JP2009081273A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面積を小さくできる半導体装置（ＩＰＭ）を提供する。
【解決手段】ＩＰＭ１は、Ｕ相出力部２と、Ｖ相出力部３と、Ｗ相出力部４と、制御部５と、昇圧部６と、冷却部７とを備えている。異なる位相を出力する出力部２〜４、制御部５及び昇圧部６は、互いに交差する直方体の異なる面に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーデバイスと制御回路とを備えたインテリジェントパワーモジュールである半導体装置に関する。

従来、ＩＧＢＴ等を含むパワーデバイスとＩＧＢＴのゲート等を制御するための制御回路とが一体的に設けられたパワーモジュールであるＩＰＭが知られている。

特許文献１には、一枚の平板状のモジュール底部にＵ相、Ｖ相、Ｗ相を出力するためのパワーデバイス（出力部）が配置されたＩＰＭが開示されている。
特開２００５−１４２２２８号公報

しかしながら、特許文献１のＩＰＭでは、パワーデバイスが一枚の平面状のモジュール底部に設置されているため、平面積が大きくなるといった課題がある。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、平面積を小さくできる半導体装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１相を出力する第１出力部と、前記第１出力部が配置された面と交差する面に配置され、第１相と異なる位相の第２相を出力する第２出力部と、前記出力部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする半導体装置である。

また、請求項２に記載の発明は、前記第１出力部が配置される面と前記第２出力部が配置される面は多面体の異なる面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置である。

また、請求項３に記載の発明は、前記制御部が配置される面は、前記第１出力部が配置される面及び前記第２出力部が配置される面とは異なる多面体のいずれかの面であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置である。

また、請求項４に記載の発明は、前記第１出力部及び前記第２出力部は、放熱板を含み、前記放熱板が内側になるように、前記第１出力部及び前記第２出力部が構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置である。

また、請求項５に記載の発明は、前記第１出力部及び前記第２出力部は、放熱板を含み、前記放熱板が外側になるように、前記第１出力部及び前記第２出力部が構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置である。

また、請求項６に記載の発明は、前記第１出力部が配置される面と前記第２出力部が配置される面は、折り曲げられた板部材の異なる２面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置である。

また、請求項７に記載の発明は、前記第１出力部は、前記制御部に立設されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置である。

また、請求項８に記載の発明は、前記第１出力部は、前記制御部と接続するための制御用のバスバーを備え、前記制御用のバスバーは、前記制御部に形成された穴に挿通されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置である。

また、請求項９に記載の発明は、前記第１出力部及び前記第２出力部は、前記制御部が配置された方向とは異なる方向に熱を伝導させる放熱板を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置である。

また、請求項１０に記載の発明は、前記第１出力部及び前記第２出力部のそれぞれが、第１の方向に電流が流れる第１のバスバーと、第１の方向とは逆の第２の方向に電流が流れる第２のバスバーとを備え、前記第１出力部の第１のバスバーは、前記第２出力部の第１のバスバーよりも前記第２出力部の第２のバスバーに近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置である。

また、請求項１１に記載の発明は、前記第１出力部及び前記第２出力部は、第１の方向に電流が流れる第１のバスバーを共有するとともに、第１の方向とは逆の第２の方向に電流が流れる第２のバスバーを共有し、前記第１のバスバーと前記第２のバスバーは、絶縁部材を介して積層されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置である。

また、請求項１２に記載の発明は、前記第１出力部は、複数の半導体素子と、半導体素子が設けられる配線基板とを備え、前記複数の半導体素子は、基板の両面に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３、請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置である。

本発明の半導体装置によれば、互いに交差する異なる面に、異なる位相を出力する２つの出力部を配置することにより、平面積を小さくすることができる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明を三相式のインテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭ）に適用した第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態によるＩＰＭの全体斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、Ｕ相出力部の平面図である。図５は、図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図６は、スイッチングデバイスを説明するための斜視図である。図７は、ダイオードを説明するための斜視図である。図８は、ＩＰＭの概略回路図である。

