JP2002095268A - 電力変換装置 - Google Patents
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- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
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- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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Abstract
(57)【要約】
【課題】インバータ等からなる電力変換装置において、
全体をコンパクトなものとして回路インダクタンス及び
配線抵抗の低減を図り、据付け性が良好で信頼性及び電
力変換効率が高いものとすること。 【解決手段】複数の入力ブスバー１４ｐ、１４ｎと複数
の出力ブスバー１８との交差する部分の間に挟持される
ように半導体チップ１を電気的及び熱的に接続し、半導
体チップ１を、正極入力ブスバー１４ｐに合致する極性
となる向きで接続し、負極入力ブスバー１４ｎに合致す
る極性となる向きで接続し、共通する出力ブスバー１８
に極性の向きが異なるもので隣合うように接続する。
全体をコンパクトなものとして回路インダクタンス及び
配線抵抗の低減を図り、据付け性が良好で信頼性及び電
力変換効率が高いものとすること。 【解決手段】複数の入力ブスバー１４ｐ、１４ｎと複数
の出力ブスバー１８との交差する部分の間に挟持される
ように半導体チップ１を電気的及び熱的に接続し、半導
体チップ１を、正極入力ブスバー１４ｐに合致する極性
となる向きで接続し、負極入力ブスバー１４ｎに合致す
る極性となる向きで接続し、共通する出力ブスバー１８
に極性の向きが異なるもので隣合うように接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置な
どの電力変換装置に係り、特に高信頼性が要求される自
動車用モータ駆動装置に用いられる電力変換装置に好適
なものである。
どの電力変換装置に係り、特に高信頼性が要求される自
動車用モータ駆動装置に用いられる電力変換装置に好適
なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来技術１のインバータ装置としては、
特開平１１−３４６４８０号公報の第３の実施形態に示
されているように、直流電源及びコンデンサより直流電
力を入力する２つの給電ブスバーと、モータへ３相交流
電力を出力する複数の出力ブスバーと、給電ブスバー及
び出力ブスバーに電気的に接続されて入力される直流電
力を３相交流電力に変換して出力する複数の半導体スイ
ッチングモジュールと、半導体スイッチングモジュー
ル、給電ブスバー及び出力ブスバーを設置するヒートシ
ンクとを備えたものがある。
特開平１１−３４６４８０号公報の第３の実施形態に示
されているように、直流電源及びコンデンサより直流電
力を入力する２つの給電ブスバーと、モータへ３相交流
電力を出力する複数の出力ブスバーと、給電ブスバー及
び出力ブスバーに電気的に接続されて入力される直流電
力を３相交流電力に変換して出力する複数の半導体スイ
ッチングモジュールと、半導体スイッチングモジュー
ル、給電ブスバー及び出力ブスバーを設置するヒートシ
ンクとを備えたものがある。
【０００３】この従来技術１のインバータ装置をさらに
具体的に説明する。複数の給電ブスバーは＋給電ブスバ
ーと−給電ブスバーとからなっている。複数の出力ブス
バーは３相を形成するように３つからなっている。半導
体スイッチングモジュールは、ＩＧＢＴ及び逆並列ダイ
オードを接続した３つの並列回路からなり、３相インバ
ータの各アームを形成している。３相ブリッジの１相は
２つのアームで形成され、この２つのアームを構成する
半導体スイッチングモジュールは、ヒートシンク上に絶
縁基板、共通電極パターン及び高温半田を介して設置さ
れ、左右に並置されている。この並置された半導体スイ
ッチングモジュールの周囲に位置するように出力ブスバ
ー及び＋給電ブスバーが絶縁板を介してヒートシンク上
に接合して設置されている。さらには、出力ブスバーの
上に−給電ブスバーが絶縁板を介して接合して設置され
ている。また、−給電ブスバーは並置された半導体スイ
ッチングモジュールの中間に位置して配置されている。
そして、出力バスバーまたは給電バスバーと半導体スイ
ッチングモジュールとの間は、ワイヤボンディングによ
り接続されている。
具体的に説明する。複数の給電ブスバーは＋給電ブスバ
ーと−給電ブスバーとからなっている。複数の出力ブス
バーは３相を形成するように３つからなっている。半導
体スイッチングモジュールは、ＩＧＢＴ及び逆並列ダイ
オードを接続した３つの並列回路からなり、３相インバ
ータの各アームを形成している。３相ブリッジの１相は
２つのアームで形成され、この２つのアームを構成する
半導体スイッチングモジュールは、ヒートシンク上に絶
縁基板、共通電極パターン及び高温半田を介して設置さ
れ、左右に並置されている。この並置された半導体スイ
ッチングモジュールの周囲に位置するように出力ブスバ
ー及び＋給電ブスバーが絶縁板を介してヒートシンク上
に接合して設置されている。さらには、出力ブスバーの
上に−給電ブスバーが絶縁板を介して接合して設置され
ている。また、−給電ブスバーは並置された半導体スイ
ッチングモジュールの中間に位置して配置されている。
そして、出力バスバーまたは給電バスバーと半導体スイ
ッチングモジュールとの間は、ワイヤボンディングによ
り接続されている。
【０００４】なお、この従来技術１のインバータ装置
は、インバータ主回路の半導体スイッチングモジュール
及びブスバーをヒートシンクの表面に接合して取り付
け、このヒートシンクの裏側に形成した冷却水路で冷却
することにより、電気自動車のインバータ装置の小型化
と長寿命化をはかるものである。
は、インバータ主回路の半導体スイッチングモジュール
及びブスバーをヒートシンクの表面に接合して取り付
け、このヒートシンクの裏側に形成した冷却水路で冷却
することにより、電気自動車のインバータ装置の小型化
と長寿命化をはかるものである。
【０００５】また、従来技術２の半導体スイッチング素
子を有する半導体装置としては、特開２０００−４９２
８１号公報に示されているように、一表面に正極電極が
形成され且つ他表面に負極電極が形成された一対の半導
体スイッチング素子と、この一対の半導体スイッチング
素子の相互の向きを変えて実装され且つ一方の半導体ス
イッチング素子の正極電極と他方の半導体スイッチング
素子の負極電極とが半田接合される共通のランドを有し
ている配線基板と、一方の半導体スイッチング素子の負
極電極及び他方の半導体スイッチング素子の正極電極に
半田接合され且つ共通ランドの上方に位置して共通ラン
ドの延びる方向と平行に延びる配線とを備えたものがあ
る。
子を有する半導体装置としては、特開２０００−４９２
８１号公報に示されているように、一表面に正極電極が
形成され且つ他表面に負極電極が形成された一対の半導
体スイッチング素子と、この一対の半導体スイッチング
素子の相互の向きを変えて実装され且つ一方の半導体ス
イッチング素子の正極電極と他方の半導体スイッチング
素子の負極電極とが半田接合される共通のランドを有し
ている配線基板と、一方の半導体スイッチング素子の負
極電極及び他方の半導体スイッチング素子の正極電極に
半田接合され且つ共通ランドの上方に位置して共通ラン
ドの延びる方向と平行に延びる配線とを備えたものがあ
る。
【０００６】なお、この従来技術２の半導体装置は、基
板に対して垂直成分を有するＬ字状配線をなくし、基板
に対する垂直方向の配線によるインダクタンスや配線抵
抗の増加を防止すると共に、半導体スイッチング素子の
間隔をつめてパッケージの大きさを小さくしようとする
ものである。
板に対して垂直成分を有するＬ字状配線をなくし、基板
に対する垂直方向の配線によるインダクタンスや配線抵
抗の増加を防止すると共に、半導体スイッチング素子の
間隔をつめてパッケージの大きさを小さくしようとする
ものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１では、並置された半導体スイッチングモジュールの
周囲に位置するように出力ブスバー及び＋給電ブスバー
が設置されると共に、並置された半導体スイッチングモ
ジュールの中間に−給電ブスバーが配置されているの
で、半導体装置の全体の平面スペースが半導体スイッチ
ングモジュール、出力ブスバー、＋給電ブスバー及び−
給電ブスバーの各平面面積の合計以上となり、極めて大
きな平面スペースを必要とするものであった。このこと
は、特に据付けスペースが極めて限られたものとなる自
動車用電力変換装置に用いる場合に問題である。
術１では、並置された半導体スイッチングモジュールの
周囲に位置するように出力ブスバー及び＋給電ブスバー
が設置されると共に、並置された半導体スイッチングモ
ジュールの中間に−給電ブスバーが配置されているの
で、半導体装置の全体の平面スペースが半導体スイッチ
ングモジュール、出力ブスバー、＋給電ブスバー及び−
給電ブスバーの各平面面積の合計以上となり、極めて大
きな平面スペースを必要とするものであった。このこと
は、特に据付けスペースが極めて限られたものとなる自
動車用電力変換装置に用いる場合に問題である。
【０００８】また、従来技術１では、並置された半導体
スイッチングモジュールとその周囲または中間に配置さ
れた出力バスバーまたは給電バスバーとの間をワイヤボ
ンディングにより接続するようにしているので、配線全
体が複雑なものとなり、回路インダクタンス及び配線抵
抗が大きくなるという問題がある。
スイッチングモジュールとその周囲または中間に配置さ
れた出力バスバーまたは給電バスバーとの間をワイヤボ
ンディングにより接続するようにしているので、配線全
体が複雑なものとなり、回路インダクタンス及び配線抵
抗が大きくなるという問題がある。
【０００９】さらには、従来技術１では、半導体スイッ
チングモジュールの一側のヒートシンクから放熱するも
のであるため、この一側のヒートシンクの放熱量で半導
体スイッチングモジュール全体を冷却する必要があり、
確実に放熱できないという問題がある。しかも、半導体
スイッチングモジュールは半田のみを介して共通電極に
設置されているので、半導体スイッチングモジュールと
電極とは一般に線膨張係数が大きく異なるものであり、
半導体スイッチングモジュールの断続動作による熱サイ
クルで半田が大きな熱疲労を受けるという問題がある。
チングモジュールの一側のヒートシンクから放熱するも
のであるため、この一側のヒートシンクの放熱量で半導
体スイッチングモジュール全体を冷却する必要があり、
確実に放熱できないという問題がある。しかも、半導体
スイッチングモジュールは半田のみを介して共通電極に
設置されているので、半導体スイッチングモジュールと
電極とは一般に線膨張係数が大きく異なるものであり、
半導体スイッチングモジュールの断続動作による熱サイ
クルで半田が大きな熱疲労を受けるという問題がある。
【００１０】一方、従来技術２では、インバータ装置の
全体を小型化する具体的構成は記載されておらず、半導
体スイッチング素子とランドまたは配線とは半田のみを
介して接合されているので、半導体スイッチング素子の
断続動作による熱サイクルで半田が大きな熱疲労を受け
るという問題がある。
全体を小型化する具体的構成は記載されておらず、半導
体スイッチング素子とランドまたは配線とは半田のみを
介して接合されているので、半導体スイッチング素子の
断続動作による熱サイクルで半田が大きな熱疲労を受け
るという問題がある。
【００１１】本発明の目的は、全体をコンパクトなもの
として回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を図り、
据付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い電力変
換装置を得ることにある。
として回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を図り、
据付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い電力変
換装置を得ることにある。
【００１２】本発明の別の目的は、全体をコンパクトな
ものとして回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を図
ると共に、熱サイクルに対する熱疲労の緩和を図り、据
付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い電力変換
装置を得ることにある。
ものとして回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を図
ると共に、熱サイクルに対する熱疲労の緩和を図り、据
付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い電力変換
装置を得ることにある。
【００１３】本発明の別の目的は、全体をコンパクトな
