WO2019181261A1 - パワー半導体装置 - Google Patents

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WO2019181261A1
WO2019181261A1 PCT/JP2019/004343 JP2019004343W WO2019181261A1 WO 2019181261 A1 WO2019181261 A1 WO 2019181261A1 JP 2019004343 W JP2019004343 W JP 2019004343W WO 2019181261 A1 WO2019181261 A1 WO 2019181261A1
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conductor
power semiconductor
semiconductor device
terminal conductor
terminal
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円丈 露野
英一 井出
高志 平尾
明博 難波
利昭 石井
裕之 宝藏寺
晃 松下
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present invention relates to a power semiconductor device.
  • Patent Document 1 houses a plurality of semiconductor elements that constitute upper and lower arms of an inverter circuit, a plurality of conductor plates that are arranged to face respective electrode surfaces of the semiconductor elements, and the semiconductor elements and the conductor plates.
  • a module case and the module case has a plate-shaped metal heat radiating member facing the surface of the conductor plate, and a metal frame having an opening closed by the heat radiating member,
  • a heat dissipating fin portion in which a plurality of heat dissipating fins are erected is provided at the center of the heat dissipating member, a joint portion with the frame body is provided on the outer peripheral edge of the heat dissipating member, and the heat dissipating member
  • a power module characterized in that it has higher thermal conductivity and the frame body has higher rigidity than the heat radiating member.
  • Patent Document 1 The invention described in Patent Document 1 has room for downsizing.
  • a power semiconductor device includes a first conductor portion that is a conductor, a second conductor portion that is a conductor different from the first conductor portion, and an inverter circuit that is mounted on the first conductor portion.
  • a portion of the AC terminal conductor is disposed in a space between the first conductor portion and the second conductor portion, and between the first conductor portion and the second conductor portion. It becomes a current transmission path.
  • the power semiconductor device can be reduced in size.
  • FIG. 6B is an overall perspective view of the power semiconductor device 300 in the manufacturing process corresponding to the process.
  • FIG. 6C is an overall perspective view of the power semiconductor device 300 in the manufacturing process corresponding to the process.
  • FIG. 6D is an overall perspective view of the power semiconductor device 300 in the manufacturing process corresponding to the process.
  • Circuit diagram of power semiconductor device 300 Circuit diagram of power conversion device 200 using power semiconductor device 300
  • Overall perspective view showing appearance of power converter 200 Schematic which shows the cross-section of the power converter device 200
  • External view of power semiconductor device 900 with flow path The perspective view which shows the manufacturing process of the power semiconductor device 900 with a flow path.
  • FIG. 1 is a perspective view of a power semiconductor device 300 of this embodiment.
  • the power semiconductor device 300 includes a metal second fin 42F, a second heat dissipation base 42, a positive side DC terminal conductor 6, a negative side DC terminal conductor 7, an AC terminal conductor 8, and a signal terminal. 325U, 325L, 325S, 325C.
  • the signal terminals 325L, 325U, 325S, and 325C are protruded from the two surfaces of the power semiconductor device 300 and then changed in the same direction by bending to connect to the control circuit and the driver circuit formed on the printed circuit board. .
  • the DC terminal conductor 6 on the positive electrode side and the DC terminal conductor 7 on the negative electrode side protrude from the one surface of the power semiconductor device 300 in a line. Since the DC terminal conductor 6 on the positive electrode side and the DC terminal conductor 7 on the negative electrode side are adjacent to each other, there is an effect that the input / output current is brought close to each other to reduce inductance. Further, since the DC terminal conductor 6 on the positive side and the DC terminal conductor 7 on the negative side are connected to the capacitor module connected to the battery, projecting from one surface has an effect of simplifying the inverter layout.
  • the AC terminal 320B protrudes from the surface of the power semiconductor device 300 opposite to the surface where the DC terminals 315B and 319B are disposed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the power semiconductor device 300. However, illustration of signal terminals is omitted in FIG.
  • the power semiconductor device 300 has a substantially symmetric structure in the vertical direction in the figure, that is, in the Z direction.
  • the first heat radiating base 41, the first metal base 811, the first insulating portion 31, and the first conductor portion 21 are shown from the bottom. 2 shows the DC terminal conductor 7, the two semiconductor elements 10, and the AC terminal conductor 8 on the negative electrode side from the left.
  • a metal block 159 is inserted in order to make the heights substantially coincide.
  • FIG. 1 A second conductor portion 22, a second insulating portion 32, a second metal base 821, and a second heat dissipation base 42 are further shown in the upper portion of the semiconductor element 10 and the like.
  • the first heat radiation base 41, the first metal base 811, the first insulating portion 31, and the first conductor portion 21, the semiconductor element 10, the second conductor portion 22, the second insulating portion 32, the second metal base 821, and The second heat radiation bases 42 are arranged in the Z direction.
  • solder exists between the 1st conductor part 21 and the alternating current terminal conductor 8, and between the alternating current terminal conductor 8 and the 2nd conductor part 22, illustration is abbreviate
  • the first heat radiating base 41 and the second heat radiating base 42 are formed so as to sandwich a part of the AC terminal conductor 8.
  • the first heat dissipation base 41 includes first fins 41F
  • the second heat dissipation base 42 includes second fins 42F.
  • a range 41FW in the X direction in which the first fin 41F exists overlaps with a part of the negative side DC terminal conductor 7 and a part of the AC terminal conductor 8 when viewed from the Z direction.
  • the range 42FW in the X direction where the second fin 42F exists overlaps with a part of the DC terminal conductor 7 and a part of the AC terminal conductor 8 on the negative electrode side when viewed from the Z direction.
  • first fin 41 ⁇ / b> F and the second fin 42 ⁇ / b> F are formed at a position overlapping a part of the AC terminal conductor 8 when viewed from the Z direction.
  • the top portions of the first fins 41F and the second fins 42F that is, the upper and lower ends in FIG. 2, are cut.
  • the inner surfaces of the first heat radiating base 41 and the second heat radiating base 42 that is, the surfaces in contact with the first metal base 811 and the second metal base 821 in FIG.
  • a part of the AC terminal conductor 8 is disposed in a space between the first conductor portion 21 and the second conductor portion 22. A part of the AC terminal conductor 8 becomes a current transmission path between the first conductor portion 21 and the second conductor portion 22.
  • the first heat radiating base 41 and the second heat radiating base 42 are not particularly limited as long as they have a high thermal conductivity and are waterproof, but aluminum is most preferable in consideration of workability and weldability with the base.
  • the first metal base 811, the first insulating portion 31, and the first conductor portion 21 are collectively referred to as a lower substrate 46, and the second metal base 821, the second insulating portion 32, and the second conductor portion 22 are combined. This is called the upper substrate 47.
  • FIG. 3 is an overall perspective view of the lower substrate 46.
  • the lower substrate 46 includes a first conductor portion 21 on which a semiconductor element 10 and an AC terminal conductor 8 to be described later are mounted, a first metal base 811, and a first gap between the first conductor portion 21 and the first metal base 811. And an insulating part 31.
