JPH11146656A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ装置の小型化を図る。 【解決手段】 インバータ装置のアームを構成するスイ
ッチング素子１１ａ〜１１ｃを積層し、スイッチング素
子１１ａの表面電極とスイッチング素子１１ｂの裏面電
極の間、およびスイッチング素子１１ｂの表面電極とス
イッチング素子１１ｃの裏面電極の間をろう付けによっ
てそれぞれ接合して１モジュール化した構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電圧を交流電
圧に変換するインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のインバータ装置において
は、特開平７−１２３７３８号公報に示されるように、
直列接続された複数のスイッチング素子を平面配置し
て、それぞれの端子をブスバーにて電気接続するように
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに複数のスイッチング素子を平面配置した場合には、
体格が大きくならざるを得ないという問題がある。本発
明は上記問題に鑑みたもので、インバータ装置の小型化
を図ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、正母線と負母線
の間において直列に接続された少なくとも２つのスイッ
チング素子を、一方のスイッチング素子の裏面電極と他
方のスイッチング素子の表面電極とを接合するようにし
て積層構造としたことを特徴としている。

【０００５】このような積層構造とすることによって、
インバータ装置の小型化を図ることができる。この場
合、請求項２に記載の発明においては、他方のスイッチ
ング素子の表面側で一方のスイッチング素子と積層され
ていない領域に電極パッドを形成しているから、積層構
造とした場合であっても下側のスイッチング素子上にお
いて電極取り出しを行うことができる。

【０００６】なお、一方のスイッチング素子の裏面電極
と前記他方のスイッチング素子の表面電極は、請求項３
に記載の発明のように、ろう付けにより接合することが
できる。また、請求項４に記載の発明のように、板状電
極を挟んで接合するようにすれば、スイッチング素子の
放熱を良好に行うことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に、マルチレベル電力変換器と
して４レベルインバータを用いた場合の部分的な電気結
線図を示す。図において、直流電圧源１と並列に、コン
デンサ２、３、４が直列接続されている。また、インバ
ータの正母線５と負母線６の間には、Ｕ相のインバータ
アーム１０が設けられている。このインバータアーム１
０は、複数の半導体スイッチング素子（縦方向に電流が
流れる縦型のパワーＭＯＳトランジスタ）１１ａ〜１１
ｆと、逆並列ダイオード（フライホイールダイオード）
１２ａ〜１２ｆと、出力電圧レベルを変えるときの電流
経路を形成するダイオード１３ａ〜１３ｄにより構成さ
れている。ここで、スイッチング素子１１ａ〜１１ｃは
上アームを構成し、スイッチング素子１１ｄ〜１１ｆは
下アームを構成している。また、図示しないが、Ｖ相、
Ｗ相のインバータアームも、Ｕ相と同様の構成で、コン
デンサ２〜４を共通使用して、正母線５と負母線６の間
にそれぞれ設けられている。

【０００８】このような構成において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ
相のインバータアームにおける各スイッチング素子をオ
ンオフ制御することにより、直流電圧源１の直流電圧を
交流電圧に変換して、図示しない負荷例えば３相交流電
動機を駆動する。本実施形態では、上記した上アームを
構成するスイッチング素子１１ａ〜１１ｃと、下アーム
を構成するスイッチング素子１１ｄ〜１１ｆを、それぞ
れ積層して１モジュール化した構造としている。図２
に、上アームを構成するスイッチング素子１１ａ〜１１
ｃを積層した構造の模式的な外観構成を示す。

【０００９】図に示すように、スイッチング素子１１ａ
からスイッチング素子１１ｃに向けてチップサイズが順
次小さくなっており、それらを積層したときに、スイッ
チング素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃのゲート電極パッド
１０１、１１１、１２１とソース電極パッド１０２、１
１２、１２２のそれぞれが重ならないようになってい
る。すなわち、スイッチング素子１１ａ、１１ｂ、１１
ｃを階段状に積層して、それぞれの表面（スイッチング
素子１１ａ、１１ｂについては、上側のスイッチング素
子と積層されていない領域の表面）にゲート電極パッ
ド、ソース電極パッドが形成されるようになっている。
これらのゲート電極パッド、ソース電極パッドは、ワイ
ヤボンディングによって、外部と電気接続される。な
お、各スイッチング素子の表面側には表面電極をなすソ
ース電極が形成されているが、ゲート電極パッドおよび
ソース電極パッドは、ソース電極上に形成された図示し
ない保護膜の上に形成されている。

