JP2013150488A

JP2013150488A - Power semiconductor module

Info

Publication number: JP2013150488A
Application number: JP2012010625A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Okazaki; 文洋岡▲崎▼; Takahiro Wakabayashi; 敬浩若林
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2032-01-23
Also published as: JP5846929B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power semiconductor module which reduces common mode noise with a simple structure.SOLUTION: A power semiconductor module N4 includes: first and second insulation substrates 10, 11 respectively provided at the inner sides of first and second cooling plates 1, 2; first and second metal patterns 12, 13 respectively provided at the inner sides of the first and second insulation substrates; and power elements 8, 9 disposed between the first and second metal patterns and electrically connected with the first and second metal patterns. The power semiconductor module N4 drives a motor M. Ground terminals 6, 7 (15) making ground connection with the power semiconductor module and a housing D of the motor are provided in the power semiconductor module, and a line bypass capacitor Cy is formed by the first and second metal patterns and the ground terminals or the first and second cooling plates connected with the ground terminals.

Description

本発明は、電気モータを駆動制御するパワー半導体モジュールであって、電気モータで発生するコモン・モード・ノイズを減少させることが可能なパワー半導体モジュールに関する。 The present invention relates to a power semiconductor module for driving and controlling an electric motor, and to a power semiconductor module capable of reducing common mode noise generated in the electric motor.

従来、パワー半導体モジュールにおいてコモン・モード・ノイズを低減する技術として、特許文献１に記載のものが知られている。
この特許文献１に記載のパワー半導体モジュールは、電気自動車やハイブリッド車の電気モータを制御するインバータのケースの周壁と、このケース内に収容されたパワー半導体モジュールの上部に載置された平滑コンデンサとのとの間で、直流バス・ラインを構成し対をなすバス・バーが平滑コンデンサに沿って平行に延伸されている。また、対をなすコンデンサがバス・バーの外側でこれらバス・バーの板面に沿うように配置される。コンデンサは、バス・バーに対する対称位置で、その一端側のリードがバス・バーから外側へ突出した接続部に、またその他端側のリードがバス・バーの下方を横切って配置された板状のアース端子に、それぞれ接続される。 Conventionally, a technique described in Patent Document 1 is known as a technique for reducing common mode noise in a power semiconductor module.
The power semiconductor module described in Patent Document 1 includes a peripheral wall of a case of an inverter that controls an electric motor of an electric vehicle or a hybrid vehicle, and a smoothing capacitor mounted on an upper portion of the power semiconductor module housed in the case. The bus bars forming and pairing with the DC bus lines are extended in parallel along the smoothing capacitor. A pair of capacitors are arranged outside the bus bars so as to be along the plate surfaces of the bus bars. Capacitors are symmetrically arranged with respect to the bus bar, with a plate-like structure in which the lead on one end protrudes outward from the bus bar and the lead on the other end crosses below the bus bar. Each is connected to a ground terminal.

特開２００５−１２９０８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-12908

しかしながら、上記従来のパワー半導体モジュールには、以下に説明するような問題がある。
すなわち、上記特許文献１に記載のものは、電池 (電源)とパワー半導体モジュールとの間にコンデンサを配置するため、コモン・モード電流のループがその分大きくなって放射ノイズが大きくなる上、バス・バー自体にコンデンサのリードを接続するので、構造が複雑となり、大きなスペースが必要となるといった問題がある。 However, the conventional power semiconductor module has problems as described below.
That is, in the device described in Patent Document 1, since a capacitor is disposed between the battery (power source) and the power semiconductor module, the common mode current loop is increased accordingly, and the radiation noise is increased. -Since the capacitor lead is connected to the bar itself, there is a problem that the structure is complicated and a large space is required.

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、簡単かつコンパクトな構造で、コモン・モード・ノイズを低減することができるようにしたパワー半導体モジュールを提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and an object thereof is to provide a power semiconductor module capable of reducing common mode noise with a simple and compact structure. It is in.

この目的のため、請求項１に記載の本発明によるパワー半導体モジュールは、
互いに離間された第１冷却板および第２冷却板と、
第１冷却板の内側に設けた第１絶縁基板および第２冷却板の内側に設けた第２絶縁基板と、
第１絶縁基板の内側に設けた第１金属パターンおよび第２絶縁基板の内側に設けた第２金属パターンと、
第１金属パターンおよび第２金属パターンの間に配置され、第１金属パターンおよび第２金属パターンに電気的に接続されるパワー素子と、
を有し、モータを駆動するパワー半導体モジュールにおいて、
パワー半導体モジュールおよびモータの筐体にアース接続するアース端子をパワー半導体モジュールに設け、
第１金属パターンおよび第２金属パターンと、アース端子またはアース端子に接続した第１冷却板および第２冷却板と、で、ライン・バイパス・コンデンサを構成し、ライン・バイパス・コンデンサを介してモータとパワー半導体モジュールとの間で、モータで発生したコモン・モード電流を流すようにした、
ことを特徴とする。 For this purpose, the power semiconductor module according to the invention as claimed in claim 1 comprises:
A first cooling plate and a second cooling plate spaced apart from each other;
A first insulating substrate provided inside the first cooling plate and a second insulating substrate provided inside the second cooling plate;
A first metal pattern provided inside the first insulating substrate and a second metal pattern provided inside the second insulating substrate;
A power element disposed between the first metal pattern and the second metal pattern and electrically connected to the first metal pattern and the second metal pattern;
In a power semiconductor module for driving a motor,
The power semiconductor module is provided with a ground terminal for ground connection to the power semiconductor module and the motor housing,
The first metal pattern and the second metal pattern, and the ground terminal or the first cooling plate and the second cooling plate connected to the ground terminal constitute a line bypass capacitor, and the motor is connected via the line bypass capacitor. The common mode current generated by the motor is allowed to flow between the power semiconductor module and the power semiconductor module.
It is characterized by that.