  • the first metal base 811 is not particularly limited as long as it is a metal material, but copper or aluminum is desirable in terms of heat dissipation, and aluminum is desirable in terms of cost.
  • the first insulating portion 31 has a rectangular shape, and the first conductor portion 21 is formed discontinuously on the upper portion of the first insulating portion 31 in the figure. Therefore, the first conductor portion 21 is shown discontinuously in the cross-sectional view of FIG.
  • the first conductor portion 21 is not particularly limited as long as it is a material having electrical conductivity, but copper or aluminum having excellent electrical conductivity is desirable. It is desirable that a part or the whole of the first conductor portion 21 is plated including nickel plating in order to improve solder connectivity.
  • the first conductor portion 21 may be provided with a hole 824 in order to prevent solder from being connected between the power semiconductor elements and the chip from being displaced due to the surface tension of the molten solder material.
  • the first insulating portion 31 is not particularly limited as long as it is an insulating material, but is preferably a resin in terms of cost, and ceramics in terms of heat resistance and thermal conductivity.
  • FIG. 4 is an overall perspective view of the upper substrate 47.
  • the upper substrate 47 includes a second conductor portion 22, a second metal base 821, and a second insulating portion 32 between the second conductor portion 22 and the second metal base 821.
  • the second insulating portion 32 has a rectangular shape, and the second conductor portion 22 is formed discontinuously on the upper portion of the second insulating portion 32 in the figure. Therefore, the second conductor portion 22 is shown discontinuously in the cross-sectional view of FIG.
  • the material of the second insulating part 32 is the same as that of the first insulating part 31, the material of the second conductor part 22 is the same as that of the first conductor part 21, and the material of the second metal base 821 is the same as that of the first metal base 811.
  • FIG. 4 has a viewpoint reversed from that of FIG. 3, and assumes the posture shown in FIG. 1 when rotated 180 degrees.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a joint portion between the first conductor portion 21 and the second conductor portion 22 of the AC terminal conductor 8.
  • the first conductor portion 21 and the AC terminal conductor 8 are connected by solder 5b
  • the AC terminal conductor 8 and the second conductor portion 22 are connected by solder 5a.
  • Each of the solder 5a and the solder 5b includes a so-called solder ball 5c.
  • the solder ball 5c is a highly accurate sphere made of a material having a melting point higher than that of tin (Pb), which is a main component of solder, for example, nickel.
  • the solder 5a and the solder 5b include the solder ball 5c
  • the distance between the first conductor portion 21 and the AC terminal conductor 8 and the distance between the AC terminal conductor 8 and the second conductor portion 22 are equal to the diameter of the solder ball 5c. Therefore, the distance between the first conductor portion 21 and the AC terminal conductor 8 and the distance between the AC terminal conductor 8 and the second conductor portion 22 can be adjusted by adjusting the diameter of the solder ball 5c.
  • the AC terminal conductor 8 is not in close contact with the first conductor portion 21 and the second conductor portion 22 due to the presence of the solder ball 5c, the entire amount of the solder 5a and the solder 5b is not pushed out. In other words, the connection between the AC terminal conductor 8 and the first conductor portion 21 by the solder 5b and the connection between the AC terminal conductor 8 and the second conductor portion 22 by the solder 5a are reliably performed.
  • the junction part of the AC terminal conductor 8 was demonstrated in FIG. 5, the junction part of the DC terminal conductor 6 of the positive electrode side and the DC terminal conductor 7 of the negative electrode side is similarly joined using the solder containing the solder ball 5c.
  • the diameter of the solder ball 5c included in each solder does not need to be constant, the height can be made uniform by making the difference in the height of each terminal different from the diameter of the solder ball 5c.
  • the interval between the first insulating part 31 and the second insulating part 32 can be made constant.
  • FIG. 6A is a lower substrate 46 is prepared.
  • a semiconductor element is connected to the first conductor portion 21 via a connecting member such as a solder material or a sintered metal. 10 is mounted.
  • a metal block 159 is mounted and connected to the emitter-side electrode surface of the semiconductor element 10 via a connection member such as solder.
  • an Al wire (not shown) is connected.
  • the metal block 159 is not particularly limited as long as it is a metal material having electrical conductivity, but copper having high electrical conductivity is desirable. Aluminum may be used for the metal block 159 for weight reduction. In order to secure the connection with the connection member, the surface of the metal block 159 may be plated.
  • the DC terminal conductor 6 on the positive electrode side, the DC terminal conductor 7 on the negative electrode side, and the AC terminal conductor 8 are mounted via a connecting member.
  • substrate 47 is further mounted and connected via a connection member.
  • the first heat radiating base 41 and the second heat radiating base 42 are disposed so as to sandwich the upper substrate 47 and the lower substrate 46 therebetween. Then, by pressing the first fin 41F and the second fin 42F inward, the upper substrate 47 and the lower substrate 46 sandwiching the DC terminal conductor 6 on the positive electrode side, the DC terminal conductor 7 on the negative electrode side, and the AC terminal conductor 8 Are combined.
  • the DC terminal conductor 6 on the positive electrode side, the DC terminal conductor 7 on the negative electrode side, and the AC terminal conductor 8 are joined using solder including the solder balls 5c. Therefore, the interval in the Z direction between the first insulating portion 31 and the second insulating portion 32 can be made constant.
  • FIG. 7 is an overall perspective view of the power semiconductor device 300 in the manufacturing process corresponding to the process of FIG.
  • upper arm side IGBTs 155A and 155B which are power semiconductor elements
  • upper arm side diodes 156A and 156B lower arm side IGBTs 157A and 157B
  • lower arm side diodes 158A and 158B An inverter circuit 800 is shown soldered in two parallel.
  • the IGBT is an abbreviation for an insulated gate bipolar transistor (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • Each IGBT is connected to the conductor part of the collector side substrate by an Al wire 840 from the gate and the temperature sense.
  • a metal block 159 is mounted on each power semiconductor element.
  • the lead frames 830 and 831 are formed such that the terminals are connected to each other by a tie bar 832 so that the positions of the terminals do not shift during the transfer molding process.
  • the Al wire 840 connects the upper arm gate signal terminal 325U and the like to the control electrode of the upper arm IGBT 155A.
  • the semiconductor element 10 includes the upper arm IGBT 155A, the upper arm IGBT 155B, the upper arm diode 156A, the upper arm diode 156B, the lower arm IGBT 157A, the lower arm IGBT 157B, the lower arm diode 158A, and the lower arm.
  • the semiconductor elements constituting the upper arm of the inverter circuit are an upper arm IGBT 155A, an upper arm IGBT 155B, an upper arm diode 156A, and an upper arm diode 156B.
  • the semiconductor elements constituting the lower arm of this inverter circuit are a lower arm IGBT 157A, a lower arm IGBT 157B, a lower arm diode 158A, and a lower arm diode 158B.
  • FIG. 8 is an overall perspective view of the power semiconductor device 300 in the manufacturing process corresponding to the process of FIG. An upper substrate 47 is mounted on the lower substrate 46.
