sandwiched by the leaf springs 13 so as to approach each other. According to this configuration, since the two heat sinks 11 are held together by sandwiching the two heat sinks 11 sandwiching the semiconductor module 22 from both sides by the leaf springs 13, the lid portion 37 and each heat sink 11 are connected to each other. It is possible to provide a reduction in the number of screwing means for fastening and simplification of the configuration. Moreover, it can contribute to the improvement of the adhesiveness between the lid portion 37 and each heat sink 11.

また、車両側の部材は、蓋部37において、ファン9による空気の送風方向に対して直交する方向に空気の送風通路よりも突出する部位に連結されている。この構成によれば、車両側の部材と電気的に連結される当該部位が、送風通路を形成するダクト等に干渉しない部位に設定されることになる。これにより、車両側の部材と蓋部37との連結をダクト等が邪魔にならない状態で実施することができる。したがって、当該連結に係る作業性の向上が図れる。   The member on the vehicle side is connected to a portion of the lid portion 37 that protrudes from the air blowing passage in a direction orthogonal to the air blowing direction by the fan 9. According to this configuration, the part that is electrically connected to the vehicle-side member is set to a part that does not interfere with the duct or the like that forms the air passage. Thereby, the connection of the member on the vehicle side and the lid portion 37 can be performed in a state where the duct or the like does not get in the way. Therefore, the workability related to the connection can be improved.

さらに半導体装置10によれば、ヒートシンク11は半導体モジュール22の主面両面から受熱可能な両面冷却構造であるため、第2のフィン113の上記肉厚部による上記の過渡特性の向上と合わせ、優れた放熱性能を発揮する。   Furthermore, according to the semiconductor device 10, the heat sink 11 has a double-sided cooling structure that can receive heat from both main surfaces of the semiconductor module 22, so that it is excellent in combination with the improvement of the transient characteristics due to the thick part of the second fin 113. Exhibits excellent heat dissipation performance.

また、半導体装置10において第2のフィン113は、厚み方向Yに垂直な方向であって半導体モジュールの主面に平行な方向Xについての長さ寸法が第1のフィン112よりも小さくなっており、半導体モジュール22を挟む両側のヒートシンク11の基板部110において第2のフィン113が突出していないフィン無し部位110aに、弾性力により半導体モジュール22を挟む力を付勢する板ばね13(弾性部材)を設けている。   In the semiconductor device 10, the second fin 113 is smaller in length than the first fin 112 in the direction X perpendicular to the thickness direction Y and parallel to the main surface of the semiconductor module. A leaf spring 13 (elastic member) that urges the finless portion 110a where the second fin 113 does not protrude in the substrate portion 110 of the heat sink 11 on both sides of the semiconductor module 22 with elastic force. Is provided.

この構成によれば、第2のフィン113は、半導体モジュール22の主面221,222に平行な方向についての長さが第1のフィン112よりも短いため、ヒートシンク11の基板部110において第2のフィン113が突出しないスペースを構築することができる。さらに当該スペースに半導体モジュール22を挟む力を付勢する板ばね13を設けるため、フィン強度及びヒートマス機能の向上とともに、半導体モジュール22とヒートシンク11との熱的接合手段を有効的に配置する搭載性とを同時に実現することができる。   According to this configuration, the second fin 113 has a shorter length in the direction parallel to the main surfaces 221 and 222 of the semiconductor module 22 than the first fin 112. It is possible to construct a space in which the fin 113 does not protrude. Further, since the leaf spring 13 for biasing the force for sandwiching the semiconductor module 22 is provided in the space, the fin strength and the heat mass function are improved, and the mountability for effectively arranging the thermal bonding means between the semiconductor module 22 and the heat sink 11 is provided. Can be realized at the same time.

また、金属製(例えばアルミダイカスト)の蓋部37と各ヒートシンク11との間には、良熱伝導性を有するシリコン系の放熱グリスを塗布する場合、放熱グリスの存在により、各ヒートシンク11から放出される熱は、蓋部37を伝導して外方に突出したアース接続部374側に逃がすことが可能になる。これによれば、パワーユニットの外部への放熱性能が向上するため、ヒートシンク11の小型化が図れ、ひいてはインバータ回路ユニット30の小型化に貢献できる。   Further, when silicon-based heat radiation grease having good thermal conductivity is applied between the metal (for example, aluminum die-cast) lid portion 37 and each heat sink 11, it is discharged from each heat sink 11 due to the presence of heat radiation grease. The conducted heat can be transferred to the ground connection part 374 side protruding outward through the lid part 37. According to this, since the heat dissipation performance to the outside of the power unit is improved, the heat sink 11 can be reduced in size, and thus the inverter circuit unit 30 can be reduced in size.