請求項２に記載の本発明によるパワー半導体モジュールは、
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
ライン・バイパス・コンデンサを、第１金属パターンおよび第２金属パターンと、アース端子を接続した第１冷却板および第２冷却板と、第１金属パターンおよび第１冷却板の間に配置した第１絶縁基板と、第２金属パターンおよび第２冷却板の間に配置した第２絶縁基板と、で構成した、
ことを特徴とする。 A power semiconductor module according to the present invention as set forth in claim 2 comprises:
The power semiconductor module according to claim 1,
A first insulating substrate in which a line bypass capacitor is disposed between the first metal pattern and the second metal pattern, the first cooling plate and the second cooling plate connected to the ground terminal, and the first metal pattern and the first cooling plate. And a second insulating substrate disposed between the second metal pattern and the second cooling plate,
It is characterized by that.

請求項３に記載の本発明によるパワー半導体モジュールは、
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
ライン・バイパス・コンデンサを、第１金属パターンおよび第２金属パターンと、アース端子と、第１金属パターンおよびアース端子の間に配置した第１絶縁体と、第２金属パターンおよびアース端子の間に配置した第２絶縁体と、で構成した、
ことを特徴とする。 The power semiconductor module according to the present invention as set forth in claim 3 comprises:
The power semiconductor module according to claim 1,
A line bypass capacitor is connected between the first metal pattern and the second metal pattern, the ground terminal, the first insulator disposed between the first metal pattern and the ground terminal, and between the second metal pattern and the ground terminal. A second insulator arranged, and
It is characterized by that.

請求項１に記載の本発明のパワー半導体モジュールにあっては、簡単かつコンパクトな構造で、モータの巻き線と筐体との対地容量によって発生するコモン・モード・ノイズを低減することができる。 In the power semiconductor module according to the first aspect of the present invention, the common mode noise generated by the ground capacity between the winding of the motor and the housing can be reduced with a simple and compact structure.

請求項２に記載の本発明のパワー半導体モジュールにあっては、簡単な構成で大きな容量のライン・バイパス・コンデンサを得ることができる。 In the power semiconductor module according to the second aspect of the present invention, a large capacity line bypass capacitor can be obtained with a simple configuration.

請求項３に記載の本発明のパワー半導体モジュールにあっては、簡単な構成で、かつ端子数を少なくすることができる。 In the power semiconductor module according to the third aspect of the present invention, the number of terminals can be reduced with a simple configuration.

本発明の実施例１のパワー半導体モジュールを有するインバータ、およびその関係部品の接続関係およびコモン・モード電流の流れを示す図である。It is a figure which shows the connection relation of the inverter which has a power semiconductor module of Example 1 of this invention, and its related components, and the flow of a common mode electric current. 図１の部品関係図におけるインバータの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the inverter in the components related figure of FIG. 実施例１のパワー半導体モジュールの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the power semiconductor module of Example 1. FIG. 図３においてS4−S4線に沿って切断し、その矢印方向にみた実施例１のパワー半導体モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the power semiconductor module of Example 1 cut | disconnected along the S4-S4 line | wire in FIG. 3, and seeing in the arrow direction. 実施例１のパワー半導体モジュールの構造を示す図で、(a)はパワー半導体モジュールを上方からみた図、（ｂ）は下側の絶縁基板に形成した金属パターンを上からみた図、（ｃ）は上側の絶縁板に形成した金属パターンを上からみた図ある。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the structure of the power semiconductor module of Example 1, (a) is the figure which looked at the power semiconductor module from the upper part, (b) is the figure which looked at the metal pattern formed in the lower insulating substrate from the upper part, (c). These are the figures which looked at the metal pattern formed in the upper insulating board from the top. 本発明の実施例２のパワー半導体モジュールの斜視図である。It is a perspective view of the power semiconductor module of Example 2 of this invention. 図６おいてS7−S7線に沿って切断し、その矢印方向にみた図である。FIG. 7 is a view taken along line S7-S7 in FIG. 6 and viewed in the direction of the arrow. 実施例２のパワー半導体モジュールを、この上方側の絶縁基板を開いた状態で斜め上方からみた斜視図である。It is the perspective view which looked at the power semiconductor module of Example 2 from diagonally upward in the state which opened this insulating substrate of the upper side.

