CN101281904A - 逆变电路用的半导体模块 - Google Patents

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Abstract

在一侧的散热板侧实施逆变电路的上下臂串联电路中的大部分形成作业，来实现生产性及可信赖性的提高。一种内置有逆变电路的上下臂的串联电路的双面冷却的半导体模块(500)，具有带片的第一及第二散热板(522、562)，在与上述第一及第二散热板相对的另一面隔着绝缘层(524)形成有导体板(534)，在形成于第一散热板的导体板(534)上，设置有对上下臂的半导体芯片(538、547)的集电极面进行固定的固定部(536)，还设置有与半导体模块的栅极端子(553)相连的栅极用导体，半导体芯片的栅电极端子与栅极用导体(555)通过引线接合形成电连接，形成在第二散热板上的导体板与固定于第一散热板的半导体芯片的发射极面连接。

Description

逆变电路用的半导体模块
技术领域
本发明涉及具备逆变电路的电力变换装置，特别涉及具有散热部件的逆变电路用的半导体模块。
背景技术
作为旨在使来自半导体模块的热有效地向冷却器传递而提高散热性的现有技术，例如提出有专利文献1所示的冷却结构。就该专利文献1而言，是将半导体模块插入到在冷却器上形成的模块插入用孔中，并从与模块插入用孔的抵接面进行散热的技术，其中公开了将软质性金属层涂覆在半导体模块的与模块插入用孔的抵接面上，经过该软质性金属向冷却器散热。
另外，作为旨在兼顾逆变器中使用的半导体元件的冷却效率与组装性能两者的现有技术，例如公开有专利文献2所示的逆变器装置。就该专利文献2而言，公开了如下的技术：形成有对以散热板夹持半导体元件的两面的电源卡(power card)进行收容的收容部、以及使冷却介质在电源卡的周围循环的循环路径部，在电源卡与收容部的间隙中充填绝缘性树脂，并使绝缘性树脂固化来固定电源卡。
另外，作为现有技术，例如在专利文献3中提出有旨在减轻半导体模块的组装作业的负担、提高冷却能力的冷却结构。就该专利文献3而言，公开了如下技术：设置在内部收容有半导体模块并在正面与背面均具有对半导体模块生成热进行散热的散热面的单元，将该单元插入到在外壳内部形成的冷却水通路中，从而单元的正面与背面均面向冷却水通路。
专利文献1：日本特开2005-175163号公报
专利文献2：日本特开2005-237141号公报
专利文献3：日本特开2006-202899号公报
近年来，例如在汽车方面，以车辆的驱动系统为主，车辆的各车载系统的电动化得到推动。然而，在车载系统的电动化过程中，为了对从驱动被驱动体的电动机械及车载电源向旋转电机供给的电力进行控制，就需要对控制旋转电机的驱动的电力变换装置进行新的追加或者进行与以往系统的构成产品的置换。
电力变换装置例如在汽车方面具有如下功能：将从车载电源供给来的直流电力变换成用来驱动旋转电机的交流电力，或者将由旋转电机生成的交流电力变换成用来向车载电源供给的直流电力。
电力变换装置具备逆变电路，通过逆变电路的动作进行直流电力与交流电力间的电力变换。为了进行该电力变换，需要使构成逆变电路的功率半导体重复切断状态及导通状态的切换动作(开关动作)。在该切换动作时有大量的热产生在功率半导体中。因作为逆变电路的功率半导体的半导体芯片在进行开关动作时产生的热，致使半导体芯片的温度上升。为此抑止其温度上升成为重要的课题。
由于若变换的电力增大半导体芯片的发热量将增大，作为对策就需要将半导体芯片大型化或增多半导体芯片的使用个数，结果电力变换装置变大。作为控制该电力变换装置的大型化的方法，考虑提高半导体芯片的冷却效率。例如专利文献1至3都是以提高半导体芯片的冷却效率为起因而形成的提案。
用来构成电力变换装置的逆变电路的半导体模块理想为冷却效率很好的结构。除此之外，还需要能够维持很高的可信赖性。特别是搭载在汽车上的电力变换装置，不仅要被保持在比较小的空间内，还被要求变换很大的电力。而且不仅通常要在有震动的状况下使用，还要考虑到长时间下使用，甚至使用者技术不够精湛。考虑到这些问题，除很高的冷却效率之外，还要求很高的可信赖性，上述专利文献1至3的公开发明虽然旨在提高冷却效率，但作为产品还需要提高可信赖性。
发明内容
本发明目的在于提供一种实现电力变换装置中使用的逆变电路用的半导体模块在被产品化方面所需的冷却效率的提高以及可信赖性的提高。
用来解决上述课题的本发明中基础的特征之一在于，将具备逆变电路的上臂与下臂的串联电路内置于半导体模块，该半导体模块在两侧具有散热板，隔着绝缘材料将导体板固定在散热板上，并在导体板上设置串联电路，从而可以在一侧的散热板侧进行大部分的逆变电路形成的作业，提高了生产性以及可信赖性。
以下记载的本发明的实施方式所涉及的半导体模块，如上所述为了提高产品化中必要的生产性以及可信赖性，主要采用如下的构成例。
一种内置有逆变电路的上下臂的串联电路的双面冷却的半导体模块，其具有一面分别为散热面的第一及第二散热板，并与上述第一及第二散热板相对的另一面隔着绝缘部件形成有导体板，在形成于上述第一散热板的导体板上，设置有对上述上下臂的半导体芯片的集电极面进行固定的固定部，还设置有与半导体模块的栅极端子相连的栅极用导体，上述半导体芯片的栅电极端子与上述栅极用导体形成电连接，形成在上述第二散热板上的导体板与固定于上述第一散热板的上述半导体芯片的发射极面连接。
另外，一种内置有逆变电路的上下臂的串联电路的双面冷却的半导体模块，其具有一面分别为散热面的第一及第二散热板，并与上述第一及第二散热板相对的另一侧面隔着绝缘部件形成有导体板，在形成于上述第一散热板的导体板上，设置有对上述上下臂的半导体芯片的集电极面进行固定的固定部，还设置有与半导体模块的栅极端子相连的栅极用导体，上述半导体芯片的栅电极端子与上述栅极用导体形成电连接，形成在上述第二散热板上的导体板与固定于上述第一散热板的上述半导体芯片的发射极面连接，并且该半导体模块设置有：夹入上述第一及第二散热板并将它们固定的凹部形状的底壳、进入上述第一及第二散热板之间的间隙而固定的凸部形状的边壳、以及从上侧夹入上述第一及第二散热板并将它们固定的插通孔形状的顶壳。
根据本发明，实现了半导体模块的冷却效率的提高以及可信赖性的提高。
例如，以下实施方式的半导体模块是以散热金属板从两侧夹持半导体芯片的结构，冷却效率提高。而且通过生产线完成半导体模块，根据需要进行用于可信赖性的确认的检查，可以将判定信赖性可维持的半导体模块送到用来固定在冷却框体的生产线中。用来固定在冷却框体的生产线与用来完成半导体模块的生产线因技术内容不同，所以理想为一旦对半导体模块确保基本的可信赖性，在该基础上就进行半导体模块的安装。以下的实施方式所示的半导体模块的结构是能够进行上述那样的制造方法的结构。
附图说明
图1是表示混合动力汽车的控制框图。
图2是表示具备由包括上下臂串联电路与控制部的逆变器装置以及与逆变器装置的直流侧连接的电容器构成电力变换装置、蓄电池、马达发电机的车辆驱动用电机系统的电路构成的图。
图3是表示以两个上下臂串联电路作为流向马达发电机的各相交流输出用的电力变换装置的电路构成的图。
图4是表示本发明的实施方式所涉及的电力变换装置的外观形状的图。
图5是表示本实施方式所涉及的电力变换装置的内部结构的分解立体图。
图6是从本实施方式所涉及的电力变换装置去除上壳的立体图。
图7是从本实施方式所涉及的电力变换装置中去除上壳、电容器、以及汇流条装配组合(bus bar assembly)的立体图。
图8是本实施方式所涉及的电力变换装置中两个逆变器装置的构成例，是去除了汇流条装配组合及上壳的立体图。
图9是本实施方式所涉及的电力变换装置中两逆变器装置的构成例，是去除了汇流条装配组合、上壳及电容器模块的立体图。
图10是本实施方式所涉及的电力变换装置中两逆变器装置的构成例，是去除了汇流条装配组合、上壳及电容器模块的俯视图。
图11是表示装填有本实施方式所涉及的半导体模块的水路框体的冷却水流动的剖视图。
图12是表示装填有图9所示的两逆变器装置中半导体模块的水路框体的冷却水流动的剖视图。
图13是表示相对图3所示的马达的各相并联连接的半导体模块的正极端子、负极端子、交流端子、信号用端子、栅极端子在水路框体中的配置状况的俯视图。
图14是展开了装填有半导体模块的水路框体主体部、水路框体前面部及水路框体背面部的立体图。
图15是展开了装填有半导体模块的水路框体主体部、水路框体前面部及水路框体背面部的剖视图。
图16是表示把半导体模块装填到水路框体主体部的状况的立体图。
图17表示把半导体模块装填到水路框体主体部的状况的主视图。
图18是表示本实施方式所涉及的电力变换装置中、内置有上下臂串联电路的带散热片的半导体模块的外观图。
图19是图18所示的半导体模块的剖视图。
图20是含有外壳的半导体模块的展开图。
图21是图20所示的半导体模块的剖视图。
图22是将本实施方式所涉及的半导体模块的一侧的散热片(A侧)与另一侧的散热片(B侧)展开而立体地表示内部结构的图。
图23是表示固定在半导体模块的散热片(A侧)的内侧的上下臂串联电路的结构的图。
图24是表示固定在半导体模块的散热片(B侧)的内侧的上下臂串联电路的结构的立体图。
图25是表示固定在半导体模块的散热片(A侧)的内侧的上下臂串联电路的结构的立体图。
图26是图25的主视图。
图27是表示真空热压附于半导体模块的散热片内侧的导体板结构与引线接合状态的立体图。
图28是隔着散热层将导体板真空热压附于半导体模块的散热片上的说明图。
图29是表示本实施方式所涉及的半导体模块中散热片(A侧)的冷却水流动的图。
图30是表示半导体模块中冷却水流动与电路构成的配置间的关系的图。
图31是表示本实施方式所涉及的电力变换装置的电容器模块的连接端子的图。
图32是表示本实施方式所涉及的半导体模块与电容器模块的连接状态的立体图。
图33是表示本实施方式所涉及的半导体模块与电容器模块的连接状态的剖视图。
图34是对本实施方式所涉及的半导体模块的电感降低效果进行说明的结构上的配置图。
图35是对本实施方式所涉及的半导体模块的电感降低效果进行说明的电路上的配置图。
图36是表示本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例的立体图。
图37是表示本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例的剖视图，是从图36中的点划线箭头看的图。
图38是对本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例中冷却水的流动进行说明的立体图。