ものとして回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を図
ると共に、半導体チップの電極面の経時劣化の防止を図
り、据付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い電
力変換装置を得ることにある。
ものとして回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を図
ると共に、半導体チップの電極面の経時劣化の防止を図
り、据付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い電
力変換装置を得ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の特徴は、外部より電力を入力する複数
の入力ブスバーと、外部へ電力を出力する複数の出力ブ
スバーと、前記入力ブスバー及び前記出力ブスバーに電
気的に接続されると共に入力される電力を変換して出力
する複数の半導体チップとを備え、前記半導体チップは
半導体スイッチング素子を有しており、複数の前記入力
ブスバーは、正極入力ブスバーと負極入力ブスバーとを
有すると共に、並置して長く延びるように設け、複数の
前記出力ブスバーは、並置して長く延びると共に、前記
正極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーの長手方向
と交差するように設け、複数の前記半導体チップは、前
記正極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーと複数の
前記出力ブスバーとの交差する部分の間に挟持されるよ
うに電気的及び熱的に接続して配置すると共に、前記正
極入力ブスバーに対してはこれに合致する極性となる向
きで接続し、かつ前記負極入力ブスバーに対してはこれ
に合致する極性となる向きで接続し、さらに、共通する
前記出力ブスバーに対しては極性の向きが異なるもので
隣合うように接続したことにある。
の本発明の第１の特徴は、外部より電力を入力する複数
の入力ブスバーと、外部へ電力を出力する複数の出力ブ
スバーと、前記入力ブスバー及び前記出力ブスバーに電
気的に接続されると共に入力される電力を変換して出力
する複数の半導体チップとを備え、前記半導体チップは
半導体スイッチング素子を有しており、複数の前記入力
ブスバーは、正極入力ブスバーと負極入力ブスバーとを
有すると共に、並置して長く延びるように設け、複数の
前記出力ブスバーは、並置して長く延びると共に、前記
正極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーの長手方向
と交差するように設け、複数の前記半導体チップは、前
記正極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーと複数の
前記出力ブスバーとの交差する部分の間に挟持されるよ
うに電気的及び熱的に接続して配置すると共に、前記正
極入力ブスバーに対してはこれに合致する極性となる向
きで接続し、かつ前記負極入力ブスバーに対してはこれ
に合致する極性となる向きで接続し、さらに、共通する
前記出力ブスバーに対しては極性の向きが異なるもので
隣合うように接続したことにある。
【００１５】特に好ましくは、前記正極入力ブスバー及
び前記負極入力ブスバーは直線状に長く延びると共に同
一平面上に並置し、複数の前記出力ブスバーは、直線状
に長く延びると共に同一平面に並置し、かつ前記正極入
力ブスバー及び前記負極入力ブスバーの長手方向とほぼ
直交するように設けたことにある。
び前記負極入力ブスバーは直線状に長く延びると共に同
一平面上に並置し、複数の前記出力ブスバーは、直線状
に長く延びると共に同一平面に並置し、かつ前記正極入
力ブスバー及び前記負極入力ブスバーの長手方向とほぼ
直交するように設けたことにある。
【００１６】また、特に好ましくは、前記正極入力ブス
バー及び前記負極入力ブスバーはその長手方向における
同じ側からラミネート状に形成した正極入力端子及び負
極入力端子に接続し、複数の前記出力ブスバーはその長
手方向における同じ側でかつ正極入力端子及び負極入力
端子と異なる側からそれぞれの出力端子に接続したこと
にある。
バー及び前記負極入力ブスバーはその長手方向における
同じ側からラミネート状に形成した正極入力端子及び負
極入力端子に接続し、複数の前記出力ブスバーはその長
手方向における同じ側でかつ正極入力端子及び負極入力
端子と異なる側からそれぞれの出力端子に接続したこと
にある。
【００１７】また、特に好ましくは、前記各半導体チッ
プは半導体スイッチング素子及びこれに逆並列接続した
ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴで構成し、前記出力ブ
スバーは３つで形成し、前記入力ブスバーと前記出力ブ
スバーとの間に前記半導体チップを３相ブリッジ回路を
形成するように接続して入力される直流電力を３相交流
電力に変換するように構成したことにある。
プは半導体スイッチング素子及びこれに逆並列接続した
ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴで構成し、前記出力ブ
スバーは３つで形成し、前記入力ブスバーと前記出力ブ
スバーとの間に前記半導体チップを３相ブリッジ回路を
形成するように接続して入力される直流電力を３相交流
電力に変換するように構成したことにある。
【００１８】本発明の第２の特徴は、外部より電力を入
力する複数の入力ブスバーと、外部へ電力を出力する複
数の出力ブスバーと、前記入力ブスバー及び前記出力ブ
スバーに電気的に接続されると共に入力される電力を変
換して出力する複数の半導体チップキャリアとを備え、
複数の前記入力ブスバーは、正極入力ブスバーと負極入
力ブスバーとを有すると共に、並置して長く延びるよう
に設け、複数の前記出力ブスバーは、並置して長く延び
ると共に、前記正極入力ブスバー及び前記負極入力ブス
バーの長手方向と交差するように設け、前記半導体チッ
プキャリアは、半導体スイッチング素子を有する半導体
チップと、前記半導体チップの両側の正極面及び負極面
に電気的及び熱的に接続された金属部材とを有すると共
に、前記正極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーと
複数の前記出力ブスバーとの交差する部分の間に挟持さ
れるように電気的及び熱的に接続して配置すると共に、
前記正極入力ブスバーに対してはこれに合致する極性と
なる向きで接続し、かつ前記負極入力ブスバーに対して
はこれに合致する極性となる向きで接続し、さらには共
通する前記出力ブスバーに対しては極性の向きが異なる
もので隣合うように接続したことにある。
力する複数の入力ブスバーと、外部へ電力を出力する複
数の出力ブスバーと、前記入力ブスバー及び前記出力ブ
スバーに電気的に接続されると共に入力される電力を変
換して出力する複数の半導体チップキャリアとを備え、
複数の前記入力ブスバーは、正極入力ブスバーと負極入
力ブスバーとを有すると共に、並置して長く延びるよう
に設け、複数の前記出力ブスバーは、並置して長く延び
ると共に、前記正極入力ブスバー及び前記負極入力ブス
バーの長手方向と交差するように設け、前記半導体チッ
プキャリアは、半導体スイッチング素子を有する半導体
チップと、前記半導体チップの両側の正極面及び負極面
に電気的及び熱的に接続された金属部材とを有すると共
に、前記正極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーと
複数の前記出力ブスバーとの交差する部分の間に挟持さ
れるように電気的及び熱的に接続して配置すると共に、
前記正極入力ブスバーに対してはこれに合致する極性と
なる向きで接続し、かつ前記負極入力ブスバーに対して
はこれに合致する極性となる向きで接続し、さらには共
通する前記出力ブスバーに対しては極性の向きが異なる
もので隣合うように接続したことにある。
【００１９】特に好ましくは、前記金属部材は、前記半
導体チップの線膨張係数に近い線膨張係数を有する低熱
膨張金属材料で形成すると共に、前記半導体チップに接
続用半田を介して接続したことにある。
導体チップの線膨張係数に近い線膨張係数を有する低熱
膨張金属材料で形成すると共に、前記半導体チップに接
続用半田を介して接続したことにある。
【００２０】また、特に好ましくは、前記金属部材は線
膨張係数が３から１０の範囲の低熱膨張金属材料で形成
したことにある。
膨張係数が３から１０の範囲の低熱膨張金属材料で形成
したことにある。
【００２１】また、特に好ましくは、前記半導体チップ
キャリアと前記入力ブスバーまたは出力ブスバーの突起
部及び係合部を係合して両者の位置を確定する位置決め
機構を設けたことにある。
キャリアと前記入力ブスバーまたは出力ブスバーの突起
部及び係合部を係合して両者の位置を確定する位置決め
機構を設けたことにある。
【００２２】また、特に好ましくは、前記金属部材は、
前記半導体チップの投影面積より大きい面積にすると共
に、厚さを１〜２ｍｍ程度に薄く形成したことにある。
前記半導体チップの投影面積より大きい面積にすると共
に、厚さを１〜２ｍｍ程度に薄く形成したことにある。
【００２３】本発明の第３の特徴は、外部より電力を入
力する複数の入力ブスバーと、外部へ電力を出力する複
数の出力ブスバーと、前記入力ブスバー及び前記出力ブ
スバーに電気的に接続されると共に入力される電力を変
換して出力する複数の半導体チップキャリアと、前記入
力ブスバー及び前記出力ブスバーを前記半導体チップキ
ャリアに加圧する加圧機構とを備え、複数の前記入力ブ
スバーは、正極入力ブスバーと負極入力ブスバーとを有
すると共に、並置して長く延びるように設け、複数の前
記出力ブスバーは、並置して長く延びると共に、前記正
極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーの長手方向と
交差するように設け、前記半導体チップキャリアは、半
導体スイッチング素子を有する半導体チップと、前記半
導体チップの両側の正極面及び負極面に接続用半田を介
して電気的及び熱的に接続された低熱膨張金属部材とを
有すると共に、前記正極入力ブスバー及び前記負極入力
ブスバーと複数の前記出力ブスバーとの交差する部分の
間に挟持されるように電気的及び熱的に接続して配置す
ると共に、前記正極入力ブスバーに対してはこれに合致
する極性となる向きで接続し、かつ前記負極入力ブスバ
ーに対してはこれに合致する極性となる向きで接続し、
さらには共通する前記出力ブスバーに対しては極性の向
きが異なるもので隣合うように接続したことにある。
力する複数の入力ブスバーと、外部へ電力を出力する複
数の出力ブスバーと、前記入力ブスバー及び前記出力ブ
スバーに電気的に接続されると共に入力される電力を変
換して出力する複数の半導体チップキャリアと、前記入
力ブスバー及び前記出力ブスバーを前記半導体チップキ
ャリアに加圧する加圧機構とを備え、複数の前記入力ブ
スバーは、正極入力ブスバーと負極入力ブスバーとを有
すると共に、並置して長く延びるように設け、複数の前
記出力ブスバーは、並置して長く延びると共に、前記正
極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーの長手方向と
交差するように設け、前記半導体チップキャリアは、半
導体スイッチング素子を有する半導体チップと、前記半
導体チップの両側の正極面及び負極面に接続用半田を介
して電気的及び熱的に接続された低熱膨張金属部材とを
有すると共に、前記正極入力ブスバー及び前記負極入力
ブスバーと複数の前記出力ブスバーとの交差する部分の
間に挟持されるように電気的及び熱的に接続して配置す
ると共に、前記正極入力ブスバーに対してはこれに合致
する極性となる向きで接続し、かつ前記負極入力ブスバ
ーに対してはこれに合致する極性となる向きで接続し、
さらには共通する前記出力ブスバーに対しては極性の向
きが異なるもので隣合うように接続したことにある。
【００２４】特に好ましくは、前記入力ブスバーの幅と
厚さの比を５〜２０の範囲に設定したことにある。
厚さの比を５〜２０の範囲に設定したことにある。
【００２５】本発明の第４の特徴は、外部より電力を入
力する複数の入力ブスバーと、外部へ電力を出力する複
数の出力ブスバーと、前記入力ブスバー及び前記出力ブ
スバーに電気的に接続されると共に入力される電力を変
換して出力する複数の半導体チップキャリアと、前記半
導体チップキャリアを内蔵するケースと、前記入力ブス
バーまたは出力ブスバーを冷却する冷却器とを備え、複
数の前記入力ブスバーと複数の前記出力ブスバーとは交
差するように設け、前記半導体チップキャリアは、半導
体スイッチング素子を有する半導体チップと、前記半導
体チップの両側の正極面及び負極面に電気的及び熱的に
接続された金属部材とを有すると共に、複数の前記入力
ブスバーと複数の前記出力ブスバーとの交差する部分の
間に挟持されるように電気的及び熱的に接続して配置す
ると共に、前記正極入力ブスバーに対してはこれに合致
する極性となる向きで接続し、かつ前記負極入力ブスバ
ーに対してはこれに合致する極性となる向きで接続し、
さらには共通する前記出力ブスバーに対しては極性の向