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.

実施例１のパワー半導体モジュールは、たとえば電気自動車に搭載するインバータに用いられる。
図１および図２に示すように、電源としての電池Bには、直流パワー・ラインを介してインバータINVが接続され、このインバータINVには三相交流パワー・ラインを介して交流モータMが接続される。 The power semiconductor module of Example 1 is used for an inverter mounted on an electric vehicle, for example.
As shown in FIGS. 1 and 2, an inverter INV is connected to the battery B as a power source via a DC power line, and an AC motor M is connected to the inverter INV via a three-phase AC power line. Is done.

インバータINVは、図２に示すように、低周波成分を除去する平滑コンデンサN１と、交流モータMを制御するモータ・コントロール基板N２と、交流モータMを駆動する駆動基板N３と、交流モータMへ供給する三相交流電流を作り出すパワー半導体モジュールN４と、インバータINVの発熱を冷却するための冷却器N５と、を有る。
このインバータINVは、交流モータMのすぐ隣に配置され、これと共通の筐体D（図１に示す）に入れられている。 As shown in FIG. 2, the inverter INV is connected to a smoothing capacitor N1 that removes low frequency components, a motor control board N2 that controls the AC motor M, a drive board N3 that drives the AC motor M, and the AC motor M. A power semiconductor module N4 that generates a three-phase alternating current to be supplied and a cooler N5 for cooling the heat generated by the inverter INV are provided.
This inverter INV is arranged immediately next to the AC motor M and is placed in a casing D (shown in FIG. 1) in common therewith.

上記回路においては、図１に示すように、電池Bや交流モータMは、アースGNDに対し浮遊容量C1、C4を有する。このため電源ラインの往路、帰路に対して同方向にコモン・モード電流が発生する。
すなわち、このコモン・モード電流Icは、特にノイズが大きいモータMでは、モータの巻き線と筐体Dとの間の対地容量によってIc＝Cdv/dtの大きさとなる。ここで、Cは浮遊容量C４のキャパシタンス、vはその電位、tは時間である。このコモン・モード電流は放射ノイズとなって他部品等へ悪影響を与えるため、コモン・モード電流が外部へ流出しないように、電池BとインバータINVの間の往路およびアースGNDの間と、その帰路およびアースGNDの間とにそれぞれライン・バイパス・コンデンサCy（いわゆるＹコンデンサであり、コンデンサC2、C3からなる）を設けるようにする。このように、ＹコンデンサCyを設けることで、図１の細線の矢印で示す電流経路を、太線の矢印で示す電流経路へと短くすることができる。 In the above circuit, as shown in FIG. 1, the battery B and the AC motor M have stray capacitances C1 and C4 with respect to the ground GND. Therefore, a common mode current is generated in the same direction with respect to the forward and return paths of the power supply line.
In other words, the common mode current Ic has a magnitude of Ic = Cdv / dt due to the ground capacity between the winding of the motor and the casing D in the motor M having particularly large noise. Here, C is the capacitance of the stray capacitance C4, v is its potential, and t is time. This common mode current becomes radiation noise and adversely affects other components. Therefore, to prevent the common mode current from flowing out, the forward path between battery B and inverter INV and between ground GND and its return path And a line bypass capacitor Cy (a so-called Y capacitor consisting of capacitors C2 and C3) is provided between the ground and the ground. Thus, by providing the Y capacitor Cy, the current path indicated by the thin line arrow in FIG. 1 can be shortened to the current path indicated by the thick line arrow.

本実施例では、放射ノイズの原因となる、上記太線の矢印で示す電流経路が最も短くなるようにＹコンデンサCyの接続方法をとるようにする。すなわち、本実施例では、インバータINVと交流モータMとを一体化して共通の筐体Dに入れ、これら間の電気的接続距離を短くする。このような構造（図２の破線で囲んだ部分）にＹコンデンサCyを配置することになるが、この場合、ＹコンデンサCyは一般的な方法のようにバス・バーなどの電源ラインへ接続設置しようとすると、インバータ内部の各ユニット間はバス・バーで最適に連結する構造となっているため、ＹコンデンサCyとの接続が難しく、また大型化したり複雑化したりする。 In this embodiment, the Y capacitor Cy is connected so that the current path indicated by the thick arrow, which causes radiation noise, is the shortest. That is, in this embodiment, the inverter INV and the AC motor M are integrated and put in a common housing D, and the electrical connection distance between them is shortened. The Y capacitor Cy is arranged in such a structure (the part surrounded by the broken line in FIG. 2). In this case, the Y capacitor Cy is connected to a power line such as a bus bar as in a general method. When trying to do so, the units in the inverter are optimally connected by bus bars, so that it is difficult to connect to the Y capacitor Cy, and the size and the size of the unit become complicated.

