JP2002325467A

JP2002325467A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2002325467A
Application number: JP2001126807A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Ueda; 英史上田; Masahito Higuchi; 雅人樋口
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2002-11-08
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: JP4691819B2

Abstract

(57)【要約】【課題】パワーモジュールの外部電極端子と冷却用フ
ィンとの間の距離が短い場合でも十分な絶縁耐圧と熱伝
導性を確保し小形で安価なインバータ装置を得る。【解決手段】インバータ部を内蔵しかつ該インバータ
部と電気絶縁された取付け面を有する一体構造のモジュ
ールと、モジュールが取付けられる導電性材質の冷却用
フィンとを有するインバータ装置において、冷却フィン
のモジュール取付面にモジュールの周囲を囲み収納する
壁６を設け、壁６によって構成された槽にモジュールを
収納後充填される非導電性おび熱伝導性をもつ流動性樹
脂と、冷却フィンへのモジュール取付面と冷却フィンと
の間に流動性樹脂が染み込み充填される隙間とを設けた
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインバータ装置に関
するものであり、特に該装置の構成要素であるパワーモ
ジュールの外部電極端子と冷却フィン間の絶縁距離が短
い際の絶縁耐圧を確保する構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】絶縁耐圧を確保する為の従来構成例とし
て、特開平０９−１５３５７４で開示された構成を図１
０に示す。図１０は、従来構成例である半導体装置の部
分正面断面図である。この半導体装置１００では、銅な
どの電気良導性の金属から実質的に成る板状のリードフ
レーム１０３の上の所定の部位に、ＩＧＢＴ素子などの
パワー半導体素子１１１がハンダで固定されている。そ
して、パワー半導体素子１１１とリードフレーム１０３
の他の部位との間が、アルミニウム製のボンディングワ
イヤ１１３によって電気的に接続されている。リードフ
レーム１０３は、所定のパターン形状を有しており、そ
のことによって、パワー半導体素子１１１を含む回路の
配線パターンを構成するとともに、外部装置との電気的
接続を行うための外部端子１０７をも構成する。パワー
半導体素子１１１が搭載されるリードフレーム１０３の
上主面（素子載置面）とは反対側の下主面に対向するよ
うに、例えばアルミニウムあるいは銅などの熱良導性の
金属から実質的に成る板状のヒートシンク１０１が設け
られている。そして、電気絶縁性でしかも熱良導性の封
止樹脂１０２によって、リードフレーム１０３の外部端
子１０７を除いた部分、リードフレーム１０３の上に搭
載される素子、および、ヒートシンク１０１が封止され
ている。リードフレーム１０３の外部端子１０７に相当
する部分は、封止樹脂１０２の側壁から外部へと突出し
ている。

【０００３】リードフレーム１０３とヒートシンク１０
１の間には、わずかに間隙が設けられており、この間隙
には封止樹脂１０２が充填されている。この間隙に充填
された封止樹脂１０２は、リードフレーム１０３とヒー
トシンク１０１との間を電気的に絶縁するとともに、パ
ワー半導体素子１１１で発生する損失熱を、リードフレ
ーム１０３からヒートシンク１０１へと良好に伝える役
割を果たしている。間隙に充填された封止樹脂１０２
は、さらに、リードフレーム１０３とヒートシンク１０
１とを固定的に結合する役割をも果たしている。また、
封止樹脂１０２は、配線パターンでもあるリードフレー
ム１０３およびその上の各種素子を完全に埋め込むこと
で、外部の湿気その他からそれらを保護している。封止
樹脂１０２は、リードフレーム１０３とヒートシンク１
０１との間の間隙を充填するだけではなく、ヒートシン
ク１０１の外周端面をも包囲するように成型されてい
る。そして、ヒートシンク１０１のリードフレーム１０
３に対向する上主面とは反対側の下主面は、装置１００
の外部へと露出している。すなわち、装置１００の底面
には、封止樹脂１０２から成る辺縁部１０２ａを残し
て、ヒートシンク１０１の下主面が選択的に露出してい
る。辺縁部１０２ａは、ヒートシンク１０１の露出面の
外周に沿って、この露出面に隣接している。装置１００
を使用する際には、図１０に示すように、装置１００は
外部の放熱フィン１４１に取り付けられる。放熱フィン
１４１は平坦面１４１ａを有しており、この平坦面１４
１ａがヒートシンク１０１の露出面に接触するように、
装置１００と放熱フィン１４１とは互いに固定される。
そうすることによって、パワー半導体素子１１１で発生
した損失熱が、ヒートシンク１０１から放熱フィン１４
１へと効率よく放散される。