图39是在将本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例装填到水冷框体时，表示冷却水流动的剖视图。
图40是在将本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例装填到水冷框体时，表示上下两层的冷却水的流动的另一剖视图。
图41是表示扩大半导体模块中IGBT芯片的发射电极的面积的构成例的图。
图42是表示具有图5所示的控制电路的控制基板被配置在水路框体的底部构成的图。
图43是表示本实施方式所涉及的半导体模块的一侧的散热片(A侧)中的逆变电路的形成方法的图。
图44是对本实施方式所涉及的半导体模块的底壳以及边壳与散热片之间的固定关系进行说明的图。
符号说明如下：
10：混合动力电动汽车，12：前轮，14：前轮车轴，16：前轮侧DEF，18：变速器，20：发动机，22：动力分配机构，23、24、25、26：齿轮，27、28、29、30：齿轮，36：蓄电池，38：支流连接器，40、42：逆变器装置，44：逆变电路，50：上下臂的串联电路，50U1：U相串联电路，50U2：U相串联电路，50V1：V相串联电路，50V2：V相串联电路，50W1：W相串联电路，50W2：W相串联电路，
52：上臂的IGBT，53：上臂的集电极，54：上臂的栅电极端子，55：上臂的信号用发射电极端子，56：上臂的二极管，57：正极(P)端子，58：负极(N)端子，59：交流端子，62：下臂的IGBT，63：下臂的集电极，64：下臂的栅电极端子，65：下臂的信号用发射电极端子，66：下臂的二极管，69：中间电极，70：控制部，72：控制电路(内置于控制基板370)，74：驱动电路(内置于控制基板372)，76：信号线，80：检测部，82：信号线，86：交流电力线，88：交流连接器，90：电容器(内置于电容器模块390中)，92、94：马达发电机，95：电容器模块，96：电容器端子，
100：电力变换装置，112：上壳，114：上壳的下部开口，116：入口部用凹陷，118：出口部用凹陷，120：上壳的上部开口，122：连接器用凹陷，124：突缘，132：盖，142：下壳，144：下壳的上部开口，146：入口部用凹陷，148：出口部用凹陷，154：突缘，
212：水路框体，214：水路框体的主体部，216：主体部的水路，218：插入口，224：水路框体的正面部，226：正面部的入口水路，227：正面部的返回水路，228：正面部的出口水路，234：水路框体的背面部，236：背面部的返回水路，246：入口部，248：出口部，249：导水部，250～255：水流，270：水路形成部，271：隔壁，280：连接器部，370：控制基板(内置有控制电路72)，372：控制基板(内置有驱动电路74)，373：连接器(控制电路用)，374：驱动芯片，386：汇流条装配组合，390：电容器模块，
500：半导体模块，502：模塑树脂，504：凹陷(收入电容器端子绝缘板)，508：边壳，512：顶壳，513：孔，516：底壳，522：散热片(A侧)，524：绝缘层(A侧)，532：正极端子，533：梳齿形状，534：正极侧的导体板，536：凸部，537：焊锡层，538：IGBT芯片(上臂用)，540：凸部，541：焊锡层，542：二极管芯片(上臂用)，544：导体板，545：凸部，546：焊锡层，547：IGBT芯片(下臂用)，548：凸部，549：焊锡层，550：二极管芯片(下臂用)，552：信号用端子(上臂用)，553：栅极端子(上臂用)，554：信号用导体，555：栅极用导体(上臂用)，556：信号用端子(下臂用)，557：栅极端子(下臂用)，558：信号用导体(下臂用)，559：栅极用导体(下臂用)，562：散热片(B侧)，564：绝缘层(B侧)，570：中央片，572：负极端子，573：梳齿形状，574：负极侧的导体板，576：凸部(与IGBT芯片连接)，578：凸部(与二极管芯片连接)，582：交流端子，583：梳齿形状，584：交流用导体板，586：凸部(与IGBT芯片连接)，588：凸部(与二极管芯片连接)，592：凸部(与上下臂的中间电极连接)，593：焊锡层(与上下臂的中间电极连接)，594：连接板(构成上下臂的中间电极)，
605、606：涡流，611：电容器正极端子，612：电容器负极端子，613：绝缘引导件(电容器端子绝缘板)，630：插入口(凹陷)，622：半导体模块中上层的冷却水流动，623：半导体模块中下层的冷却水流动，650、651、652、653、654、655、656、657：水流，660：引导部，661：信号用发射电极端子，662：栅电极端子，S1：图24的局部放大表示，S2：图25的局部放大表示，D1：凸部586的厚度，D2：凸部588的厚度，D3：凸部540的厚度，D4：凸部536的厚度，D5：凸部592的厚度。
具体实施方式
对于本发明的实施方式所涉及的半导体模块，参照附图并进行详细的说明。首先对本实施方式所涉及的电力变换装置中、应改善改良的课题与用来解决该技术课题的技术简要进行说明。
本实施方式所涉及的电力变换装置，作为应人们的需要而产生的产品考虑到如下的技术观点，其中之一是小型化技术，也就是尽可能抑止伴随变换电力的增大带来的电力变换装置的大型化的技术。而且，另一个观点是关于电力变换装置的可信赖性的提高的技术，再一观点是关于电力变换装置的生产性提高的技术。于是，本发明的实施方式所涉及的电力变换装置分别具有上述三个观点。还具有综合这些观点中至少两个观点的观点、或者综合该三个观点的观点，这样根据这些观点实现产品化，对各个观点中电力变换装置的特征举出下例来说明。
(1)关于小型化技术的说明
有关本实施方式的电力变换装置，具备如下结构，即在两侧具有冷却金属的半导体模块(后述的图18所示的符号500的部件，是作为本发明的对象的实施方式)的内部收置有逆变电路的上下臂串联电路，并把半导体模块插入到冷却水中，用冷却水冷却两侧的冷却金属。根据该结构能够实现冷却效率提高，半导体模块的小型化。另外，作为具体的结构，在两侧的冷却金属的内侧分别设置有作为绝缘层或者陶瓷板等的绝缘板的绝缘部件，并在固定于各自的绝缘部件上的导体金属之间夹入构成上下臂串联电路的上臂以及下臂的半导体芯片。该结构能够在上臂及下臂的半导体芯片的两面与冷却金属之间形成良好的导热路径，极大提高半导体模块的冷却效率。
另外，在半导体模块中，由于将上臂以及下臂的半导体芯片在与冷却水的流动的轴垂直方向上错开地进行配置，所以可以更有效地利用冷却水路内的冷却水，提高冷却效果。
另外，将半导体模块的上臂的半导体芯片与半导体模块的下臂的半导体芯片在与冷却水流动轴垂直的方向上错开地配置，并且将与上臂的半导体芯片对应的位置的水路和与下臂的半导体芯片对应的位置的水路分开，形成将这些水路串联连接的结构，从而可对应冷却对象的半导体芯片来减小水路的截面积，结果可以提高水路内的冷却水的流速。提高该流速会增加单位时间内的用于冷却的水量，从而大幅地提高了冷却效率。在与该上臂或者下臂的半导体芯片对应的位置分开水路的结构有如下效果：作为整体的冷却结构并不那么复杂，而且冷却框体不会大型化，极大地提高冷却效率。
上臂及下臂的半导体芯片的两面分别与冷却金属的内侧的导体金属(导体板)连接，导体金属隔着绝缘部件固定在冷却金属上。绝缘部件的厚度较薄，例如为陶瓷板的情况在350μm以下、绝缘层的情况下要更薄，在50μm到200μm之间。这里作为绝缘层，例如是被热压附了的树脂层。由于导体金属与冷却金属靠近设置，因此由流过导体金属的电流产生的涡流流过冷却金属，尽管涡流生成热，但有效地将这些热传递到冷却水中。
另外，通过涡流降低半导体模块内的电感。电感降低可以降低因上臂及下臂的半导体芯片的开关动作引起的电压的陡增，提高可信赖性。而且可抑止电压上升能够带来以下效果：上臂及下臂的半导体芯片的开关动作的高速化，可以缩短开关动作所用时间，并降低开关动作所产生热量。
在本实施方式所涉及的电力变换装置中，由于在半导体模块的内部收置有逆变电路的上下臂串联电路，所以将半导体模块的直流端子连接到电容器模块的结构、以及电容器模块的端子结构为非常简单的结构，由此很有助于逆变器装置整体的小型化的同时，还提高可信赖性或生产性。
另外，可以将半导体模块的直流端子或者电容器模块的端子结构、以及连接它们的结构形成为正极侧及负极侧的端子或与这些端子相连的导体互相靠近的结构、以及互为对置配置的结构，可以实现半导体模块与电容器之间的电感的降低。由此可以降低上下臂的半导体芯片的开关动作所引起的电压的陡增，提高可信赖性。另外可抑止电压上升而能够实现导体芯片的开关动作的高速化，通过开关动作的时间的缩短降低发热量。通过发热量的降低或者抑止连接结构的复杂化可以实现电力变换装置的小型化。
另外，在本实施方式所涉及的电力变换装置中，由于大幅地提高冷却效率，作为冷却水可以使用发动机冷却水。在用与发动机冷却水不同的冷却水时，汽车需要新的冷却系统，即便电力变换装置可实现小型化，汽车整体系统仍被复杂化。在本实施方式中，即便假如电力变换装置被大型化，仍可利用发动机冷却水，从而实现车整体的小型化，就会有更多的优点。
在本实施方式所涉及的电力变换装置中，由于做成在冷却框体中固定半导体模块或者电容器模块的结构，所以能够以具备半导体模块的冷却框体的表面作为固定电容器模块的面来利用，可以实现电力变换装置的小型化。而且提高电容器模块的冷却效率，另外由于对电容器模块通过冷却框体而牢固地保持，所以抗震较强，具有小型化、可信赖性提高的效果。
(2)关于可信赖性提高的说明
在本实施方式所涉及的电力变换装置中，由于做成从集电极面与发射极面两侧面用散热金属板夹持半导体芯片的结构，所以可以大幅改善半导体模块的冷却效率，结果可以抑止半导体芯片的温度上升，改善可信赖性。
另外，除了上述用两张散热金属板从两侧进行夹持的结构之外，由于还采用在两张散热金属板之间密封半导体芯片的结构，所以可以保护半导体模块的结构不受水等冷却介质侵入等，确保必要的可信赖性。针对半导体模块的生产线中的完成品，可根据需要进行确认的检查。冷却框体的生产线或向冷却框体安装的流水线与半导体模块的生产线之间制造技术大不相同，彼此分开生产线可提高可信赖性。另外，可以抑止将半导体模块的生产线中的完成品运送到下一生产线时的损伤等，可以维持可信赖性。例如将半成品的半导体模块固定于冷却介质，从而在半导体模块内的半导体芯片的密封等完成的结构中，半导体模块会在冷却框体的生产线中完成，针对防止半导体芯片的损伤等课题较多，可信赖性高的半导体模块的生产变难。
另外，在以下的实施方式中，可以实现半导体模块的低电感或半导体模块与电容器模块间的低电感化，可以降低由开关动作引起的电压陡增，实现可信赖性的提高。另外，抑止电压上升可以实现半导体芯片的开关动作的高速化，由开关动作的时间缩短降低发热量，进而抑止温度上升，提高可信赖性。