そこで、本実施例では、他の部品のレイアウトに左右されないように、ＹコンデンサCyをインバータINVのパワー半導体モジュールN4内に配置するとともに、そのＹコンデンサCyを上記共通の筐体Dにアースするようにして、コモン・モード電流の経路（ループ）が最小の長さとなるようにしている。 Therefore, in this embodiment, the Y capacitor Cy is arranged in the power semiconductor module N4 of the inverter INV and the Y capacitor Cy is grounded to the common casing D so as not to be influenced by the layout of other components. Thus, the path (loop) of the common mode current has a minimum length.

そのパワー半導体モジュールN4を、図３〜図５に示す。
パワー半導体モジュールN４は、２枚の冷却板（第１冷却板1および第２冷却板2）と、第１絶基板10および第２絶縁基板11と、第１金属パターン12および第２金属パターン13と、フリー・ホイーリング・ダイオード(FWD: Free Wheeling Diode)8および絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ(IGBT： Insulated Gate Bipolar Transistor)９と、マイナス端子3と、プラス端子4と、アウトプット端子5と、２つのアース端子6、7と、樹脂モールド14と、を有する。 The power semiconductor module N4 is shown in FIGS.
The power semiconductor module N4 includes two cooling plates (a first cooling plate 1 and a second cooling plate 2), a first insulating substrate 10 and a second insulating substrate 11, a first metal pattern 12 and a second metal pattern 13. A free wheeling diode (FWD) 8 and an insulated gate bipolar transistor (IGBT) 9, a negative terminal 3, a positive terminal 4, an output terminal 5, and 2 Two ground terminals 6 and 7 and a resin mold 14 are provided.

第１冷却板1および第２冷却板2は、熱伝導率が高く放熱性が優れ、かつ電気伝導性の良い金属製の四角形状の板を用い、パワー半導体モジュールN4の上下方向のそれぞれ最外側に離間した状態で配置される。
図３に示すように、第１冷却板1の一端側の中央位置部分には、第１アース端子6が接続されて外側へ突出される。
同様に、第２冷却板2の一端側の中央位置部分には、第２アース端子7が接続されて外側へ突出される。なお、第１アース端子6および冷却板1、また第２アース端子7および冷却板2は、いずれも電気的に接続されていればよく、一体であっても別体であってもよい。 The first cooling plate 1 and the second cooling plate 2 are metal rectangular plates having high thermal conductivity, excellent heat dissipation, and good electrical conductivity, and are respectively outermost in the vertical direction of the power semiconductor module N4. Arranged in a separated state.
As shown in FIG. 3, a first ground terminal 6 is connected to a central position portion on one end side of the first cooling plate 1 and protrudes outward.
Similarly, a second ground terminal 7 is connected to the center position portion on one end side of the second cooling plate 2 and protrudes outward. The first ground terminal 6 and the cooling plate 1, and the second ground terminal 7 and the cooling plate 2 may be electrically connected, and may be integrated or separated.

第１絶縁基板10は、第１冷却板1よりわずかに大きく形成されてこの第１冷却板1の内側に配置される。
同様に、第２絶縁基板11は、第２冷却板2よりわずかに大きく形成されてこの第２冷却板2の内側に配置される。
第１絶縁基板10および第２絶縁基板11は、本実施例では、セラミック製とする。 The first insulating substrate 10 is formed slightly larger than the first cooling plate 1 and is disposed inside the first cooling plate 1.
Similarly, the second insulating substrate 11 is formed slightly larger than the second cooling plate 2 and is disposed inside the second cooling plate 2.
In this embodiment, the first insulating substrate 10 and the second insulating substrate 11 are made of ceramic.

第１金属パターン12は、導電性の金属（たとえばアルミニウム）で形成され、第１絶縁基板10の内側に、これよりわずかに小さい範囲内に設けられる。この第１金属パターン12は、図５（ａ）に示すようにパワー半導体モジュールN4を上からみた（第１冷却板1側からみた）場合に、図５（ｃ）に示すように、同図中、左下に小さな四角形状のマイナス側部分12nと、左上の大きなＬ字状のアウトプット側部分12oと、右側の大きなＬ字状のプラス側部分12pと、を有する。これらの部分12n、12o、12pはそれぞれ分離されて形成され、電気的に非接続にされる。 The first metal pattern 12 is formed of a conductive metal (for example, aluminum), and is provided inside the first insulating substrate 10 within a slightly smaller range. When the power semiconductor module N4 is viewed from above (as viewed from the first cooling plate 1 side) as shown in FIG. 5 (a), the first metal pattern 12 is shown in FIG. In the middle, there is a small square-shaped negative side portion 12n at the lower left, a large L-shaped output side portion 12o at the upper left, and a large L-shaped positive side portion 12p on the right side. These portions 12n, 12o, 12p are formed separately from each other and are electrically disconnected.