【０００４】図１１は、底面寄りの斜め方向から視た装
置１００の外観斜視図である。図１１に示すように、外
部端子１０７は、略直方体形状を成す封止樹脂１０２の
４方向の側壁の中の、互いに反対方向をなす二方向の側
壁から突出している。そして、外部端子１０７の先端部
は、ヒートシンク１０１が露出する装置１００の底面と
は反対側へ向かうように、折り曲げられている。すなわ
ち、この装置１００は、いわゆるＤＩＰ型のパッケージ
構造を有している。なお、装置１００の放熱フィン１４
１への固定を、ネジを用いて容易に行うことを可能とす
るために、封止樹脂１０２には一対の貫通孔９９が設け
られている。上述した辺縁部１０２ａには、後退した段
差面１２１が、外部端子１０７が突出する側壁と辺縁部
１０２ａとの間の稜線に沿って形成されている。すなわ
ち、段差面１２１は、ヒートシンク１０１の露出面から
後退しており、しかも、外部端子１０７が突出する側に
位置する辺縁部１０２ａの外周端縁に沿って形成されて
いる。そして、装置１００を使用する際には、段差面１
２１を覆う絶縁シート１３１が準備される。絶縁シート
１３１は、図１１に例示するように、例えば中央部に選
択的に開口部を有する平面形状をなしている。そして、
この開口部に装置１００の底面部の中の段差面１２１を
除く部分が挿入される。

【０００５】図１０に戻って、絶縁シート１３１は、放
熱フィン１４１の平坦面１４１ａと段差面１２１との間
に挟み込んで使用される。絶縁シート１３１には開口部
が設けられているために、ヒートシンク１０１と放熱フ
ィン１４１との接触を保ちつつ、放熱フィン１４１の平
坦面１４１ａと段差面１２１との間に絶縁シート１３１
を挟み込むことが可能である。また、絶縁シート１３１
は、例えば樹脂などの一定程度の弾性を有する材質で構
成され、その厚さは、段差面１２１の深さ、すなわち段
差幅よりも幾分大きく設定される。このため、ヒートシ
ンク１０１の露出面と放熱フィン１４１の平坦面１４１
ａとが接触するように、装置１００と放熱フィン１４１
とが互いに固定的に結合したときに、絶縁シート１３１
は、放熱フィン１４１の平坦面１４１ａと段差面１２１
とによって圧接される。ところで、外部端子１０７とヒ
ートシンク１０１との間、および外部端子１０７と放熱
フィン１４１との間には、電気的絶縁を維持するため
に、一定値以上の空間距離および沿面距離を保つ必要が
ある。それらの許容範囲の最短値は、装置１００の耐電
圧の定格値、すなわち定格電圧によって定まる。