きが異なるもので隣合うように接続し、前記ケースは、
全体を合成樹脂で形成し、その合成樹脂成形時に、前記
入力ブスバーまたは前記出力ブスバーの側面を一体にモ
ールドして反半導体チップキャリア側の面を外部に露出
し、前記冷却器は、前記ケースの外部に配置すると共
に、前記入力ブスバーまたは前記出力ブスバーが露出す
る反半導体チップキャリア側の面に電気絶縁層を介して
熱的に接続したことにある。
力する複数の入力ブスバーと、外部へ電力を出力する複
数の出力ブスバーと、前記入力ブスバー及び前記出力ブ
スバーに電気的に接続されると共に入力される電力を変
換して出力する複数の半導体チップキャリアと、前記半
導体チップキャリアを内蔵するケースと、前記入力ブス
バーまたは出力ブスバーを冷却する冷却器とを備え、複
数の前記入力ブスバーと複数の前記出力ブスバーとは交
差するように設け、前記半導体チップキャリアは、半導
体スイッチング素子を有する半導体チップと、前記半導
体チップの両側の正極面及び負極面に電気的及び熱的に
接続された金属部材とを有すると共に、複数の前記入力
ブスバーと複数の前記出力ブスバーとの交差する部分の
間に挟持されるように電気的及び熱的に接続して配置す
ると共に、前記正極入力ブスバーに対してはこれに合致
する極性となる向きで接続し、かつ前記負極入力ブスバ
ーに対してはこれに合致する極性となる向きで接続し、
さらには共通する前記出力ブスバーに対しては極性の向
きが異なるもので隣合うように接続し、前記ケースは、
全体を合成樹脂で形成し、その合成樹脂成形時に、前記
入力ブスバーまたは前記出力ブスバーの側面を一体にモ
ールドして反半導体チップキャリア側の面を外部に露出
し、前記冷却器は、前記ケースの外部に配置すると共
に、前記入力ブスバーまたは前記出力ブスバーが露出す
る反半導体チップキャリア側の面に電気絶縁層を介して
熱的に接続したことにある。
【００２６】特に好ましくは、前記ケースに一体に形成
された前記入力ブスバーまたは前記出力ブスバーにその
反対側の前記出力ブスバーまたは前記入力ブスバーを加
圧する加圧機構を設けたことにある。
された前記入力ブスバーまたは前記出力ブスバーにその
反対側の前記出力ブスバーまたは前記入力ブスバーを加
圧する加圧機構を設けたことにある。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図を
用いて説明する。なお、第２実施形態以降の実施形態に
おいては第１実施形態と共通する構成を一部省略すると
共に、重複する説明を省略する。各実施形態の図におけ
る同一符号は同一物又は相当物を示す。
用いて説明する。なお、第２実施形態以降の実施形態に
おいては第１実施形態と共通する構成を一部省略すると
共に、重複する説明を省略する。各実施形態の図におけ
る同一符号は同一物又は相当物を示す。
【００２８】まず、本発明の各実施形態の電力変換装置
を適用する自動車用電動機の駆動システムの電力変換装
置を図２３を参照して説明する。図２３は本発明の各実
施形態の電力変換装置を適用する自動車用電動機の駆動
システムの電力変換装置の回路図である。
を適用する自動車用電動機の駆動システムの電力変換装
置を図２３を参照して説明する。図２３は本発明の各実
施形態の電力変換装置を適用する自動車用電動機の駆動
システムの電力変換装置の回路図である。
【００２９】本実施形態の電力変換装置は、バッテリー
３０３からの直流電流を、インバータ回路３０６を介し
て可変電圧可変周波数の交流電流に変換して３相交流回
転電機３０５を制御するものである。本実施形態におけ
るバッテリー電圧は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘ
ｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆ
ｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される半導体
チップ１の耐圧が最大１００Ｖ程度であることを考慮し
て、従来の自動車に一般に用いられる１４Ｖバッテリー
を３つ直列に接続した４２Ｖ程度の電圧に設定されてい
る。
３０３からの直流電流を、インバータ回路３０６を介し
て可変電圧可変周波数の交流電流に変換して３相交流回
転電機３０５を制御するものである。本実施形態におけ
るバッテリー電圧は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘ
ｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆ
ｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される半導体
チップ１の耐圧が最大１００Ｖ程度であることを考慮し
て、従来の自動車に一般に用いられる１４Ｖバッテリー
を３つ直列に接続した４２Ｖ程度の電圧に設定されてい
る。
【００３０】インバータ回路３０６の直流側には、バッ
テリー３０３からの直流電流のリップル成分を除去する
ためのフィルタコンデンサ３０２が接続されている。ま
た、インバータ回路３０６の主回路は、３相交流のうち
１相分の出力を発生する３組の回路３０１ｕ、３０１
ｖ、３０１ｗが、直流入力に対し並列に接続されて構成
される。なお、図では符号の後に添え字ｕ、ｖ、ｗを３
相を区別するために用いているが、説明において共通的
または一つを代表的に用いる時は添え字ｕ、ｖ、ｗを省
略する場合がある。１相分の回路３０１は、基準電位に
対してプラス側の出力を発生する正極半導体チップ１ｐ
とマイナス側の出力を発生する負極半導体チップ１ｎと
が１組として直列に接続されて構成され、入力された直
流を正・負・中性の３つのレベルを有するパルスに変換
して出力するようになっている。なお、図では符号の後
に添え字ｐ、ｎを正極、負極を区別するために用いてい
るが、説明において共通的または一つを代表的に用いる
時は添え字ｐ、ｎを省略する場合がある。上述した３組
の回路３０１ｕ、３０１ｖ、３０１ｗによってインバー
タ回路３０６からＰＷＭ変調された可変電圧可変周波数
の３相交流が出力される。
テリー３０３からの直流電流のリップル成分を除去する
ためのフィルタコンデンサ３０２が接続されている。ま
た、インバータ回路３０６の主回路は、３相交流のうち
１相分の出力を発生する３組の回路３０１ｕ、３０１
ｖ、３０１ｗが、直流入力に対し並列に接続されて構成
される。なお、図では符号の後に添え字ｕ、ｖ、ｗを３
相を区別するために用いているが、説明において共通的
または一つを代表的に用いる時は添え字ｕ、ｖ、ｗを省
略する場合がある。１相分の回路３０１は、基準電位に
対してプラス側の出力を発生する正極半導体チップ１ｐ
とマイナス側の出力を発生する負極半導体チップ１ｎと
が１組として直列に接続されて構成され、入力された直
流を正・負・中性の３つのレベルを有するパルスに変換
して出力するようになっている。なお、図では符号の後
に添え字ｐ、ｎを正極、負極を区別するために用いてい
るが、説明において共通的または一つを代表的に用いる
時は添え字ｐ、ｎを省略する場合がある。上述した３組
の回路３０１ｕ、３０１ｖ、３０１ｗによってインバー
タ回路３０６からＰＷＭ変調された可変電圧可変周波数
の３相交流が出力される。
【００３１】回転電機３０５は自動車用電動機として用
いられるものである。この回転電機３０５が電動機とし
て動作する時は、可変電圧可変周波数の３相交流を入力
することによって、その回転が制御されて動力を発生す
る。なお、回転電機３０５が発電機として動作するよう
に用いることも可能であり、その回生時は上記動作とは
反対に発電エネルギーがバッテリ３０３に流れてバッテ
リ３０３に蓄電される。
いられるものである。この回転電機３０５が電動機とし
て動作する時は、可変電圧可変周波数の３相交流を入力
することによって、その回転が制御されて動力を発生す
る。なお、回転電機３０５が発電機として動作するよう
に用いることも可能であり、その回生時は上記動作とは
反対に発電エネルギーがバッテリ３０３に流れてバッテ
リ３０３に蓄電される。
【００３２】以上説明した電力変換装置において、主た
る発熱性の電気部品は半導体チップ１であるが、半導体
チップ１の耐熱温度を越えないように放熱手段を用いて
半導体チップ１の温度上昇を防ぐことが必要がある。ま
た、半導体チップ１を実装するインバータモジュールの
熱抵抗が全体熱抵抗に対して大きな割合を占める。その
ため、半導体チップを実装するインバータモジュールの
構造は、低熱抵抗化されたものであることが要請され
る。
る発熱性の電気部品は半導体チップ１であるが、半導体
チップ１の耐熱温度を越えないように放熱手段を用いて
半導体チップ１の温度上昇を防ぐことが必要がある。ま
た、半導体チップ１を実装するインバータモジュールの
熱抵抗が全体熱抵抗に対して大きな割合を占める。その
ため、半導体チップを実装するインバータモジュールの
構造は、低熱抵抗化されたものであることが要請され
る。
【００３３】また、自動車に使用される電力変換装置
は、例えばエンジン発生トルクを回転電機３０５で短時
間の間補助するように電力供給したり、エンジン自身の
始動時に回転電機３０５で駆動するように電力供給した
りする場合に用いるなど、短時間に大電流を流す用途で
頻繁に電力供給することが多い。そのため電力変換装
置、特に発熱する半導体チップ１は非常に過酷な熱サイ
クルを受けることになる。そのために、長期に渡って継
続的に被る熱サイクルによるインバータモジュールの熱
疲労破壊を防ぐことが必要である。そのため、モジュー
ル構造は、熱サイクルに強いものであることが要請され
る。
は、例えばエンジン発生トルクを回転電機３０５で短時
間の間補助するように電力供給したり、エンジン自身の
始動時に回転電機３０５で駆動するように電力供給した
りする場合に用いるなど、短時間に大電流を流す用途で
頻繁に電力供給することが多い。そのため電力変換装
置、特に発熱する半導体チップ１は非常に過酷な熱サイ
クルを受けることになる。そのために、長期に渡って継
続的に被る熱サイクルによるインバータモジュールの熱
疲労破壊を防ぐことが必要である。そのため、モジュー
ル構造は、熱サイクルに強いものであることが要請され
る。
【００３４】また、半導体チップ１の耐圧は、一般に１
００Ｖ程度であり、バッテリー電圧を本実施形態のよう
に４２Ｖ程度に設定すると、そのバッテリー電圧の２倍
程度の耐圧に過ぎないものになってしまう。このような
使用条件では、回路インダクタンスが大きいと、スイッ
チング時の電圧の跳ね上がりが大きくなって半導体チッ
プ１を破壊するおそれがある。そのため、インバータモ
ジュール構造は、回路インダクタンスを低く抑えること
が要請される。
００Ｖ程度であり、バッテリー電圧を本実施形態のよう
に４２Ｖ程度に設定すると、そのバッテリー電圧の２倍
程度の耐圧に過ぎないものになってしまう。このような
使用条件では、回路インダクタンスが大きいと、スイッ
チング時の電圧の跳ね上がりが大きくなって半導体チッ
プ１を破壊するおそれがある。そのため、インバータモ
ジュール構造は、回路インダクタンスを低く抑えること
が要請される。
【００３５】本発明は上述したこれらの要請に応じ得る
ものである。
ものである。
【００３６】次に、本発明の電力変換装置の第１実施形
態を図１乃至図７を用いて説明する。図１は本発明の第
１実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図、図２は
図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は図１におけるＢ−Ｂ
断面図、図４は図２に示したチップキャリアの積層方向
に垂直な断面図、図５は図４におけるＣ−Ｃ断面図、図
６は同電力変換装置において主回路配線およびチップキ
ャリアの部分のみを抽出した構成図、図７は同電力変換
装置の周辺機器までを示した構成図である。
態を図１乃至図７を用いて説明する。図１は本発明の第
１実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図、図２は
図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は図１におけるＢ−Ｂ
断面図、図４は図２に示したチップキャリアの積層方向
に垂直な断面図、図５は図４におけるＣ−Ｃ断面図、図
６は同電力変換装置において主回路配線およびチップキ
ャリアの部分のみを抽出した構成図、図７は同電力変換
装置の周辺機器までを示した構成図である。
【００３７】最初に、チップキャリア１１の構成につい
て図４及び図５を用いて説明する。チップキャリア１１
は、半導体チップ１と、その両側の電極面に接合部材
（例えば半田等）２ｓ、２ｄを介して接合された低熱膨
張金属部材３ｓ、３ｄとを有して構成されている。図４
では、半導体チップ１の上面がソース側電極面であり、
下面がドレイン側電極面である。なお、図中では、ソー
ス側に位置する部材には符号の後ろにｓの添え字を付
け、ドレイン側に位置する部材には符号の後ろにｄの添
え字を付けているが、説明において共通的または一つを
代表的に用いる時は添え字ｓ、ｄを省略する場合があ
る。ここで、低熱膨張金属とは、半導体チップ１の材料
として用いられるシリコンの線膨張係数（約３）と同じ