図１〜図３に示すように、第１実施形態によるＩＰＭ１は、Ｕ相出力部２と、Ｖ相出力部３と、Ｗ相出力部４と、制御部５と、昇圧部６と、冷却部７とを備えている。異なる位相を出力する出力部２〜４、制御部５及び昇圧部６は、互いに交差する面である、直方体の異なる面に配置されている。また、出力部２〜４及び昇圧部６は、制御部５に垂直に立設された状態でネジ（図示略）により固定されている。

図４及び図５に示すように、Ｕ相出力部２は、高圧部１１と、低圧部１２と、配線基板１３と、放熱板１４と、７つのバスバー１５〜２１と、複数のＡｌワイヤ２２と、ケース２３とを備えている。

高圧部１１には、Ｐ側電力供給部から高電圧（正の電圧）を有する直流の電力が供給される。高圧部１１は、ｎｐｎ型のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ等からなるスイッチングデバイス３２と、逆流防止用の転流ダイオード（以下、ダイオード）３３と、配線基板１３上に形成されたＡｌ配線３４とを備えている。

図６に示すように、スイッチングデバイス３２の上面には、ゲート３２ｇと、ソース３２ｓが形成されている。スイッチングデバイス３２の下面には、半田を介してＡｌ配線３４に接続されるドレイン３２ｄが形成されている。尚、以下の説明において、他のスイッチングデバイスのドレイン、ゲート、ソースを説明する際にも、当該スイッチングデバイスの番号に符号ｄ、ｇ、ｓを付与して説明する。図４及び図８に示すように、スイッチングデバイス３２のドレイン３２ｄは、Ａｌ配線３４とＡｌワイヤ２２を介してＰ側電力供給用のバスバー１６に接続されている。スイッチングデバイス３２のソース３２ｓは、Ａｌワイヤ２２を介してＵ相出力用のバスバー１５に接続されている。また、スイッチングデバイス３２のソース３２ｓは、昇圧部６へ接続するためのバスバー１９にもＡｌワイヤ２２を介して接続されている。スイッチングデバイス３２のゲート３２ｇは、Ａｌワイヤ２２を介してゲートドライバ接続用のバスバー１８に接続されている。

また、スイッチングデバイス３２を構成する材料は、特に限定されるものではなく、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンド等を用途や目的に応じて適宜変更可能である。例えば、スイッチング損失や電力損失を抑制したい場合には、ＳｉＣやＧａＮが好ましい。尚、ＳｉＣは高温（約３００℃）で動作させる場合にも有効である。また、高周波で駆動させたい場合には、ＧａＮが好ましい。尚、ＧａＮを採用した場合には、更に、不要なインダクタンス成分（Ｌ成分）及び容量成分（Ｃ成分）を抑制でき、小型化も可能となる。また、絶縁破壊係数を上げて耐圧を向上させたい場合には、ＡｌＮが好ましい。尚、ＡｌＮを採用し、配線基板１３を同じＡｌＮにより構成した場合には、熱膨張係数の違いに起因する熱応力の発生を抑制できる。また、ダイヤモンドを採用する場合には、上述した材料の物性値を全て越えており、ＩＰＭ１の小型化を実現し、電力損失やスイッチング損失を大幅に低減することができる。