【０００６】図１０に示す使用形態では、放熱フィン１
４１の平坦面１４１ａと外部端子１０７との間に絶縁シ
ート１３１が介在し、放熱フィン１４１の平坦面１４１
ａ上の外部端子１０７に面する領域が、絶縁シート１３
１によって覆われている。そして、絶縁シート１３１の
輪郭形状は、放熱フィン１４１と外部端子１０７との間
の空間距離ＡまたはＢ（いずれか短い方が空間距離とな
る）、および沿面距離Ｃが、それぞれ、許容最短値とし
ての空間距離Ｌおよび沿面距離Ｓ以上の大きさとなるよ
うに設定されている。放熱フィン１４１と段差面１２１
との間には絶縁シート１３１が圧接されているので、外
部端子１０７から封止樹脂１０２の側壁および段差面１
２１を経由して放熱フィン１４１へと至る沿面経路に沿
った放電は発生しない。このため、この経路の沿面距離
を許容最短沿面距離Ｓ以上の大きさに設定する必要がな
い。外部端子１０７と放熱フィン１４１との間の沿面距
離については、図１２に示すように外部端子１０７から
絶縁シート１３１の外周端縁までの沿面距離Ｃのみを考
慮すればよい。

【０００７】同様に、空間距離Ａ，Ｂは、外部端子１０
７から絶縁シート１３１の外周端縁までの空間距離に相
当する。絶縁シート１３１は、放熱フィン１４１の平坦
面１４１ａ上の外部端子１０７に面した、ある広がりを
もった領域を覆っているために、これらの空間距離Ａ，
Ｂは、放熱フィン１４１の平坦面１４１ａからの（言い
替えると、ヒートシンク１０１の露出面からの）外部端
子１０７の高さＨ（図１０に示す）よりも大きくなる。
したがって、高さＨを許容最短空間距離Ｌよりも小さく
設定することが可能となる。装置１００が絶縁シート１
３１とともに放熱フィン１４１へ取り付けられて成る応
用装置は、定格通りの耐電圧が保証されるとともに、良
好な放熱特性も保証されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示す従来構成
例ではパワーモジュール表面に段差を設けた特殊形状に
する必要があり、このような形状でない他の一般モジュ
ールに対しては適用できないという問題がある。また絶
縁シートを圧接する為、放熱フィンとパワーモジュール
との間に挿入された絶縁シートから発生する応力によ
り、パワーモジュールのケースおよび内部半導体素子等
が割れてしまうという問題もある。また放熱フィンへの
パワーモジュール取り付け工数についても、シリコング
リースの塗布作業に加えて、絶縁シートの取り付け作業
も追加され、工数が多くなるという問題もある。本発明
は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、本
発明の目的は、絶縁耐圧を確保のためにパワーモジュー
ルを特殊形状としたり、絶縁シートやシリコングリース
の塗布をすることなしに、パワーモジュールの外部電極
端子と冷却用フィンとの間の距離が短い場合でも十分な
絶縁耐圧と熱伝導性を確保し小形で安価なインバータ装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は請求項１記載のように、半導体スイッチング素
子と、該半導体スイッチング素子に逆並列接続された還
流ダイオードとから構成される並列接続体を２個直列に
接続して直列接続体を構成し、該直列接続体を２個以上
並列接続して構成されたインバータ部を内蔵しかつ該イ
ンバータ部と電気絶縁された取付け面を有する一体構造
のモジュールと、前記モジュールが取付けられる導電性
材質の冷却用フィンとを有するインバータ装置におい
て、前記冷却用フィンは該フィンに取付けられる前記モ
ジュールの周囲を囲む壁を有し、該壁によって構成され
た槽に非導電性および熱伝導性を有する流動性樹脂を充
填し、前記モジュールの取り付け面と前記冷却フィンと
の間に前記流動性樹脂が染み込み充填される隙間を設け
たことを特徴としている。また請求項２記載のように、
半導体スイッチング素子と、該半導体スイッチング素子
に逆並列接続された還流ダイオードとから構成される並
列接続体を内蔵しかつ該並列接続体と電気絶縁された取
付け面を有するパッケージ構造物と、前記並列接続体を
２個直列に接続して直列接続体を構成し、該直列接続体
を２個以上並列接続して構成されたインバータ部と、前
記パッケージ構造物が取付けられる導電性材質の冷却用
フィンとを有するインバータ装置において、前記冷却用
フィンは該フィンに取付けられる前記全てのパッケージ
構造物の周囲を囲む壁を有し、該壁によって構成された
槽に非導電性および熱伝導性を有する流動性樹脂を充填
し、前記各パッケージ構造物の取り付け面と前記冷却フ
ィンとの間に前記流動性樹脂が染み込み充填される隙間
を設けたことを特徴としている。また請求項３記載のよ
うに、半導体スイッチング素子を内蔵しかつ該素子と電
気絶縁された取付け面を有する第１のパッケージ構造物
と、還流ダイオードを内蔵しかつ該ダイオードと電気絶
縁された取付け面を有する第２のパッケージ構造物と、
前記半導体スイッチング素子に前記還流ダイオードを逆
並列接続した並列接続体を２個直列に接続して直列接続
体を構成し、該直列接続体を２個以上並列接続して構成
されたインバータ部と、前記第１、第２のパッケージ構
造物が取付けられる導電性材質の冷却用フィンとを有す
るインバータ装置において、前記冷却用フィンは該フィ
ンに取付けられる前記第１、第２の全てのパッケージ構
造物の周囲を囲む壁を有し、該壁によって構成された槽
に非導電性および熱伝導性を有する流動性樹脂を充填
し、前記各パッケージ構造物の取り付け面と前記冷却フ
ィンとの間に前記流動性樹脂が染み込み充填される隙間
を設けたことを特徴としている。また請求項４記載のよ
うに、請求項１ないし請求項３記載のインバータ装置に
おいて、前記各半導体スイッチング素子のオン、オフ動
作を行なうための駆動用回路を搭載した基板を、前記流
動性樹脂の中に埋め込んだことを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】発明の実施の第１の形態を、図１
にもとづいて説明する。図１はインバータ装置における
本発明の第１の実施の形態として、当該部を断面図とし
て示したものである。インバータ装置１は、CPU等を含
む制御回路基板２、整流用ダイオード、平滑コンデン
サ、制御電源部、インバータ部IGBTのドライブ回路等を
含むパワー回路基板３、インバータ部を内蔵するパワー
モジュール４、冷却用フィン５、冷却用フィン５の一部
でもありパワーモジュール４の四方を囲む外壁６、冷却
用フィン５へのパワーモジュール取り付けネジ７、冷却
用フィン５とパワーモジュール取付け面との間に設けら
れた空隙８、外壁６によりできた槽の中に充填された電
気絶縁性を有する樹脂材料（例えばシリコンゲル）９、
インバータケース１０、パワーモジュール４の外部電極
端子１１、制御回路基板２とパワー回路基板３とをつな
ぐ制御回路基板側のコネクタ１２、パワー回路基板側の
コネクタ１３、およびコネクタ付きケーブル１４とから
構成されている。