将半导体模块的直流端子连接到电容器模块的结构以及电容器模块的端子结构为简单的结构，不仅实现生产性提高和小型化，还实现可信赖性的提高。
在本电力变换装置中，由于大幅提高冷却效率，因此可以使用发动机冷却水作为冷却水。因此作为汽车，无需专用的冷却水系统，实现汽车整体的系统简单化，可信赖性得到较大改善。
在本电力变换装置中，形成了下述的结构：将收置了逆变器的上下臂串联电路的半导体模块从设置在冷却水路的开口插入水路中而固定。可对在生产线中分别制造出来的半导体模块与水路框体进行分别检查，之后可进行将半导体模块固定在水路框体中的工序。这样，可以将作为电气部件的半导体模块与作为机械部件的水路框体彼此分开制造及检查，生产性当然得到提高，提高了可信赖性。
另外，在半导体模块中，分别将必要的导体或半导体芯片固定在第一及第二散热金属上，之后可以采取将第一及第二散热金属一体化来制造半导体模块的方法。在分别确认了第一及第二散热金属的制造状态的基础上可以进行散热金属的一体化工序，不仅实现生产性的提高，而且实现可信赖性的提高。
在以下说明的实施方式中，将半导体元件的IGBT芯片的集电极及二极管的阴极固定在隔着绝缘材料而固定在第一及第二的散热金属板的一侧的导体上，并将作为上述半导体元件的IGBT芯片的信号导体固定在同一散热金属板上，因此可以在散热金属板的一个制造工序中进行IGBT芯片的信号用的连接亦即引线接合的连接，提高可信赖性。
另外，半导体模块的直流端子、交流端子或者信号用端子(信号用发射极端子)或栅极端子在半导体模块的内部，被固定在第一及第二散热金属的某个上，根据该结构，抗震较强，可信赖性提高。
在本电力变换装置中，在上臂的半导体芯片的集电极面固定在第一散热金属上时，下臂的半导体芯片的集电极面同样地固定在第一散热金属上，上下臂的半导体芯片的集电极面与发射极面成为相同方向。通过做成这样的结构，提高生产性的同时，提高了可信赖性。
另外，上下臂的半导体芯片与上下臂的信号用端子或栅极端子被固定在相同的散热金属上。因此，连接半导体芯片与信号用端子或栅极端子的引线接合工序可以集中在一个散热金属上，容易进行检查等。由此不仅提高生产性也可以提高可信赖性。
(3)关于生产性提高的说明。
在本实施方式所涉及的电力变换装置中，如上所述，可以实现分别各自制造半导体模块与冷却框体，之后进行将半导体模块固定在冷却框体中的工序，可以在电气系统的生产线上制造半导体模块。由此提高生产性与可信赖性。另外电容器模块也可以同样地在其他工序中制造，之后固定在水路框体中，因此提高了生产性。
另外，在水路框体上固定半导体模块与电容器模块，之后进行半导体模块与电容器模块间的端子连接，还可以确保将用于连接的焊接机械向焊接部导入的空间，从而提高生产性。另外，在这些连接工序中，半导体模块的端子被分别固定在半导体模块的散热金属上，这样端子焊接时的热量分别扩散到散热金属上，可以抑止对半导体芯片的不良影响，结果提高生产性或可信赖性。
另外，由于可以将上下臂的半导体芯片与上下臂的信号用端子、栅极端子固定在半导体模块的一个散热金属上，所以可以在一个散热金属的生产线上进行上臂及下臂的两者间的引线接合，提高了生产性。
本实施方式所涉及的电力变换装置，能量产相同结构的半导体模块，可以采取基于电力变换装置的要求规格使用必要个数的半导体模块的方式，可以实现计划的半导体模块量产，提高生产性的同时可以实现低价格化或可信赖性提高。以上结束对从三个技术观点出发的本发明的实施方式所涉及的电力变换装置的结构的特征及效果的说明。
以下，参照附图并对本发明的实施方式所涉及的电力变换装置进行说明。本发明的实施方式所涉及的电力变换装置可以应用在混合动力用的汽车或纯粹的电动汽车中，作为代表例，使用图1及图2对将本发明的实施方式所涉及的电力变换装置应用在混合动力汽车上时的控制构成及电力变换装置的电路构成进行说明。图1是表示混合动力汽车的控制框图。图2是表示车辆驱动用电机系统的电路构成的图，该车辆驱动用电机系统具备：电力变换装置，其由包括上下臂的串联电路以及控制部的逆变器装置、以及与逆变器装置的直流侧连接的电容器构成；蓄电池；马达发电机。
针对本发明的实施方式所涉及的电力变换装置，例举说明搭载于汽车上的车载电机系统的车载用电力变换装置、特别是使用在车辆驱动用电机系统中的、搭载环境或动作环境很恶劣的车辆驱动用逆变器装置。车辆驱动用逆变器装置作为对车辆驱动用电动机的驱动进行控制的控制装置被设置在车辆驱动用电机系统之中，并把从构成车载电源的车载蓄电池或车载发电装置中供给出来的直流电力变换成规定的交流电力，并把得到的交流电力供给到车辆驱动用电动机中，从而控制车辆驱动用电动机。另外，由于车辆驱动用电动机具有作为发电机的功能，所以车辆驱动用逆变器装置也具有根据运行模式而将车辆驱动用电动机所产生的交流电力变换成直流电力的功能。变换后的直流电力被供给到车载蓄电池中。
此外，本实施方式的构成也可以应用在车辆驱动用之外的逆变器装置、例如作为电动制动装置或者电动动力转向装置的控制装置而使用的逆变器装置中，但以作为车辆驱动用进行应用最能发挥出理想的效果。另外，本实施方式的思想也可以应用到DC/DC转换器或直流斩波器等的直流-交流电力变换装置或交流-直流电力变换装置等其它的车载用电力变换装置中，但以作为车辆驱动用进行应用最能发挥出理想的效果。甚至也可以应用到作为驱动工场设备的电动机的控制装置而使用的产业用电力变换装置中，还可以应用到驱动家庭的太阳光发电系统或家庭的电产品的电动机的控制装置所使用的家庭用电力变换装置中，但如上所述，以作为车辆驱动用进行应用最能发挥出理想的效果。
另外，对将具备应用了本实施方式的车辆驱动用逆变器装置的车辆驱动用电机系统，搭载在下述混合动力汽车中的情况进行了举例说明，该混合动力汽车以将内燃机、即发动机以及车辆驱动用电动机作为车辆的驱动源，并对前后轮中的某侧进行驱动的方式构成。另外，作为混合动力汽车也有分别由发动机驱动前后轮中的某侧，由车辆驱动用电动机驱动前后轮中的另一侧的类型，本实施方式可应用在任意一款混合动力汽车中。另外如上所述，也可以应用到燃料电池车等纯粹的电动汽车之中，即便针对纯粹的电动汽车，以下说明的电力变换装置仍可形成大致相同的作用，获得大致相同的效果。
在图1中，混合动力电动汽车(以下记做“HEV”)10为一个电动车辆，并具备两个车辆驱动用系统。其中一个是以内燃机亦即发动机20作为动力源的发动机系统。发动机系统主要被作为HEV的驱动源使用。另外一个是以马达发电机92、94作为动力源的车载电机系统。车载电机系统主要被作为HEV的驱动源及HEV的电力发生源使用。马达发电机92、94例如是永磁铁同步电动机，但由于根据运行方法既可作为马达也可以作为发电机进行动作，故这里记做马达发电机。
前轮车轴14可旋转地轴支承在车体的前部。在前轮车轴14的两端设置有一对前轮12。后轮车轴(省略图示)可旋转地轴支承在车体的后部。在后轮车轴的两端设置有一对后轮。在本实施方式的HEV中，采用将被动力驱动的主轮设为前轮12、连带旋转的从动轮设为后轮，即所谓的前轮驱动方式，当然也可以采用相反的、即后轮驱动方式。
在前轮车轴14的中央部设置有前轮侧差速齿轮(以下记做“前轮侧DEF”)16。前轮车轴14与前轮侧DEF16的输出侧机械地连接。变速器18的输出轴与前轮侧DEF16的输入侧机械地连接。前轮侧DEF16是将经变速器18变速而传递来的旋转驱动力分配到左右的前路车轴14上的差动式动力分配机构。马达发电机92的输出侧与变速器18的输入侧机械地连接。在马达发电机92的输入侧，经动力分配机构22机械连接有发动机20的输出侧及马达发电机94的输出侧。此外，马达发电机92、94以及动力分配机构22均被收置于变速器18的框体内部。
动力分配机构22是由齿轮23～30构成的差动机构。齿轮25～28是锥齿轮。齿轮23、24、29、30是平齿轮。马达发电机92的动力直接传递到变速器18中。马达发电机92的轴与齿轮29为同轴。根据该构成，在没有驱动电力供给到马达发电机92时，传递到齿轮29的动力将原样地传递到变速器18的输入侧。
当齿轮23因发动机20工作而被驱动后，发动机20的动力分别从齿轮23传到齿轮24，接着从齿轮24传到齿轮26以及齿轮28，接着从齿轮26及齿轮28传递到齿轮30，最终传递到齿轮29。当齿轮25因马达发电机94工作而被驱动后，马达发电机19的旋转分别从齿轮25传到齿轮26及齿轮28，接着从齿轮26及齿轮28传到齿轮30，最终传递到齿轮29。此外，作为动力分配机构22，当然也可以使用行星齿轮机构等其它机构来代替上述差动机构。
马达发电机92、94是在转子上具备永久磁铁的同步机，并通过逆变器装置40、42控制向定子的电枢绕组供给的交流电力，从而控制马达发电机92、94的驱动。蓄电池36与逆变器装置40、42电连接，这样可以在蓄电池36与逆变器装置40、42相互之间进行电力的交换。
在本实施方式中，具备两个电动发电单元、即由马达发电机92及逆变器装置40构成的第一电动发电单元与由马达发电机94及逆变器装置42构成的第二电动发电单元，并根据运行状态对它们区别使用。也就是，对于利用来自发动机20的动力驱动车辆的情况，当增加车辆的驱动转矩时，将第二电动发电单元作为发电单元，并利用发动机20的动力使之动作并进行发电，再利用由该发电而获得的电力使作为电动单元的第一电动发电单元动作。另外，对于相同的情况，当增加车辆的车速时，将第一电动发电单元作为发电单元并利用发动机20的动力使之动作并进行发电，再利用由该发电而获得的电力使作为电动单元的第二电动发电单元动作。
另外，在本实施方式中，通过利用蓄电池36的电力使作为电动单元的第一电动发电单元动作，可以仅由马达发电机92的动力对车辆驱动。另外，在本实施方式中，通过将第一电动发电单元或者第二电动发电单元作为发电单元，并利用来自发动机20的动力或者车轮的动力使之发电，可以进行对蓄电池36的充电。
下面，利用图2对逆变器装置40、42的电路构成进行说明。此外，在图1～图2所示的实施方式中，虽然对分别单独地构成逆变器装置40、42的情况进行举例说明，但是也可以像在后面使用图7进行叙述的那样，将逆变器装置40、42收置到一个装置内。由于逆变器装置40、42以相同的构成发挥相同的作用，且具有相同的功能，所以这里作为示例进行对逆变器装置40的说明。
本实施方式所涉及的电力变换装置100具备逆变器装置40与电容器90，且逆变器装置40具有逆变电路44与控制部70。另外逆变电路44具有多个由作为上臂动作的IGBT52(绝缘栅极型双极晶体管)及二极管56、与作为下臂动作的IGBT62及二极管66构成的上下臂串联电路50(图2例中为三个上下臂串联电路50、50、50)，并且是从各自的上下臂串联电路50的中点部分(中间电极69)引出经交流端子59而流向马达发电机92的交流电力线86的构成。另外控制部70具有对逆变电路44进行驱动控制的驱动电路74、与通过信号线76向驱动电路74供给控制信号的控制电路72(内置在控制基板)。