程度に小さい金属という意味であり、例えば線膨張係数
が５程度のモリブデンや線膨張係数が１０程度の酸化銅
合金などが用いられる。
て図４及び図５を用いて説明する。チップキャリア１１
は、半導体チップ１と、その両側の電極面に接合部材
（例えば半田等）２ｓ、２ｄを介して接合された低熱膨
張金属部材３ｓ、３ｄとを有して構成されている。図４
では、半導体チップ１の上面がソース側電極面であり、
下面がドレイン側電極面である。なお、図中では、ソー
ス側に位置する部材には符号の後ろにｓの添え字を付
け、ドレイン側に位置する部材には符号の後ろにｄの添
え字を付けているが、説明において共通的または一つを
代表的に用いる時は添え字ｓ、ｄを省略する場合があ
る。ここで、低熱膨張金属とは、半導体チップ１の材料
として用いられるシリコンの線膨張係数（約３）と同じ
程度に小さい金属という意味であり、例えば線膨張係数
が５程度のモリブデンや線膨張係数が１０程度の酸化銅
合金などが用いられる。
【００３８】半導体チップ１のソース側電極面に関し
て、この電極面からは主回路電流以外にも複数の制御電
極およびセンサ電極を取り出す必要があることなどか
ら、ソース電極面には、配線と接合可能な領域が前面よ
りその分だけ小さくなっている。さらに、制御電極から
信号を引き出すための制御端子４は、例えば半田等の接
合部材２ｇを介して電気的に半導体チップ１の制御電極
と接続される。
て、この電極面からは主回路電流以外にも複数の制御電
極およびセンサ電極を取り出す必要があることなどか
ら、ソース電極面には、配線と接合可能な領域が前面よ
りその分だけ小さくなっている。さらに、制御電極から
信号を引き出すための制御端子４は、例えば半田等の接
合部材２ｇを介して電気的に半導体チップ１の制御電極
と接続される。
【００３９】これに対し、半導体チップ１のドレイン側
電極面は、全面が主回路電流の流れる面となるため、全
面が接合部材（例えば半田、銀ペースト等）２ｄを介し
て低熱膨張金属部材３ｄと接続される。
電極面は、全面が主回路電流の流れる面となるため、全
面が接合部材（例えば半田、銀ペースト等）２ｄを介し
て低熱膨張金属部材３ｄと接続される。
【００４０】低熱膨張金属部材３は、半導体チップ１か
ら発生した熱を平面方向に拡散するために、半導体チッ
プ１の投影面積よりも大きい面積となるような寸法で構
成されることが望ましい。また厚さについては、厚すぎ
ると熱拡散板の効果以上に垂直方向の熱抵抗成分が大き
くなることや、低熱膨張金属部材３は一般に高価な部材
であること等を考慮して１〜２ｍｍ程度の厚さに設定さ
れることが好ましい。
ら発生した熱を平面方向に拡散するために、半導体チッ
プ１の投影面積よりも大きい面積となるような寸法で構
成されることが望ましい。また厚さについては、厚すぎ
ると熱拡散板の効果以上に垂直方向の熱抵抗成分が大き
くなることや、低熱膨張金属部材３は一般に高価な部材
であること等を考慮して１〜２ｍｍ程度の厚さに設定さ
れることが好ましい。
【００４１】次に、図１から図３および図６、図７を用
いて、チップキャリア１１および入出力配線板を構成す
るブスバーとのレイアウトを含むインバータモジュール
の構造を説明する。
いて、チップキャリア１１および入出力配線板を構成す
るブスバーとのレイアウトを含むインバータモジュール
の構造を説明する。
【００４２】まず、二つの入力ブスバー１４ｐ、１４ｎ
は、その長手方向が互いに沿う形で並行して配置されて
いる。なお、図では符号の後に添え字ｐ、ｎを正極、負
極を区別するために用いているが、説明において共通的
または一つを代表的に用いる時は添え字ｐ、ｎを省略す
る場合がある。これら入力ブスバー１４の材料としては
銅やアルミが用いられる。
は、その長手方向が互いに沿う形で並行して配置されて
いる。なお、図では符号の後に添え字ｐ、ｎを正極、負
極を区別するために用いているが、説明において共通的
または一つを代表的に用いる時は添え字ｐ、ｎを省略す
る場合がある。これら入力ブスバー１４の材料としては
銅やアルミが用いられる。
【００４３】そして、正極入力ブスバー１４ｐのチップ
キャリア１１と接触しない面側は、冷却器を構成する金
属製のヒートシンク１０３（図７参照）に取り付ける冷
却面として、ケース２０の下面から露出するように配置
されている。ケース２０は樹脂等でモールド成形され、
正極入力ブスバー１４ｐ及び負極入力ブスバー１４ｎは
このケース２０と一体にモールドされることでケース２
０に固定されている。正極入力ブスバー１４ｐ及び負極
入力ブスバー１４ｎの冷却面側は、金属製のヒートシン
ク１０３と接触するために、電気的絶縁を確保するため
の例えばエポキシ等を主成分とする樹脂あるいはセラミ
ック粉末体による絶縁層１５が形成されている。また、
正極入力ブスバー１４ｐ及び負極入力ブスバー１４ｎ
は、ケース２０と一体にモールドされているが、冷却器
１０３に絶縁層１５を介して接触する冷却面のみならず
チップキャリア１１に接触する上面がケース２０から露
出する構造となっている。なお、ヒートシンク１０３は
モジュールケース２０に形成された取付け用穴２５およ
び図示しないボルトを用いて正極入力ブスバー１４ｐ及
び負極入力ブスバー１４ｎの冷却面側に接触するように
取付けられている。この際、正極入力ブスバー１４ｐ及
び負極入力ブスバー１４ｎの冷却面側の絶縁層１５とヒ
ートシンク１０３との接触熱抵抗を低減する目的で、こ
の間隙には熱伝導グリース１０２が挿入されている。
キャリア１１と接触しない面側は、冷却器を構成する金
属製のヒートシンク１０３（図７参照）に取り付ける冷
却面として、ケース２０の下面から露出するように配置
されている。ケース２０は樹脂等でモールド成形され、
正極入力ブスバー１４ｐ及び負極入力ブスバー１４ｎは
このケース２０と一体にモールドされることでケース２
０に固定されている。正極入力ブスバー１４ｐ及び負極
入力ブスバー１４ｎの冷却面側は、金属製のヒートシン
ク１０３と接触するために、電気的絶縁を確保するため
の例えばエポキシ等を主成分とする樹脂あるいはセラミ
ック粉末体による絶縁層１５が形成されている。また、
正極入力ブスバー１４ｐ及び負極入力ブスバー１４ｎ
は、ケース２０と一体にモールドされているが、冷却器
１０３に絶縁層１５を介して接触する冷却面のみならず
チップキャリア１１に接触する上面がケース２０から露
出する構造となっている。なお、ヒートシンク１０３は
モジュールケース２０に形成された取付け用穴２５およ
び図示しないボルトを用いて正極入力ブスバー１４ｐ及
び負極入力ブスバー１４ｎの冷却面側に接触するように
取付けられている。この際、正極入力ブスバー１４ｐ及
び負極入力ブスバー１４ｎの冷却面側の絶縁層１５とヒ
ートシンク１０３との接触熱抵抗を低減する目的で、こ
の間隙には熱伝導グリース１０２が挿入されている。
【００４４】正極入力ブスバー１４ｐの上には、３つの
チップキャリア１１が、そのドレイン側が正極入力ブス
バー１４ｐと接触して電気的に接続するように、かつ長
手方向に並べられて配置されている。一方、負極入力ブ
スバー１４ｎの上には、同様に３つのチップキャリア１
１が、そのソース側が負極入力ブスバー１４ｎと接触し
て電気的に接続するように、かつ長手方向に並べられて
配置されている。
チップキャリア１１が、そのドレイン側が正極入力ブス
バー１４ｐと接触して電気的に接続するように、かつ長
手方向に並べられて配置されている。一方、負極入力ブ
スバー１４ｎの上には、同様に３つのチップキャリア１
１が、そのソース側が負極入力ブスバー１４ｎと接触し
て電気的に接続するように、かつ長手方向に並べられて
配置されている。
【００４５】さらに、正極入力ブスバー１４ｐ上の１つ
のチップキャリア１１と、負極入力ブスバー１４ｎ上の
１つのチップキャリア１１とにまたがってその上面に電
気的に接続されて出力ブスバー１８が配置されている。
出力ブスバー１８は入力ブスバー１４に対して互いの長
手方向がほぼ直交するように配置されている。このよう
なチップキャリア１１の組み合わせは計３組あり、それ
ぞれに対で出力ブスバー１８がチップキャリア１１の上
面に配置されている。
のチップキャリア１１と、負極入力ブスバー１４ｎ上の
１つのチップキャリア１１とにまたがってその上面に電
気的に接続されて出力ブスバー１８が配置されている。
出力ブスバー１８は入力ブスバー１４に対して互いの長
手方向がほぼ直交するように配置されている。このよう
なチップキャリア１１の組み合わせは計３組あり、それ
ぞれに対で出力ブスバー１８がチップキャリア１１の上
面に配置されている。
【００４６】上述したチップキャリア１１、入力ブスバ
ー１４及び出力ブスバー１８の積層構造に対し、図２で
明らかなように、出力ブスバー１８の上面には、さらに
加圧体２４が積層されている。これらの積層構造は、加
圧体２４の中央部に穴を有し、この穴に上方から締結手
段（例えばネジ等）２１を通し、入力ブスバー１４を一
体にモールドしたケース２０の内部に設けられるメネジ
部２２に締結手段２１を結合することにより構成されて
いる。これにより、チップキャリア１１は、入力ブスバ
ー１４および出力ブスバー１８で圧接加圧され、入力ブ
スバー１４および出力ブスバー１８との電気的及び熱的
接続が確保される。出力ブスバー１８と加圧体２４の間
には、電気絶縁を確保するための絶縁層１９と、ネジ２
１等の緩みによる加圧力の急激な低下を避ける目的で、
例えば皿バネ等の弾性体２３とが挿入されている。
ー１４及び出力ブスバー１８の積層構造に対し、図２で
明らかなように、出力ブスバー１８の上面には、さらに
加圧体２４が積層されている。これらの積層構造は、加
圧体２４の中央部に穴を有し、この穴に上方から締結手
段（例えばネジ等）２１を通し、入力ブスバー１４を一
体にモールドしたケース２０の内部に設けられるメネジ
部２２に締結手段２１を結合することにより構成されて
いる。これにより、チップキャリア１１は、入力ブスバ
ー１４および出力ブスバー１８で圧接加圧され、入力ブ
スバー１４および出力ブスバー１８との電気的及び熱的
接続が確保される。出力ブスバー１８と加圧体２４の間
には、電気絶縁を確保するための絶縁層１９と、ネジ２
１等の緩みによる加圧力の急激な低下を避ける目的で、
例えば皿バネ等の弾性体２３とが挿入されている。
【００４７】入力ブスバー１４ｐ、１４ｎは、図１で明
らかなように、接続用配線部材１３ｐ、１３ｎを介して
ケース２０に一体成形された正負極入力端子１２ｐ、１
２ｎに接続されている。ここで、正負極入力端子１２
ｐ、１２ｎは、インダクタンスを低減する目的で、双方
の配線面を絶縁が確保できる程度近接した、いわゆるラ
ミネート構造としている。なお、この入力ブスバー１４
の形状によっては配線部材１３を省略し、入力端子１２
を一体物として構成することも可能である。出力ブスバ
ー１８ｕ、１８ｖ、１８ｗは、接続用配線部材１７ｕ、
１７ｖ、１７ｗを介してケース２０に一体成形された出
力端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗに接続されている。
らかなように、接続用配線部材１３ｐ、１３ｎを介して
ケース２０に一体成形された正負極入力端子１２ｐ、１
２ｎに接続されている。ここで、正負極入力端子１２
ｐ、１２ｎは、インダクタンスを低減する目的で、双方
の配線面を絶縁が確保できる程度近接した、いわゆるラ
ミネート構造としている。なお、この入力ブスバー１４
の形状によっては配線部材１３を省略し、入力端子１２
を一体物として構成することも可能である。出力ブスバ
ー１８ｕ、１８ｖ、１８ｗは、接続用配線部材１７ｕ、
１７ｖ、１７ｗを介してケース２０に一体成形された出
力端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗに接続されている。
【００４８】各チップキャリア１１から引き出される制
御端子４は、ケース２０上に配置された制御配線体２６
に接続され、さらにこの配線体２６上に形成された制御
端子ピン２７によりモジュール上面に制御信号が取り出
される。モジュール上面には制御基板１０４（図７参
照）がモジュールに近接して配置され、制御端子ピン２
７が接続されている。
御端子４は、ケース２０上に配置された制御配線体２６
に接続され、さらにこの配線体２６上に形成された制御
端子ピン２７によりモジュール上面に制御信号が取り出
される。モジュール上面には制御基板１０４（図７参
照）がモジュールに近接して配置され、制御端子ピン２
７が接続されている。
【００４９】次に、上述した本実施形態の構成における
作用効果を説明する。
作用効果を説明する。
【００５０】まず、回路インダクタンスの観点から見た
作用効果を説明する。
作用効果を説明する。
【００５１】本実施形態において正負極の直流電源から
３相交流を引き出すインバータ回路としては、最も簡素
な構造を採用している。即ち、正負極入力ブスバー１４
ｐ、１４ｎに搭載するチップキャリア１１の極性を異な
らせ、これに交流出力ブスバー１８を電気的に接続する
ことで、インバータ回路の１相分を構成している。さら
に、この出力ブスバー１８の長手方向を入力ブスバーの
長手方向、即ち、チップキャリア１１を並べる方向に対
してほぼ直交するように配置することで、３相分の出力
ブスバー１８が最もコンパクトな形で配置されている。
この配置は、インバータモジュールの小型化に寄与する
ことはもちろんのこと、チップキャリア１１が全て同一