【００１１】パワーモジュール４は、冷却用フィン５に
ネジ締めにより取り付けられる。また冷却用フィン５に
ついては、その取り付けネジ穴部を含む周辺部が、冷却
用フィン面に対して少し突出しており、この突出により
パワーモジュール４を冷却用フィン５に取付けた際に
は、パワーモジュール４の取り付け表面と冷却用フィン
５との間にわずかの空隙８がモジュール取り付け表面全
体について生じることとなる。また取り付けネジ穴部を
冷却用フィン面と同じ高さにし、パワーモジュール４の
取り付け面下の冷却用フィン面をその周辺部より少し下
げることでも同様の効果が得られることはもとよりであ
る。そしてパワーモジュール４は、その周囲を冷却用フ
ィン５の一部でもある外壁６により囲まれており、この
外壁６によりできた槽の中には電気絶縁性を有する樹脂
材料（シリコンゲル）９が、溢れ出ない程度の余裕を残
して充填されている。ここではシリコンゲルとしている
が、同様の効果を有するものであれば他の樹脂材料でも
よく、例えばエポキシ樹脂であっても差し支えはない。
前記槽の中にシリコンゲル９が充填されると、パワーモ
ジュール４の表面と周囲、その外部電極端子１１の表面
と周囲には電気絶縁性を有するシリコンゲル９が密着
し、完全に覆うことになる為、パワーモジュール４の外
部電極端子１１と冷却用フィン５との間の距離Ａ（図2
参照）が短い場合でも十分な絶縁耐圧が確保されること
となる。