第２金属パターン13は、導電性の金属（たとえばアルミニウム）で形成され、第２絶縁基板12の内側に、これよりわずかに小さい範囲内に設けられる。この第２金属パターン13は、図５（ａ）に示すようにパワー半導体モジュールN4を上からみた場合に、図５（ｂ）に示すように、同図中、左側に大きなＬ字状のマイナス側部分13nと、右下に小さな四角形状のプラス側部分13pと、右上の大きなＬ字状のアウトプット側部分13oと、を有する。これらの部分13p、13o、13nはそれぞれ分離されて形成され、電気的に非接続にされる。 The second metal pattern 13 is formed of a conductive metal (for example, aluminum), and is provided inside the second insulating substrate 12 within a slightly smaller range. When the power semiconductor module N4 is viewed from above as shown in FIG. 5 (a), the second metal pattern 13 has a large L-shaped minus on the left side as shown in FIG. 5 (b). It has a side portion 13n, a small square positive side portion 13p at the lower right, and a large L-shaped output side portion 13o at the upper right. These portions 13p, 13o, and 13n are formed separately from each other and are electrically disconnected.

マイナス端子3は、この一端側がパワー半導体モジュールN４のアース端子6、7側、かつ幅方向の左側位置で、第１冷却板1と第２冷却板2との間から外側へ突出し、その他端側がパワー半導体モジュールN4の内部へ入って下方に曲げられ、第２金属パターン13の広い面積であるマイナス側部分13nに接触されるようにしてある。
一方、プラス端子4は、この一端側がパワー半導体モジュールN4のアース端子6、7側、かつ幅方向の右側位置で、第１冷却板1と第２冷却板2との間から外側へ突出し、その他端側がパワー半導体モジュールN4の内部に入って上方へ曲げられ、第１金属パターン12の広い面積であるプラス側部分12pに接触されるようにしてある。 The negative terminal 3 protrudes outward from between the first cooling plate 1 and the second cooling plate 2 at one end side of the ground side 6 and 7 side of the power semiconductor module N4 and the left side in the width direction, and the other end side thereof. It enters the inside of the power semiconductor module N4, is bent downward, and is in contact with the minus side portion 13n, which is a large area of the second metal pattern 13.
On the other hand, the positive terminal 4 protrudes outward from between the first cooling plate 1 and the second cooling plate 2 at one end of the power semiconductor module N4 at the ground terminals 6 and 7 side and the right side in the width direction. The end side enters the inside of the power semiconductor module N4, is bent upward, and is in contact with the plus side portion 12p, which is a large area of the first metal pattern 12.

パワー素子であるFWD8とIGBT9とは並列回路にされて可逆チョッパを構成するようにされ、これら並列回路、２組で交流モータＭの１相分に相当する上アームと下アームを構成する。
すなわち、上側のIGBTと下側FWDとで降圧チョッパを、また下側のIGBTと上側のFWDとで昇圧チョッパを構成している。 The power elements FWD8 and IGBT9 are made into a parallel circuit to constitute a reversible chopper, and these parallel circuits and two sets constitute an upper arm and a lower arm corresponding to one phase of the AC motor M.
That is, the step-up chopper is constituted by the upper IGBT and the lower FWD, and the step-up chopper is constituted by the lower IGBT and the upper FWD.

これらのFWD8とIGBT9とは、この２組の並列回路がアース端子6、7とアウトプット端子5を結ぶ線の左右にそれぞれ１組ずつ分けられて配置された状態で、それらの上下から第１金属パターン12と第２金属パターン13とで、これらの間に挟まれる。そして、FWD8とIGBT9の金属リードが、それぞれ対応する第１金属パターン12と第２金属パターン13のプラス側部分12p、13p、マイナス側部分12n、13n、アウトプット側部分12o、13oに接続される。 These FWD8 and IGBT9 are the first from the top and bottom of the two sets of parallel circuits arranged separately on the left and right sides of the line connecting the ground terminals 6, 7 and the output terminal 5, respectively. The metal pattern 12 and the second metal pattern 13 are sandwiched between them. The metal leads of FWD8 and IGBT9 are connected to the corresponding positive side portions 12p and 13p, negative side portions 12n and 13n, and output side portions 12o and 13o of the corresponding first metal pattern 12 and second metal pattern 13, respectively. .

