JP2000092847A - コンデンサ付き半導体モジュール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐サージ性能に優れるコンデンサ付き半導体モ
ジュール装置を提供すること。 【解決手段】半導体モジュール１の直流入力端子２、３
は、半導体モジュール１の側方に配設されたコンデンサ
９のネジ穴付き電極端子２０，２１の直上へ延設され
る。これにより、両端子はねじにより直結されるので、
従来必要であったこれら両端子を接続するブスバーを省
略することができる。半導体モジュール１の外囲ケース
１Ａは、コンデンサ９を冷却ベース８に押し付けてつつ
冷却ベース８に締結されるので、半導体モジュール１を
冷却ベース８に固定すると同時にコンデンサ９を冷却ベ
ース８に押し付けて固定することができ、コンデンサ９
の冷却性を確保しつつコンデンサ９の組み付け、固定作
業を簡素化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサ付き半
導体モジュール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上アームをなすハイサイドスイッチと、
下アームをなすローサイドスイッチの一主端子を直列接
続し、両スイッチの他主端子間に直流電源電圧を印加
し、接続点からスイッチング電圧を出力する単相インバ
ータ回路が内蔵される半導体モジュールの従来例を図７
に示し、このインバータモジュールを三個用いて構成し
た従来の三相インバータ装置の側面図を図８に示す。

【０００３】１は半導体モジュール、２、３は直流電源
端子、４は交流出力端子、６は制御回路基板、７は制御
回路基板６と三相インバータ装置の制御端子とを接続す
るための制御端子群、８は冷却器、９は平滑コンデンサ
であり、冷却器８内部には、冷却水通路が形成されてい
る。半導体モジュール１は、アルミニウム製の冷却器８
に図示省略している熱伝導グリスを介して載置され、ね
じ１６〜１９により冷却器８の載置面に締結されてい
る。

【０００４】平滑コンデンサ９は、直流電源端子２，３
間に接続されて、半導体モジュールのスイッチングによ
り生じるスイッチングノイズ電圧を吸収するものであっ
て、図８に示すように制御回路基板６の上方に横置き姿
勢で設けられている。半導体モジュール１の直流入力端
子２、３は、ねじ１０１、１０２でブスバー１０に接続
され、ブスバー１０は、ねじ１０３、１０４で平滑コン
デンサ９の端子２０、２１に接続されている。なお、図
８では便宜上、平滑コンデンサ９を支承する部材の図示
を省略している。

【０００５】このコンデンサ上置き型のモジュール装置
では、平滑コンデンサ９を半導体モジュール１の直上に
支持する構造を採用するので、半導体モジュール１の直
流入力端子２、３と平滑コンデンサ９の端子２０、２１
とを最短距離すなわち低インピーダンスで接続すること
ができる、その結果として半導体モジュール１のスイッ
チング時にスイッチング素子から発生するサージ電圧値
を低く抑えることができる。

【０００６】従来の三相インバータ装置の他例を図９に
示すその側面図を参照して説明する。ただし、図８に示
す上記従来例の三相インバータ装置と主要機能が共通す
る構成要素には理解の容易化のために同じ符号を付す。
この三相インバータ装置は、平滑コンデンサ９を冷却ベ
ース８上にて半導体モジュール１の側方に載置したもの
であり、半導体モジュール１の直流入力端子２、３及び
平滑コンデンサ９の端子２０、２１はねじ１０１〜１０
４で一対のブスバー１０に接続されている。