極性で実装された場合に必然的に生じる入力配線に対し
て垂直に横切る電流成分が、チップキャリア１１の部分
を除いてまったく無いことから、回路全体の低インダク
タンス化が可能となり、素子耐圧を回路上の要請以上に
上げる必要がなくなる。また、半導体素子の抵抗を必要
以上に大きくすることがないため、インバータ回路の基
本性能である電力変換効率の向上を可能とする。
３相交流を引き出すインバータ回路としては、最も簡素
な構造を採用している。即ち、正負極入力ブスバー１４
ｐ、１４ｎに搭載するチップキャリア１１の極性を異な
らせ、これに交流出力ブスバー１８を電気的に接続する
ことで、インバータ回路の１相分を構成している。さら
に、この出力ブスバー１８の長手方向を入力ブスバーの
長手方向、即ち、チップキャリア１１を並べる方向に対
してほぼ直交するように配置することで、３相分の出力
ブスバー１８が最もコンパクトな形で配置されている。
この配置は、インバータモジュールの小型化に寄与する
ことはもちろんのこと、チップキャリア１１が全て同一
極性で実装された場合に必然的に生じる入力配線に対し
て垂直に横切る電流成分が、チップキャリア１１の部分
を除いてまったく無いことから、回路全体の低インダク
タンス化が可能となり、素子耐圧を回路上の要請以上に
上げる必要がなくなる。また、半導体素子の抵抗を必要
以上に大きくすることがないため、インバータ回路の基
本性能である電力変換効率の向上を可能とする。
【００５２】次に、モジュール構造の信頼性の観点から
見た作用効果を説明する。
見た作用効果を説明する。
【００５３】本実装構造では、半導体チップ１に線膨張
係数が近い低熱膨張金属部材３を接合してチップキャリ
ア１１を形成している。これにより、熱サイクルによる
半田接合部の熱疲労破壊を防止することができる。
係数が近い低熱膨張金属部材３を接合してチップキャリ
ア１１を形成している。これにより、熱サイクルによる
半田接合部の熱疲労破壊を防止することができる。
【００５４】また、出力ブスバー１８の構成材料として
は、電気伝導性やコストの観点から、銅やアルミといっ
た半導体チップ１及び低熱膨張金属部材３と比較して線
膨張係数の大きい（約２０程度）金属材料を用いること
が一般的であり、この場合に、出力ブスバー１８をチッ
プキャリア１１の低熱膨張金属部材３面に圧接する構造
としているので、半導体チップ１及び低熱膨張金属微罪
３と出力ブスバー１８との線膨張係数の不一致により生
じる接合部の疲労破壊を防止することができる。この圧
接構造においては、接触面に例えば銀のように柔らかい
金属のメッキ層を施したり、あるいは柔らかい金属箔を
挿入することで特に接触熱抵抗の低減を図ることが好ま
しい。以上示した部分接合・部分圧接構造が電気配線で
あるブスバー１８を加圧部材に利用して構成されること
で、低インダクタンス化と耐熱性が両立する構造を実現
している。
は、電気伝導性やコストの観点から、銅やアルミといっ
た半導体チップ１及び低熱膨張金属部材３と比較して線
膨張係数の大きい（約２０程度）金属材料を用いること
が一般的であり、この場合に、出力ブスバー１８をチッ
プキャリア１１の低熱膨張金属部材３面に圧接する構造
としているので、半導体チップ１及び低熱膨張金属微罪
３と出力ブスバー１８との線膨張係数の不一致により生
じる接合部の疲労破壊を防止することができる。この圧
接構造においては、接触面に例えば銀のように柔らかい
金属のメッキ層を施したり、あるいは柔らかい金属箔を
挿入することで特に接触熱抵抗の低減を図ることが好ま
しい。以上示した部分接合・部分圧接構造が電気配線で
あるブスバー１８を加圧部材に利用して構成されること
で、低インダクタンス化と耐熱性が両立する構造を実現
している。
【００５５】さらには、インバータモジュールの気密性
については、基本的には最も汚損環境に弱い半導体チッ
プ１の両面の電極面に低熱膨張金属部材３を接合して電
極面を覆うようにした接合構造をとっているので、半導
体チップ１電極部の経時劣化を防止することができる。
これにより、従来の圧接構造モジュールで必須であった
完全密閉構造を採用する必要がないことから、インバー
タモジュール構造がより簡素化し、その結果、低コスト
化が可能となる。本実施形態では接合構造のインバータ
モジュールで通常よく用いられるゲルやレジンといった
封止材をインバータモジュール内部に充填したり、チッ
プキャリア１１の半田接合部以外の露出面に充填材を塗
布することで、充分な防曝構造とすることが可能であ
る。
については、基本的には最も汚損環境に弱い半導体チッ
プ１の両面の電極面に低熱膨張金属部材３を接合して電
極面を覆うようにした接合構造をとっているので、半導
体チップ１電極部の経時劣化を防止することができる。
これにより、従来の圧接構造モジュールで必須であった
完全密閉構造を採用する必要がないことから、インバー
タモジュール構造がより簡素化し、その結果、低コスト
化が可能となる。本実施形態では接合構造のインバータ
モジュールで通常よく用いられるゲルやレジンといった
封止材をインバータモジュール内部に充填したり、チッ
プキャリア１１の半田接合部以外の露出面に充填材を塗
布することで、充分な防曝構造とすることが可能であ
る。
【００５６】次に、インバータモジュール構造の冷却性
の観点から見た作用効果を説明する。本実装構造は冷却
面が１面の片面冷却構造となっているが、通電時間が短
時間の場合には低熱膨張金属部材３及び出力ブスバー１
８が熱溜めの機能を果たし、過渡熱抵抗が通常の片面冷
却構造と比較して小さくすることができるという特徴が
ある。その特徴を具体的に示す例として、出力ブスバー
１８に厚さ２ｍｍ、巾１５ｍｍの銅製ブスバーを用いた
場合の半導体チップ温度Ｔｊおよびヒートシンク表面温
度Ｔｆの過渡温度上昇の計算結果を、定常時のチップ温
度で規格化した値で示す。本計算によると、非冷却面の
上面に出力ブスバー１８が無い場合に対して、出力ブス
バー１８が有る場合の半導体チップ１および冷却器１０
３の過渡温度上昇は、発熱開始から１０秒間の間、約２
０％小さい値を示すことがわかる。この特徴は、短時間
定格で使用されることの多い、例えば自動車用電装品や
回転電機の制御に用いる際、特に有効に作用するもので
ある。また、本実施形態では冷却面として２つの入力ブ
スバー１４ｐ、１４ｎを用いているが、これは３つ出力
ブスバー１８を冷却面として全体巾を固定した際のブス
バー巾より広く確保可能であり、その結果、熱抵抗がよ
り低減可能であることによるものである。
の観点から見た作用効果を説明する。本実装構造は冷却
面が１面の片面冷却構造となっているが、通電時間が短
時間の場合には低熱膨張金属部材３及び出力ブスバー１
８が熱溜めの機能を果たし、過渡熱抵抗が通常の片面冷
却構造と比較して小さくすることができるという特徴が
ある。その特徴を具体的に示す例として、出力ブスバー
１８に厚さ２ｍｍ、巾１５ｍｍの銅製ブスバーを用いた
場合の半導体チップ温度Ｔｊおよびヒートシンク表面温
度Ｔｆの過渡温度上昇の計算結果を、定常時のチップ温
度で規格化した値で示す。本計算によると、非冷却面の
上面に出力ブスバー１８が無い場合に対して、出力ブス
バー１８が有る場合の半導体チップ１および冷却器１０
３の過渡温度上昇は、発熱開始から１０秒間の間、約２
０％小さい値を示すことがわかる。この特徴は、短時間
定格で使用されることの多い、例えば自動車用電装品や
回転電機の制御に用いる際、特に有効に作用するもので
ある。また、本実施形態では冷却面として２つの入力ブ
スバー１４ｐ、１４ｎを用いているが、これは３つ出力
ブスバー１８を冷却面として全体巾を固定した際のブス
バー巾より広く確保可能であり、その結果、熱抵抗がよ
り低減可能であることによるものである。
【００５７】また、本実装構造では、チップキャリア１
１と入力ブスバー１４の間に接触熱抵抗が存在するが、
半導体チップ１の加圧限界内の加圧力で、厚さ０．１ｍ
ｍ程度の半田層に相当する程度までこの接触熱抵抗を低
減できる。
１と入力ブスバー１４の間に接触熱抵抗が存在するが、
半導体チップ１の加圧限界内の加圧力で、厚さ０．１ｍ
ｍ程度の半田層に相当する程度までこの接触熱抵抗を低
減できる。
【００５８】上述した通り、入力ブスバー１４の寸法は
冷却性能に大きな影響を及ぼす一方、回路インダクタン
スにも大きな影響を及ぼすため、入力ブスバー１４の寸
法は最適化設計をする必要がある。図９に入力ブスバー
巾を一定値に固定した場合の、入力ブスバー巾と入力ブ
スバー厚さの比をパラメータにして熱抵抗とインダクタ
ンスを計算した結果を示す。グラフの縦軸は、それぞれ
の値の設計許容値で規格化した相対値で示している。こ
れによると、入力ブスバー厚さを小さくしていくとイン
ダクタンスは低減していくが、熱抵抗は入力ブスバーの
熱拡散板としての機能が低下し、増加していく傾向にあ
る。逆に入力ブスバー厚さを大きくしていくとインダク
タンスが増加していく。これらの傾向を考慮すると、ブ
スバー寸法比の適正範囲は、入力ブスバー巾と入力ブス
バー厚さの比が５〜２０程度の範囲にあることがより好
ましいことがわかる。
冷却性能に大きな影響を及ぼす一方、回路インダクタン
スにも大きな影響を及ぼすため、入力ブスバー１４の寸
法は最適化設計をする必要がある。図９に入力ブスバー
巾を一定値に固定した場合の、入力ブスバー巾と入力ブ
スバー厚さの比をパラメータにして熱抵抗とインダクタ
ンスを計算した結果を示す。グラフの縦軸は、それぞれ
の値の設計許容値で規格化した相対値で示している。こ
れによると、入力ブスバー厚さを小さくしていくとイン
ダクタンスは低減していくが、熱抵抗は入力ブスバーの
熱拡散板としての機能が低下し、増加していく傾向にあ
る。逆に入力ブスバー厚さを大きくしていくとインダク
タンスが増加していく。これらの傾向を考慮すると、ブ
スバー寸法比の適正範囲は、入力ブスバー巾と入力ブス
バー厚さの比が５〜２０程度の範囲にあることがより好
ましいことがわかる。
【００５９】なお、本実施形態ではＭＯＳＦＥＴを用い
た場合について説明したが、当然ながら、ＩＧＢＴを始
めとした他の半導体スイッチング素子を用いた場合でも
ここまでに示した同様な効果が得られる。さらにはＳｉ
Ｃを材料とした半導体スイッチング素子に適用した場合
には、ＳｉＣの大きな特徴である高温動作を可能とする
耐熱構造を実現していることから、より半導体チップ１
ひいては冷却器の小型化１０３が図れるものである。
た場合について説明したが、当然ながら、ＩＧＢＴを始
めとした他の半導体スイッチング素子を用いた場合でも
ここまでに示した同様な効果が得られる。さらにはＳｉ
Ｃを材料とした半導体スイッチング素子に適用した場合
には、ＳｉＣの大きな特徴である高温動作を可能とする
耐熱構造を実現していることから、より半導体チップ１
ひいては冷却器の小型化１０３が図れるものである。
【００６０】次に、図１０を用いて、本発明の電力変換
装置の第２実施形態を説明する。図１０は本発明の第２
実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。
装置の第２実施形態を説明する。図１０は本発明の第２
実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。
【００６１】本実施形態は、例えば皿バネ等の弾性体２
３をボルト２１と出力ブスバー１８の間に介在させたも
のである。これにより第１実施形態で必要であった加圧
体２４の代用として出力ブスバー１８自身が加圧体を兼
ねる構造にできることから、より簡素化した圧接構造を
実現するすることができる。
３をボルト２１と出力ブスバー１８の間に介在させたも
のである。これにより第１実施形態で必要であった加圧
体２４の代用として出力ブスバー１８自身が加圧体を兼
ねる構造にできることから、より簡素化した圧接構造を
実現するすることができる。
【００６２】次に、図１１を用いて、本発明の電力変換
装置の第３実施形態を説明する。図１１は本発明の第３
実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。
装置の第３実施形態を説明する。図１１は本発明の第３
実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。
【００６３】本実施形態は、第２実施形態における弾性
体２３を削除し、出力ブスバー１８自身が弾性体と加圧
体および出力ブスバーを兼ねる構造にしたものであり、
より簡素化した圧接構造を実現することができる。この
際には出力ブスバー１８のたわみを利用することから、
チップキャリア１１と出力ブスバー１８との接触面の間
にはたわみによる２平面の平行度の変化を考慮した平面
仕上げを行なうことが好ましい。また同様な理由で、出
力ブスバー１８と出力端子１６との電気接続には、例え
ばアルミワイヤや銅箔体といった柔軟な構造の接続配線
１７を用いることが好ましい。
体２３を削除し、出力ブスバー１８自身が弾性体と加圧
体および出力ブスバーを兼ねる構造にしたものであり、
より簡素化した圧接構造を実現することができる。この
際には出力ブスバー１８のたわみを利用することから、
チップキャリア１１と出力ブスバー１８との接触面の間
にはたわみによる２平面の平行度の変化を考慮した平面
仕上げを行なうことが好ましい。また同様な理由で、出
力ブスバー１８と出力端子１６との電気接続には、例え