各半導体装置10は、第2のフィン113の肉厚部は半導体装置10を収納するケースの一部である蓋部37とねじ締め固定するための雌ねじ部114を備える。この構成によれば、雌ねじ部114にボルト60を螺合してヒートシンク11を収納用のケース38にねじ締めすることにより、半導体装置10をケース38に収納する際にヒートシンク11とケース38との位置関係が一義的に決まり、ケース38に対する半導体装置10の適正な位置決め設定が可能になり、蓋部37と各ヒートシンク11のがたつきを防止できる。さらに、雌ねじ部114は所定数のねじ山等を必要とするので、雌ねじ部114の形成に第2のフィン113の肉厚部を活用するため、他の部分やねじ締めのための構成要素を必要とせずとも、ねじ締め機能を発揮し得る雌ねじ部を形成することができる。   In each semiconductor device 10, the thick portion of the second fin 113 includes a cover portion 37 that is a part of a case for housing the semiconductor device 10 and a female screw portion 114 for screwing and fixing. According to this configuration, the bolt 60 is screwed into the female screw portion 114 and the heat sink 11 is screwed to the housing case 38, so that when the semiconductor device 10 is housed in the case 38, The positional relationship is uniquely determined, the proper positioning setting of the semiconductor device 10 with respect to the case 38 becomes possible, and rattling between the lid portion 37 and each heat sink 11 can be prevented. Furthermore, since the female screw portion 114 requires a predetermined number of threads or the like, other parts and components for screw tightening are used in order to utilize the thick portion of the second fin 113 for forming the female screw portion 114. Even if it is not necessary, it is possible to form a female screw portion that can exhibit a screw tightening function.

また、金属製の蓋部37には、上方に設置される制御回路ユニット40のケース41をインバータ回路ユニット30に取り付けるための雌ねじ部を有した取付脚371が設けられている。これにより、金属製の蓋部37に当該雌ねじ部を形成するため、ケース38の樹脂材料部分に雌ねじ部を形成する場合と比べて、例えばねじ部のインサート成形等を配しできるので、製作工数、費用等を軽減することができる。   The metal lid portion 37 is provided with mounting legs 371 having a female screw portion for mounting the case 41 of the control circuit unit 40 installed above to the inverter circuit unit 30. Accordingly, since the female screw portion is formed in the metal lid portion 37, for example, insert molding of the screw portion can be arranged as compared with the case where the female screw portion is formed in the resin material portion of the case 38. , Expenses can be reduced.

(他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。   The structure of the said embodiment is an illustration to the last, Comprising: The scope of the present invention is not limited to the range of these description. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

上記実施形態では、蓋部37は複数個のボルト60によって各ヒートシンク11に締結されているが、蓋部37と各ヒートシンク11の第2のフィン113との密着性が確保されている場合には、ボルト60による締結を省略することもできる。   In the above embodiment, the lid portion 37 is fastened to each heat sink 11 by a plurality of bolts 60. However, when the adhesion between the lid portion 37 and the second fin 113 of each heat sink 11 is ensured. The fastening by the bolt 60 can also be omitted.

上記実施形態では、半導体チップとして大出力用のIGBTが形成されているが、低出力用のMOSFET,JFETなどが形成された半導体チップを用いてもよい。   In the above embodiment, a high output IGBT is formed as a semiconductor chip, but a semiconductor chip in which a low output MOSFET, JFET, or the like is formed may be used.

上記実施形態のインバータ装置により駆動されるモータの用途は、車両の走行に限らず、発電、エンジン始動、コンプレッサ等の補機の駆動等であり、その用途や必要能力に応じて、複数のモータを駆動したり、複数段に積載したインバータ装置を備えたりしてもよい。   The use of the motor driven by the inverter device of the above embodiment is not limited to vehicle travel, but includes power generation, engine starting, driving of auxiliary equipment such as a compressor, and the like. Or an inverter device loaded in a plurality of stages may be provided.