  • FIG. 9 is an overall perspective view of the power semiconductor device 300 in the manufacturing process corresponding to the process of FIG.
  • the first fins 41F and the second fins 42F are mounted on the upper substrate 47 and the lower substrate 46. Thereafter, the tie bars 832 connected to the lead frames 830 and 831 are cut to form terminals, and the power semiconductor device 300 is obtained.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of the inverter circuit 800 of the power semiconductor device 300 of this embodiment.
  • the DC terminal conductor 6 on the positive side is output from the collector side connection part 315 of the upper arm circuit, and is connected to the positive side of the battery or capacitor.
  • the upper arm gate signal terminal 325U outputs from the gate and emitter sense of the IGBT 155 of the upper arm circuit.
  • the DC terminal conductor 7 on the negative electrode side is output from the emitter side connection part 319 of the lower arm circuit, and is connected to the negative electrode side of the battery or the capacitor, or GND.
  • the lower arm gate signal terminal 325L outputs from the gate and emitter sense of the IGBT 157 of the lower arm circuit.
  • the AC terminal conductor 8 is output from the collector side connection part 320 of the lower arm circuit, and is connected to the motor. In the case of neutral point grounding, the lower arm circuit is connected to the negative electrode side of the capacitor instead of GND.
  • the upper arm circuit and the lower arm circuit are connected by an intermediate connection 321.
  • the AC terminal conductor 8 also serves as the intermediate connection 321.
  • the power semiconductor device 300 according to the present embodiment has a 2-in-1 structure in which two arm circuits of an upper arm circuit and a lower arm circuit are integrated into one module.
  • the number of output terminals from the power semiconductor device can be reduced and the size can be reduced.
  • the correspondence between the circuit diagram shown in FIG. 10 and the hardware configuration shown in FIG. 7 is as follows. That is, the IGBT 155 of the upper arm circuit shown in FIG. 10 corresponds to the upper arm side IGBTs 155A and 155B shown in FIG. 7, and the diode 156 of the upper arm circuit shown in FIG. 10 is replaced with the upper arm side diodes 156A and 156B shown in FIG. Equivalent to.
  • the lower arm circuit IGBT 157 shown in FIG. 10 corresponds to the lower arm side IGBTs 157A and 157B shown in FIG. 7, and the lower arm circuit diode 158 shown in FIG. 10 corresponds to the lower arm side diodes 158A and 158 shown in FIG. Equivalent to.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of a power conversion device 200 using the power semiconductor device 300 of the present embodiment.
  • the power conversion device 200 includes inverter circuit units 140 and 142, an auxiliary inverter circuit unit 43, and a capacitor module 500.
  • the inverter circuit units 140 and 142 include a plurality of power semiconductor devices 300, and constitute a three-phase bridge circuit by connecting them.
  • the power semiconductor device 300 is further connected in parallel, and the parallel connection is performed corresponding to each phase of the three-phase inverter circuit, so that an increase in the current capacity can be dealt with. Further, it is possible to cope with an increase in current capacity by connecting power semiconductor elements built in the power semiconductor device 300 in parallel.
  • the inverter circuit unit 140 and the inverter circuit unit 142 have the same basic circuit configuration and basically the same control method and operation. Since the outline of the circuit operation of the inverter circuit unit 140 and the like is well known, detailed description thereof is omitted here.
  • the upper arm circuit includes the upper arm IGBT 155 and the upper arm diode 156 as power semiconductor elements for switching
  • the lower arm circuit includes the lower arm IGBT 157 and the lower arm diode 158.
  • the IGBTs 155 and 157 perform a switching operation in response to a drive signal output from one or the other of the two driver circuits constituting the driver circuit 174, and convert DC power supplied from the battery 136 into three-phase AC power.
  • the upper arm IGBT 155 and the lower arm IGBT 157 include a collector electrode, an emitter electrode (signal emitter electrode terminal), and a gate electrode (gate electrode terminal).
  • the upper arm diode 156 and the lower arm diode 158 include two electrodes, a cathode electrode and an anode electrode.
  • the cathode electrodes of the diodes 156 and 158 are the collector electrodes of the IGBTs 155 and 157 and the anode electrodes are the emitters of the IGBTs 155 and 157 so that the direction from the emitter electrode of the upper arm IGBT 155 and the lower arm IGBT 157 to the collector electrode is the forward direction.
  • Each is electrically connected to the electrode.
  • a MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the upper arm diode 156 and the lower arm diode 158 are not necessary.
  • the temperature information of the upper and lower arm series circuit is input to the microcomputer from a temperature sensor (not shown) provided in the upper and lower arm series circuit. Further, voltage information on the DC positive side of the upper and lower arm series circuit is input to the microcomputer. The microcomputer performs over temperature detection and over voltage detection based on the information, and when an over temperature or over voltage is detected, the switching operation of all the upper arm IGBT 155 and the lower arm IGBT 157 is stopped, and the upper and lower arms are connected in series. Protect the circuit from over temperature or over voltage.
  • FIG. 12 is an overall perspective view showing the external appearance of the power conversion device 200.
  • the external appearance of the power conversion device 200 according to the present embodiment is as follows: a housing 112 whose top surface or bottom surface is substantially rectangular; an upper case 110 provided on one of the outer circumferences on the short side of the housing 112; The lower case 116 for closing the lower opening is fixedly formed.
  • the housing 112 and the lower case 116 may be integrally formed. By making the shape of the bottom view or top view of the housing 112 into a substantially rectangular shape, it is easy to attach to the vehicle and to produce easily.
  • the casing 112 is connected to an inflow path 113 and an outflow path 114 for cooling the power semiconductor device 300.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the power conversion device 200 according to the present embodiment.
  • the power semiconductor device 300 is assembled to the flow path member to form a power semiconductor device 900 with a flow path.
  • the AC electrode terminal is welded to the bus bar on which the current sensor 180 is mounted.
  • the DC terminal of the power semiconductor device 300 is welded to the capacitor module 500.
  • a control circuit 172 and a driver circuit 174 on which mounting components are mounted are assembled and connected to signal terminals.
  • FIG. 14 shows the appearance of the power semiconductor device 900 with a flow path
  • FIG. 14 (a) is a perspective view seen from the emitter side of the power semiconductor device 900 with flow path
  • FIG. 14 (b) is a perspective view seen from the collector side.
  • (C) is a sectional view.
  • the power semiconductor device 300 is assembled to the flow path member to form a power semiconductor device 900 with a flow path.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a manufacturing process of the power semiconductor device 900 with a flow path.
  • the through water channel 1001 is melt-bonded to the module connecting member 1002.
  • the collector side of the power semiconductor device 300 is mounted on the module connecting member 1002, and metal fusion bonding is performed.
  • the module connecting member 1002 is mounted on the emitter side of the power semiconductor device 300, and the through water channel portion and the power semiconductor device 300 are water-tightly bonded by metal fusion bonding.
  • a flow path cover 1003 is mounted on the module connecting member 1002 on the collector side and the emitter side, and watertight bonding is performed by metal fusion bonding.