【００１２】また従来構成例のような特殊なパワーモジ
ュール形状とする必要はなく、また絶縁シートを使用し
ない為、そこから生じる応力についての心配もない。し
かし上記２つの効果については、本発明の構成要件の一
つである空隙８の有無に関わらず期待できそうなもので
はある。しかしながら空隙8がない場合には、次の問題
点を有している。パワーモジュールを冷却用フィンに取
付ける場合、この両者間の十分な面接触（いいかえれば
熱伝導性）を確保するためシリコングリースをその接触
面に塗布するのが一般的である。ところがシリコングリ
ースは柔らかい粘性を有する為、充填したシリコンゲル
とシリコングリースとの間の密着性が悪くなり、これが
障害となって十分な絶縁耐圧を確保できなくなるという
問題がある。またシリコングリースの塗布をせずにパワ
ーモジュールを冷却用フィンに取付けると、充分な面接
触を確保できず、接触面での熱伝導性が不安定になると
いう問題が生じてくる。

【００１３】そこでこのような問題点を解決する為に、
その解決に伴って上記２つの効果をも得る為、パワーモ
ジュール４の取り付け表面と冷却用フィン５との間にわ
ずかの空隙８をモジュール取り付け表面全体について設
けている。上記本発明の実施の形態において、シリコン
ゲル９の充填時はシリコンゲル９は液状の流動性を有し
ており、その流動性ゆえに空隙８の中にも十分に浸透で
き、この浸透により空隙８にはシリコンゲル９が隙間な
く充填される。そして上記による充填後、常温放置、も
しくは短時間の加熱によりシリコンゲル９はゼリー状、
もしくはゴム状に硬化される。電気絶縁性を有する流動
性樹脂としてシリコンゲルを例に説明してきたが、これ
は同様な性質を有する他の樹脂材料、例えばエポキシ樹
脂であっても差し支えはない。パワーモジュール４の冷
却用フィン５への取り付け面の大部分は、空隙８を介し
て、すなわち空隙８に充填されたシリコンゲル９を介し
て冷却用フィン５とつながっている。そしてシリコンゲ
ル９は一定の熱伝導性を有する為、空隙８が短ければ、
空隙８の部分における熱抵抗は十分に小さな値となり、
従ってシリコングリースを塗布しなくてもパワーモジュ
ール４から冷却用フィン５への熱伝導性は充分に確保さ
れる。また空隙８の大きさ管理は比較的容易なので、塗
布量の精度管理が困難なシリコングリースに比べ、極め
て安定した熱伝導性の確保が可能となる。

【００１４】さらにシリコンゲル９にアルミナ等のフィ
ラーを混入させれば、電気絶縁性を損なわずに熱伝導性
を向上させることが可能となり、より良好かつ安定した
熱伝導性の確保が可能となる。またパワーモジュール４
の取り付け面と冷却用フィン５との間に、空隙8に充填
されたシリコンゲル９による絶縁層が付加されるので、
もし仮にパワーモジュール４の内部素子と該取り付け面
との間に絶縁破壊が生じたとしても、このシリコンゲル
９による絶縁層で冷却用フィン５との間の絶縁破壊を防
止できるという効果も期待もある。シリコンゲル９が充
填された外壁６により構成される槽を、パワー回路基板
3を蓋としてこれを塞ぎ、パワーモジュール４の外部電
極端子１１をパワー回路基板3に貫通させかつ半田付け
し、パワーモジュール４とパワー回路基板3との電気的
接続を実現している。以上述べたように本実施形態によ
れば、パワーモジュール４と冷却用フィン５との間にお
ける良好かつ安定した熱伝導性が確保できる、シリコン
グリース塗布作業が不要となる、短い絶縁距離にもかか
わらず十分な絶縁耐圧が確保できる、特殊なパワーモジ
ュール形状とする必要がない、パワーモジュールに加わ
る応力は生じない、パワーモジュールの内部素子と該取
り付け面との間に絶縁破壊が生じても冷却用フィンとの
間の絶縁破壊を防止できるという効果をもつ。