ばアルミワイヤや銅箔体といった柔軟な構造の接続配線
１７を用いることが好ましい。
【００６４】次に、図１２を用いて、本発明の電力変換
装置の第４実施形態を説明する。図１２は本発明の第４
実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。
装置の第４実施形態を説明する。図１２は本発明の第４
実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。
【００６５】本実施形態は、第１実施形態において、加
圧体としてケースカバー２８を用いてチップキャリア１
１を加圧する構造とし、ケース２０およびケースカバー
２８間を締結手段（例えばボルト等）２１によって固定
したものである。本構造により、加圧に必要な締結手段
がインバータモジュール内部への汚損を防ぐためのシー
ル手段と共有できることから、さらに対環境性に優れた
インバータモジュールが実現できる。また、１つのケー
スカバー２８で３つの出力ブスバー１８を加圧できるの
で、加圧機構を簡素化することが可能となる。
圧体としてケースカバー２８を用いてチップキャリア１
１を加圧する構造とし、ケース２０およびケースカバー
２８間を締結手段（例えばボルト等）２１によって固定
したものである。本構造により、加圧に必要な締結手段
がインバータモジュール内部への汚損を防ぐためのシー
ル手段と共有できることから、さらに対環境性に優れた
インバータモジュールが実現できる。また、１つのケー
スカバー２８で３つの出力ブスバー１８を加圧できるの
で、加圧機構を簡素化することが可能となる。
【００６６】次に、図１３を用いて、本発明の電力変換
装置の第５実施形態を説明する。図１３は本発明の第５
実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。
装置の第５実施形態を説明する。図１３は本発明の第５
実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。
【００６７】本実施形態では、各出力ブスバー１８を加
圧する加圧体２４を１つとし、さらに材質を金属性にし
たものである。これにより、この加圧体２４は６つのチ
ップキャリア１１全体を覆う金属板となることから、半
導体チップ１のスイッチング時に発生する電磁波をシー
ルドし、インバータモジュール近傍に配置される制御基
板１０４（図７参照）等の誤動作を防止する役割を果た
すことができる。
圧する加圧体２４を１つとし、さらに材質を金属性にし
たものである。これにより、この加圧体２４は６つのチ
ップキャリア１１全体を覆う金属板となることから、半
導体チップ１のスイッチング時に発生する電磁波をシー
ルドし、インバータモジュール近傍に配置される制御基
板１０４（図７参照）等の誤動作を防止する役割を果た
すことができる。
【００６８】次に、図１４から図１６を用いて、本発明
の電力変換装置の第６実施形態を説明する。図１４は本
発明の第６実施形態の電力変換装置のチップキャリアの
構造を示す断面図である。図１５は図１４におけるＤ方
向から見た構成図である。図１６は図１４にブスバーを
組み合わせた断面図である。
の電力変換装置の第６実施形態を説明する。図１４は本
発明の第６実施形態の電力変換装置のチップキャリアの
構造を示す断面図である。図１５は図１４におけるＤ方
向から見た構成図である。図１６は図１４にブスバーを
組み合わせた断面図である。
【００６９】本実施形態は、インバータモジュールの製
造時にチップキャリア１１の位置決めを精度良く行なう
ための位置決め機構を設けたものである。チップキャリ
ア１１の接触面上に２つ以上の突起部５を設け、ブスバ
ー１４、１８側にはこれに対応する係合部（例えば孔
等）６を設けている。これにより製造時に入力ブスバー
１４上に精度良くチップキャリア１１を配置し、さらに
出力ブスバー１８をチップキャリア１１上に組み合わせ
ることができる。この位置決め機構はチップキャリア１
１の両面で、それぞれ異なる仕様にすることが望まし
い。具体的には誤ってチップキャリア１１の極性を反転
させようとしても実装できないように、あるいは誤りが
容易に検出できるように２つの突起間の距離や寸法を両
面で異ならせておくことが望ましい。
造時にチップキャリア１１の位置決めを精度良く行なう
ための位置決め機構を設けたものである。チップキャリ
ア１１の接触面上に２つ以上の突起部５を設け、ブスバ
ー１４、１８側にはこれに対応する係合部（例えば孔
等）６を設けている。これにより製造時に入力ブスバー
１４上に精度良くチップキャリア１１を配置し、さらに
出力ブスバー１８をチップキャリア１１上に組み合わせ
ることができる。この位置決め機構はチップキャリア１
１の両面で、それぞれ異なる仕様にすることが望まし
い。具体的には誤ってチップキャリア１１の極性を反転
させようとしても実装できないように、あるいは誤りが
容易に検出できるように２つの突起間の距離や寸法を両
面で異ならせておくことが望ましい。
【００７０】次に、図１７及び図１８を用いて、本発明
の電力変換装置の第７実施形態を説明する。図１７は本
発明の第７実施形態の電力変換装置のチップキャリア部
の構造を示す断面図である。図１８は図１７におけるＥ
−Ｅ断面図である。
の電力変換装置の第７実施形態を説明する。図１７は本
発明の第７実施形態の電力変換装置のチップキャリア部
の構造を示す断面図である。図１８は図１７におけるＥ
−Ｅ断面図である。
【００７１】本実施形態では、チップキャリア１１と出
力ブスバー１８との間に加圧ガイド７を挿入して、チッ
プキャリア１１と入力ブスバー１８接触面に生じる加圧
力に対して、半導体チップ１にかかる加圧力を小さくす
るようにしたものである。これにより半導体チップ１の
加圧限界以上にチップキャリア１１とブスバー１８との
加圧力を大きくすることができるため、接触熱抵抗およ
び接触電気抵抗が低減できる。
力ブスバー１８との間に加圧ガイド７を挿入して、チッ
プキャリア１１と入力ブスバー１８接触面に生じる加圧
力に対して、半導体チップ１にかかる加圧力を小さくす
るようにしたものである。これにより半導体チップ１の
加圧限界以上にチップキャリア１１とブスバー１８との
加圧力を大きくすることができるため、接触熱抵抗およ
び接触電気抵抗が低減できる。
【００７２】次に、図１９を用いて、本発明の電力変換
装置の第８実施形態を説明する。図１９は本発明の第８
実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。
装置の第８実施形態を説明する。図１９は本発明の第８
実施形態の電力変換装置の構造を示す断面図である。
【００７３】本実施形態では、入力ブスバー１４の冷却
面に絶縁層を設けず、代わりに入力ブスバー１４と分離
可能な絶縁シート１０５をヒートシンク１０３との間に
挿入した。これにより、素子耐圧の変更による絶縁耐圧
の変更が容易に可能となるため、インバータモジュール
構造をＭＯＳＦＥＴ以外の異なる耐圧の素子のモジュー
ルとして共通化を図ることができる。
面に絶縁層を設けず、代わりに入力ブスバー１４と分離
可能な絶縁シート１０５をヒートシンク１０３との間に
挿入した。これにより、素子耐圧の変更による絶縁耐圧
の変更が容易に可能となるため、インバータモジュール
構造をＭＯＳＦＥＴ以外の異なる耐圧の素子のモジュー
ルとして共通化を図ることができる。
【００７４】次に、図２０から図２２を用いて、本発明
の電力変換装置の第９実施形態を説明する。図２０は本
発明の第９実施形態における電力変換装置の構成図であ
る。図２１は図２０におけるＡ―Ａ面の断面図である。
図２２は図２０におけるＢ―Ｂ面の断面図である。
の電力変換装置の第９実施形態を説明する。図２０は本
発明の第９実施形態における電力変換装置の構成図であ
る。図２１は図２０におけるＡ―Ａ面の断面図である。
図２２は図２０におけるＢ―Ｂ面の断面図である。
【００７５】本実施形態は、第１実施形態に対し、出力
ブスバー１８と入力ブスバー１４の積層順序を逆転させ
たものである。具体的には出力ブスバー１８が冷却面と
なっている。この場合、第１実施形態と比較して冷却性
能がやや落ちるものの、インダクタンスに大きな影響を
及ぼす入力ブスバー１４が冷却性能にあまり寄与しない
ため、よりインダクタンスを小さくする必要がある場合
に好適な構造である。
ブスバー１８と入力ブスバー１４の積層順序を逆転させ
たものである。具体的には出力ブスバー１８が冷却面と
なっている。この場合、第１実施形態と比較して冷却性
能がやや落ちるものの、インダクタンスに大きな影響を
及ぼす入力ブスバー１４が冷却性能にあまり寄与しない
ため、よりインダクタンスを小さくする必要がある場合
に好適な構造である。
【００７６】以上までの実施形態では、チップキャリア
１１内に一枚のＭＯＳＦＥＴが内蔵された場合について
の例を示したが、当然１つのチップキャリア１１内に複
数の半導体スイッチング素子が内蔵されてもよいし、あ
るいは複数のチップキャリア１１の並列接続によって、
１スイッチング回路を形成してもよい。また、半導体ス
イッチング素子の電極面に経時劣化を防止するための処
理を施すことにより、チップキャリアで用いている低熱
膨張金属部材を省略したり、あるいは低熱膨張金属部材
を省略した上で、同等の機能を有する金属箔を挿入する
ことで代用することも可能である。
１１内に一枚のＭＯＳＦＥＴが内蔵された場合について
の例を示したが、当然１つのチップキャリア１１内に複
数の半導体スイッチング素子が内蔵されてもよいし、あ
るいは複数のチップキャリア１１の並列接続によって、
１スイッチング回路を形成してもよい。また、半導体ス
イッチング素子の電極面に経時劣化を防止するための処
理を施すことにより、チップキャリアで用いている低熱
膨張金属部材を省略したり、あるいは低熱膨張金属部材
を省略した上で、同等の機能を有する金属箔を挿入する
ことで代用することも可能である。
【００７７】以上説明した実施形態においては、正極入
力ブスバー１４ｐ及び負極入力ブスバー１４ｎと複数の
出力ブスバー１８との交差する部分の間に挟持されるよ
うに半導体チップ１を電気的及び熱的に接続して配置す
ると共に、正極入力ブスバー１４ｐに対してはこれに合
致する極性となる向きで半導体チップ１を接続し、かつ
負極入力ブスバー１４ｎに対してはこれに合致する極性
となる向きで半導体チップ１を接続し、さらに、共通す
る出力ブスバー１８に対しては極性の向きが異なるもの
で隣合うように半導体チップ１を接続しているので、隣
合う半導体チップ１、隣合う入力ブスバー１４及び隣合
う出力ブスバー１８をそれぞれ近接して配置することが
でき、全体を極めてコンパクトなものとすることができ
る。これにより、電力変換装置の据付け性を良好なもの
とすることができると共に、回路インダクタンス及び配
線抵抗の低減を図ることができる。この回路インダクタ
ンスの低減により、半導体スイッチング素子のスイッチ
ング時の電圧の跳ね上がりを抑制して半導体チップ１の
破壊を防止でき、信頼性の高い電力変換装置とすること
ができると共に、配線抵抗の低減により電力変換効率の
高い電力変換装置とすることができる。
力ブスバー１４ｐ及び負極入力ブスバー１４ｎと複数の
出力ブスバー１８との交差する部分の間に挟持されるよ
うに半導体チップ１を電気的及び熱的に接続して配置す
ると共に、正極入力ブスバー１４ｐに対してはこれに合
致する極性となる向きで半導体チップ１を接続し、かつ
負極入力ブスバー１４ｎに対してはこれに合致する極性
となる向きで半導体チップ１を接続し、さらに、共通す
る出力ブスバー１８に対しては極性の向きが異なるもの
で隣合うように半導体チップ１を接続しているので、隣
合う半導体チップ１、隣合う入力ブスバー１４及び隣合
う出力ブスバー１８をそれぞれ近接して配置することが
でき、全体を極めてコンパクトなものとすることができ
る。これにより、電力変換装置の据付け性を良好なもの
とすることができると共に、回路インダクタンス及び配
線抵抗の低減を図ることができる。この回路インダクタ
ンスの低減により、半導体スイッチング素子のスイッチ
ング時の電圧の跳ね上がりを抑制して半導体チップ１の
破壊を防止でき、信頼性の高い電力変換装置とすること
ができると共に、配線抵抗の低減により電力変換効率の
高い電力変換装置とすることができる。
【００７８】また、正極入力ブスバー１４ｐ及び負極入
力ブスバー１４ｎを直線状に長く延びると共に同一平面
に並置し、かつ複数の出力ブスバー１８を直線状に長く
延びると共に同一平面に並置したので、入力ブスバー１
４及び出力ブスバー１８を最も簡単な形状で組合せるこ
とができ、かつより一層コンパクトなものとすることが
できると共に安価なものとすることができる。
力ブスバー１４ｎを直線状に長く延びると共に同一平面
に並置し、かつ複数の出力ブスバー１８を直線状に長く
延びると共に同一平面に並置したので、入力ブスバー１
４及び出力ブスバー１８を最も簡単な形状で組合せるこ
とができ、かつより一層コンパクトなものとすることが
できると共に安価なものとすることができる。
【００７９】さらには、正極入力ブスバー１４ｐ及び負
極入力ブスバー１４ｎをその長手方向における同じ側か
らラミネート状に形成した正極入力端子１２ｐ及び負極
入力端子１２ｎに接続し、複数の出力ブスバー１８はそ
の長手方向における同じ側でかつ正極入力端子１２ｐ及