上臂与下臂的IGBT52、62是开关用功率半导体元件，接收从控制部70输出来的驱动信号而动作，并将从蓄电池36供给来的直流电力变换成三相交流电力。该变换的电力供给到马达发电机92的电枢绕组上。如上所述，可以将马达发电机92产生的三相交流电力变换成直流电力。
本实施方式所涉及的电力变换装置100由三相桥电路构成，这样三相的上下臂串联电路50、50、50被构成为在蓄电池36的正极侧及负极侧之间分别并联地电连接。其中，上下臂串联电路50被称为臂(arm)，具有上臂侧的开关用功率半导体元件52及二极管56、和下臂侧的开关用功率半导体元件62及二极管66。
在本实施方式中，作为开关用功率半导体元件，例示为使用IGBT(绝缘栅极型双极晶体管)52、62的情况。IGBT52、62具备集电极53、63、发射电极、栅电极(栅电极端子54、64)、信号用发射电极(信号用发射电极端子55、65)。IGBT52、56的集电极53、63与发射电极之间如图所示电连接有二极管56、66。二极管56、66具备两个电极、即阴极与阳极，这样以从IGBT52、62的发射电极向集电极的方向为正向的方式，使阴极与IGBT52、62的集电极电连接，阳极与IGBT52、62的发射电极连接。
作为开关用功率半导体元件也可以使用MOSFET(金属氧化物半导体型场效应晶体管)。MOSFET具备漏电极、源电极以及栅电极这三个电极。此外，MOSFET在源电极与漏电极之间具备从漏电极向源电极的方向为正向的寄生二极管。因此，如IGBT那样无需额外设置二极管。
上下臂串联电路50与马达发电机92的电枢绕组的各相绕组对应地设为三相。三个上下臂串联电路50、50、50分别通过连结IGBT52的发射电极与IGBT62的集电极63的中间电极69、交流端子59，形成流向马达发电机92的U相、V相、W相。上下臂串联电路彼此并联电连接。上臂的IGBT52的集电极53通过正极端子(P端子)57与电容器90的正极侧电容器电极电连接，下臂的IGBT62的发射电极通过负极端子(N端子)58与电容器90的负极侧电容器电极电连接。处于各臂的中点部分(上臂的IGBT52的发射电极与下臂的IGBT62的集电极的连接部分)的中间电极69，通过交流连接器88与马达发电机92的电枢绕组所对应的相绕组电连接。在本实施方式中，后边将进行详细表述，即由上下臂构成的一个上下臂串联电路50形成半导体模块的主要电路构成要素。
电容器90是用来抑制IGBT52、62的开关动作所产生的直流电压的变动而构成平滑电路的元件。蓄电池36的正极侧通过直流连接器38与电容器90的正极侧电容器电极电连接，且蓄电池36的负极侧通过直流连接器38与电容器90的负极侧电容器电极连接。由此电容器90在上臂IGBT52的集电极53与蓄电池36的正极侧之间、以及在下臂IGBT62的发射电极与蓄电池36的负极侧之间被连接，相对上下臂串联电路50与蓄电池36并联电连接。
控制部70是用来使IGBT52、62动作的元件，其具备控制电路72(内置在控制基板)及驱动电路74，其中控制电路72基于来自其他控制装置或传感器等的输入信息，生成用来控制IGBT52、62的开关定时的定时信号，驱动电路74基于从控制电路72输出的定时信号，生成用来使IGBT52、62进行开关动作的驱动信号。
控制电路72具备用来对IGBT52、62的开关定时进行运算处理的微型电子计算机(以下记做“微型机”)。在微型机中，作为输入信息例如输入针对马达发电机92要求的目标转矩值、从上下臂串联电路50向马达发电机92的电枢绕组供给的电流值、以及马达发电机92的转子的磁极位置。目标转矩值是以从未图示的上位控制装置中输出的指令信号为基础的值。电流值是基于从电流传感器80输出的检测信号而检测出来的值。磁极位置是基于从设置在马达发电机92的旋转磁极传感器(未图示)中输出的检测信号而检测出来的值。在本实施方式中虽然对检测三相电流值的情况进行说明，当然也可以对二相的电流值进行检测。
控制电路72中的微型机，基于目标转矩运算马达发电机92的d、q轴的电流指令值，并基于该运算出来的d、q轴的电流指令值与检测出来的d、q轴的电流值的差值来运算d、q轴的电压指令值，再基于检测出来的磁极位置，将该运算出的d、q轴的电压指令值变换成U相、V相、W相的电压指令值。之后，微型机根据以U相、V相、W相的电压指令值为基础的基波(正弦波)与载波(三角波)的比较生成脉冲状的调制波，并将该生成的调制波作为PWM(脉冲幅度调制)信号向驱动电路74输出。在驱动电路74上，与各相的上下臂对应地从微型机中输出六个PWM信号。作为从微型机中输出的定时信号当然也可以使用矩形波型号等其它的信号。
驱动电路74由将多个电子电路产品集成为一个的集成电路、所谓的驱动IC构成。在本实施方式中，虽然对在各相的上下臂中分别设置一个IC的情况(一个臂对一个模块：一对一)进行举例说明，当然也可以对应各臂分别设置一个IC(二对一)、或者对应所有的臂设置一个C(六对一)。驱动电路74在对下臂驱动时，使PWN信号放大，并将之作为驱动信号向对应的下臂的IGBT62的栅电极输出，在对上臂驱动时，将PWN信号的基准电位电平转换成上臂的基准电位电平，之后使PWN信号放大，并将之作为驱动信号向对应的上臂的IGBT52的栅电极输出。由此，各IGBT52、62基于输入来的驱动信号进行开关动作。
另外，控制部70进行异常检测(过电流、过电压、过温度等)，以保护上下臂串联电路50。因此在控制部70中输入有传感信息。例如从各臂的信号用发射电极端子55、65开始流向各IGBT52、62的发射电极的电流的信息被输入到对应的驱动部(IC)中。由此，各驱动部(IC)进行过电流检测，并在检测到过电流时停止对应的IGBT52、62的开关动作，以保护对应的IGBT52、62免受过电流伤害。通过设置在上下臂串联电路50的温度传感器(未图示)将上下臂串联电路50的温度信息输入到微型机中。而且微型机中还输入有上下臂串联电路50的直流正极侧的电压信息。微型机基于该些信息进行过温度检测以及过电压检测，并在检测到过温度或者过电压时停止所有的IGBT52、62的开关动作，保护上下臂串联电路50(进而包括该电路50的半导体模块)免受过温度或者过电压的伤害。
在图2中，上下臂串联电路50是上臂的IGBT52及上臂的二极管56、与下臂的IGBT62及下臂的二极管66的串联电路，IGBT52、62是开关用半导体元件。逆变电路44的上下臂的IGBT52、62的导通及切断动作按一定的顺序切换，该切换时的马达发电机92的定子绕组的电流流到由二极管56、66做成的电路中。
上下臂串联电路50如图示那样，具备Positive端子(P端子、正极端子)57、Negative端子(N端子58、负极端子)、来自上下臂的中间电极69的交流端子59、上臂的信号用端子(信号用发射电极端子)55、上臂的栅电极端子54、下臂的信号用端子(信号用发射电极端子)65、下臂的栅电极端子64。另外，电力变换装置100在输入侧具有直流连接器38，在输出侧具有交流连接器88，而且经各连接器39、88分别与蓄电池36与马达发电机92连接。
图3是表示电力变换装置的电路构成的图，该电力变换装置中，作为生成向马达发电机输出的三相交流的各相的输出的电路，在各相上使用两个上下臂串联电路。若马达发电机的容量增大，则被电力变换装置变换的电力量增大，流经逆变电路44的各相的上下臂直流电路的电流值增大。虽然增大上下臂的电容量可以应对变换电力的增大，但是理想为增大逆变器模块的生产量，在图3中通过增加标准化生产的逆变器模块的使用个数，来应对变换的电力量的增大。图3是作为一个示例，通过将两个逆变电路44的各上下臂直流电路并联连接，来对应马达发电机容量地增大逆变电路44的容量的电路构成。
作为电力变换装置的具体构成如下：相对U相将上下臂串联电路50U1与50U2并联连接，并连结各交流端子59-1与59-2形成U相交流电力线。作为流向马达发电机的U相用，P端子设置57-1(P1端子)与57-2(P2端子)，N端子设置58-1(N1端子)与58-2(N2端子)，交流端子设置59-1与59-2。对于V相或W相也同样被分别并联连接。
在该电路构成中理想为：并联连接的各相的上下臂串联电路，例如上下臂串联电路50U1与50U2的各P端子与N端子间的电压相等，而且下将电流始终均等地分配到各上下臂串联电路50U1与50U2中。为此理想的是尽可能使并联连接的上下臂串联电路50U1与50U2的分布电感或其它的电气条件相等。
在以下说明的本实施方式所涉及的电力变换装置中，由于将内置上下臂串联电路50U1的半导体模块50U1与内置上下臂串联电路50U2的半导体模块50U2相邻配置，并且使它们的各P端子及N端子与电容器模块的端子间的间隔相等，还使连接方法等的电气条件相一致(参照图13)，所以在内置构成各相例如U相的上下臂串联电路50U1的半导体模块50U1与内置上下臂串联电路50U2的半导体模块50U2中流过的电流大致相等，而且该半导体模块50U1与半导体模块50U2的端子电压也大致相等。由于构成逆变电路44的各相的并联连接的上下臂串联电路以同一定时进行开关动作，所以从控制部70在每个U相、V相、W相的各相同的信号被送入到构成这些相的各上下臂串联电路中。
如图1所记载那样，当车辆上具有两个马达发电机时，车辆就会具有两组图2或图3中记载的电力变换装置。是图2的电路还是图3的电路，如上所述取决于马达发电机的规格。当图2所记载的电路相对马达发电机的电力不足时，就需要以增加像图3那样的被规格化了的半导体模块的使用个数来应对。虽然也可以针对两个马达发电机分别设置图2或图3所示的电力逆变器，但在一个电力变换装置中设置两个逆变电路、且在一个水路框体中设置构成有两个逆变电路的半导体模块，远比设置两个电力变换装置的情况要小。而且从生产性或可信赖性的观点出发也要比设置两个电力变换装置的情况优异。对于设置该两个逆变电路的电力变换装置，使用图7后边叙述。
下面，参照图18～图28，并对本发明的实施方式所涉及的电力变换装置中的半导体模块的制造方法以及结构进行以下详细的说明。图18是表示本实施方式所涉及的电力变换装置中、内置有上下臂串联电路的带散热片的半导体模块的外观图。图19是图18所示的半导体模块的剖视图。图20是含有外壳的半导体模块的展开图。图21是图20所示的半导体模块的剖视图。