  • the power semiconductor device 300 includes a first conductor portion 21 that is a conductor, a second conductor portion 22 that is a conductor different from the first conductor portion 21, and mounted on the first conductor portion 21.
  • a part of the AC terminal conductor 8 is disposed in a space between the first conductor portion 21 and the second conductor portion 22 and serves as a current transmission path between the first conductor portion 21 and the second conductor portion 22. . Since the AC terminal conductor 8 serves as a current transmission path between the first conductor portion 21 and the second conductor portion 22, it is not necessary to separately prepare a member for connecting the two, and the power semiconductor device 300 can be reduced in size. Moreover, since the number of parts of the power semiconductor device 300 is reduced, assembly can be made efficient.
  • the power semiconductor device 300 includes a first insulating part 31 connected to the first conductor part 21, and a second insulating part 32 connected to the second conductor part 22 and facing the first insulating part 31. Prepare. A part of the AC terminal conductor 8 is disposed in a space between the first insulating portion 31 and the second insulating portion 32. Therefore, the productivity of the power semiconductor device 300 is improved by assembling the first conductor part 21 and the second conductor part 22 together with the first insulating part 31 and the second insulating part 32 instead of handling the first conductor part 21 and the second conductor part 22 alone. it can. Further, by sandwiching the first conductor portion 21, the AC terminal conductor 8, and the like through which a large current flows between the first insulating portion 31 and the second insulating portion 32, a short circuit can be prevented and the reliability can be improved.
  • the power semiconductor device 300 includes a DC terminal conductor 6 on the positive electrode side and a DC terminal conductor 7 on the negative electrode side.
  • the first insulating portion 31 has a rectangular shape. A part of at least one of the positive side DC terminal conductor 6 and the negative side DC terminal conductor 7 is disposed in a space between the first insulating part 31 and the second insulating part 32.
  • the AC terminal conductor 8 protrudes from one side of the rectangular shape of the first insulating portion. At least one of the DC terminal conductor 6 on the positive electrode side and the DC terminal conductor 7 on the negative electrode side protrudes from the other side different from the one side of the rectangular shape of the first insulating portion 31. For this reason, since the DC terminal conductor and the AC terminal conductor 8 are arranged on two different sides of the rectangle, the distance between the first insulating portion 31 and the second insulating portion 32 can be made constant.
  • the power semiconductor device 300 is in contact with a part of the AC terminal conductor 8, the solder materials 5a and 5b connected to the first conductor part 21 and the second conductor part 22, and a part of the AC terminal conductor 8,
  • the solder ball 5c for adjusting the position of a part of the AC terminal conductor 8 in the arrangement direction of the first insulating part 31 and the second insulating part 32 and the part of the DC terminal conductors 6 and 7 are brought into contact with each other.
  • the distance from the second insulating portion 32 can be adjusted.
  • the power semiconductor device 300 includes a first heat dissipation base 41 and a second heat dissipation base 42 that are formed so as to sandwich a part of the AC terminal conductor 8. Therefore, the AC terminal conductor 8 can be efficiently cooled.
  • the first heat radiation base 41 and the second heat radiation base 42 have first fins 41F and second fins 42F.
  • the first fins 41 ⁇ / b> F and the second fins 42 ⁇ / b> F are formed at positions that overlap a part of the AC terminal conductor 8. Therefore, the AC terminal conductor 8 can be cooled more efficiently.
  • interposes the alternating current terminal conductor 8 from a perpendicular direction works by pressing the 1st fin 41F and the 2nd fin 42F, and can produce the power semiconductor device 300 efficiently.