ダイオード３３は、スイッチングデバイス３２に電流が逆流することを防ぐためのものである。図７に示すように、ダイオード３３の上面には、アノード３３ａが形成されている。ダイオード３３の下面には、半田を介してＡｌ配線３４と接続されるカソード３３ｋが形成されている。尚、以下の説明において、他のダイオードのアノード、カソードを説明する際にも、当該ダイオードの番号に符号ａ、ｋを付与して説明する。図４及び図８に示すように、ダイオード３３のアノード３３ａは、Ａｌワイヤ２２を介してＵ相出力用のバスバー１５に接続されている。ダイオード３３のカソード３３ｋは、Ａｌ配線３４とＡｌワイヤ２２とを介してＰ側電力供給用のバスバー１６に接続されている。即ち、ダイオード３３は、スイッチングデバイス３２のソース３２ｓからドレイン３２ｄ方向が順方向となるように接続されている。また、ダイオード３３を構成する材料は、特に限定されるものではなく、スイッチングデバイス３２と同様に、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンド等を用途や目的に応じて適宜変更可能である。

低圧部１２には、Ｐ側電力供給部から供給される電力よりも低い電圧（負の電圧）を有する直流の電力がＮ側電力供給部から供給される。低圧部１２は、ｎｐｎ型のＩＧＢＴまたはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ等からなるスイッチングデバイス３６と逆流防止用の転流ダイオード（以下、ダイオード）３７と、配線基板１３上に形成されたＡｌ配線３８とを備えている。

スイッチングデバイス３６のドレイン３６ｄは、Ａｌ配線３８及びＡｌワイヤ２２を介してＵ相出力用のバスバー１５に接続されている。スイッチングデバイス３６のソース３６ｓは、Ａｌワイヤ２２を介してＮ側電力供給用のバスバー１７に接続されている。また、スイッチングデバイス３６のソース３６ｓは、Ａｌワイヤ２２を介して昇圧部６に接続するためのバスバー２０にも接続されている。スイッチングデバイス３６のゲート３６ｇは、ゲートドライバ接続用のバスバー２１に接続されている。

ダイオード３７のアノード３７ａは、Ａｌワイヤ２２を介してＮ側電力供給用のバスバー１７に接続されている。ダイオード３７のカソード３７ｋは、Ａｌ配線３８及びＡｌワイヤ２２を介してＵ相出力用のバスバー１５に接続されている。

配線基板１３は、絶縁性のＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４またはＳｉＯ_２からなる。配線基板１３の外面には、Ａｌ配線３４、３８が形成される（ＤＢＡ（Direct Brazed Aluminum））。Ａｌ配線３４、３８の代わりに、Ｃｕ配線を形成してもよい（ＤＢＣ（Direct Bonding Copper））。一方、配線基板１３の内面には、熱伝導性の良い金属（例えば、ＡｌまたはＣｕ等）からなる接合剤（図示略）により放熱板１４が接合されている。

放熱板１４は、配線基板１３を介して伝導する高圧部１１及び低圧部１２から発生した熱を外部へ放熱するためのものである。放熱板１４は、絶縁性の配線基板１３により高圧部１１及び低圧部１２と絶縁されている。図３に示すように、放熱板１４は、面に垂直な方向Ｓ１、即ち、制御部５が配置された方向とは異なる方向Ｓ１への熱伝導率が高い熱伝導異方性材料により構成されている。熱伝導異方性材料とは、例えば、方向が揃えられた炭素繊維をアルミニウムに埋設させたもの等を適用することができる。放熱板１４の外周部は、接着剤によりケース２３の内面に接着される。

バスバー１５〜２１は、ケース２３に中央部が埋設されて固定されている。これにより、バスバー１５〜２１の一端部はケース２３の凹部２３ｄ側に、他端部がケース２３の外側に配置される。バスバー１５〜２１は、導電性のＣｕまたはＡｌにより板状に形成されている。バスバー１５は、Ｕ相を出力するためのものである。バスバー１６は、Ｐ側電力を供給するためのものである。バスバー１７は、Ｎ側電力を供給するためのものである。即ち、バスバー１６には、バスバー１７とは逆方向の電流が流れる。バスバー１８、２１は、後述する制御部５のゲートドライブ４３、４４に接続されている。また、バスバー１９、２０は、ゲートドライブ４３、４４を介して昇圧部６に接続されている。