另外，图22是将本实施方式所涉及的半导体模块的一侧的散热片(A侧)与另一侧的散热片(B侧)展开而立体地表示内部结构的图。图23是表示在半导体模块的散热片(A侧)的内侧固定的上下臂串联电路的结构的图。图24是表示在半导体模块的散热片(B侧)的内侧固定的上下臂串联电路的结构的立体图。图25是表示在半导体模块的散热片(A侧)的内侧固定的上下臂串联电路的结构的立体图。图26是图25的主视图。图27是表示真空热压附于半导体模块的散热片内侧的导体板结构与引线接合状态的立体图。图28是隔着绝缘层将导体板真空热压附于半导体模块的散热片上的说明图。
在图18～图21中，本实施方式所涉及的半导体模块500具备：一侧的散热片(A侧)522(其中，散热片并非单指具有凹凸的片形状部分，而是散热金属整体)、另一侧的散热片(B侧)562、夹入在两散热片522、562间的上下臂串联电路50、包括上下臂串联电路的正极端子532和负极端子572和交流端子582的各种端子、顶壳512和底壳516和边壳508。如图19与20所示，隔着绝缘层而分别固定在散热片(A侧)522与散热片(B侧)562上的导体板上的上下臂串联电路(其制造方法后边进行叙述)在被夹入到散热片(A侧)522与散热片(B侧)562的状态下，安装底壳516、顶壳512、边壳508，并从顶壳512侧充填模塑树脂(mold resin)到两散热片522、562之间而制为一体化结构，从而形成半导体模块500。
半导体模块500作为外观是如下结构，如图18所示，形成有面向冷却水路的散热片(A侧)与散热片(B侧)，并从顶壳512上突出有：上下臂串联电路50的正极端子532(相当于图2的P端子57)、负极端子572(相当于图2的N端子58)、交流端子582(相当于图2的交流端子59)、信号用端子(上臂用)552、栅极端子(上臂用)553、信号用端子(下臂用)556、栅极端子(下臂用)557。
半导体模块500的外观形状呈略长方体形状，散热片(A侧)522与散热片(B侧)562面积较大，且若将散热片(B侧)的面设为前面，散热片(A侧)设为后面，则具有边壳508一侧及其相反侧亦即两侧面、底面以及上面，与上述的前面或者后面相比要窄。半导体模块的基本形状为略长方体形状，且散热片(B侧)或(A侧)为方形，这样切削加工比较容易，而且半导体模块呈在生产线上很难被碰倒的形状，生产性能优异。另外散热面积相对整体的面积的比例很大，提高了冷却效果。
此外，在本实施方式中，散热片(A侧)522或散热片(B侧)562，以一个金属做成用来夹入半导体芯片且保持半导体模块内部的导体的金属板及用来散热的片。该结构在提高散热效率方面较为优异。然而，虽然散热效率稍有下降，但也可以使用将用来夹入半导体芯片且保持半导体模块内部的导体的金属板与散热片以分体形成，并将它们粘合的结构。
另外，在略长方体形状的窄侧的一面、即上面集合有：正极端子532(相当于图2的P端子57)、负极端子572(相当于图2的N端子58)、交流端子582(相当于图2的交流端子59)、信号用端子(上臂用)552、栅极端子(上臂用)553、信号用端子(下臂用)556、栅极端子(下臂用)557，这样具有可容易地将半导体模块500插入到水路框体中的优点。另外，设置有该些端子的上面的外形如图18所示，被形成为比底面侧的外形要大，这样在生产线上可以保护半导体模块在移动时最易受损的端子部。也就是通过将顶壳的512的外形做成比底壳516的外形大，除后述的在冷却水路开口的密闭性能上的优异的效果之外，还具有可以在半导体模块的制造或运送过程中保护向水路框体安装时的半导体模块的端子的效果。
就上述的端子的配置而言，正极端子532与负极端子572，分别是截面积呈长方形的板状，而且以互为相对的方式配置在靠近半导体模块的一侧的侧面。由于在侧面侧配置正极端子532与负极端子572，所以就容易实现向电容器模块等的布线。另外，将正极端子532或负极端子572的连接端与交流端子582的连接端在半导体模块的前后方向(连结半导体模块的两侧面的方向)上分别错开配置。因此在电力变换装置的生产线上进行正极端子532或负极端子572的连接端与其它部件的连接、以及交流端子582的连接端与其它部件的连接时，能够容易确保为进行这些连接的工具的使用空间，生产性优异。
汽车用的电力变换装置有时可能冷却到负30度以下，而将近负40度的温度。另一方面，有时可能达到100度以上的温度、罕见时达到将近150度的温度。这样在搭载在汽车上的电力变换装置中，就需要充分考虑到使用温度范围较宽时热膨胀变化。而且在经常外加有震动的环境下使用。使用图18到图21说明的半导体模块500具有以两个散热金属夹入半导体芯片的结构。在实施方式中，作为散热金属的一个示例，使用具有热散出功能优异的散热片的金属板，这样在本实施方式中以散热片522(A侧)与散热片562(B侧)进行说明。
对于夹入上述的半导体芯片的结构，具备以顶壳512与底壳516固定上述两个散热金属的两侧的结构。特别具有顶壳512与底壳516以从上述两个散热金属的外侧对其夹入固定的结构。根据这样的结构，总能从散热金属的外侧向内侧外加力，可以防止因震动或热膨胀而在两个散热金属之间生成欲相互分开方向的很大的力。即便长期地搭载在汽车上也不会出现故障，可以获得可信赖性较高的电力变换装置。
另外，在本实施方式中，除上述两个散热金属外，还包括边壳在内用上述顶壳512及底壳516将它们从外周侧夹入并进行固定，由于采用上述结构，故更加提高可信赖性。
采用使半导体模块的正极端子532、负极端子572、交流端子582、信号用端子552、554、栅极端子553、556经过一侧的外壳、即顶壳512的内部的孔而向外部突出，并且用模塑树脂502密闭该孔的结构。作为顶壳512使用高强度的材质，而且考虑上述两个散热金属的热膨胀系数也可以用热膨胀系数接近的材料、例如金属材做成。上述模塑树脂502起到吸收由外壳512的热膨胀变化产生的应力并降低外加在上述端子的应力的作用。因此本实施方式的电力变换装置，即便在如上述的温度变化范围很宽的状态下、或总外加有震动的状态下仍可使用，具有很高的可信赖性。
参照图22～图28，并对夹入在两散热片522、562之间的上下臂串联电路(作为示例，采用两个臂对一个模块的结构)的形成方法与结构进行以下说明。
按序表示本实施方式所涉及的半导体模块的制造方法的基本步骤，作为散热金属的板，例如在本实施方式中，以具备片结构的金属板亦即散热片(A侧)522与散热片(B侧)562为基础材料，并在各自的内侧以真空热压附固定绝缘层(A侧)524与绝缘层(B侧)564(参照图28)，并以真空热压附将正极侧的导体板534及第一导体板544固定在绝缘层524(A侧)，将负极侧的导体板574及交流用的导体板(第二导体板)584固定在绝缘层564(B侧)。在图25与图26中表示导体板533、534对散热片(A侧)522及绝缘层(A侧)524的固定，并在图24中表示导体板574、584对散热片(B侧)562及绝缘层(B侧)564的固定。
另外，相对应地在绝缘层524(A侧)，固定信号用端子(上臂用)552的信号用导体554或栅极端子(上臂用)553的栅极用导体555、信号用端子(下臂用)556的信号用导体558或栅极端子(下臂用)557的栅极用导体559。该配置关系如图23所示。
对于绝缘层(A侧)524与绝缘层(B侧)564，除了具有下述的、作为将构成逆变电路的上下臂串联电路的半导体芯片或导体、与散热片(A侧)522或散热片(B侧)562电绝缘的绝缘部件的功能之外，还起到形成将来自半导体芯片等的生成热传递到散热片(A侧)522或散热片(B侧)562的热传导路的功用。作为绝缘材料，也可以是树脂制的绝缘层或者绝缘板，还可以是陶瓷基板。例如为陶瓷基板的情况下，理想的是绝缘部件的厚度在350μm以下、绝缘层的情况下要更薄，理想在50μm到200μm之间。另外，在后述的降低电感方面，绝缘部件薄者效果较大，树脂制绝缘层比陶瓷基板在特性上更优异。
接着，在设置在散热片(A侧)522的导体板534、544上的凸部536、540、545、548之间设置焊锡层537、541、546、549，从而对IGBT芯片538、547以及二极管芯片542、550进行焊接(参照图23)。此时，正极侧的导体板534与第一导体板544以互为绝缘状态设置，并在各自的导体板534、544上焊接IGBT芯片以及二极管芯片。另外，如图2所示，连结上臂的发射电极与下臂的集电极的连接板594，与芯片547、550相同被焊接在第一导体板544上，连接板594通过与交流用的导体板(第二导体板)584的抵接连接，构成上下臂的中间电极69(参照图2)。
接着，在被焊接于散热片(A侧)522的导体板534之上的上臂的IGBT538的信号用发射电极661与信号用端子(上臂用)522的信号用导体554之间，以及在上臂的IGBT538的栅电极662与栅极端子(上臂用)553的栅极用导体555之间通过引线接合进行连接(参照图27)。以同样的方式，在被焊接于散热片(A侧)522的第一导体板544之上的下臂的IGBT547的信号用发射电极与信号用端子(下臂用)556的信号用导体558之间，以及在下臂的IGBT547的栅电极与栅极端子(下臂用)557的栅极用导体559之间通过引线接合进行连接(参照图27)。
如图23所示，在作为散热片之一的散热片(A侧)522上固定构成上臂与下臂的两个半导体芯片，并在这些半导体芯片上设置有用来控制信号的信号用导体554、558及栅极用导体555、559。这样，由于在一个的绝缘部件上固定上下臂用的半导体芯片及其控制线，所以可以把引线接合等的信号线与半导体芯片间的连接作业集中到制造工序中，提高生产性与可信赖性。
另外，当在如汽车用的震动很大的环境下使用时，由于应布线的一个半导体芯片与其他控制线双方都被固定在相同的部件、即一个散热片上，故提高了抗震性。
在图23所示的结构中，使上臂用的半导体芯片及下臂用的半导体芯片以同一朝向，也就是各自的集电极面固定在绝缘部件、即绝缘层524上。这样通过使半导体芯片的方向一致而提高了作业性。该效果对于二极管芯片也相同。
在图23的结构中，将上臂用半导体芯片与下臂用半导体芯片在端子的引出方向上分开配置在里侧与外侧。该端子的引出方向如后述那样，与对水路的插入方向一致。在对水路的插入方向上分为里侧与外侧地对上臂用的半导体芯片与下臂用的半导体芯片进行分开配置。通过这样的配置，使半导体模块内的电气部件的配置较为规则，整体实现小型化。另外，由于热源被规定地分开(作为发热源的多个IGBT中的各IGBT的开启关闭规则变化而进行动作)，故热的分散优异，而且由于散热面被规则地分开，所以即便半导体模块相对被做成小型化，散热面有效地作用，提高了冷却效果。