  • first fin 41F and the second fin 42F are formed at a position where they do not overlap with a part of the AC terminal conductor 8, not only the heat dissipation efficiency is deteriorated, but also the following problem occurs. That is, when the first fin 41F and the second fin 42F are pressed, bending stress acts on the AC terminal conductor 8, and there is a possibility that sufficient adhesion force cannot be obtained.
  • the distance between the first insulating portion 31 and the second insulating portion 32 is made constant by using the solder ball 5c.
  • a wire having a predetermined diameter may be used instead of the solder ball 5c. This wire is made of, for example, copper.
  • Modification 2 In the embodiment described above, a two-parallel configuration is shown in FIG. However, it may not be configured in parallel, or three or more may be configured in parallel.
  • the AC terminal conductor 8 and the DC terminal conductors 6 and 7 protrude from the opposing sides of the first insulating portion 31 that is rectangular.
  • the AC terminal conductor 8 and the DC terminal conductors 6 and 7 may protrude from adjacent sides of the first insulating portion 31 that is rectangular. That is, the AC terminal conductor 8 and the DC terminal conductors 6 and 7 do not have to protrude from the same side.
  • Solder balls (first adjusting member, second adjusting member) 6 DC terminal conductor 7 on the positive electrode side 7 DC terminal conductor 8 on the negative electrode side AC terminal conductor 10
  • Semiconductor element 21 1st conductor part 22 2nd conductor part 31 1st insulation part 32 2nd insulation part 41 1st heat dissipation base 41F 1st fin 42 Second heat dissipation base 42F Second fin 43
  • Inverter circuit section 46 Lower substrate 47 Upper substrate 300 Power semiconductor device 800 Inverter circuit

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Abstract

本発明の課題は、パワー半導体装置の生産性の向上させることである。　パワー半導体装置は、導体である第１導体部と、第１導体部とは異なる導体である第２導体部と、第１導体部に実装されかつインバータ回路の上アームを構成する第１半導体素子と、第１導体部に実装されかつインバータ回路の下アームを構成する第２半導体素子と、上アームおよび下アームに交流電流を伝達する交流端子導体と、を備え、交流端子導体の一部は、第１導体部と第２導体部の間の空間に配置されかつ当該第１導体部と当該第２導体部との間の電流伝達路となる。

Description

パワー半導体装置
　本発明は、パワー半導体装置に関する。
　パワー半導体素子のスイッチングによる電力変換装置は、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備等に幅広く利用されている。このパワー半導体素子は通電により発熱するため、高い放熱性が求められる。特に車載用途においては、小型、軽量化のため水冷を用いた高効率な冷却システムが採用されている。特許文献１には、インバータ回路の上下アームを構成する複数の半導体素子と、前記半導体素子のそれぞれの電極面と対向して配置される複数の導体板と、前記半導体素子および前記導体板を収納するモジュールケースとを備え、前記モジュールケースは、前記導体板の面と対向する板状の金属製放熱部材と、当該放熱部材によって塞がれる開口部を有する金属製の枠体とを有し、前記放熱部材の中央には複数の放熱フィンが立設された放熱フィン部が設けられ、前記放熱部材の外周縁には前記枠体との接合部が設けられ、前記放熱部材は前記枠体に比べて高い熱伝導性を有し、前記枠体は前記放熱部材に比べて高い剛性を有していることを特徴とするパワーモジュールが開示されている。
特開２０１２－２５７３６９号公報
　特許文献１に記載されている発明では、小型化の余地がある。
　本発明の第１の態様によるパワー半導体装置は、導体である第１導体部と、前記第１導体部とは異なる導体である第２導体部と、前記第１導体部に実装されかつインバータ回路の上アームを構成する第１半導体素子と、前記第１導体部に実装されかつ前記インバータ回路の下アームを構成する第２半導体素子と、前記上アームおよび前記下アームに交流電流を伝達する交流端子導体と、を備え、前記交流端子導体の一部は、前記第１導体部と前記第２導体部の間の空間に配置されかつ当該第１導体部と当該第２導体部との間の電流伝達路となる。
　本発明によれば、パワー半導体装置を小型化できる。
パワー半導体装置３００の斜視図 パワー半導体装置３００の断面図 下基板４６の全体斜視図 上基板４７の全体斜視図 交流端子導体８の第１導体部２１および第２導体部２２との接合部を示す図 図６（ａ）～図６（ｅ）はパワー半導体装置３００の製造工程の断面図 図６（ｂ）工程に対応する製造工程におけるパワー半導体装置３００の全体斜視図 図６（ｃ）工程に対応する製造工程のパワー半導体装置３００の全体斜視図 図６（ｄ）工程に対応する製造工程のパワー半導体装置３００の全体斜視図 パワー半導体装置３００の回路図 パワー半導体装置３００を用いた電力変換装置２００の回路図 電力変換装置２００の外観を示す全体斜視図 電力変換装置２００の断面構造を示す概略図 流路付きパワー半導体装置９００の外観図 流路付きパワー半導体装置９００の製造工程を示す斜視図
―実施の形態―
　以下、図１～図１５を参照して、パワー半導体装置の実施の形態を説明する。
（パワー半導体装置３００の斜視図）
　図１は、本実施形態のパワー半導体装置３００の斜視図である。図面同士の相関を明確にするために、図１の左下に示すようにＸＹＺ軸を定義する。パワー半導体装置３００は、金属製の第２フィン４２Ｆと、第２放熱ベース４２と、正極側の直流端子導体６と、負極側の直流端子導体７と、交流端子導体８と、信号用の端子３２５Ｕ、３２５Ｌ、３２５Ｓ、３２５Ｃとを備える。
　信号端子３２５Ｌ、３２５Ｕ、３２５Ｓ、３２５Ｃは、パワー半導体装置３００の二面から突出した後、プリント基板に形成した、制御回路、ドライバ回路に接続するため、曲げ加工により同一方向に向きを変えている。制御端子を二面に分けて出すことで、端子間の沿面距離や空間距離を確保しやすい効果がある。
　正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７は、パワー半導体装置３００の一面から一列に突出している。正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７が隣接する事で、入出力の電流を近接させインダクタンスを低減する効果がある。また正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７は、バッテリに連結したコンデンサモジュールに接続するため、一面から突出することで、インバータレイアウトを簡略化できる効果がある。交流端子３２０Ｂは、直流端子３１５Ｂ及び３１９Ｂは配置された側の面とは反対側のパワー半導体装置３００の面から突出している。
（パワー半導体装置３００の断面図）