ケース２３は、合成樹脂からなり、長方形の板状に形成されている。ケース２３の中央部には、窓２３ａが形成されている。窓２３ａには、配線基板１３が嵌め込まれる。ケース２３の一方の側部には、ネジ溝を有する一対のネジ孔２３ｂが、窓２３ａへ延びるように形成されている。ケース２３の他方の側部には、外側から内側へと嵌通された挿通孔２３ｃが形成されている。図２に示すように、ケース２３の挿通孔２３ｃに挿通されたネジ２６を、隣接するケース２３のネジ孔２３ｂに螺合させることによって、ケース２３を互いに固定する。ケース２３には、窓２３ａよりも一回り大きい凹部２３ｄが形成されている。凹部２３ｄには、高圧部１１及び低圧部１２等を保護及び絶縁するための保護ゲル２４が充填されている。保護ゲル２４は、約１８０℃程度の熱に耐えることができる軟性のシリコン樹脂またはエポキシ樹脂からなる。また、保護ゲル２４の外面には、保護ゲル２４の漏れを防止するとともに、高圧部１１及び低圧部１２への熱の伝導を抑制する蓋２５が被せられている。

Ｖ相出力部３及びＷ相出力部４は、Ｕ相出力部２と略同じ構成を有するので異なる点のみ説明する。Ｖ相出力部３は、出力用のバスバー１５からＵ相と位相が異なるＶ相を出力する。Ｗ相出力部４は、出力用のバスバー１５からＵ相及びＶ相と位相が異なるＶ相を出力する。Ｖ相出力部３のバスバー１８、２１は、制御部５のゲートドライブ４５、４６に接続されている。また、Ｖ相出力部３のバスバー１９、２０は、ゲートドライブ４５、４６を介して昇圧部６に接続されている。Ｗ相出力部４のバスバー１８、２１は、制御部５のゲートドライブ４７、４８に接続されている。また、Ｗ相出力部４のバスバー１９、２０は、ゲートドライブ４７、４８を介して昇圧部６に接続されている。

制御部５は、断熱材４１と、配線基板４２と、６個のゲートドライブ４３〜４８と、Ａｌ配線５０とを備えている。尚、Ａｌ配線５０は、一部のみ図示している。断熱材４１は、熱に弱いゲートドライブ４３〜４８に各相出力部２〜４からの熱が伝導されることを抑制するためのものである。断熱材４１は、約３５０℃の熱に耐えることが可能な絶縁性のポリイミド系樹脂からなり、配線基板４２と各相出力部２〜４との間に配置されている。断熱材４１及び配線基板４２の外周部には、制御用のバスバー１５〜２１及びバスバー５５〜６０を挿通させるための穴４９（図１１参照）が形成されている。各穴４９からは、バスバー１８〜２１、各ゲートドライブ４３〜４８及びバスバー５５〜６０を接続するためのＡｌ配線５０が延びている。バスバー１８〜２１及びバスバー５５〜６０と、Ａｌ配線５０は、半田により接続されている。

各ゲートドライブ４３〜４８は、配線基板４２上に設けられている。ゲートドライブ４３（４４）は、Ｕ相出力部２に設けられたスイッチングデバイス３２（３６）のゲート３２ｇ（３６ｇ）を制御するためのものである。ゲートドライブ４５（４６）は、Ｖ相出力部３に設けられたスイッチングデバイス３２（３６）のゲート３２ｇ（３６ｇ）を制御するためのものである。ゲートドライブ４７（４８）は、Ｗ相出力部４に設けられたスイッチングデバイス３２（３６）のゲート３２ｇ（３６ｇ）を制御するためのものである。