下面，对散热片(B侧)562进行说明。被真空热压附的导体板隔着绝缘部件、即绝缘层564固定在散热片(B侧)562上。如图24所示引出交流端子582的交流用的导体板584与引出负极端子572的负极侧的导体板574以互为绝缘状态被配设在绝缘部件、即绝缘层564之上，并在各自的导体板574、584上如图示那样设置有凸部576、578、586、588。凸部576、586与IGBT芯片连接，凸部578、588与二极管芯片连接。
在图24中，如局部放大图S1所示，D1与D2表示凸部的厚度，D1＞D2是为了表明二极管芯片比IGBT芯片更厚。在散热片(A侧)522的内侧，如图23所示，上臂的发射电极与二极管的阳极表现出在具有正极端子532的正极侧的导体板534上突出的形状，而且在导体板544上，下臂的发射电极与二极管的阳极表现出突出的形状，而且构成中间电极69的连接板594表现出突出的形状。
接着，使散热片(A侧)522与散热片(B侧)562如图22所示那样对置，并以散热片(A侧)522的IGBT芯片538、547与二极管芯片542、550的电极连结的方式，使散热片(B侧)562的导体板574、584上的凸部586、588、576、578面对地进行焊接。而且将设置在散热片(A侧)522的第一导体板544上的连结板594以面对设置在散热片(B侧)562的交流用的导体板584方式配置，并进行焊接。接着，利用粘结剂把底壳516、顶壳512以及边壳508，相对呈一体结构的散热片(A侧)522以及散热片(B侧)562粘结(参照图20)。另外，从顶壳的孔513把模塑树脂充填到内部而形成半导体模块500。
如图22或图24所示，在一个绝缘部件上配置直流端子的一侧与交流端子。这样，通过采用在散热片(B侧)562上配置布线部件，在散热片(A侧)522上集中地配置半导体芯片的构成，提高了生产性。
另外，将正极端子532或负极端子572、交流端子与半导体模块内部的各个导体板534、574、584以一体物件形成，从而提高生产性。另外将这些导体隔着绝缘部件分别固定在散热金属上，并且夹入半导体芯片。受来自所夹入的半导体芯片的反作用力作用，这些导体板分别受到被向散热金属压靠的方向的力，提高上述固定的可信赖性。如上述那样，由于将端子与各个导体以一体来形成，所以除导体外也可以提高有关端子的固定的可信赖性。因此，在将上述结构的半导体模块应用到汽车的电力变换装置中时，在外加有震动等的环境下可以维持很高的可信赖性。
下面主要参照图34与图35，对由本实施方式所涉及的半导体模块中设计的电路配置引起的低电感化进行说明。首先，利用图2、图22、图24、图25对半导体芯片的安装方法再次总结说明。其中对上臂进行说明，在散热片(A侧)522上，将由IGBT与二极管构成的半导体芯片的集电极与阴极焊接在作为正极端子532(P端子)的正极板的导体板534(Cu引线)上，并使IGBT的发射电极与二级管的阳极在半导体芯片的表面露出。在散热片(B侧)562上，将凸部586、588，与散热片(A侧)522的发射电极和阳极对置地设置在交流用的导体板584(Cu引线)上。在交流用的导体板584的延长部设置有交流端子582(与马达发电机92的U相、V相或W相连结的端子)。此外，若使散热片(A侧)522与散热片(B侧)562重合地焊接，则形成图2的上臂52、56的电路，交流端子582与正极端子532如图18、图22所示形成从顶壳512突出的形状。
以上是表示基本的结构，在本实施方式中，除了上述上臂(上半导体芯片)，还可以以同样的方式将下臂(下半导体芯片)形成在散热片(A侧)522与散热片(B侧)562上。如图23所示，将作为下臂的图2的IGBT62及二极管66，与上臂相同地焊接在散热片(A侧)522的导体板544上。此时散热片(A侧)522的导体板为上下两层，并在各层上焊锡上下臂的半导体芯片，并在其表面使IGBT的发射电极与二级管的阳极露出。在散热片(B侧)562的导体板574、584上，将凸部576、578、586、588设置在与散热片(A侧)522的上下臂的发射电极和阳极相对的位置，并在散热片(B侧)562下层的导体板574的延长部上设置负极端子572，同时在上层的导体板584的延长部设置交流端子582。
根据该结构，上臂的IGBT芯片538的发射电极及阳极542经凸部586与凸部588与交流端子582连接，而且，下臂的IGBT芯片547的集电极及阴极经导体板544及突起形状的连接板594与交流用导体板584连接，并与交流端子582相通，而且，下臂的发射电极547及阳极550经凸部576、578与负极端子572相通，从而形成图2所示的电路构成。图23表示散热片(A侧)522的对接面，图24表示散热片(B侧)562的对接面，这样使它们的对接面彼此对接并焊接，形成半导体模块的主要部分。
如图18到图28所示，本实施方式所涉及的电力变换装置中，半导体模块500具有以两个散热金属夹入半导体芯片的结构。其中，在该实施方式中作为散热金属的一个示例使用具有热放出功能优异的散热片的金属板、散热片522(A侧)与散热片562(B侧)。形成半导体芯片、即IGBT芯片538或547被设置在两个散热金属的内侧的导体板夹持的结构。根据该结构，作为电连接用焊锡可以使用低熔点焊锡。在使用低熔点焊锡时，使焊锡一次溶化而将半导体芯片固定在一个散热金属上，之后在以另一个散热金属夹入且进行电连接过程中，上述焊锡部分有可能再次溶化。
然而，如上所述，由于采用牢靠地夹入半导体芯片的两侧电极、例如本实施方式中的IGBT芯片的集电极与发射电极的固定方法，故焊锡层即便再次溶化也不会出现故障的问题。因此可以使用低熔点焊锡。低熔点焊锡与高熔点焊锡相比，不只在生产性上优异，热传导性也比高熔点焊锡优异，这样通过采用可以使用低熔点焊锡的结构，可获得耐热性能优异的半导体模块，在应用到搭载于汽车的电力变换装置时，在可信赖性方面可获得很大的效果。
如图18到图28所示，本实施方式所涉及的电力变换装置中，半导体模块500具有以两个散热金属夹入半导体芯片的结构。这样通过采用将半导体芯片加入在散热金属中的结构，可以获得在经常外加有震动而且使用温度范围很宽的环境下能够使用的汽车用电力变换装置。另外，本实施方式以顶壳512固定夹入了半导体芯片的上述两个散热金属的上侧，并具有从上述顶壳512向外突出有半导体模块的正极端子532、负极端子572、交流端子582的结构，且在向外突出的上述半导体模块的正极端子532、负极端子572、交流端子582的根部具有端子的截面积变窄的部分。各端子的半导体模块内部的导体534、574、584固定在一侧或另一侧的散热金属上，形成抗震动的结构。另外，虽然未进行图示，但通过在向外部突出的端子与上述内部导体之间分别设置截面积很小的部分，可以降低由来自外部的震动引起的应力或由热膨胀引起的应力直接施加给内部导体的情况发生。
这里，也参照图43与图44，对可导致本发明的实施方式所涉及的半导体模块的生产性以及可信赖性的提高的具体的构造及其制造方法进行详细地说明。图43是表示本实施方式所涉及的半导体模块的一个散热片(A侧)中的逆变电路的形成方法的图。图44是对本实施方式所涉及的半导体模块的底壳以及边壳与散热片之间的固定关系进行说明的图。
图43(1)中表示如下结构，通过真空热压附将绝缘层(A侧)524固定在散热片(A侧)522上，并同样通过真空热压附将正极侧导体板534固定在该绝缘层(A侧)524上，之后焊接IGBT芯片(上臂用)538，并通过引线接合把该IGBT芯片538的信号用发射电极端子661与信号用端子(上臂用)552的信号用导体554连接(参照图23、图25)。
另外，图43(2)中表示正极侧导体板534与信号用导体554或栅极用导体555间的相关结构，在将平板状的导体板真空热压附在绝缘层524上之后，相对平板状的导体板将图示的阴影部分表示的部位通过蚀刻来切除，结果平板状的导体板就形成正极侧导体板534、正极侧导体板534上的凸部536、信号用导体554、栅极用导体555、信号用端子552、栅极用端子553。其中，凸部536形成与IGBT芯片538相对的面，这样在焊接该芯片538时，就能够发挥焊接的定位功能。
另外，在对IGBT芯片538的信号用发射电极端子661或栅电极端子662、与信号用导体554或栅极用导体555进行引线接合时，引线的两端，从散热片522看，仅相差IGBT芯片538的厚度的高度(由于信号用导体554与栅极用导体555形成有凸部)，引线接合的操作容易进行，很难造成接合出错。也就是有助于在制造半导体模块时的生产性与可信赖性的提高。如上述的图23、图25及图26说明过的那样，由于通过在散热片(A侧)522侧的作业，完成逆变电路形成的大部分，所以作业性优良、且提高了生产性。散热片(B侧)562的作业如图24所示，由于是设置将构成散热片(A侧)522上设置的逆变电路的各构成要素(IGBT芯片或二极管芯片等)间连接的连接体的作业，所以仅通过散热片(A侧)522的一面就完成半导体模块的大半制造作业。由此当然就可以提高生产性。
另外，也如图23所示，上臂用IGBT芯片538与下臂用IGBT芯片547中的任一个的集电面被焊接在散热片(A侧)522侧的导体板上，作业性优异(在上臂与下臂焊锡面共用)。对于二极管芯片542、550的焊接也相同。
在图44中，使搭载有各种芯片的散热片(A侧)522与散热片(B侧)对置(参照图22)，并对焊接有两者的一体结构的半导体模块主体，嵌合底壳516、两个边壳508、顶壳512(未在图44图示)，并通过粘合剂固定，从而构成半导体模块500(参照图20)。
具体说明的话，是在底壳516上形成与焊接的散热片522、562的片部分的安装面嵌合的凹部517，并在该凹部517的拐角附近预先涂敷粘结剂，并使散热片的片部分安装面嵌合于其中，而由涂敷的粘结剂来固定。此时利用底壳516的凹部517起到如下的作用，即阻止因半导体模块500的发热所引起的热膨胀，致使散热片522和562的间隔G欲扩大的倾向。根据该阻止功能，防止了因散热片的A侧522与B侧562的间隔引起的半导体模块的动作不全。
另外，在边壳508上形成有呈一体结构且嵌入到散热片522与562的间隔G中的嵌入凸部，并在该凸部的直立基底拐角部涂敷粘结剂，通过粘结剂固定来实现利用边壳508的凸部的散热片522与562间的间隔保持(在图20所示的散热片的整个高度范围的间隔保持)。另外，在顶壳512中，如图20所示也与底壳516相同地设置有孔513(参照图20)，如图21所示那样，起到阻止因散热片522、526的热造成的间隔G的扩大的效果。顶壳512的孔513的距离与散热片522、562的片部分安装面大致相等，孔513嵌合片部分安装面。根据利用该孔513的嵌合，与底壳516的凹部517相同起到阻止效果。