したがって、上記パワー半導体モジュールN4にあっては、第１冷却板1がアース端子6を介して筐体Dにアースされ、第１金属パターン12の広い面積のプラス側部分12pが第１冷却板1との間に第１絶縁基板10を挟む構造となるので、これら各ユニットでプラス側線と筐体DのアースGNDとの間に設けたＹコンデンサを構成することになる。
同様に、第２冷却板2がアース端子7を介して筐体Dにアースされ、第２金属パターン13の広い面積のマイナス側部分13nが第２冷却板2との間に第２絶縁基板11を挟む構造となるので、これらでマイナス側線と筐体DのアースGNDとの間に設けたＹコンデンサを構成することになる。 Therefore, in the power semiconductor module N4, the first cooling plate 1 is grounded to the housing D via the ground terminal 6, and the large-side plus-side portion 12p of the first metal pattern 12 is the first cooling plate 1. Since the first insulating substrate 10 is sandwiched between the two, each unit constitutes a Y capacitor provided between the positive side line and the ground GND of the housing D.
Similarly, the second cooling plate 2 is grounded to the housing D via the ground terminal 7, and the second metal substrate 13 has a large area minus side portion 13 n between the second cooling plate 2 and the second insulating substrate 11. Therefore, a Y capacitor provided between the negative side line and the ground GND of the housing D is constituted by these.

なお、このように積層配置した各ユニットはそれら間の間隙や外側が樹脂モールド１４で固められて密封される。 The units stacked and arranged in this way are sealed with a resin mold 14 between the gap and the outside between them.

上記のように構成されたパワー半導体モジュールN4では、電池Bからの電流がプラス端子4を介して第１金属パターン12のプラス側部分12pに流れ込み、IGBT9およびFWD8でのオン・オフのスイッチング動作により得た出力電流が第１金属パターン12のアウトプット側部分12oへ出力され、アウトプット端子5を介して交流モータMの３本の巻き線のうちの１本へ流れ込む。同様に他の２個のパワー半導体モジュールN4でも、交流モータMの他の２本の巻き線に流れ込む。したがって、これらは三相交流電流となって、交流モータMを駆動制御する。 In the power semiconductor module N4 configured as described above, the current from the battery B flows into the positive side portion 12p of the first metal pattern 12 via the positive terminal 4, and is turned on and off by the IGBT 9 and FWD 8. The obtained output current is output to the output side portion 12o of the first metal pattern 12, and flows into one of the three windings of the AC motor M via the output terminal 5. Similarly, the other two power semiconductor modules N4 also flow into the other two windings of the AC motor M. Therefore, these become a three-phase alternating current and drive control of the alternating current motor M is carried out.

一方、下側のIGBT9のエミッタおよびFWD8のアノードは第２金属パターン13のマイナス側部分13nに接続されており、このマイナス側部分13nおよびマイナス端子3を介して電流が電池Bに戻っていく。 On the other hand, the emitter of the lower IGBT 9 and the anode of the FWD 8 are connected to the minus side portion 13n of the second metal pattern 13, and the current returns to the battery B via the minus side portion 13n and the minus terminal 3.

この場合、アース端子6に接続した第１冷却板1と、第１絶縁基板10と、第１金属パターン12の広い面積のプラス側部分12pと、で構成したＹコンデンサを介してプラス側線が、アース端子7を介して筐体Dにアースされている。
また、アース端子７に接続した第２冷却板2と、第２絶縁基板11と、第２金属パターン13の広い面積のマイナス側部分13nと、で構成されたＹコンデンサを介してマイナス側線が、アース端子7を介して筐体Dにアースされている。
この結果、筐体DがインバータINVとこのすぐ近くに設置した交流モータMとを内蔵して共通のアースGNDとなって、図１、図２に示したように、コモン・モード電流が流れる最も短いループを形成することになる。これにより外部への放射ノイズを低減することになる。 In this case, the positive side line is connected via a Y capacitor formed by the first cooling plate 1 connected to the ground terminal 6, the first insulating substrate 10, and the positive side portion 12p of the large area of the first metal pattern 12, The casing D is grounded via the ground terminal 7.
Further, a negative side line is connected via a Y capacitor composed of a second cooling plate 2 connected to the ground terminal 7, a second insulating substrate 11, and a negative side portion 13n of a large area of the second metal pattern 13, The casing D is grounded via the ground terminal 7.
As a result, the housing D incorporates the inverter INV and the AC motor M installed in the immediate vicinity to become a common ground GND, and the most common mode current flows as shown in FIGS. A short loop will be formed. Thereby, radiation noise to the outside is reduced.

以上の説明から分かるように、実施例１のパワー半導体モジュールN4にあっては、交流モータMの巻き線と筐体Dとの対地容量で発生したコモン・モード電流が流れる経路が、インバータINVのパワー半導体モジュールN4内にＹコンデンサを設け、パワー半導体モジュールN4とこのすぐ近くに配置した交流モータMとを結ぶ経路となるようにしたので、この経路を最小にでき、外部への放射ノイズを大きく低減することが可能となる。 As can be seen from the above description, in the power semiconductor module N4 of the first embodiment, the path through which the common mode current generated by the ground capacitance between the winding of the AC motor M and the housing D flows is the inverter INV. Since a Y capacitor is provided in the power semiconductor module N4 to connect the power semiconductor module N4 and the AC motor M arranged in the immediate vicinity, this path can be minimized and the radiation noise to the outside is increased. It becomes possible to reduce.