1…インバータ装置
10…半導体装置
11…ヒートシンク
13…板ばね(弾性部材)
20a〜20f…IGBT(半導体素子)
21a〜21f…フリーホイーリングダイオード(半導体素子)
22,22a〜22f…半導体モジュール
30…インバータ回路ユニット(パワーユニット)
31…下ケース(ケースの残部)
37…蓋部(ケースの一部)
60…ボルト(螺合手段)
100…制御回路
101…制御基板
110…基板部
112…第1のフィン
113…第2のフィン
114…雌ねじ部(螺合手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverter apparatus 10 ... Semiconductor device 11 ... Heat sink 13 ... Leaf spring (elastic member)
20a to 20f ... IGBT (semiconductor element)
21a-21f ... Free wheeling diode (semiconductor element)
22, 22a-22f ... Semiconductor module 30 ... Inverter circuit unit (power unit)
31 ... Lower case (the rest of the case)
37 ... Lid (part of the case)
60 ... Bolt (screwing means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Control circuit 101 ... Control board 110 ... Board | substrate part 112 ... 1st fin 113 ... 2nd fin 114 ... Female thread part (screwing means)

Claims (6)

半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、前記半導体モジュールと一体に設けられて前記半導体モジュールの熱を空気中に放熱する金属製のヒートシンクとを有して構成される半導体装置と、
複数個の前記半導体装置を一体となるように収容するケースと、
を備え、
前記ケースは、一部を金属で形成され残部を樹脂材料で形成されており、
前記複数個の半導体装置は、前記金属で形成されたケースの一部が前記ヒートシンクに接触している状態で前記ケースに収容され、
前記金属で形成されたケースの一部は、車両側の部材と電気的に連結されていることを特徴とするパワーユニット。
A semiconductor device comprising a semiconductor module containing a semiconductor element, and a metal heat sink provided integrally with the semiconductor module and dissipating heat of the semiconductor module into the air;
A case for accommodating a plurality of the semiconductor devices so as to be integrated;
With
The case is partially formed of metal and the rest is formed of a resin material,
The plurality of semiconductor devices are accommodated in the case in a state where a part of the case formed of the metal is in contact with the heat sink,
A part of the case made of the metal is electrically connected to a member on the vehicle side.
前記金属で形成されたケースの一部は、前記ケースの一面を覆う蓋部であり、
当該蓋部と前記ヒートシンクは螺合手段により締結されることを特徴とする請求項1に記載のパワーユニット。
A part of the case formed of the metal is a lid that covers one surface of the case,
The power unit according to claim 1, wherein the lid and the heat sink are fastened by screwing means.
前記ヒートシンクは、
前記半導体モジュールと熱的に結合される基板部と、
その厚み方向に間隔をあけて列を形成するように前記基板部からそれぞれ突出する複数個の第1のフィンと、
前記厚み方向の最外側に位置する前記第1のフィンよりもさらに外側において前記基板部から突出するフィンであって、前記第1のフィンよりも厚み寸法が大きい肉厚部を有する第2のフィンと、
を備えており、
前記第2のフィンの前記肉厚部と前記蓋部は前記螺合手段により締結されることを特徴とする請求項2に記載のパワーユニット。
The heat sink is
A substrate portion thermally coupled to the semiconductor module;
A plurality of first fins each protruding from the substrate portion so as to form a row at intervals in the thickness direction;
A fin that protrudes from the substrate portion on the outer side further than the first fin located on the outermost side in the thickness direction, and has a thick portion with a thickness dimension larger than that of the first fin. When,
With
The power unit according to claim 2, wherein the thick portion and the lid portion of the second fin are fastened by the screwing means.
前記半導体装置は、前記半導体モジュールを両側から挟む2個の前記ヒートシンクと、弾性力により前記半導体モジュールを挟む力を付勢する弾性部材と、を備え、
前記2個のヒートシンクは、前記弾性部材によって互いに近づくように挟持されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のパワーユニット。
The semiconductor device includes two heat sinks that sandwich the semiconductor module from both sides, and an elastic member that urges a force that sandwiches the semiconductor module by elastic force,
The power unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the two heat sinks are sandwiched by the elastic member so as to approach each other.
前記ヒートシンクに対して空気を送風する送風手段を備え、
前記車両側の部材は、前記金属で形成されたケースの一部において、前記送風手段による空気の送風方向に対して直交する方向に空気の送風通路よりも突出する部位に連結されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のパワーユニット。
Blower means for blowing air to the heat sink,
The vehicle-side member is connected to a portion protruding from the air blowing passage in a direction orthogonal to the air blowing direction by the blowing means in a part of the case formed of the metal. The power unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the power unit is characterized.
前記金属で形成されたケースの一部は、前記ケースの一面を覆う蓋部であり、
当該蓋部は、前記半導体素子の動作を制御する制御回路を構成する制御基板に対向するように配されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のパワーユニット。
A part of the case formed of the metal is a lid that covers one surface of the case,
The power unit according to any one of claims 1 to 5, wherein the lid portion is arranged to face a control board constituting a control circuit that controls the operation of the semiconductor element. .
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