如上述那样，利用底壳516与顶壳512来阻止散热片522、562的间隔G发生热扩大的现象的构成，外壳516、512是雌型结构，边壳508是雄型结构。此外，底壳516、顶壳512、以及边壳508作为材料可以采用具备耐药性(用来应对冷却介质)与耐热性的塑料，例如PPS或PBT。
下面，利用图34与图35对本实施方式中的半导体模块的低电感化进行说明。过渡性电压上升或半导体芯片的大量发热，由于在构成逆变电路的上或下臂的开关动作时发生，所以理想的是特别降低开关动作时的电感。由于在过渡时产生二极管的恢复电流，故基于该恢复电流，且作为示例将下臂的二极管66的恢复电流作为例子对降低电感的作用进行说明。
二极管66的恢复电流是指虽然为相反偏置但仍然流过二极管66的电流，且一般被认为是在二极管66的正向状态下由充满于二极管66内的载波(carrier)引起的。按规定的顺序进行构成逆变电路的上或下臂的导通动作或者切断动作，由此在逆变电路的交流端子上产生三相交流电力。此时，若作为上臂而动作的半导体芯片52从导通状态被切换到切断状态，则沿维持马达发电机92的定子绕组的电流方向，经下臂的二极管66流过回流电流。该回流电流是二极管66的正向电流，且二极管内部被载波充满。接着若作为上臂而动作的半导体芯片52被从切断状态再次切换成导通状态，则在下臂的二极管66中流过因上述的载波所引起的恢复电流。在稳定的动作下，上下臂串联电路中的某者必定处于切断状态，在上下臂中没有短路电流流过，但过渡状态的电流例如二级管的恢复电流流过以上下臂构成的串联电路。
图34及图35中，在作为上下臂串联电路的上臂进行动作的IGBT(开关用半导体元件)52从导通变化成截止时，二极管66的恢复电流从正极端子532(57)经IGBT52、二极管66而流向负极端子572(58)。另外此时IGBT62处于切断状态。如果观察该恢复电流的流动，如图34所示，在正极端子532与负极端子572的附近导体板被平行配置，而且流有方向相反的同一电流。这样一来，在导体板间的空间内，因相互的电流产生的磁场彼此抵消，结果就降低了电路路径的电感。
也就是，正极侧的导体534及端子532与负极侧的导体574及端子572处于靠近并对抗地配置的层叠状态，从而产生降低电感的作用。图35是图34的等效电路，正极侧的导体534及端子532的等效线圈712向与负极侧的导体574及端子572的等效线圈714相互抵消磁场的方向作用，并降低电感。
另外，如果观察图34所示的恢复电流的路径，则在相反方向且平行电流的路径后，生成环状的路径。电流通过流过该环状路径，在散热片(A侧)及散热片(B侧)流有涡流605、606，通过该涡流引起的磁场抵消效果，在环状路径中生成电感的降低作用。在图35的等效电路中，生成涡流的现象等效地通过电感722、724及726来表现。这些电感由于与散热片、即金属板靠近配置，所以与因感应生成涡流所产生的磁通量形成抵消的关系，结果半导体模块的电感因涡流效果而降低。
如上述那样，根据本实施方式所涉及的半导体模块的电路构成的配置，利用层叠配置的效果与涡流的效果可以降低电感。降低开关动作时的电感较为重要，在本实施方式的半导体模块中，把上臂与下臂的串联电路收置在半导体模块内。因此相对流过上下臂串联电路的二极管的恢复电流就可以实现低电感化等，过渡状态下的电感降低效果显著。
如果电感降低，则在半导体模块产生的感应电压减小，可以得到低损耗的电路构成，而且由电感的减小可以实现开关速度的提高。另外，虽然对图31的说明后边进行叙述，但在将由上述的上下臂串联电路50构成的多个半导体模块500并联，并连接电容器模块95内的各电容器90而实现大容量化的情况下，通过使半导体模块500自身的电感降低，以减少电力变换装置100内的半导体模块500的电感的偏差的影响，使逆变器装置的动作稳定。
另外，在要求马达发电机的大容量化(例如400A以上)的情况下，电容器90也需要做成大容量，如图31所示，如果将各个电容器90以多个并联连接并如图示那样将电容器端子96配置成并联状，则各个半导体模块的正极端子532及负极端子572与各个电容器端子96等距离连接，流经各半导体模块的电流被均等地分配，可以实现平衡性能好且低损耗的马达发电机的动作。另外，利用半导体模块的正极端子与负极端子的平行配置，能以层叠效果降低电感，从而进行低损耗的动作。
下面，对于本实施方式所涉及的电力变换装置的构成例，说明附图中公开的具体的内容。图18是表示本实施方式所涉及的带有散热片的半导体模块的外观的图，图19是从图18所示的箭头方向看单点划线剖面的半导体模块的剖视图，图20是本实施方式所涉及的半导体模块的展开图，是表示上下臂串联电路的各种端子、散热片、外壳的图。另外图21是从图20所示的箭头方向看单点划线剖面的图，是表示通过粘结将底壳516与顶壳512固定在散热片522、562上的状况的图。图22是表示本实施方式所涉及的半导体模块中的、将设置在散热片(A侧)的导体板的IGBT芯片及二极管芯片及连结板、与散热片(B侧)的导体板的凸部焊接在一起的展开图。
图23是表示如何把IGBT芯片、二极管芯片及连接板设置在散热片(A侧)的导体板上的具体的结构，其具体情况如上所述。图24表示散热片(B侧)的导体板上的凸部的具体的配置，且局部放大图S1中有关凸部的厚度D1与D2不同的情况如上所述。图25是表示散热片(A侧)的导体板上的凸部的具体的配置的立体图，S2是局部放大表示，D3表示凸部540的厚度，D4表示凸部536的厚度、D5表示凸部592的厚度，厚度的不同是对二极管芯片、IGBT芯片、连接板594的自身的厚度的不同的补偿。图26是图25的主视图。图27是对散热片(A侧)的导体板与散热片(B侧)的导体板在重合状态，以及上下臂串联电路的IGBT中的发射电极端子661及栅电极端子662、与信号用导体554及栅极用导体555间的引线接合的状态进行表示的图。图28是表示将绝缘层524、564真空热压附于散热片522、562上的图。
在图23与图27中，上臂52的发射电极538图示呈矩形形状，与该矩形形状的发射电极538相隔并在其上部形成信号用发射电极端子661(相当于图2的符号55)与栅电极端子662(相当于图2的符号54)。如上述那样，对信号用发射电极端子661与信号用导体554引线接合，并对栅电极端子662与栅极用导体555引线接合。在散热片(B侧)562中，以覆盖矩形形状的发射电极538的方式形成凹部形状的交流用导体板584，信号用发射电极端子661与栅电极端子662经该凹部的凹陷部分露出。在图23与图27所示的构成例中，表示设置在散热片(A侧)522的矩形形状的发射电极538、以及设置在散热片(B侧)562的凹部形状的交流用导体板584。
图27中用虚线框包围的放大示图所示的发射电极538与交流用导体板584，针对IGBT芯片的发射电极的形状从电流容量和散热的角度进行了改善，对于根据该形状变更的改善使用图41进行说明。通常的IGBT如图23所示，发射电极呈略四边形，在该四边形的外侧区域设置有信号用发射电极端子661与栅电极端子662，以及根据需要而设置的其它电极。此时，如图24中记载那样，略四方的发射电极与导体574或导体584电连接。
在图27或图41中增大了IGBT芯片52中的发射电极538的面积的比例。也就是取代图23所示的矩形形状，而以仅使信号用发射电极661与栅电极662露出的方式将发射电极的区域形成凹形状，并在该凹部的区域设置信号用发射电极端子661与栅电极端子662，甚至根据需要设置其它的电极。另外，在上述导体584或574上也设置凹部，以便具有凹部的被扩大的发射电极与交流用导体板584或导体574进行电连接，形成与发射电极的连接面积扩大的构成。根据该发射电极的面积扩大，IGBT芯片52的发射电流密度下降，同时散热面积增大。另外，通过以与面积扩大的发射电极538的凹形状的外缘相面对的方式在交流用导体板584或导体574上设置凹形状，从而导体板584或574的面积扩大(与图24所示的交流用导体板584或574中对应于发射电极的形状上不具有凹形状的凹陷部分的情况相比，图27或图41具有凹陷的部分)，实现热扩散的提高。
下面，参照图31、32及图33并对本实施方式所涉及的半导体模块与电容器模块间的连接进行说明。其中，电容器模块虽然可以由一个电解电容器或者薄膜电容器来构成，但理想为小体积却可获得更大容量，并且理想构成为将多个电解电容器或薄膜电容器并联地进行电连接。而且通过并列连接多个单位电容器，并以散热性优异的金属覆盖其外侧，而能够获得小型且信赖性很高的电容器模块。与薄膜电容器相比，电解电容器发热量更大，该效果特别明显。
另外，通过用金属覆盖外侧，使电容器模块内的单位电容器的在变换装置内的固定强化，抗震加强。例如在汽车的震动中包括多种成分的频率，这样上述电容器模块内的单位电容器存在共振的危险。理想为将一个或多个单位电容器牢固地固定在电容器模块内，而且如后述那样将电容器模块牢固地固定在电力变换装置内、例如牢固地固定于水路框体。
图31是表示本实施方式所涉及的电力变换装置的电容器模块的连接端子的图，图32是表示本实施方式所涉及的半导体模块与电容器模块的连接状态的立体图，图33是表示该连接状态的剖视图。在附图中，390表示电容器模块、96表示电容器端子、611表示电容器正极端子、612表示电容器负极端子、613表示绝缘引导件、533表示半导体模块的正极端子的梳齿、573表示半导体模块的负极端子的梳齿、630表示插入口。
电容器模块390在图示例中与马达的U相、V相、W相对应地分别设置有电容器端子96。并与端子96的数量相对应地在电容器模块内部分别设置有电容器90。
电容器端子96的正极端子611与负极端子612，与半导体模块390的正极端子532及负极端子572的梳齿形状533、573相同，以图示的梳齿形状构成。通过将电容器模块390与半导体模块的连接端子相互做成梳齿形状，就容易进行两者间的熔接或其它的固定连接。另外，在电容器模块390的端子上、位于中央部设置有绝缘引导件613，绝缘引导件613实现正极端子611与负极端子612的绝缘，同时通过把绝缘引导件613插入到半导体模块的插入口630中，还起到对电容器模块与半导体模块的连接端子彼此间的连接进行引导的功能。
在本实施方式中，与半导体模块500的各直流侧的端子对应地设置有电容器模块390的直流端子，这样实现了电容器模块390的端子与半导体模块的端子间的电感的降低。如该实施方式这样，电容器模块的端子与半导体模块的端子直接连接从电感降低的观点出发较为理想，但也考虑到电容器模块与半导体模块无法靠近配置的情况。如图2或图3所示那样，电容器与逆变电路的各上下臂串联电路处于并联连接的关系，也可以使用例如直流正极导体和直流负极导体对置配置的直流汇流条(bus bar)，并把该直流汇流条的一端与电容器模块390的正极端子611及负极端子612连接，把上述直流汇流条的另一端与半导体模块的正极端子532及负极端子572连接。以构成上述汇流条的直流正极导体与直流负极导体所分别产生的磁通量相互抵消掉的方式尽量使导体靠近，并对置配置，从而可以抑制电感的增加。