【０００７】この従来例においても、図８に示す従来例
同様、直流入力端子２、３と端子２０、２１とを接続す
るブスバー１０の長さを短縮してそのインピーダンスを
減らすことにより、サージ電圧抑制が可能となる。 更
に、このコンデンサ横置き型の半導体モジュール装置で
は、平滑コンデンサ９の発生熱を良好に冷却器８に放散
できるという利点もある。なお、図９において、平滑コ
ンデンサ９とアルミニウム製の放熱器８との間にはしば
しばセラミック基板や熱伝導シートが挟設される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
ば電気自動車の走行用モータを駆動制御する三相インバ
ータ装置では大電力のスイッチングが必要となるので、
上記両従来技術より更に一層、耐サージ性能の向上が可
能なコンデンサ付き半導体モジュール装置が要求されて
いる。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、耐サージ性能に優れるコンデンサ付き半導体モジ
ュール装置を提供することを、その目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のコンデン
サ付き半導体モジュール装置によれば、半導体モジュー
ルの直流電源端子は、半導体モジュールの側方に配設さ
れたコンデンサのネジ穴付き電極端子の直上へ延設され
る。これにより、両端子はねじにより直結されるので、
従来必要であったこれら両端子を接続するブスバーを省
略することができ、このブスバーのインピーダンスを省
略し、これにより半導体モジュールのスィッチング動作
により発生するサージ電圧を従来より格段に低減するこ
とができ、それに伴う電磁放射ノイズも大幅に低減する
ことができる。

【００１１】また、ブスバーの省略やねじ個数の削減に
よる組み付け工数及び製造費用の低減を実現でき、ねじ
による電気接続部分の削減に伴う信頼性の向上、更に
は、高圧のブスバーなどの削減による高電圧部分の露出
面積の減少による感電安全性の向上も実現することがで
きる。請求項２または３記載のコンデンサ付き半導体モ
ジュール装置によれば、半導体モジュールの外囲ケース
は、コンデンサを冷却ベースに押し付けてつつ冷却ベー
スに締結されるので、半導体モジュールを冷却ベースに
固定すると同時にコンデンサを冷却ベースに押し付けて
固定することができ、コンデンサの冷却性を確保しつつ
コンデンサの組み付け、固定作業を簡素化することがで
き、装置構造も簡素化することができる。また、平滑コ
ンデンサと半導体モジュールとの密着性が向上するの
で、両者の一体化によりどちらか一方の発熱が大きい場
合でも両者間の放熱性向上により過熱を抑止することが
できる。

【００１２】請求項４記載の構成によれば請求項３記載
のコンデンサ付き半導体モジュール装置において更に、
半導体モジュールの外囲ケースは、コンデンサの、一端
面、外囲ケース側の側面、及び、外囲ケース側の側面と
略直角の一対の側面にそれぞれ密着するので、単に外囲
ケースに対するコンデンサの横方向への相対変位を一層
抑止することができるとともに、コンデンサのケ−スが
高電位であっても安全性を向上することができる。

【００１３】なお、冷却ベースの載置面にコンデンサの
底部が嵌入可能な凹部を設ければ一層の固定性向上を実
現することができる。

【００１４】

【発明を実施するための形態】本発明のコンデンサ付き
半導体モジュール装置の好適な態様を以下の実施例を参
照して説明する。

【００１５】

【実施例】この実施例のコンデンサ付き半導体モジュー
ル装置に用いられる半導体モジュールの斜視図を図１に
示し、そのＡ−Ａ線矢視断面図を図２に示し、半導体モ
ジュールと平滑コンデンサとの組付け前の状態を示すコ
ンデンサ付き半導体モジュール装置の斜視図を図３に示
し、その組み付け完了状態を示す斜視図を図４に示す。
ただし、理解を容易とするために、図７〜図９に示す上
記従来例の三相インバータ装置と主要機能が共通する構
成要素には同じ符号を付す。