　図２は、パワー半導体装置３００の断面図である。ただし図２では信号用の端子の図示を省略している。パワー半導体装置３００は、図示上下方向、すなわちＺ方向に略対称な構造を有する。図２には、下部から第１放熱ベース４１、第１金属ベース８１１、第１絶縁部３１、および第１導体部２１が示されている。そして図２の高さ方向中央には、左から負極側の直流端子導体７、２つの半導体素子１０、および交流端子導体８が示されている。ただし半導体素子１０はＺ方向の高さが交流端子導体８などよりも低いので、高さを略一致させるために金属ブロック１５９が挿入される。また負極側の直流端子導体７および交流端子導体８は図１では端部が曲げられていたが、図２では曲げ部分の図示を省略している。半導体素子１０などの図示上部にはさらに、第２導体部２２、第２絶縁部３２、第２金属ベース８２１、および第２放熱ベース４２が示されている。
　すなわち、第１放熱ベース４１、第１金属ベース８１１、第１絶縁部３１、および第１導体部２１、半導体素子１０、第２導体部２２、第２絶縁部３２、第２金属ベース８２１、および第２放熱ベース４２はＺ方向に配列している。なお第１導体部２１と交流端子導体８との間、および交流端子導体８と第２導体部２２との間には半田が存在するが図２では図示を省略している。第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２は、交流端子導体８の一部を挟むように形成される。
　第１放熱ベース４１は第１フィン４１Ｆを備え、第２放熱ベース４２は第２フィン４２Ｆを備える。第１フィン４１Ｆが存在するＸ方向の範囲４１ＦＷは、Ｚ方向から見ると負極側の直流端子導体７の一部および交流端子導体８の一部と重複している。同様に第２フィン４２Ｆが存在するＸ方向の範囲４２ＦＷは、Ｚ方向から見ると負極側の直流端子導体７の一部および交流端子導体８の一部と重複している。換言すると、Ｚ方向から見た場合に、第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆは、交流端子導体８の一部と重なる位置に形成される。なお第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆの頂部、すなわち図２の上端及び下端は切削加工がされている。また第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２の内側の面、すなわち図２において第１金属ベース８１１および第２金属ベース８２１に接する面も切削加工がされている。
　交流端子導体８の一部は、第１導体部２１と第２導体部２２の間の空間に配置される。また交流端子導体８の一部は、第１導体部２１と第２導体部２２との間の電流伝達路となる。なお第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２は、熱伝導率が高く、防水性を有する金属材料であればとくに制約されないが、加工性及びベースとの溶接性を考慮するとアルミが最も望ましい。以下では、第１金属ベース８１１、第１絶縁部３１、および第１導体部２１をあわせて下基板４６と呼び、第２金属ベース８２１、第２絶縁部３２、および第２導体部２２をあわせて上基板４７と呼ぶ。
（下基板４６の全体斜視図）
　図３は、下基板４６の全体斜視図である。下基板４６は、後述する半導体素子１０や交流端子導体８などを搭載する第１導体部２１と、第１金属ベース８１１と、これら第１導体部２１と第１金属ベース８１１の間に第１絶縁部３１と、を備える。第１金属ベース８１１は、金属材料であれば特に制約されないが、放熱性の点で、銅又はアルミが望ましく、コストの点ではアルミが望ましい。第１絶縁部３１は矩形形状であり、第１絶縁部３１の図示上部に不連続に第１導体部２１が形成される。そのため図２の断面図において第１導体部２１は不連続に図示された。
　第１導体部２１は、電気伝導性を有する材料であれば特に制約されないが、電気伝導性に優れた、銅又はアルミが望ましい。第１導体部２１の一部又は全体は、はんだ接続性を向上するため、ニッケルめっきを含むめっきを施す事が望ましい。また第１導体部２１には、パワー半導体素子間ではんだが連結し、溶融した半田材の表面張力によりチップが位置ずれするのを防止するため、穴８２４を設けてもよい。第１絶縁部３１は、絶縁性材料であれば特に制約されないが、コストの点では、樹脂が望ましく、耐熱性、熱伝導性の点ではセラミックスが望ましい。
（上基板４７の全体斜視図）
　図４は、上基板４７の全体斜視図である。上基板４７は、第２導体部２２と、第２金属ベース８２１と、これら第２導体部２２と第２金属ベース８２１の間に第２絶縁部３２と、を備える。第２絶縁部３２は矩形形状であり、第２絶縁部３２の図示上部に不連続に第２導体部２２が形成される。そのため図２の断面図において第２導体部２２は不連続に図示された。第２絶縁部３２の材料は第１絶縁部３１と同一であり、第２導体部２２の材料は第１導体部２１と同一であり、第２金属ベース８２１の材料は第１金属ベース８１１と同一である。なお図４は図３とは視点が反転しており、１８０度回転させると図１に示す姿勢となる。
（交流端子導体８の接合部）
　図５は、交流端子導体８の第１導体部２１および第２導体部２２との接合部を示す図である。第１導体部２１と交流端子導体８とは半田５ｂにより接続され、交流端子導体８と第２導体部２２とは半田５ａにより接続される。半田５ａおよび半田５ｂはそれぞれいわゆる半田ボール５ｃを含む。半田ボール５ｃとは、半田の主成分であるすず（Ｐｂ）よりも融点が高い素材、たとえばニッケルで作成された高精度な球である。半田５ａおよび半田５ｂは半田ボール５ｃを含むので、第１導体部２１と交流端子導体８との距離、および交流端子導体８と第２導体部２２との距離は半田ボール５ｃの直径と等しい。そのため、半田ボール５ｃの直径を調整することで第１導体部２１と交流端子導体８との距離、および交流端子導体８と第２導体部２２との距離を調整できる。
　また半田ボール５ｃの存在により交流端子導体８が第１導体部２１や第２導体部２２と密着しないので、半田５ａや半田５ｂの全量が押し出されることがない。換言すると、交流端子導体８と第１導体部２１との半田５ｂによる結合、および交流端子導体８と第２導体部２２との半田５ａによる結合が確実に行われる。
　なお図５では交流端子導体８の接合部について説明したが、正極側の直流端子導体６や負極側の直流端子導体７の接合部も同様半田ボール５ｃを含む半田を用いて接合される。またそれぞれの半田に含める半田ボール５ｃの直径は一定でなくてもよいので、各端子の高さの差を半田ボール５ｃの直径を異ならせることで高さを揃えることができる。すなわち正極側の直流端子導体６、負極側の直流端子導体７、および交流端子導体８に使用する半田に含める半田ボール５ｃの直径をそれぞれの高さの差を吸収するように設定することで、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の間隔を一定にできる。
（製造工程）
　図６（ａ）～図６（ｅ）はパワー半導体装置３００の製造工程の断面図である。図６（ａ）に示すように、まず下基板４６を用意し、次に図６（ｂ）に示すように第１導体部２１に半田材や焼結金属等の接続部材を介して半導体素子１０を搭載する。さらに半導体素子１０のエミッタ側電極面にはんだ等の接続部材を介して、金属ブロック１５９を搭載し接続する。その後、図示していないＡｌワイヤを接続する。金属ブロック１５９は電気伝導性を有する金属材料であればとくに制約されないが、電気伝導性が高い銅が望ましい。金属ブロック１５９には軽量化のためアルミを用いてもよい。接続部材との接続を確保するため金属ブロック１５９の表面にめっき等を施してもよい。
　次に図６（ｃ）に示されるように、接続部材を介して、正極側の直流端子導体６、負極側の直流端子導体７及び交流端子導体８を搭載する。そして図６（ｄ）に示すように、さらに接続部材を介して、上基板４７を搭載し接続する。最後に、図６（ｅ）に示すように、第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２を上基板４７と下基板４６とを挟み込むように配置する。そして、第１フィン４１Ｆと第２フィン４２Ｆを内側に押圧することで、正極側の直流端子導体６、負極側の直流端子導体７及び交流端子導体８を挟み込んだ上基板４７と下基板４６とを結合させる。なおこの際に、図５を参照して説明したように、正極側の直流端子導体６、負極側の直流端子導体７及び交流端子導体８は、半田ボール５ｃを含む半田を用いて接合されるので、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２とのＺ方向の間隔を一定にできる。
（製造工程の斜視図）
　図７は、図６（ｃ）工程に対応する製造工程におけるパワー半導体装置３００の全体斜視図である。図７には、下基板４６に、パワー半導体素子である上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａ及び１５５Ｂと、上アーム側ダイオード１５６Ａ及び１５６Ｂと、下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ａ及び１５７Ｂと、下アーム側ダイオード１５８Ａ及び１５８Ｂと、が２並列ではんだ接続されているインバータ回路８００が示されている。ここで、ＩＧＢＴとは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の略である。
　各ＩＧＢＴは、ゲート及び温度センスからＡｌワイヤ８４０でコレクタ側基板の導体部に接続している。各パワー半導体素子の上には、金属ブロック１５９を搭載している。リードフレーム８３０及び８３１は、タイバー８３２により端子同士を接続して、トランスファーモールド工程時に端子の位置がずれないように形成される。Ａｌワイヤ８４０は、上アームゲート信号端子３２５Ｕ等と上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａの制御電極等を接続する。