び負極入力端子１２ｎと異なる側からそれぞれの出力端
子１６に接続しているので、出力端子１６による制約を
受けることなくかつ並置された正極入力ブスバー１４ｐ
及び負極入力ブスバー１４ｎの間を利用して正極入力端
子１２ｐ及び負極入力端子１２ｎのラミネート面積を大
きいものとすることができ、これにより回路インダクタ
ンスの低減をより一層図ることができる。
極入力ブスバー１４ｎをその長手方向における同じ側か
らラミネート状に形成した正極入力端子１２ｐ及び負極
入力端子１２ｎに接続し、複数の出力ブスバー１８はそ
の長手方向における同じ側でかつ正極入力端子１２ｐ及
び負極入力端子１２ｎと異なる側からそれぞれの出力端
子１６に接続しているので、出力端子１６による制約を
受けることなくかつ並置された正極入力ブスバー１４ｐ
及び負極入力ブスバー１４ｎの間を利用して正極入力端
子１２ｐ及び負極入力端子１２ｎのラミネート面積を大
きいものとすることができ、これにより回路インダクタ
ンスの低減をより一層図ることができる。
【００８０】そして、半導体スイッチング素子を有する
半導体チップ１と、半導体チップ１の両側の正極面及び
負極面に電気的及び熱的に接続された金属部材３とより
半導体チップキャリア１１を構成し、正極入力ブスバー
１４ｐ及び負極入力ブスバー１４ｎと複数の出力ブスバ
ー１８との交差する部分の間に半導体チップキャリア１
１を電気的及び熱的に接続して配置すると共に、正極入
力ブスバー１４ｐに対してはこれに合致する極性となる
向きで接続し、かつ負極入力ブスバー１４ｎに対しては
これに合致する極性となる向きで接続し、さらには共通
する出力ブスバー１８に対しては極性の向きが異なるも
ので隣合うように接続しているので、全体がコンパクト
でかつ低い回路インダクタンス及び低い配線抵抗である
ことを保持しつつ、半導体チップ１とその両側の入力ブ
スバー１４及び出力ブスバー１８との電気的及び熱的接
続を金属部材３を通して効率よく確実に行なうことがで
き、半導体スイッチング素子の動作の確実性と信頼性を
確保することができると共に、最も汚損に弱い半導体チ
ップ１の電極面を金属部材３で閉鎖して電極面に経時劣
化を防止することができる。
半導体チップ１と、半導体チップ１の両側の正極面及び
負極面に電気的及び熱的に接続された金属部材３とより
半導体チップキャリア１１を構成し、正極入力ブスバー
１４ｐ及び負極入力ブスバー１４ｎと複数の出力ブスバ
ー１８との交差する部分の間に半導体チップキャリア１
１を電気的及び熱的に接続して配置すると共に、正極入
力ブスバー１４ｐに対してはこれに合致する極性となる
向きで接続し、かつ負極入力ブスバー１４ｎに対しては
これに合致する極性となる向きで接続し、さらには共通
する出力ブスバー１８に対しては極性の向きが異なるも
ので隣合うように接続しているので、全体がコンパクト
でかつ低い回路インダクタンス及び低い配線抵抗である
ことを保持しつつ、半導体チップ１とその両側の入力ブ
スバー１４及び出力ブスバー１８との電気的及び熱的接
続を金属部材３を通して効率よく確実に行なうことがで
き、半導体スイッチング素子の動作の確実性と信頼性を
確保することができると共に、最も汚損に弱い半導体チ
ップ１の電極面を金属部材３で閉鎖して電極面に経時劣
化を防止することができる。
【００８１】また、半導体チップ１の線膨張係数に近い
線膨張係数を有する低熱膨張金属材料で金属部材３を形
成すると共に、半導体チップ１に接続用半田２を介して
金属部材３を接続して半導体チップキャリア１１を構成
しているので、電力変換装置が大電流でかつ頻繁に断続
して動作が行われる過酷な熱サイクルを受けても半導体
チップ１と金属部材３との熱膨張変位量の差異が小さい
ものとなり、接続用半田２に加わる熱疲労を緩和でき、
これにより半導体チップキャリア１１の熱疲労破壊を防
止することができる。
線膨張係数を有する低熱膨張金属材料で金属部材３を形
成すると共に、半導体チップ１に接続用半田２を介して
金属部材３を接続して半導体チップキャリア１１を構成
しているので、電力変換装置が大電流でかつ頻繁に断続
して動作が行われる過酷な熱サイクルを受けても半導体
チップ１と金属部材３との熱膨張変位量の差異が小さい
ものとなり、接続用半田２に加わる熱疲労を緩和でき、
これにより半導体チップキャリア１１の熱疲労破壊を防
止することができる。
【００８２】さらには、金属部材３を半導体チップ１の
投影面積より大きい面積にすると共に、その厚さを１〜
２ｍｍ程度に形成しているので、半導体チップ１から発
生した熱を平面方向に広く拡散することができると共
に、一般に高価な低熱膨張金属材料の金属部材３の使用
量を少ないものとすることができる。
投影面積より大きい面積にすると共に、その厚さを１〜
２ｍｍ程度に形成しているので、半導体チップ１から発
生した熱を平面方向に広く拡散することができると共
に、一般に高価な低熱膨張金属材料の金属部材３の使用
量を少ないものとすることができる。
【００８３】そして、入力ブスバー１４及び出力ブスバ
ー１８を半導体チップキャリア１１に加圧する加圧機構
を備えているので、入力ブスバー１４及び出力ブスバー
１８と半導体チップキャリア１１との間に接続用半田等
を介することなく電気的及び熱的に接続することがで
き、接続用半田の熱疲労の問題をなくすことができると
共に製作が容易で安価なものとすることができる。
ー１８を半導体チップキャリア１１に加圧する加圧機構
を備えているので、入力ブスバー１４及び出力ブスバー
１８と半導体チップキャリア１１との間に接続用半田等
を介することなく電気的及び熱的に接続することがで
き、接続用半田の熱疲労の問題をなくすことができると
共に製作が容易で安価なものとすることができる。
【００８４】そして、ケース２０の合成樹脂成形時に一
体に入力ブスバー１４または出力ブスバー１８をモール
ドし、半導体チップキャリア１１を内蔵する入力ブスバ
ー１４または出力ブスバー１８が露出する反半導体チッ
プキャリア１１側の面に電気絶縁層を介して熱的に冷却
器１０３を接続しているので、外部の塵埃等による半導
体チップキャリア１１の汚損を防止することができると
共に、ケース２０内部の半導体チップキャリア１１を入
力ブスバー１４または出力ブスバー１８を介して確実に
冷却することができ、半導体チップキャリア１１の信頼
性を確保することができる。
体に入力ブスバー１４または出力ブスバー１８をモール
ドし、半導体チップキャリア１１を内蔵する入力ブスバ
ー１４または出力ブスバー１８が露出する反半導体チッ
プキャリア１１側の面に電気絶縁層を介して熱的に冷却
器１０３を接続しているので、外部の塵埃等による半導
体チップキャリア１１の汚損を防止することができると
共に、ケース２０内部の半導体チップキャリア１１を入
力ブスバー１４または出力ブスバー１８を介して確実に
冷却することができ、半導体チップキャリア１１の信頼
性を確保することができる。
【００８５】また、ケース２０に一体に形成された入力
ブスバー１４または出力ブスバー１８にその反対側の出
力ブスバー１８または入力ブスバー１４を加圧する加圧
機構としているので、簡単な構成で加圧することができ
る。
ブスバー１４または出力ブスバー１８にその反対側の出
力ブスバー１８または入力ブスバー１４を加圧する加圧
機構としているので、簡単な構成で加圧することができ
る。
【００８６】
【発明の効果】本発明によれば、全体をコンパクトなも
のとして回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を図
り、据付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い電
力変換装置を得ることができる。
のとして回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を図
り、据付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い電
力変換装置を得ることができる。
【００８７】また、本発明によれば、全体をコンパクト
なものとして回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を
図ると共に、熱サイクルに対する熱疲労の緩和を図り、
据付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い電力変
換装置を得ることができる。
なものとして回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を
図ると共に、熱サイクルに対する熱疲労の緩和を図り、
据付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い電力変
換装置を得ることができる。
【００８８】また、本発明によれば、全体をコンパクト
なものとして回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を
図ると共に、半導体チップの電極面の経時劣化の防止を
図り、据付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い
電力変換装置を得ることができる。
なものとして回路インダクタンス及び配線抵抗の低減を
図ると共に、半導体チップの電極面の経時劣化の防止を
図り、据付け性が良好で信頼性及び電力変換効率が高い
電力変換装置を得ることができる。
【図１】本発明の第１実施形態の電力変換装置の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】図１におけるＡ―Ａ面の断面図である。
【図３】図１におけるＢ―Ｂ面の断面図である。
【図４】図２におけるチップキャリア１１の積層方向に
垂直な断面図である。
垂直な断面図である。
【図５】図４におけるＣ―Ｃ面の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態における主回路配線およ
びチップキャリアを抽出した斜視図である。
びチップキャリアを抽出した斜視図である。
【図７】本発明の第１実施形態における電力変換装置お
よびその周辺機器の構成図である。
よびその周辺機器の構成図である。
【図８】本発明の第１実施形態の電力変換装置の半導体
チップ温度及びヒートシンク表面温度を説明する特性図
である。
チップ温度及びヒートシンク表面温度を説明する特性図
である。
【図９】本発明の第１実施形態の電力変換装置の入力バ
スバーの幅と厚さの比に対する熱抵抗及びインダクタン
スの特性図である。
スバーの幅と厚さの比に対する熱抵抗及びインダクタン
スの特性図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の電力変換装置の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態の電力変換装置の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態の電力変換装置の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１３】本発明の第５実施形態の電力変換装置の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１４】本発明の第６実施形態の電力変換装置のチッ
プキャリアの構造を示す断面図である。
プキャリアの構造を示す断面図である。
【図１５】図１４におけるＤ方向から見た構成図であ
る。
る。
【図１６】図１４にブスバーを組み合わせた断面図であ
る。
る。
【図１７】本発明の第７実施形態の電力変換装置のチッ
プキャリア部の構造を示す断面図である。
プキャリア部の構造を示す断面図である。
【図１８】図１７におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図１９】本発明の第８実施形態の電力変換装置の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２０】本発明の第９実施形態における電力変換装置
の構成図である。
の構成図である。
【図２１】図２０におけるＡ―Ａ面の断面図である。
【図２２】図２０におけるＢ―Ｂ面の断面図である。
【図２３】本発明の各実施形態の電力変換装置を適用す
る自動車用電動機の駆動システムの電力変換装置の回路
図である。
る自動車用電動機の駆動システムの電力変換装置の回路
図である。
１…半導体チップ、１ｐ…正極半導体チップ、１ｎ…負
極半導体チップ、２…接続部材、２ｓ…ソース側接続部
材、２ｄ…ドレイン側接続部材、２ｇ…制御端子接続部
材、３…金属部材、３ｓ…ソース側金属部材、３ｄ…ド
レイン側金属部材、４…制御端子、５…位置決め突起
部、６…位置決め用係合部、７…加圧ガイド、１１…半
導体チップキャリア、１２…入力端子、１３…接続配
線、１４…入力ブスバー、１４ｐ…正極入力ブスバー、
１４ｎ…負極入力ブスバー、１５…絶縁層、１６…出力
端子、１７…接続配線、１８…出力ブスバー、１９…絶
縁体、２０…ケース、２１…ネジ、２２…メネジ部、２
３…弾性体、２４…加圧体、２５…ボルト締結用穴、２
６…制御配線体、２７…制御端子ピン、２８…ケースカ
バー、１０１…電力変換モジュール、１０２…熱伝導グ
リース、１０３…ヒートシンク（冷却器）、１０４…制