図２に示すように、昇圧部６は、昇圧回路部５１と、Ａｌ配線５２と、配線基板５３と、放熱板５４と、ゲートドライブ４３〜４８に接続される６つのバスバー５５〜６０と、ケース２３とを備えている。昇圧部６は、ゲートドライブ４３〜４８、バスバー１９、２０及びバスバー５５〜６０を介して接続されている各出力部２〜４のスイッチングデバイス３２、３６のソース３２ｓ、３６ｓの電圧を制御する。これにより、スイッチングデバイス３２、３６のゲート３２ｇ、３６ｇの電圧を安定させて、ゲート３２ｇ、３６ｇに高い電圧が印加されることを抑制する。

冷却部７は、筒部材６１と、冷却ファン６２とを備えている。筒部材６１は、固定部材（図示略）を介してケース２３に取り付けられている。筒部材６１の一端部と制御部５との間には、所定の間隔があけられている。筒部材６１の他端部には、冷却ファン６２が設けられている。冷却ファン６２は、制御部５の方向へと送風可能に構成されている。

次に、上述したＩＰＭ１の動作説明を行う。

ゲートドライブ４３〜４８により各スイッチングデバイス３２、３６のゲート３２ｇ、３６ｇが制御されつつ、Ｐ側電力供給用のバスバー１６及びＮ側電力供給用のバスバー１７から電力が供給されると、各相の出力部２〜４により異なる位相を有する三相の交流電力が出力される。また、動作中には、冷却ファン６２から送風される空気が、図３に示す矢印方向Ｆ１に流れる。これにより、送風された空気は、筒部材６１を通って制御部５に達する。空気は、制御部５を冷却した後、筒部材６１の外側を矢印方向Ｆ２に流れて、各相の出力部２〜４及び昇圧部６を冷却して、排気される。

次に、上述したＩＰＭ１の組立工程について説明する。図９〜図１１は、ＩＰＭの組立工程を説明するための斜視図である。

まず、図９に示すように、バスバー１５〜２１を金型に入れた状態で、ケース２３を射出成型により作製する。次に、図１０に示すように、高圧部１１、低圧部１２及び配線基板１３が接合された放熱板１４をケース２３に接着する。その後、図４に示すように、Ａｌワイヤ２２を配線する。次に、図１１に示すように、出力部２〜４及び昇圧部６のケース２３を互いにネジ２６により固定する。その後、バスバー１５〜２１及びバスバー５５〜６０が、制御部５の穴４９と一致するように、制御部５を出力部２〜４及び昇圧部６の上に被せてネジ（図示略）により固定する。これにより、バスバー１５〜２１及びバスバー５５〜６０とＡｌ配線５０とを半田により電気的に接続する。この後、冷却部７を取り付けてＩＰＭ１が完成する。

上述したように、第１実施形態によるＩＰＭ１では、出力部２〜４、制御部５及び昇圧部６が互いに交差する直方体の異なる面に配置されている。これにより、全てを同一平面状に配置した場合に比べて、平面積を小さくすることができる。また、多面体に構成することにより、整流回路等を新たに設ける場合でも、平面積の増加を抑制することができる。更に、多面体に構成することにより、スイッチングデバイス３２、３６及びダイオード３３、３７のそれぞれが隣接することを減らすことができるので、熱の集中を抑制できる。

また、ＩＰＭ１では、出力部２〜４、制御部５及び昇圧部６を互いに交差する直方体の異なる面に配置することによって、冷却するための空気を容易に送風することができるとともに、冷却部７を直方体の内側に一つ取り付けることで冷却できる。これらにより、冷却機能を向上させることができるので、各出力部２〜４を高温（例えば、約２００℃）で動作させても、熱に弱いゲートドライブ４３〜４８の破損を抑制することができる。この結果、ＩＰＭ１の寿命を延ばすことができる。

また、一般には、出力部上にゲートドライブを構成する場合が多く、ゲートドライブに出力部からの熱が伝達され易いが、ＩＰＭ１では、制御部５に対して出力部２〜４を垂直に立設させることにより、出力部２〜４から制御部５への熱の伝達を抑制できる。更に、ゲートドライブ４３〜４８と出力部２〜４との間に断熱材４１を設けることにより、熱の伝達をより抑制できる。