【００１６】図１において、半導体モジュール１は、上
アームをなすハイサイドスイッチの一端子と、下アーム
をなすローサイドスイッチの一主端子とを直列接続し、
ここではＩＧＢＴからなる両スイッチの他主端子間に直
流電源電圧を印加し、接続点からスイッチング電圧を出
力する単相インバータ回路を内蔵している。２、３は直
流電源端子、４は交流出力端子、７は図示しない制御回
路基板と三相インバータ装置の制御端子とを接続するた
めの制御端子群、８は上面（載置面）が平坦なアルミ製
の冷却器、９は略直方体形状の平滑コンデンサであり、
各端子２，３，４，７は底部がセラミック製で他部が樹
脂成形された外囲ケース１Ａの上面に設けられている。
なお、直流入力端子２、３は半導体モジュール１の外囲
ケース１Ａにインサート成形により固定されている。

【００１７】半導体モジュール１は、内部に冷却水通路
が形成されたアルミニウム製の冷却器８の上面に不図示
の熱伝導グリスを介して載置され、ねじ１６〜１９によ
り冷却器８の載置面に締結されている。平滑コンデンサ
９は、直流電源端子２，３間に接続されて、半導体モジ
ュール１のスイッチングにより生じるスイッチングノイ
ズ電圧を吸収するものであって、半導体モジュール１の
外囲ケース１Ａの一側面１５に密着するように冷却器８
上に載置されている。平滑コンデンサの上面には端子２
０、２１が互いに所定間隔を隔てて設けられており、こ
れら端子２０、２１は、電気接続用の雌螺子穴を有して
いる。また、平滑コンデンサ９の底面は半導体モジュー
ル１を冷却する冷却器８と密着して冷却器８に良好に放
熱することができる。

【００１８】半導体モジュール１について更に詳しく説
明する。半導体モジュール１の外囲ケース１Ａは、その
平滑コンデンサ９側の側部にて平滑コンデンサ９が嵌ま
り込む容積の窪み部１５を有しており、外囲ケース１Ａ
は、この窪み部１５に嵌め込まれた平滑コンデンサ９の
上面及び３側面に密着してそれらを被覆している。この
平滑コンデンサ格納用の窪み部１５は、半導体モジュー
ル１の直流入力端子２、３の直下に設けられている。こ
れにより、締結用の孔がそれぞれ設けられた直流入力端
子２、３の下面は、この窪み部１５に嵌め込まれた平滑
コンデンサ９の端子２０、２１の直上に位置して露出
し、これら直流入力端子２、３と端子２０、２１は互い
に接触するかあるいは所定間隔を隔てて対面している。
その結果、図示しない一対のねじを直流入力端子２、３
の上記締結用の孔を挿通して平滑コンデンサ９の端子２
０、２１の上記雌螺子穴に螺入することにより、従来の
ようなブスバーを設けることなく、一対のねじを用いる
だけで、半導体モジュール１の一対の直流入力端子２、
３を平滑コンデンサ９の一対の端子２０、２１に個別に
締結することができる。

【００１９】なお、もしも直流入力端子２と端子２０と
の間や、直流入力端子３と端子２１との間にスペースが
存在する場合には、それらの間に上記ねじが挿通される
穴をもつ銅板を介設して、直流入力端子２と端子２０と
の間、または、直流入力端子３と端子２１との間の電気
伝導性を良好に確保することができる。次に、組み付け
工程について説明する。

【００２０】半導体モジュール１の窪み部１５に平滑コ
ンデンサ９を嵌め込み、直流入力端子２、３と端子２
０、２１とをねじで結合した状態で、半導体モジュール
１の取り付けねじ１６〜１９を冷却器８に締め込むこと
により、半導体モジュール１の直流入力端子２、３の下
面から平滑コンデンサ９の端子２０、２１の上面に押し
付け力が加わり、平滑コンデンサ９も同じ冷却器８に強
く押圧固定される。なお、この実施例でも従来例と同様
に、平滑コンデンサ９の外装ケースに樹脂性被覆または
絶縁性のある塗装を施していない場合は、平滑コンデン
サ９の下部はセラミック基板や熱伝導シート等の熱伝導
が良好でかつ電気絶縁性を有する部材で冷却器８から電
気絶縁される。