　なお前述の半導体素子１０は、上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａ、上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ｂ、上アーム側ダイオード１５６Ａ、上アーム側ダイオード１５６Ｂ、下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ａ、下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ｂと、下アーム側ダイオード１５８Ａ、および下アーム側ダイオード１５８Ｂの総称である。またこのインバータ回路の上アームを構成する半導体素子は上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａ、上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ｂ、上アーム側ダイオード１５６Ａ、および上アーム側ダイオード１５６Ｂである。またこのインバータ回路の下アームを構成する半導体素子は下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ａ、下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ｂと、下アーム側ダイオード１５８Ａ、および下アーム側ダイオード１５８Ｂである。
　図８は、図６（ｄ）工程に対応する製造工程のパワー半導体装置３００の全体斜視図である。下基板４６の上に上基板４７を搭載している。
　図９は、図６（ｅ）工程に対応する製造工程のパワー半導体装置３００の全体斜視図である。上基板４７及び下基板４６の上に第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆを搭載している。この後、リードフレーム８３０及び８３１に接続されたタイバー８３２をカットして端子を形成し、パワー半導体装置３００を得る。
（パワー半導体装置３００の回路図）
　図１０は、本実施形態のパワー半導体装置３００のインバータ回路８００の回路図である。正極側の直流端子導体６は、上アーム回路のコレクタ側接続部３１５から出力しており、バッテリまたはコンデンサの正極側に接続される。上アームゲート信号端子３２５Ｕは、上アーム回路のＩＧＢＴ１５５のゲート及びエミッタセンスから出力している。負極側の直流端子導体７は、下アーム回路のエミッタ側接続部３１９から出力しており、バッテリまたはコンデンサの負極側、又はＧＮＤに接続される。下アームゲート信号端子３２５Ｌは、下アーム回路のＩＧＢＴ１５７のゲート及びエミッタセンスから出力している。交流端子導体８は、下アーム回路のコレクタ側接続部３２０から出力しており、モータに接続される。中性点接地をする場合は、下アーム回路は、ＧＮＤでなくコンデンサの負極側に接続する。
　上アーム回路と下アーム回路は、中間接続３２１により接続される。本実施の形態では、交流端子導体８が中間接続３２１を兼ねている。本実施形態に係るパワー半導体装置３００は、上アーム回路及び下アーム回路の２つのアーム回路を、１つのモジュールに一体化した構造である２ｉｎ１構造である。２ｉｎ１構造の他にも、３ｉｎ１構造、４ｉｎ１構造、６ｉｎ１構造等を用いた場合、パワー半導体装置からの出力端子の数を低減し小型化することができる。
　なお図１０に示す回路図と図７に示すハードウエア構成との対応は以下のとおりである。すなわち図１０に示す上アーム回路のＩＧＢＴ１５５は、図７に示す上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａ及び１５５Ｂに相当し、図１０に示す上アーム回路のダイオード１５６は、図７に示す上アーム側ダイオード１５６Ａ及び１５６Ｂに相当する。また図１０に示す下アーム回路のＩＧＢＴ１５７は、図７に示す下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ａ及び１５７Ｂに相当し、図１０に示す下アーム回路のダイオード１５８は、図７に示す下アーム側ダイオード１５８Ａ及び１５８に相当する。
（電力変換装置の回路図）
　図１１は、本実施形態のパワー半導体装置３００を用いた電力変換装置２００の回路図である。電力変換装置２００は、インバータ回路部１４０及び１４２と、補機用のインバータ回路部４３と、コンデンサモジュール５００と、を備えている。インバータ回路部１４０及び１４２は、パワー半導体装置３００を複数備えており、それらを接続することにより３相ブリッジ回路を構成している。電流容量が大きい場合には、更にパワー半導体装置３００を並列接続し、これら並列接続を３相インバータ回路の各相に対応して行うことにより、電流容量の増大に対応できる。また、パワー半導体装置３００に内蔵しているパワー半導体素子を並列接続することでも電流容量の増大に対応できる。
　インバータ回路部１４０とインバータ回路部１４２とは、基本的な回路構成は同じであり、制御方法や動作も基本的には同じである。インバータ回路部１４０等の回路的な動作の概要は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　上述のように、上アーム回路は、スイッチング用のパワー半導体素子として上アーム用ＩＧＢＴ１５５と上アーム用ダイオード１５６とを備えており、下アーム回路は、下アーム用ＩＧＢＴ１５７と下アーム用ダイオード１５８とを備えている。ＩＧＢＴ１５５及び１５７は、ドライバ回路１７４を構成する２つのドライバ回路の一方あるいは他方から出力された駆動信号を受けてスイッチング動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。
　上アーム用ＩＧＢＴ１５５や下アーム用ＩＧＢＴ１５７は、コレクタ電極、エミッタ電極（信号用エミッタ電極端子）、ゲート電極（ゲート電極端子）を備えている。上アーム用ダイオード１５６や下アーム用ダイオード１５８は、カソード電極およびアノード電極の２つの電極を備えている。上アーム用ＩＧＢＴ１５５や下アーム用ＩＧＢＴ１５７のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、ダイオード１５６、１５８のカソード電極がＩＧＢＴ１５５、１５７のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ１５５、１５７のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。なお、パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いても良く、この場合は上アーム用ダイオード１５６、下アーム用ダイオード１５８は不要となる。
　上下アーム直列回路に設けられた不図示の温度センサからは、上下アーム直列回路の温度情報がマイコンに入力される。また、マイコンには上下アーム直列回路の直流正極側の電圧情報が入力される。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知および過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全ての上アーム用ＩＧＢＴ１５５、下アーム用ＩＧＢＴ１５７のスイッチング動作を停止させ、上下アーム直列回路を過温度或いは過電圧から保護する。
　図１２は、電力変換装置２００の外観を示す全体斜視図である。本実施形態に係る電力変換装置２００の外観は、上面あるいは底面が略長方形の筐体１１２と、筐体１１２の短辺側の外周の一つに設けられた上部ケース１１０と、筐体１１２の下部開口を塞ぐための下部ケース１１６とを固定して形成されたものである。筐体１１２と下部ケース１１６は一体で形成される場合もある。筐体１１２の底面図あるいは上面図の形状を略長方形としたことで、車両への取付けが容易となり、また生産しやすい。筐体１１２には、パワー半導体装置３００を冷却する冷媒の流入路１１３および流出路１１４が接続される。
　図１３は、本実施形態に係る電力変換装置２００の断面構造を示す概略図である。パワー半導体装置３００を流路部材に組み付け、流路付きパワー半導体装置９００を形成している。パワー半導体装置３００は、交流電極端子は電流センサ１８０を搭載したバスバーに溶接する。また、パワー半導体装置３００の直流端子はコンデンサモジュール５００と溶接する。次に、実装部品を搭載した制御回路１７２、ドライバ回路１７４を組み付け、信号端子と接続する。流路付きパワー半導体装置９００の上部に制御回路、下部にコンデンサモジュールを設置することで、コンパクトに配置し小型化できる。
　図１４は、流路付きパワー半導体装置９００の外観を示し、図１４（ａ）は、流路付きパワー半導体装置９００のエミッタ側からみた斜視図、図１４（ｂ）はコレクタ側からみた斜視図、（ｃ）は断面図である。パワー半導体装置３００を流路部材に組み付け、流路付きパワー半導体装置９００を形成している。
　図１５は、流路付きパワー半導体装置９００の製造工程を示す斜視図である。図１５（ａ）に示されるように、モジュール連結部材１００２に、貫通水路１００１を金属溶融接合する。次に図１５（ｂ）に示されるように、パワー半導体装置３００のコレクタ側をモジュール連結部材１００２に搭載し、金属溶融接合する。
　次に図１５（ｃ）に示されるように、パワー半導体装置３００のエミッタ側にモジュール連結部材１００２を搭載し、貫通水路部及びパワー半導体装置３００を金属溶融接合により水密接合する。次に図１５（ｄ）に示されるように、コレクタ側及びエミッタ側のモジュール連結部材１００２に流路カバー１００３を搭載し金属溶融接合により水密接合する。２ｉｎ１のパワー半導体装置３００を６ｉｎ１の流路付きパワー半導体装置９００として組み上げる事で、水密性を確保しつつ、電力変換装置２００への組み立てを容易にする効果がある。