また、制御用のバスバー１５〜２１及びバスバー５５〜６０を制御部５の穴４９に挿通させた状態で、Ａｌ配線５０と接続しているので、位置決めと接続とを容易に行うことができる。

（第２実施形態）
次に、上述した第１実施形態を部分的に変更した第２実施形態について説明する。尚、第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。図１２は、第２実施形態によるＩＰＭの図２相当図である。

図１２に示すように、第２実施形態によるＩＰＭ１ＡのＵ相出力部２Ａ、Ｖ相出力部３Ａ及びＷ相出力部４Ａは、放熱板１４が配線基板１３よりも外側に配置され、高圧部１１及び低圧部１２が配線基板１３よりも内側に配置されている。また、昇圧部６Ａにおいても、配線基板５３よりも外側に放熱板５４が配置され、配線基板５３よりも内側に昇圧回路部５１が配置されている。

第２実施形態のＩＭＰ１Ａでは、放熱板１４及び放熱板５４を直方体の外側に配置することにより、より放熱性を向上させることができる。尚、このように構成する場合、放熱板１４及び放熱板５４にヒートシンクやフィン等を設けてもよい。

（第３実施形態）
次に、上述した第１実施形態を部分的に変更した第３実施形態について説明する。尚、第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。図１３は、第３実施形態によるＩＰＭの図２相当図である。

図１３に示すＩＰＭ１Ｂのように、昇圧部を省略し、昇圧部の位置に制御部５Ｂを設けてもよい。具体的には、昇圧部が配置されていた個所にケース２３Ｂを取り付け、ケース２３Ｂの外側に断熱材４１と、ゲートドライブ（図示略）が設けられた配線基板４２とを順に積層する。

第３実施形態によるＩＰＭ１Ｂでは、直方体の側面に各相の出力部２〜４及び制御部５Ａを配置しているので、通気性が向上する。これにより、より冷却性能を向上させることができる。

（第４実施形態）
次に、上述した第１実施形態を部分的に変更した第４実施形態について説明する。尚、第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。図１４は、第４実施形態によるＩＰＭの断面図である。図１５は、第４実施形態によるＩＰＭの折り曲げ工程前の図である。

図１４に示すように、第４実施形態によるＩＰＭ１Ｃは、Ｚ字状に折り曲げられた１枚の放熱板１４Ｃの異なる面にＵ相出力部２Ｃ、Ｖ相出力部３Ｃ及びＷ相出力部４Ｃが配置されている。また、Ｕ相出力部２Ｃの一端面には、制御部５が配置されている。

この第４実施形態によるＩＰＭ１Ｃを組み立てる場合、図１５に示すように、各出力部２Ｃ〜４Ｃの間が部分的に薄くなるように放熱板１４Ｃに紙面垂直方向に延びる凹部１４Ｃａを形成する。尚、厚みの一例として、放熱板１４の厚い部分の厚みを約３ｍｍとする場合、凹部１４Ｃａの厚みを約１ｍｍ〜約１．５ｍｍにすることが考えられる。そして、放熱板１４Ｃに各出力部２Ｃ〜４Ｃを設置した後、放熱板１４Ｃの凹部１４Ｃａの部分に沿って折り曲げることにより、放熱板１４ＣをＺ字状に成型する。

このように、出力部２Ｃ〜４ＣをＺ字状に配置することによって、平面積のみならず、厚み（Ｕ相出力部２ＣとＷ相出力部４Ｃとの間の距離）をも小さくすることができる。また、一枚の放熱板１４Ｃ上に出力部２Ｃ〜４Ｃを配置することにより、部品点数を削減することができる。また、Ｗ相出力部４Ｃと制御部５との間に間隔を設けることによって、通気性を高め、冷却性能を向上させることができる。