【００２１】以上説明した構成とすることにより、イン
バータ装置として冷却器８への投影面積を大きく増加さ
せることなく、平滑コンデンサ９を冷却器８に固定する
ことができる。また、平滑コンデンサ９の端子２０、２
１と半導体モジュール１の直流入力端子２、３を直接に
接触させる構成とすることにより、最小のインピーダン
ス（特にそのインダクタンス成分）で両者を接続するこ
とができ、半導体モジュール１内部のスイッチング素子
に生じるサージ電圧を良好に低減することができ、スイ
ッチング素子の耐電圧を低下させたり、平滑コンデンサ
９の静電容量を減らすことができる。また、部品点数減
少及び組み付け工数の低減効果も生じる。

【００２２】上記単相インバータ装置を三つ用いた三相
インバータ装置の一例を図４に示す。６は制御回路基板
であり、制御端子群７はこの制御回路基板の端子挿通孔
に挿通されて半田付けされている。５０１〜５０４は制
御回路基板６を支承する突起である。 （変形態様１）図５に示す三相インバータ装置は、公知
の三相インバータ回路を構成する６アームすべてを１パ
ッケージに収容したものであるが、上述した作用効果を
同じく奏することができる。なお、図５において半導体
モジュール１Ｂはねじ３１〜３８により冷却器（図示せ
ず）に固定される。

【００２３】（変形態様２）上記した三相インバータ回
路以外に、一対の直流入力端子を有するパワースイッチ
ング回路を収容する半導体モジュールであれば上記実施
例と同様のコンデンサ接続構造を採用することができ、
同様にサージ抑圧効果の向上を実現することができる。

【００２４】（変形態様３）上記した半導体モジュール
１の外囲ケース１Ａは平滑コンデンサ９を格納する窪み
部１５を有していたが、窪み部１５の代わりに単に直流
入力端子２、３が平滑コンデンサ９の上面に突出する構
成を採用してもよく、あるいは、窪み部１５を囲む外囲
ケース１Ａの壁部や天板部の一部を省略してもよいこと
はもちろんである。

【００２５】半導体モジュールはパワー半導体回路のみ
の半導体モジュールでも駆動、保護回路を内蔵したイン
テリジェントタイプの半導体モジュールもいずれでもよ
い。平滑コンデンサはアルミニウム電解コンデンサの場
合が、最も効果が大きいが、例えばフィルムコンデンサ
のような、発熱により容量が制約されるものでも同じ効
果が得られる。ただし、フィルムコンデンサの場合は、
外装ケースが通常絶縁体なので、冷却器との絶縁をとる
必要はないが、元来の外部との熱抵抗が大きいので外部
冷却の効果が出にくい可能性がある。

【００２６】平滑コンデンサ９を通常の円筒形あるいは
偏平筒形としてもよいことはもちろんである。また、平
滑コンデンサ９の静電容量を稼ぐために、半導体モジュ
ール１の直流入力端子２、３の窪み部１５内に平滑コン
デンサ９を完全に収納せず、少なくとも端子部２０、２
１までを収納し、平滑コンデンサ９の本体の一部は窪み
部１５からはみだした形態で実装してもよい。

【００２７】また、以上説明した実施例では、半導体モ
ジュール１と平滑コンデンサ９は各々の端子部２、３、
２０、２１が接触し、平滑コンデンサ９を押圧する構造
としたが、図６に示すように、ねじにより端子を締結す
るに際し、他の部分、例えば外囲ケース１Ａの上板部２
５を下側へ押し付ける構成とし、半導体モジュール１の
直流入力端子２、３を比較的薄い金属板で構成し、直流
入力端子２、３を上下に変形可能な構造とし、両端子間
の電気的接触を確保しつつ同時に外囲ケース１Ａを平滑
コンデンサ９の上面側に弾性変形させてその固定性能を
向上させてもよい。