また、実施例１のパワー半導体モジュールN4にあっては、もともとパワー半導体モジュールN4の構成に必要な、第１、第２の冷却板1、2と第１、第２絶縁基板10、11と、第１、第２金属パターン12、13とで、Ｙコンデンサを構成し、最外側の第１、第２の冷却板1、2にアース端子7、8を接続して、インバータINVと交流モータMの共通の筐体Dにアースするようししている。
したがって、パワー半導体モジュールN4のバス・バーにＹコンデンサを接続する場合に比べ、接続が簡単で、構成部品も減り、コンパクトにすることが可能となる。 In the power semiconductor module N4 of the first embodiment, the first and second cooling plates 1 and 2 and the first and second insulating substrates 10 and 11 originally required for the configuration of the power semiconductor module N4; The first and second metal patterns 12 and 13 constitute a Y capacitor, the ground terminals 7 and 8 are connected to the outermost first and second cooling plates 1 and 2, the inverter INV and the AC motor M The common case D is grounded.
Therefore, compared with the case where the Y capacitor is connected to the bus bar of the power semiconductor module N4, the connection is simple, the number of components is reduced, and the size can be reduced.

次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。 Next, another embodiment will be described. In the description of the other embodiments, the same components as those of the first embodiment are not shown, or the same reference numerals are given and the description thereof is omitted, and only the differences are described.

実施例２のパワー半導体モジュールでは、第１、第２冷却板1、2に接続した実施例１のアース端子6、7を廃止し、図６〜図８に示すように、１個のアース端子15が第１、第２金属パターン12、13の間に配置される。アース端子15は、この一端側が第１、第２絶縁基板10、11および樹脂モールド１４から突出され、他端側が第１、第２金属パターン12、13の間まで延ばされ、その上方に第１金属パターン12のプラス側部分12pが、また下方に第２金属パターン13のマイナス側部分13nが相対するように配置される。 In the power semiconductor module of the second embodiment, the ground terminals 6 and 7 of the first embodiment connected to the first and second cooling plates 1 and 2 are eliminated, and one ground terminal is provided as shown in FIGS. 15 is disposed between the first and second metal patterns 12 and 13. One end side of the ground terminal 15 protrudes from the first and second insulating substrates 10 and 11 and the resin mold 14, and the other end side extends between the first and second metal patterns 12 and 13. The positive side portion 12p of the first metal pattern 12 is disposed so that the negative side portion 13n of the second metal pattern 13 faces the lower side.

また、アース端子15と第１金属パターン12のプラス側部分12pとの間には第１絶縁体16aが、またアース端子15と第２金属パターン13のマイナス側部分13nとの間には第２絶縁体16bがそれぞれ介在させられる。
他の構成は実施例１と同様である。
なお、図８では、FWD8は第１FWD8aと第２FWD8bとして、またIGBT9は第１IGBT9a、第２IGBT9bとして表れている。 Further, a first insulator 16a is provided between the ground terminal 15 and the positive side portion 12p of the first metal pattern 12, and a second insulator 16b is provided between the ground terminal 15 and the negative side portion 13n of the second metal pattern 13. Each insulator 16b is interposed.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
In FIG. 8, FWD8 appears as a first FWD8a and a second FWD8b, and IGBT9 appears as a first IGBT 9a and a second IGBT 9b.

この結果、実施例２のパワー半導体モジュールでは、第１金属パターン12のプラス側部分12pと、第１絶縁体16aと、アース端子１５とでプラス側線のＹコンデンサを構成する。
また、第２金属パターン13と、第２絶縁体16bと、アース端子１５とでマイナス側線のＹコンデンサを構成する。 As a result, in the power semiconductor module according to the second embodiment, the plus side portion 12p of the first metal pattern 12, the first insulator 16a, and the ground terminal 15 constitute a plus side line Y capacitor.
The second metal pattern 13, the second insulator 16b, and the ground terminal 15 constitute a negative side Y capacitor.

したがって、この場合にも、交流モータMと筐体Dとの間の対地容量により発生したコモン・モード電流が流れる経路は、交流モータMとパワー半導体モジュールの一部およびこの内部のＹコンデンサで形成される短い経路となる。 Therefore, also in this case, the path through which the common mode current generated by the ground capacitance between the AC motor M and the housing D flows is formed by a part of the AC motor M, the power semiconductor module, and the Y capacitor inside this. Will be a short path.

以上の説明から分かるように、実施例２のパワー半導体モジュールも実施例１と同様の効果を得ることができる。また、Ｙコンデンサの容量は実施例１より小さくはなるものの、その端子数を減らすことが可能となる。 As can be seen from the above description, the power semiconductor module of the second embodiment can also obtain the same effects as those of the first embodiment. Moreover, although the capacity of the Y capacitor is smaller than that of the first embodiment, the number of terminals can be reduced.

以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。 The present invention has been described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and is included in the present invention even when there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention. .