（第５実施形態）
次に、上述した第１実施形態のケース及びバスバーを変更した第５実施形態について説明する。尚、第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。図１６は、第５実施形態によるケース及びバスバーの斜視図である。

第５実施形態では、第１実施形態では別々に構成されていた隣接する相の電力供給用の２本のバスバーが一体化されている。具体的には、図１６に示すように、ケース５２が直方体状に一体的に構成されるとともに、ケース７１の角の近傍にＰ側電力供給用のバスバー１６ＤとＮ側電力供給用のバスバー１７Ｄとが隣接された状態で配置されている。即ち、例えば、Ｕ相出力部２のバスバー１６Ｄは、同じ方向に電流が流れるＶ相出力部３のバスバー１６Ｄよりも逆方向に電流が流れるＶ相出力部３のバスバー１７Ｄに近い位置に配置されることになる。尚、出力用のバスバー１５は、各辺の中央に配置されている。

このように、隣接する出力部４〜６において、電流の向きが逆のバスバー１６Ｄ、１７Ｄ同士を隣接させることにより、バスバー１６Ｄ及びバスバー１７Ｄに発生する寄生インダクタンスを相殺することができる。

（第６実施形態）
次に、上述した第１実施形態のケース及びバスバーを変更した第６実施形態について説明する。尚、第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。図１７は、第６実施形態によるケース及びバスバーの斜視図である。図１８は、図１７におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

第６実施形態では、第５実施形態では別々の角に配置されていた電力供給用の２本のバスバーを同じ位置に配置している。具体的には、図１７及び図１８に示すように、ケース７２の２つの角に電力供給用のＰ側電力供給用のバスバー１６Ｅと、絶縁層７３と、バスバー１６Ｅとは逆方向に電流が流れるＮ側電力供給用のバスバー１７Ｅとが積層されている。そして、隣接する出力部２〜４では、バスバー１６Ｅ、１７Ｅを共有する。尚、下層のバスバー１６Ｅの方が、上層のバスバー１７Ｅよりも長くなるように構成されている。

このように構成することにより、バスバー１６Ｅ、１７Ｅに発生する寄生インダクタンスをより相殺することができる。また、バスバー１６Ｅ、１７Ｅを共有させることにより、バスバー１６Ｅ、１７Ｅの数を減らすことができるので、部品点数を低減でき、このことからも寄生インダクタンスを低減できる。

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態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及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。

例えば、上述した実施形態では、三相式のＩＰＭに本発明を適用した例を示したが、二相式、または、四相式以上のＩＰＭに本発明を適用してもよい。特に、本発明では、立体的に構成しているため、相の数が増えても平面積の増加を抑制できる。

また、上述した実施形態で適用した材料、数値、形状等は一例であり、適宜変更可能である。

また、上述した実施形態では、直方体の面上又はＺ字状に各出力部を配置したが、それ以外の形状に配置してもよい。一例として、八角柱の異なる側面に各出力部の高圧部と低圧部及び昇圧部を配置して、上面に制御部を配置してもよい。

また、上述した実施形態では、配線基板の一方の面に半導体素子であるスイッチングデバイス及びダイオードを配置したが、両方の面に半導体素子であるスイッチングデバイス及びダイオードを別々に配置してもよい。

また、上述した実施形態では、冷却部を空冷式に構成したが、冷却部を水冷式に構成してもよい。

また、上述した実施形態では、各出力部の高圧部及び低圧部にスイッチングデバイスを１つずつ設けたが、各出力部の高圧部及び低圧部に複数のスイッチングデバイスを並列に接続してもよい。