御基板、１０５…絶縁シート、３０１…電力変換用半導
体スイッチング回路（１相分）、３０２…平滑コンデン
サ、３０３…バッテリー、３０４…平滑コンデンサ、３
０５…３相回転電機、３０６…インバータ回路。
極半導体チップ、２…接続部材、２ｓ…ソース側接続部
材、２ｄ…ドレイン側接続部材、２ｇ…制御端子接続部
材、３…金属部材、３ｓ…ソース側金属部材、３ｄ…ド
レイン側金属部材、４…制御端子、５…位置決め突起
部、６…位置決め用係合部、７…加圧ガイド、１１…半
導体チップキャリア、１２…入力端子、１３…接続配
線、１４…入力ブスバー、１４ｐ…正極入力ブスバー、
１４ｎ…負極入力ブスバー、１５…絶縁層、１６…出力
端子、１７…接続配線、１８…出力ブスバー、１９…絶
縁体、２０…ケース、２１…ネジ、２２…メネジ部、２
３…弾性体、２４…加圧体、２５…ボルト締結用穴、２
６…制御配線体、２７…制御端子ピン、２８…ケースカ
バー、１０１…電力変換モジュール、１０２…熱伝導グ
リース、１０３…ヒートシンク（冷却器）、１０４…制
御基板、１０５…絶縁シート、３０１…電力変換用半導
体スイッチング回路（１相分）、３０２…平滑コンデン
サ、３０３…バッテリー、３０４…平滑コンデンサ、３
０５…３相回転電機、３０６…インバータ回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三島 彰 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 印南 敏之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 藤野 伸一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 森 英明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 高橋 研二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 増野 敬一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 阿南 裕康 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内 Ｆターム(参考） 5H007 AA06 HA03 HA04 HA05 HA07 5H740 BA12 BB05 MM10 NN17 PP01 PP02 PP04 PP06
Claims (14)
- 【請求項１】外部より電力を入力する複数の入力ブスバ
ーと、外部へ電力を出力する複数の出力ブスバーと、前
記入力ブスバー及び前記出力ブスバーに電気的に接続さ
れると共に入力される電力を変換して出力する複数の半
導体チップとを備え、前記半導体チップは半導体スイッ
チング素子を有しており、複数の前記入力ブスバーは、
正極入力ブスバーと負極入力ブスバーとを有すると共
に、並置して長く延びるように設け、複数の前記出力ブ
スバーは、並置して長く延びると共に、前記正極入力ブ
スバー及び前記負極入力ブスバーの長手方向と交差する
ように設け、複数の前記半導体チップは、前記正極入力
ブスバー及び前記負極入力ブスバーと複数の前記出力ブ
スバーとの交差する部分の間に挟持されるように電気的
及び熱的に接続して配置すると共に、前記正極入力ブス
バーに対してはこれに合致する極性となる向きで接続
し、かつ前記負極入力ブスバーに対してはこれに合致す
る極性となる向きで接続し、さらに、共通する前記出力
ブスバーに対しては極性の向きが異なるもので隣合うよ
うに接続したことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の電力変換装置において、
前記正極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーは直線
状に長く延びると共に同一平面上に並置し、複数の前記
出力ブスバーは、直線状に長く延びると共に同一平面に
並置し、かつ前記正極入力ブスバー及び前記負極入力ブ
スバーの長手方向とほぼ直交するように設けたことを特
徴とする電力変換装置。 - 【請求項３】請求項１に記載の電力変換装置において、
前記正極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーはその
長手方向における同じ側からラミネート状に形成した正
極入力端子及び負極入力端子に接続し、複数の前記出力
ブスバーはその長手方向における同じ側でかつ正極入力
端子及び負極入力端子と異なる側からそれぞれの出力端
子に接続したことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項４】請求項１に記載の電力変換装置において、
前記各半導体チップは半導体スイッチング素子及びこれ
に逆並列接続したダイオードを有するＭＯＳＦＥＴで構
成し、前記出力ブスバーは３つで形成し、前記入力ブス
バーと前記出力ブスバーとの間に前記半導体チップを３
相ブリッジ回路を形成するように接続して入力される直
流電力を３相交流電力に変換するように構成したことを
特徴とする電力変換装置。 - 【請求項５】外部より電力を入力する複数の入力ブスバ
ーと、外部へ電力を出力する複数の出力ブスバーと、前
記入力ブスバー及び前記出力ブスバーに電気的に接続さ
れると共に入力される電力を変換して出力する複数の半
導体チップキャリアとを備え、複数の前記入力ブスバー
は、正極入力ブスバーと負極入力ブスバーとを有すると
共に、並置して長く延びるように設け、複数の前記出力
ブスバーは、並置して長く延びると共に、前記正極入力
ブスバー及び前記負極入力ブスバーの長手方向と交差す
るように設け、前記半導体チップキャリアは、半導体ス
イッチング素子を有する半導体チップと、前記半導体チ
ップの両側の正極面及び負極面に電気的及び熱的に接続
された金属部材とを有すると共に、前記正極入力ブスバ
ー及び前記負極入力ブスバーと複数の前記出力ブスバー
との交差する部分の間に挟持されるように電気的及び熱
的に接続して配置すると共に、前記正極入力ブスバーに
対してはこれに合致する極性となる向きで接続し、かつ
前記負極入力ブスバーに対してはこれに合致する極性と
なる向きで接続し、さらには共通する前記出力ブスバー
に対しては極性の向きが異なるもので隣合うように接続
したことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項６】請求項５に記載の電力変換装置において、
前記金属部材は、前記半導体チップの線膨張係数に近い
線膨張係数を有する低熱膨張金属材料で形成すると共
に、前記半導体チップに接合部材を介して接続したこと
を特徴とする電力変換装置。 - 【請求項７】請求項６に記載の電力変換装置において、
前記金属部材は線膨張係数が３から１０の範囲の低熱膨
張金属材料で形成したことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項８】請求項５に記載の電力変換装置において、
前記半導体チップキャリアと前記入力ブスバーまたは出
力ブスバーの突起部及び係合部を係合して両者の位置を
確定する位置決め機構を設けたことを特徴とする電力変
換装置。 - 【請求項９】請求項５に記載の電力変換装置において、
前記金属部材は、前記半導体チップの投影面積より大き
い面積にすると共に、厚さを１〜２ｍｍ程度に薄く形成
したことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項１０】外部より電力を入力する複数の入力ブス
バーと、外部へ電力を出力する複数の出力ブスバーと、
前記入力ブスバー及び前記出力ブスバーに電気的に接続
されると共に入力される電力を変換して出力する複数の
半導体チップキャリアと、前記入力ブスバー及び前記出
力ブスバーを前記半導体チップキャリアに加圧する加圧
機構とを備え、複数の前記入力ブスバーは、正極入力ブ
スバーと負極入力ブスバーとを有すると共に、並置して
長く延びるように設け、複数の前記出力ブスバーは、並
置して長く延びると共に、前記正極入力ブスバー及び前
記負極入力ブスバーの長手方向と交差するように設け、
前記半導体チップキャリアは、半導体スイッチング素子
を有する半導体チップと、前記半導体チップの両側の正
極面及び負極面に接続用半田を介して電気的及び熱的に
接続された低熱膨張金属部材とを有すると共に、前記正
極入力ブスバー及び前記負極入力ブスバーと複数の前記
出力ブスバーとの交差する部分の間に挟持されるように
電気的及び熱的に接続して配置すると共に、前記正極入
力ブスバーに対してはこれに合致する極性となる向きで
接続し、かつ前記負極入力ブスバーに対してはこれに合
致する極性となる向きで接続し、さらには共通する前記
出力ブスバーに対しては極性の向きが異なるもので隣合
うように接続したことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項１１】請求項１０に記載の電力変換装置におい
て、前記入力ブスバーの幅と厚さの比を５〜２０の範囲
に設定したことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項１２】外部より電力を入力する複数の入力ブス
バーと、外部へ電力を出力する複数の出力ブスバーと、
前記入力ブスバー及び前記出力ブスバーに電気的に接続
されると共に入力される電力を変換して出力する複数の
半導体チップキャリアと、前記半導体チップキャリアを
内蔵するケースと、前記入力ブスバーまたは出力ブスバ
ーを冷却する冷却器とを備え、複数の前記入力ブスバー
と複数の前記出力ブスバーとは交差するように設け、前
記半導体チップキャリアは、半導体スイッチング素子を
有する半導体チップと、前記半導体チップの両側の正極
面及び負極面に電気的及び熱的に接続された金属部材と
を有すると共に、複数の前記入力ブスバーと複数の前記
出力ブスバーとの交差する部分の間に挟持されるように
電気的及び熱的に接続して配置すると共に、前記正極入
力ブスバーに対してはこれに合致する極性となる向きで
接続し、かつ前記負極入力ブスバーに対してはこれに合
致する極性となる向きで接続し、さらには共通する前記
出力ブスバーに対しては極性の向きが異なるもので隣合
うように接続し、前記ケースは、全体を合成樹脂で形成
し、その合成樹脂成形時に、前記入力ブスバーまたは前
記出力ブスバーの側面を一体にモールドして反半導体チ
ップキャリア側の面を外部に露出し、前記冷却器は、前
記ケースの外部に配置すると共に、前記入力ブスバーま
たは前記出力ブスバーが露出する反半導体チップキャリ
ア側の面に電気絶縁層を介して熱的に接続したことを特
徴とする電力変換装置。 - 【請求項１３】請求項１２に記載の電力変換装置におい
て、前記ケースに一体に形成された前記入力ブスバーま
たは前記出力ブスバーにその反対側の前記出力ブスバー
または前記入力ブスバーを加圧する加圧機構を設けたこ
とを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項１４】バッテリより直流電力を入力する複数の
入力ブスバーと、自動車駆動用回転電機へ交流電力を出
力する複数の出力ブスバーと、前記入力ブスバー及び前
記出力ブスバーに電気的に接続されると共に入力される
直流電力を３相交流電力に変換して出力する複数の半導
体チップキャリアと、前記半導体チップキャリアを内蔵
するケースと、前記入力ブスバーまたは出力ブスバーを
冷却する冷却器と、前記入力ブスバー及び前記出力ブス
バーを前記半導体チップキャリアに加圧する加圧機構と
を備え、複数の前記入力ブスバーは、正極入力ブスバー
と負極入力ブスバーとを有するものであり、複数の前記
出力ブスバーは、３つで形成すると共に、前記正極入力
ブスバー及び前記負極入力ブスバーと交差するように設
け、前記半導体チップキャリアは、半導体スイッチング
素子及びこれに逆並列接続したダイオードをＭＯＳＦＥ
Ｔで形成した半導体チップと、前記半導体チップの両側
の正極面及び負極面に電気的及び熱的に接続された金属
部材とを有すると共に、複数の前記入力ブスバーと複数
の前記出力ブスバーとの交差する部分の間に挟持される
ように電気的及び熱的に接続して配置すると共に、前記
正極入力ブスバーに対してはこれに合致する極性となる
向きで接続し、かつ前記負極入力ブスバーに対してはこ
れに合致する極性となる向きで接続すると共に、さらに
は共通する前記出力ブスバーに対しては極性の向きが異
なるもので隣合うように接続して、３相ブリッジ回路を
形成し、前記ケースは、合成樹脂で形成し、その合成樹
脂成形時に、前記入力ブスバーまたは前記出力ブスバー
を一体に形成すると共に、反半導体チップキャリア面を
外部に露出するように形成し、前記冷却器は、前記ケー
スの外部に配置すると共に、前記入力ブスバーまたは前
記出力ブスバーが露出する反半導体チップキャリア側の
面に電気絶縁層を介して熱的に接続し、前記加圧機構
は、前記ケースに一体に形成された前記入力ブスバーま
たは前記出力ブスバーにその反対側の前記出力ブスバー
または前記入力ブスバーを加圧するように設けたことを
特徴とする電力変換装置。
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