【００１０】図３に、スイッチング素子１１ａ〜１１ｃ
を積層した部分の断面構成を示す。スイッチング素子１
１ａ、１１ｂ、１１ｃは、図に示すように、表面電極と
してソース電極１０３、１１３、１２３が形成され、裏
面電極としてドレイン電極１０４、１１４、１２４が形
成されたものであって、それぞれは縦方向に電流が流れ
る周知の縦型ＭＯＳトランジタを構成している。そし
て、スイッチング素子１１ａのソース電極１０３とスイ
ッチング素子１１ｂのドレイン電極１１４の間、および
スイッチング素子１１ｂのソース電極１１３とスイッチ
ング素子１１ｃのドレイン電極１２４の間は、ろう付け
によってそれぞれ接合されている。

【００１１】このような積層構造とすることによって、
スイッチング素子１１ａからスイッチング素子１１ｃの
方向に電流を流すようにすることができる。また、下ア
ームを構成するスイッチング素子１１ｄ〜１１ｆについ
ても、上アームを構成するスイッチング素子１１ａ〜１
１ｃと同様に、積層した構造になっている。

【００１２】このように複数のスイッチング素子を積層
構造として１モジュール化することにより、低損失、低
ノイズで小型のインバータ装置とすることができる。な
お、上記した実施形態においては、スイッチング素子１
１ａのソース電極１０３とスイッチング素子１１ｂのド
レイン電極１１４の間、およびスイッチング素子１１ｂ
のソース電極１１３とスイッチング素子１１ｃのドレイ
ン電極１２４の間を直接ろう付けにて接合するものを示
したが、図４に示すように、それぞれの間に金属の板状
電極１３０、１３１を挟み、ろう付けによって接合する
ようにしてもよい。この場合、パワー素子であるスイッ
チング素子の放熱を良好にすることができる。

【００１３】また、上記実した施形態においては、４レ
ベルインバータに適用した場合の構成について説明した
が、３レベルインバータ、あるいは５レベル以上のイン
バータにおいても、上記と同様の積層構造とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】４レベルインバータの部分的な電気結線図であ
る。

【図２】上アームを構成するスイッチング素子１１ａ〜
１１ｃを積層した構造の模式的な外観図である。

【図３】スイッチング素子１１ａ〜１１ｃを積層した部
分の断面構成を示す図である。

【図４】他の実施形態を示す図である。

【符号の説明】

１…直流電圧源、２〜４…コンデンサ、５…正母線、６
…負母線、１０…インバータアーム、１１ａ〜１１ｆ…
スイッチング素子、１２ａ〜１２ｆ…逆並列ダイオー
ド、１３ａ〜１３ｄ…ダイオード、１０１、１１１、１
２１…ゲート電極パッド、１０２、１１２、１２２…ソ
ース電極パッド、１０３、１１３、１２３…表面電極と
してのソース電極、１０４、１１４、１２４…裏面電極
としてドレイン電極。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正母線と負母線の間において直列に接続
   された少なくとも２つのスイッチング素子を、一方のス
   イッチング素子の裏面電極と他方のスイッチング素子の
   表面電極とを接合するようにして積層構造としたことを
   特徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】 前記他方のスイッチング素子の表面側
   に、前記一方のスイッチング素子と積層されていない領
   域を有し、この領域に前記他方のスイッチング素子の電
   極パッドが形成されていることを特徴とする請求項１に
   記載のインバータ装置。
3. 【請求項３】 前記一方のスイッチング素子の裏面電極
   と前記他方のスイッチング素子の表面電極は、ろう付け
   により接合されていることを特徴とする請求項１又は２
   に記載のインバータ装置。
4. 【請求項４】 前記一方のスイッチング素子の裏面電極
   と前記他方のスイッチング素子の表面電極は、板状電極
   を挟んで接合されていることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載のインバータ装置。