第１実施形態によるＩＰＭの全体斜視図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 Ｕ相出力部の平面図である。 図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 スイッチングデバイスを説明するための斜視図である。 ダイオードを説明するための斜視図である。 ＩＰＭの概略回路図である。 ＩＰＭの組立工程を説明するための斜視図である。 ＩＰＭの組立工程を説明するための斜視図である。 ＩＰＭの組立工程を説明するための斜視図である。 第２実施形態によるＩＰＭの図２相当図である。 第３実施形態によるＩＰＭの図２相当図である。 第４実施形態によるＩＰＭの断面図である。 第４実施形態によるＩＰＭの折り曲げ工程前の図である。 第５実施形態によるケース及びバスバーの斜視図である。 第６実施形態によるケース及びバスバーの斜視図である。 図１７におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ ＩＰＭ
２、２Ａ、２Ｃ Ｕ相出力部
３、３Ａ、３Ｃ Ｖ相出力部
４、４Ａ、４Ｃ Ｗ相出力部
５、５Ａ、５Ｂ 制御部
６、６Ａ 昇圧部
７ 冷却部
１１ 高圧部
１２ 低圧部
１３ 配線基板
１４、１４Ｃ 放熱板
１４Ｃａ 凹部
１５〜２１、１６Ｄ、１６Ｅ、１７Ｄ、１７Ｅ バスバー
２２ Ａｌワイヤ
２３、２３Ｂ ケース
２３ａ 窓
２３ｂ ネジ孔
２３ｃ 挿通孔
２３ｄ 凹部
２４ 保護ゲル
２５ 蓋
２６ ネジ
３２、３６ スイッチングデバイス
３２ｇ、３６ｇ ゲート
３２ｓ、３６ｓ ソース
３２ｄ、３６ｄ ドレイン
３３、３７ ダイオード
３３ａ、３７ａ アノード
３３ｋ、３７ｋ カソード
３４、３８ Ａｌ配線
４１ 断熱材
４２ 配線基板
４３〜４８ ゲートドライブ
４９ 穴
５０ Ａｌ配線
５１ 昇圧回路部
５２ Ａｌ配線
５３ 配線基板
５４ 放熱板
５５ バスバー
６１ 筒部材
６２ 冷却ファン
７１、７２ ケース
７３ 絶縁層

Claims (12)

1. 第１相を出力する第１出力部と、
   前記第１出力部が配置された面と交差する面に配置され、第１相と異なる位相の第２相を出力する第２出力部と、
   前記出力部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記第１出力部が配置される面と前記第２出力部が配置される面は多面体の異なる面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記制御部が配置される面は、前記第１出力部が配置される面及び前記第２出力部が配置される面とは異なる多面体のいずれかの面であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第１出力部及び前記第２出力部は、放熱板を含み、
   前記放熱板が内側になるように、前記第１出力部及び前記第２出力部が構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記第１出力部及び前記第２出力部は、放熱板を含み、
   前記放熱板が外側になるように、前記第１出力部及び前記第２出力部が構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記第１出力部が配置される面と前記第２出力部が配置される面は、折り曲げられた板部材の異なる２面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
7. 前記第１出力部は、前記制御部に立設されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記第１出力部は、前記制御部と接続するための制御用のバスバーを備え、
   前記制御用のバスバーは、前記制御部に形成された穴に挿通されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記第１出力部及び前記第２出力部は、前記制御部が配置された方向とは異なる方向に熱を伝導させる放熱板を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 前記第１出力部及び前記第２出力部のそれぞれが、第１の方向に電流が流れる第１のバスバーと、第１の方向とは逆の第２の方向に電流が流れる第２のバスバーとを備え、
    前記第１出力部の第１のバスバーは、前記第２出力部の第１のバスバーよりも前記第２出力部の第２のバスバーに近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
11. 前記第１出力部及び前記第２出力部は、第１の方向に電流が流れる第１のバスバーを共有するとともに、第１の方向とは逆の第２の方向に電流が流れる第２のバスバーを共有し、
    前記第１のバスバーと前記第２のバスバーは、絶縁部材を介して積層されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
12. 前記第１出力部は、複数の半導体素子と、半導体素子が設けられる配線基板とを備え、
    前記複数の半導体素子は、基板の両面に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３、請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。

Images