【００１５】次に本発明の第２の実施形態を図３に基づ
いて説明する。図３は前記第１の実施形態である図１に
おけるパワーモジュール４を、１素子のIGBTおよびこれ
に逆並列接続された１素子の還流ダイオードとを内蔵す
るパッケージ２１ないし２６に置き換えたものであり、
その他の構造は第１の実施形態と同じである。３相イン
バータとしているので、上記パッケージ６個によりイン
バータ部が構成されており、これを２１ないし２６とし
たものである。上記各パッケージ２１ないし２６の外部
電極端子はパワー回路基板３を貫通し半田付けされてお
り、パワー回路基板３の基板パターンにより相互に電気
接続されインバータ部を構成している。パッケージ２１
ないし２６の冷却用フィン５への取り付け面は、その内
蔵IGBT等とは電気絶縁されており、冷却用フィン５はパ
ッケージ２１ないし２６との取り付け面部分において空
隙８が生じるような形状となっている。この空隙８にシ
リコンゲル９が充填され、それに伴って生じる効果は、
上記第１の実施形態と同じである。またこの第２の実施
形態の場合には、インバータ部分が低廉な１素子のIGBT
およびこれに逆並列接続された１素子の還流ダイオード
とを内蔵する６個のパッケージのみで構成され、しかも
冷却用フィン５との間に特段の絶縁手段を必要としない
ので、全体として安価なインバータ装置を構成できると
いう効果も期待できる。

【００１６】次に本発明の第３の実施形態を図５にもと
づいて説明する。図５は前記第２の実施形態である図３
に対し、１素子のIGBTおよびこれに逆並列接続された１
素子の還流ダイオードとを内蔵するパッケージ２１ない
し２６を、１素子のIGBTを内蔵するパッケージ３１ない
し３６と１素子の還流ダイオードを内蔵するパッケージ
３７ないし４２とに分けただけのものである。従って上
記第２の実施形態と同様に、パッケージ３１ないし４２
を冷却用フィン５に取り付け、冷却用フィン５の取り付
け面部に空隙８を設け、そこにシリコンゲル９を充填す
るという構成をとっており、それゆえに上記第2の実施
形態と同様な効果を期待できることとなる。