　上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）パワー半導体装置３００は、導体である第１導体部２１と、第１導体部２１とは異なる導体である第２導体部２２と、第１導体部２１に実装されかつインバータ回路８００の上アームを構成する上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａ、１５５Ｂ、上アーム側ダイオード１５６Ａ、１５６Ｂと、第１導体部２１に実装されかつインバータ回路の下アームを構成する下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ａ、１５７Ｂ、下アーム側ダイオード１５８Ａ、および１５８Ｂと、上アームおよび下アームに交流電流を伝達する交流端子導体８と、を備える。交流端子導体８の一部は、第１導体部２１と第２導体部２２の間の空間に配置されかつ当該第１導体部２１と当該第２導体部２２との間の電流伝達路となる。交流端子導体８が第１導体部２１と第２導体部２２との間の電流伝達路となるので、両者を接続する部材を別途用意する必要がなくパワー半導体装置３００を小型化できる。またパワー半導体装置３００の部品点数が削減されるので、組み立てを効率化できる。
（２）パワー半導体装置３００は、第１導体部２１と接続される第１絶縁部３１と、第２導体部２２と接続されかつ第１絶縁部３１と対向する第２絶縁部３２と、を備える。交流端子導体８の一部は、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の間の空間に配置される。そのため、第１導体部２１や第２導体部２２を単独で扱うのではなく、第１絶縁部３１や第２絶縁部３２と一体かさせてから組み立てることによりパワー半導体装置３００の生産性を向上できる。また大電流が流れる第１導体部２１や交流端子導体８などを第１絶縁部３１および第２絶縁部３２で挟み込むことにより、ショートを防止し信頼性を向上することができる。
（３）パワー半導体装置３００は、正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７を備える。第１絶縁部３１は、矩形状である。正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７の少なくとも一方の一部は、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の間の空間に配置される。交流端子導体８は、第１絶縁部の矩形状の一辺側から突出する。正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７の少なくとも一方は、第１絶縁部３１の矩形状の一辺とは異なる他辺側から突出する。そのため矩形の異なる２辺に直流端子導体と交流端子導体８が配されるので、これらにより第１絶縁部３１と第２絶縁部３２との間隔を一定にできる。
（４）パワー半導体装置３００は、交流端子導体８の一部と第１導体部２１及び第２導体部２２と接続する半田材５ａおよび５ｂと、交流端子導体８の一部に接触され、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の配列方向における当該交流端子導体８の一部の位置を調整する半田ボール５ｃと、直流端子導体６，７の一部に接触され、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の配列方向における当該直流端子導体６，７の一部の位置を調整する半田ボール５ｃと、を備える。そのため半田に半田含ませるボール５ｃの直径を変化させることで、交流端子導体８と第１絶縁部３１や第２絶縁部３２との距離や、直流端子導体６，７と第１絶縁部３１や第２絶縁部３２との距離を調整できる。
（５）パワー半導体装置３００は、交流端子導体８の一部を挟むように形成される第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２を備える。そのため交流端子導体８を効率よく冷却できる。
（６）第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２は第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆを有する。第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２の配列方向から見た場合に、第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆは、交流端子導体８の一部と重なる位置に形成される。そのため交流端子導体８をさらに効率よく冷却できる。また第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆを押圧することで、交流端子導体８を鉛直方向から挟み込む力が働き、パワー半導体装置３００を効率よく作成できる。仮に第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆが交流端子導体８の一部と全く重ならない位置に形成されると、放熱の効率が悪化するだけでなく、次の問題がある。すなわち、第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆを押圧した際に交流端子導体８には曲げ応力が働き、十分な接着の力が得られない恐れがある。
（変形例１）
　上述した実施の形態では、半田ボール５ｃを用いて第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の間隔を一定とした。しかし半田ボール５ｃの代わりに所定の直径を有するワイヤを用いてもよい。このワイヤはたとえば銅製である。
（変形例２）
　上述した実施の形態では、図７において２並列の構成を示した。しかし並列に構成されなくてもよいし、３以上を並列に構成してもよい。
（変形例３）
　上述した実施の形態では、交流端子導体８と直流端子導体６，７は、矩形である第１絶縁部３１の対向する辺から突出した。しかし交流端子導体８と直流端子導体６，７は、矩形である第１絶縁部３１の隣接する辺から突出してもよい。すなわち交流端子導体８と直流端子導体６，７は、同一の辺から突出しなければよい。
　上述した実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
５ｃ　半田ボール（第１調整部材、第２調整部材）
６　正極側の直流端子導体
７　負極側の直流端子導体
８　交流端子導体
１０　半導体素子
２１　第１導体部
２２　第２導体部
３１　第１絶縁部
３２　第２絶縁部
４１　第１放熱ベース
４１Ｆ　第１フィン
４２　第２放熱ベース
４２Ｆ　第２フィン
４３　インバータ回路部
４６　下基板
４７　上基板
３００　パワー半導体装置
８００　インバータ回路

Claims (6)

  1. 　導体である第１導体部と、
    　前記第１導体部とは異なる導体である第２導体部と、
    　前記第１導体部に実装されかつインバータ回路の上アームを構成する第１半導体素子と、
    　前記第１導体部に実装されかつ前記インバータ回路の下アームを構成する第２半導体素子と、
    　前記上アームおよび前記下アームに交流電流を伝達する交流端子導体と、を備え、
    　前記交流端子導体の一部は、前記第１導体部と前記第２導体部の間の空間に配置されかつ当該第１導体部と当該第２導体部との間の電流伝達路となるパワー半導体装置。
  2. 　請求項１に記載されたパワー半導体装置において、
    　前記第１導体部と接続される第１絶縁部と、
    　前記第２導体部と接続されかつ前記第１絶縁部と対向する第２絶縁部と、をさらに備え、
    　前記交流端子導体の一部は、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部の間の空間に配置されるパワー半導体装置。
  3. 　請求項２に記載のパワー半導体装置において、
    　直流電流を伝達する直流端子導体をさらに備え、
    　前記第１絶縁部は、矩形状を為し、
    　前記直流端子導体の一部は、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部の間の空間に配置され、
    　前記交流端子導体は、前記第１絶縁部の前記矩形状の一辺側から突出し、
    　前記直流端子導体は、前記第１絶縁部の前記矩形状の前記一辺とは異なる他辺側から突出するパワー半導体装置。
  4. 　請求項３に記載のパワー半導体装置において、
    　前記交流端子導体の一部と前記第１導体部及び前記第２導体部と接続する半田材と、
    　前記交流端子導体の一部に接触され、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部の配列方向における当該交流端子導体の一部の位置を調整する第１調整部材と、
    　前記直流端子導体の一部に接触され、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部の配列方向における当該直流端子導体の一部の位置を調整する第２調整部材と、をさらに備えるパワー半導体装置。
  5. 　請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のパワー半導体装置において、
    　前記交流端子導体の一部を挟むように形成される第１放熱ベースおよび第２放熱ベースをさらに備えるパワー半導体装置。
  6. 　請求項５に記載のパワー半導体装置において、
    　前記第１放熱ベースおよび前記第２放熱ベースの少なくとも一方はフィンを形成し、
    　前記第１放熱ベースおよび前記第２放熱ベースの配列方向から見た場合に、前記フィンは、前記交流端子導体の一部と重なる位置に形成されるパワー半導体装置。
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