【００２８】また、外囲ケース１Ａの上板部２５と平滑
コンデンサ９の上面との間にゴムなどの良弾性板を挟設
して部品の寸法公差を吸収できる構造としてもよい。更
に、平滑コンデンサ９を公知のスナバコンデンサに置換
することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のコンデンサ付き半導体モジュール装置
に用いられる半導体モジュールの斜視図である。

【図２】図１に示す半導体モジュール１のＡ−Ａ線矢視
断面図である。

【図３】図１に示す半導体モジュールと平滑コンデンサ
との組付け前の状態を示すコンデンサ付き三相インバー
タ装置の斜視図である。

【図４】図１に示す半導体モジュールと平滑コンデンサ
との組付け後の状態を示すコンデンサ付き三相インバー
タ装置の斜視図である。

【図５】三相インバータ装置の変形態様を示す斜視図で
ある。

【図６】図１に示す半導体モジュール１の変形態様を示
すＡ−Ａ線矢視断面図である。三相インバータ装置の変
形態様を示す斜視図である。

【図７】単相インバータ回路が内蔵される半導体モジュ
ールの一従来例を示す斜視図である。

【図８】図７に示す半導体モジュールにコンデンサを付
設したコンデンサ付き半導体モジュール装置の一従来例
を示す側面図である。

【図９】図７に示す半導体モジュールにコンデンサを付
設したコンデンサ付き半導体モジュール装置の他従来例
を示す側面図である。

【符号の説明】

１は半導体モジュール、２、３は直流入力端子、８は冷
却器（冷却ベース）、９は平滑コンデンサ、２０、２１
は平滑コンデンサ９の端子（ネジ穴付き電極端子）、１
Ａは外囲ケース。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体スィッチング素子が収容され、前記
   半導体スィッチング素子への電力供給用の一対の直流電
   源端子が外表面に設けられた外囲ケースを有する半導体
   モジュール、前記直流電源端子に電気的に接続される一
   対のネジ穴付き電極端子を一端面に有して前記半導体モ
   ジュールの側方に配設されるコンデンサ、及び、前記半
   導体モジュール及びコンデンサが載置される冷却ベース
   を備えるコンデンサ付き半導体モジュール装置におい
   て、 前記直流電源端子は、前記ネジ穴付き電極端子の直上へ
   突設されて、ねじにより前記ネジ穴付き電極端子に締結
   されることを特徴とするコンデンサ付き半導体モジュー
   ル装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のコンデンサ付き半導体モジ
   ュール装置において、 前記半導体モジュールの外囲ケースは、前記コンデンサ
   を前記冷却ベースに押し付けてつつ前記冷却ベースに締
   結されることを特徴とするコンデンサ付き半導体モジュ
   ール装置。
3. 【請求項３】半導体スィッチング素子が収容され、前記
   半導体スィッチング素子への電力供給用の一対の直流電
   源端子が外表面に設けられた外囲ケースを有する半導体
   モジュール、前記直流電源端子に電気的に接続される一
   対のネジ穴付き電極端子を一端面に有して前記半導体モ
   ジュールの側方に配設されるコンデンサ、及び、前記半
   導体モジュール及びコンデンサが載置される冷却ベース
   を備えるコンデンサ付き半導体モジュール装置におい
   て、 前記半導体モジュールの外囲ケースは、前記コンデンサ
   を前記冷却ベースに押し付けてつつ前記冷却ベースに締
   結されることを特徴とするコンデンサ付き半導体モジュ
   ール装置。
4. 【請求項４】請求項３記載のコンデンサ付き半導体モジ
   ュール装置において、 前記半導体モジュールの外囲ケースは、前記コンデンサ
   の、前記一端面、前記外囲ケース側の側面、及び、前記
   外囲ケース側の側面と略直角の一対の側面にそれぞれ密
   着することを特徴とするコンデンサ付き半導体モジュー
   ル装置。