【００１７】次に本発明の第4の実施形態を図６にもと
づいて説明する。これは前記第2の実施形態において、
パワー回路基板３をインバータ部IGBTドライブ回路を含
むドライブ回路基板３ａと前記以外の回路を含むパワー
回路基板３ｂとに分割し、ドライブ回路基板３ａを１素
子のIGBTおよびこれに逆並列接続された１素子の還流ダ
イオードとを内蔵するパッケージ２１ないし２６の各外
部電極端子１１と接続し、このドライブ回路基板３ａと
前記各外部電極端子１１をともにシリコンゲル９の中に
完全に浸し、ドライブ回路基板３ａとパワー回路基板３
ｂとは両基板双方をつなぐ電極端子４１を介して電気的
に接続したものである。またドライブ回路基板３ａは基
板の位置を支持する為、冷却用フィン５の一部でもあ
り、パッケージ２１ないし２６の全てを囲む外壁6によ
りできた槽の中でネジ締め固定されている。この第4の
実施形態では、前記第2の実施形態における効果を有す
ることはもとより、さらに次の効果を有する。パッケー
ジ２１ないし２６に内蔵されたIGBTを駆動する各ドライ
ブ回路相互間では高電圧が発生するため、一般的にはド
ライブ回路相互間の絶縁距離を大きくとる必要がある。
ところが、これらドライブ回路を実装したドライブ回路
基板３ａごとシリコンゲル９の中に浸してしまえば、ド
ライブ回路基板３ａの表面は電気絶縁性を有するシリコ
ンゲル９で完全に覆われる為、上記の絶縁距離を小さく
できるという効果が期待できる。特に近年ではドライブ
用回路部品、例えばフォトカプラやIGBTゲートドライブ
駆動用高耐圧ICなどが小型化してきており、そのため高
電圧が印加されるにもかかわらず、同部の部品ピン間ピ
ッチは狭くなってきており、これらの小型部品を使用す
る為にも、必要とされる絶縁距離を短縮していく必要が
生じてきているという状況にも応えていくことができ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、半導
体スイッチング素子と、該半導体スイッチング素子に逆
並列接続された還流ダイオードとから構成される並列接
続体を２個直列に接続して直列接続体を構成し、該直列
接続体を２個以上並列接続して構成されたインバータ部
を内蔵しかつ該インバータ部と電気絶縁された取付け面
を有する一体構造のモジュールと、モジュールが取付け
られる導電性材質の冷却用フィンとを有するインバータ
装置において、冷却フィンのモジュール取付面にモジュ
ールの周囲を囲み収納する壁を設け、壁によって構成さ
れた槽にモジュールを収納後充填される非導電性および
熱伝導性をもつ流動性樹脂と、冷却フィンへのモジュー
ル取付面と冷却フィンとの間に流動性樹脂が染み込み充
填される隙間とを設けたので、パワーモジュールの外
部電極端子と冷却用フィンとの間の距離が短い場合でも
十分な絶縁耐圧を確保でき、絶縁耐圧確保のために従来
構成例のような特殊なパワーモジュール形状とする必要
もなく、また絶縁シートを使用しないのでそこから生じ
る応力についての心配もなく、シリコングリースの塗布
も不要となり、極めて安定した熱伝導性の確保もでき、
さらにはシリコンゲルにアルミナ等のフィラーを混入さ
せて電気絶縁性を損なわずに熱伝導性を向上させること
も可能となり、全体として安価なインバータ装置を提供
できる。パワーモジュールのインバータ部ドライブ回路
相互間の絶縁距離を小さくでき、特に近年の小型化して
きたフォトカプラやIGBTゲートドライブ駆動用高耐圧IC
などの使用も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるインバータ装置
の構成図を示したもの