パワー半導体モジュールの材質や形状は、使用目的や使用環境等に応じて、適宜変更することができる。 The material and shape of the power semiconductor module can be changed as appropriate according to the purpose of use and the environment of use.

本実施例では、パワー半導体モジュールを電気自動車に適用したが、これに限られず、ハイブリッド車あるいは車両以外のものにも適用することができる。 In this embodiment, the power semiconductor module is applied to an electric vehicle. However, the present invention is not limited to this, and the power semiconductor module can also be applied to a vehicle other than a hybrid vehicle or a vehicle.

Ｂ電池
D 筐体
INV インバータ
M 交流モータ(モータ)
N1 平滑コンデンサ
N2 モータ・コントロール基板
N3 駆動基板
N4 パワー半導体モジュール
N5 冷却器
1 第１冷却板
2 第２冷却板
3 マイナス端子
4 プラス端子
5 アウトプット端子
6、7、15 アース端子
8、8a、8b FWD（パワー素子）
9、9a、9b IGBT（パワー素子）
10 第１絶縁基板
11 第２絶縁基板
12 第１金属パターン
12p プラス側部分
12n マイナス側部分
12o アウトプット側部分
13 第２金属パターン
13p プラス側部分
13n マイナス部分
13o アウトプット側部分
14 樹脂モールド
16a 第１絶縁体
16b 第２絶縁体 B battery
D Enclosure
INV inverter
M AC motor (motor)
N1 smoothing capacitor
N2 motor control board
N3 drive board
N4 power semiconductor module
N5 cooler
1 First cooling plate
2 Second cooling plate
3 Negative terminal
4 Positive terminal
5 Output terminal
6, 7, 15 Grounding terminal
8, 8a, 8b FWD (power element)
9, 9a, 9b IGBT (power element)
10 First insulating substrate
11 Second insulating substrate
12 1st metal pattern
12p positive side
12n Negative part
12o Output side
13 Second metal pattern
13p positive side
13n Negative part
13o Output side
14 Resin mold
16a First insulator
16b Second insulator

Claims

互いに離間された第１冷却板および第２冷却板と、
前記第１冷却板の内側に設けた第１絶縁基板および前記第２冷却板の内側に設けた第２絶縁基板と、
前記第１絶縁基板の内側に設けた第１金属パターンおよび前記第２絶縁基板の内側に設けた第２金属パターンと、
前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンの間に配置され、前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンに電気的に接続されるパワー素子と、
を有し、モータを駆動するパワー半導体モジュールにおいて、
該パワー半導体モジュールおよび前記モータの筐体にアース接続するアース端子を前記パワー半導体モジュールに設け、
前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンと、前記アース端子または該アース端子に接続した前記第１冷却板および前記第２冷却板と、で、ライン・バイパス・コンデンサを構成し、該ライン・バイパス・コンデンサを介して前記モータと前記パワー半導体モジュールとの間で、前記モータで発生したコモン・モード電流を流すようにした、
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。 A first cooling plate and a second cooling plate spaced apart from each other;
A first insulating substrate provided inside the first cooling plate and a second insulating substrate provided inside the second cooling plate;
A first metal pattern provided inside the first insulating substrate and a second metal pattern provided inside the second insulating substrate;
A power element disposed between the first metal pattern and the second metal pattern and electrically connected to the first metal pattern and the second metal pattern;
In a power semiconductor module for driving a motor,
The power semiconductor module is provided with a ground terminal for ground connection to the power semiconductor module and the motor housing,
The first metal pattern and the second metal pattern, and the ground terminal or the first cooling plate and the second cooling plate connected to the ground terminal constitute a line bypass capacitor, and the line A common mode current generated in the motor is allowed to flow between the motor and the power semiconductor module via a bypass capacitor.
A power semiconductor module.

請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記ライン・バイパス・コンデンサは、前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンと、前記アース端子に接続した前記第１冷却板および前記第２冷却板と、前記第１金属パターンおよび前記第１冷却板の間に配置した前記第１絶縁基板と、前記第２金属パターンおよび前記第２冷却板の間に配置した前記第２絶縁基板と、で構成した、
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。 The power semiconductor module according to claim 1,
The line bypass capacitor includes the first metal pattern and the second metal pattern, the first cooling plate and the second cooling plate connected to the ground terminal, the first metal pattern and the first cooling. The first insulating substrate disposed between the plates, and the second insulating substrate disposed between the second metal pattern and the second cooling plate,
A power semiconductor module.

請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記ライン・バイパス・コンデンサは、前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンと、前記アース端子と、前記第１金属パターンおよび前記アース端子の間に配置した第１絶縁体と、前記第２金属パターンおよび前記アース端子の間に配置した第２絶縁体と、で構成した、
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。 The power semiconductor module according to claim 1,
The line bypass capacitor includes the first metal pattern and the second metal pattern, the ground terminal, a first insulator disposed between the first metal pattern and the ground terminal, and the second metal. A second insulator disposed between the pattern and the ground terminal, and
A power semiconductor module.