【図２】本発明の第１の実施例における一般的な絶縁距
離が不足する部分を示したもの

【図３】本発明の第２の実施例におけるインバータ装置
の構成図を示したもの

【図４】本発明の第2の実施例における、シリコンゲル
の充填された槽の中に配置された各パッケージを示した
もの

【図５】本発明の第３の実施例におけるインバータ装置
の構成図を示したもの

【図６】本発明の第４の実施例におけるインバータ装置
の構成図を示したもの

【図７】本発明の第１の実施例におけるインバータ部パ
ワーモジュールを電気回路により示したもの

【図８】本発明の第２の実施例におけるインバータ部の
各パッケージを電気回路で示したもの

【図９】本発明の第３の実施例におけるインバータ部の
各パッケージを電気回路で示したもの

【図１０】従来の構成例を示したもの

【図１１】従来例を、底面よりの斜め方向からみた外観
斜視図

【図１２】従来例における各部絶縁距離を示したもの

【符号の説明】

１インバータ装置２制御回路基板３パワー回路基板３ａ IGBTドライブ回路を含むドライブ回路基板３ｂ IGBTドライブ回路を除いたパワー回路基板４パワーモジュール５冷却用フィン６冷却用フィン５の一部でもある外壁７冷却用フィン5へのパワーモジュール取り付けネ
ジ、もしくはパッケージ取り付けネジ８空隙９シリコンゲル１０インバータケース１１パワーモジュール、もしくはパッケージの外部電
極端子１２、１３コネクタ１４コネクタ付きケーブル２１〜２６ IGBTと還流ダイオードとを内蔵したパッケ
ージ３１〜３６ IGBTを内蔵したパッケージ３７〜４２還流ダイオードを内蔵したパッケージ９９一対の貫通孔１００半導体装置１０１板状のヒートシンク１０２封止樹脂１０２ａ封止樹脂１０２から成る辺縁部１０３板状のリードフレーム１０７外部端子１１１パワー半導体素子１１３アルミ製のボンディングワイヤ１２１辺縁部１０２ａから後退した段差１３１絶縁シート１４１放熱フィン１４１ａ平坦面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｍ 7/5387 Ｈ０１Ｌ 23/36 ＤＨ０５Ｋ 5/00 25/04 Ｃ 7/20 Ｆターム(参考） 4E360 AB02 AB13 AB33 CA01 ED22 EE08 GA24 GA33 GB99 5E322 AA01 AB08 FA09 5F036 AA01 BB05 BB21 BC33 BC35 BD21 5H007 CA01 CB05 HA04 HA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体スイッチング素子と、該半導体ス
イッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードとか
ら構成される並列接続体を２個直列に接続して直列接続
体を構成し、該直列接続体を２個以上並列接続して構成
されたインバータ部を内蔵しかつ該インバータ部と電気
絶縁された取付け面を有する一体構造のモジュールと、
前記モジュールが取付けられる導電性材質の冷却用フィ
ンとを有するインバータ装置において、前記冷却フィンの前記モジュール取付面に前記モジュー
ルの周囲を囲み収納する壁を設け、前記壁によって構成された槽に前記モジュールを収納後
充填される非導電性おび熱伝導性をもつ流動性樹脂と、前記冷却フィンへの前記モジュール取付面と前記冷却フ
ィンとの間に前記流動性樹脂が染み込み充填される隙間
とを設けたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】半導体スイッチング素子と、該半導体ス
イッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードとか
ら構成される並列接続体を内蔵しかつ該並列接続体と電
気絶縁された取付け面を有するパッケージ構造物と、前
記並列接続体を２個直列に接続して直列接続体を構成
し、該直列接続体を２個以上並列接続して構成されたイ
ンバータ部と、前記パッケージ構造物が取付けられる導
電性材質の冷却用フィンとを有するインバータ装置にお
いて、前記冷却用フィンの前記パッケージ構造物取付面に全て
の前記パッケージ構造物の周囲を囲む壁を設け、前記壁によって構成された槽に前記パッケージ構造物を
収納後充填される非導電性および熱伝導性をもつ流動性
樹脂と、前記冷却用フィンへの前記パッケージ構造物取付面と前
記冷却用フィンとの間に前記流動性樹脂が染み込み充填
される隙間とを設けたことを特徴とするインバータ装
置。
【請求項３】半導体スイッチング素子を内蔵しかつ該
素子と電気絶縁された取付け面を有する第１のパッケー
ジ構造物と、還流ダイオードを内蔵しかつ該ダイオード
と電気絶縁された取付け面を有する第２のパッケージ構
造物と、前記半導体スイッチング素子に前記還流ダイオ
ードを逆並列接続した並列接続体を２個直列に接続して
直列接続体を構成し、該直列接続体を２個以上並列接続
して構成されたインバータ部と、前記第１、第２のパッ
ケージ構造物が取付けられる導電性材質の冷却用フィン
とを有するインバータ装置において、前記冷却用フィンの前記パッケージ構造物取付面に全て
の前記パッケージ構造物の周囲を囲む壁を設け、前記壁によって構成された槽に前記パッケージ構造物を
収納後充填される非導電性および熱伝導性をもつ流動性
樹脂と、前記冷却用フィンへの前記パッケージ構造物取付面と前
記冷却用フィンとの間に前記流動性樹脂が染み込み充填
される隙間とを設けたことを特徴とするインバータ装
置。
【請求項４】前記インバータ装置において、前記各半導体スイッチング素子のオン、オフ動作を行な
うための駆動用回路を搭載した基板を、前記流動性樹脂
の中に埋め込んだことを特徴とする請求項１ないし３の
いずれか1項記載のインバータ装置。