如图3记载那样，在逆变电路的各相以多个上下臂串联电路的并联连接而构成时，即便使用上述直流汇流条，构成各相的并联连接的多个上下臂串联电路也仍以电性相等的条件配置较为理想，因此理想地，在上述自流汇流条的半导体模块侧，与构成各相的半导体模块的端子相对应地分别设置连接端子，其形状也理想为如图31的端子96那样的形状。
下面，参照图29和图30并对本实施方式所涉及的半导体模块的冷却状况进行以下说明。图29是表示本实施方式所涉及的半导体模块中散热片(A侧)的冷却水流动的图。图30是表示半导体模块中冷却水流动与电路构成的配置间的关系的图。在附图中，622表示半导体模块中上层的冷却水的流动，623表示半导体模块中的下层的冷却水的流动。
本实施方式所涉及的半导体模块如上述那样在其内部，将作为发热体的上臂的IGBT芯片52与二极管芯片56以同排状配置在上层，并将作为发热体的下臂的IGBT芯片62与二极管芯片66以同排状配置在下层。其中上层相当于向冷却水路插入半导体模块500的插入方向的外侧，下层相对于上述插入方向的里侧。
在半导体模块500中，除了在与冷却水间进行热交换的功能外，还具有将冷却水操持在层流状态且沿规定方向引导冷却水的作用。在该实施方式中，冷却水通常情况形成为沿凹凸形状的散热片的凹部(槽部)的水平的水流。这样一来，流入上层的冷却水622，如虚线那样吸收来自二极管芯片56、IGBT芯片52的发生热，并如实线那样形成经过散热片(B侧)的片凹部的回路。同样地，流入下层的冷却水623，不会受来自上层的半导体芯片52、56的发生热的影响，而吸收来自IGBT芯片62、二极管芯片66的发生热。这样，通过采用将作为发热体的IGBT芯片与二极管芯片构成的半导体芯片不同地配置在上下层的半导体模块的结构，令水冷效果增大。
下面，首先对本实施方式所涉及的半导体模块的冷却的简要进行说明。如图18、图19所示，半导体模块500将含有上下臂的半导体芯片52、56、62、66的上下臂串联电路50夹在相面对的散热片(A侧)与散热片(B侧)之间并将它们内置，且半导体模块500被插入到图16、5图17所示的水路框体212中。通过使水流过半导体模块500中形成散热片的散热板的两面，来构成对半导体模块的冷却。也就是为两面冷却的结构，作为发热体的半导体芯片，被冷却水从散热片(A侧)522及散热片(B侧)562两面进行冷却。
这里，从半导体模块的冷却的变化上看，存在向单面间接冷却方式、单面直接冷却方式、两面间接冷却方式、两面直接冷却方式进化的倾向，在现状的冷却方式中，多见设置多个作为发热体的开关用半导体元件(IGBT)，并使它们并联连接(为了分散半导体元件所负担的发生热)，并通过润滑油与绝缘层把该并联连接了的半导体元件组设置在散热板上的结构。该现状的冷却方式，是在半导体元件组的单面设置散热板来单面冷却，并在半导体元件组与散热板之间设置润滑油而形成间接冷却。润滑油原本用来将带有绝缘层的导体板(设置有半导体元件组的Cu引线)粘结到散热板上，因厚度不均故需要用螺钉拧紧固定。尽管该润滑油热传导性优良，但粘结性及厚度的均匀性和绝缘性上有不足。
在本实施方式中例如如图29或图30等所示那样，具有多种的改良点，因此即便是使用上述的润滑油的间接冷却方式，散热效果相对以往仍可得到改善，并获得上述那样的其它多种效果。如下所述，将半导体芯片隔着绝缘部件固定在散热用的金属上，因此进一步改善散热效果。作为绝缘部件有陶瓷板或树脂制的绝缘层等，通过它们来与散热金属固定，从而改善了热传导特性、改善了散热效果。相比陶瓷板，以下说明的绝缘层厚度较薄，可获得更明显的效果。
就本发明的实施方式所涉及的电力变换装置而言，采用两面直接冷却方式，即从半导体模块的两面进行冷却、且不使用润滑油，并在散热部与搭载半导体芯片的导体板之间设置绝缘层而进行真空热压附，可以实现冷却性能的提高。本实施方式中如图28、图23中说明的那样，将散热用的绝缘层524、564(例如厚度在100～350mm的绝缘树脂)暂时真空压附在由Cu或Al构成的散热片(散热板)522、562上，接着在该绝缘层与具有正极及负极端子532、572等的导体板534、544、574、584(例如Cu引线)之间再次进行真空热压附，再通过焊锡把半导体芯片安装在导体板上，并且如图29所示那样，使半导体模块500通过两面散热片进行水冷，因此成为两面直接冷却方式。此时，绝缘层与润滑油相比，具有粘结性、厚度的均匀性及绝缘性优异的特性。
下面，参照图4～图7，并对本发明的实施方式所涉及的具有冷却功能的电力变换装置的具体的构成进行以下说明。图4是表示本发明的实施方式所涉及的电力变换装置的外观形状的图。图5是表示本实施方式所涉及的电力变换装置的内部结构的分解立体图。图6是从本实施方式所涉及的电力变换装置去除上壳的立体图。图7是从本实施方式所涉及的电力变换装置中去除上壳、内置了控制电路72的控制基板370、以及汇流条装配组合的立体图。
在附图中，电力变换装置100为如下结构：将多个半导体模块500安装于水路框体212，并具有内置驱动电路74且搭载驱动器IC374的控制基板372，并搭载有电容器模块390(相当于图31所示的符号95)及汇流条装配组合386，还具备由直流连接器38与交流连接器88(参照图2)构成的连接器部280，具有水路的入口部246及出口部248，并被下壳142、上壳112以及盖132包围。其中汇流条装配组合386，具有将电容器模块390及半导体模块500的直流端子与直流连接器38连接的直流总线，以及将半导体模块500的交流端子582与交流连接器88连接的交流总线。
参照图7及图8，水路框体212大致区分为水路框体的主体部214、水路框体的正面部224及水路框体的背面部234，并且具有水路的入口部246及出口部248。在控制基板372上搭载有控制电路用连接器373以及驱动器IC374。在图7的示例中，半导体模块的负极端子572、正极端子532、交流端子582呈突出状，且负极与正极端子572、532和电容器模块390的电容器端子连接(参照图6与图32)。在图7的构成例中，充填有六个上下臂串联电路50(半导体模块500的主要电路)，并与图3所示的逆变器装置40的电路构成对应。也就是，在马达的U、V、W各相使用两个上下臂串联电路，实现对马达发电机92的大容量化。
将图3所示的逆变器装置40相对蓄电池36与另一个并联连接，将各逆变器装置与各自的马达发电机连接，并将向两个马达发电机供给电力的两个逆变器装置收容在一个水路框体212中，在图8、图9及图10中对该构成例进行说明。其中图8、图9及图10所示的构成例，不局限于向两个马达发电机的电力供给。图8是本实施方式所涉及的电力变换装置中两个逆变器装置的构成例，是把内置控制电路72的控制基板370、汇流条装配组合及上壳去除了的立体图。图9是本实施方式所涉及的电力变换装置中两逆变器装置的构成例，是把内置控制电路72的控制基板370、汇流条装配组合、上壳及电容器模块去除了的立体图。图10是本实施方式所涉及的电力变换装置中两逆变器装置的构成例，是把内置控制电路72的控制基板370、汇流条装配组合、上壳及电容器模块去除了的俯视图。其中，图8中汇流条装配组合386配置在控制基板372的上侧部，是配置在两组电容器模块390间的器件。
参照图8、图9、图10，将两组半导体模块500以转过180度的状态插入到水路框体212中。电容器模块390也同样以转过180度的状态配置。内置有驱动电路74的控制基板372，配置在各组的半导体模块500之间，并由一个基板形成。作为相对两组半导体模块共通的产品可以使控制电路用连接器373也以一个来解决。相对各相的上下臂，以一个驱动器IC374来驱动，各相由并联连接有上下臂的两个串联电路构成(参照图3)。从一个驱动IC374向并联连接的上下臂串联电路同时供给控制信号。
将具有驱动电路的控制基板配置在相对交流端子与电容器模块390呈相反侧的位置上，而且在相对交流端子与电容器模块呈相反侧的位置上配置构成上下臂的半导体开关元件的控制端子。根据该构成，电容器模块500与半导体模块的电连接以及控制端子与具有驱动电路74的控制基板372的电连接关系成为整齐的状态，有助于电力变换装置的小型化。
另外，在具有两个逆变器装置的电力变换装置中，如图10所示，在中央配置具有逆变电路74的控制基板372，从而就可以把用来控制两个逆变器装置的两个驱动电路74设置在一个控制基板372上，有助于电力变换装置的小型化且生产性也得到提高。
下面，参照图11～图17并对本实施方式所涉及的电力变换装置中半导体模块向水路框体的装填形态以及装填有半导体模块的水路框体的冷却水的流动形态进行以下说明。
图11是表示装填有本实施方式所涉及的半导体模块的水路框体的冷却水流动的剖视图。图12是表示装填有图9所示的两逆变器装置中半导体模块的水路框体的冷却水流动的剖视图。图13是表示相对图3所示的马达的各相并联连接的半导体模块的正极端子、负极端子、交流端子、信号用端子、栅极端子在水路框体中的配置状况的俯视图。图14是展开了装填有半导体模块的水路框体主体部、水路框体前面部及水路框体背面部的立体图。图15是展开了装填有半导体模块的水路框体主体部、水路框体前面部及水路框体背面部的剖视图。图16是表示把半导体模块装填到水路框体主体部的状况的立体图。图17表示把半导体模块装填到水路框体主体部的状况的主视图。
在图11与图12中，212表示水路框体、214表示水路框体的主体部、224表示水路框体的正面部、226表示正面部的入口水路、227表示正面部的返回水路、228表示正面部的出口水路、234表示水路框体的背面部、236表示背面部的返回水路、246表示入口部、248表示出口部、250～255表示水流。
如图6与后述的图14所示那样，在入口部246及出口部248、和与它们相连接的主体部214之间设置正面部入口水路226以及正面部出口水路228(参照图11)，该水路226、228的水路高度与半导体模块500的高度相当(参照图14的导水部249)。因此，从入口部214进来的水流250在正面部入口水路226中水流较高地扩张，且水流过装填在入口部214的半导体模块500的散热片522、526的整个高度范围。如果对图11所示的水流251、236、253、227进行说明，冷却水流过半导体模块500的散热片(B侧)562的整个高度范围(水流251)，并经过背面部234的返回水路236，流过散热片(A侧)的整个高度范围(水流253)，经过正面部224的返回通路227成为流向下一半导体模块500的水流。以此种方式，来对半导体模块500进行两面冷却。
图12表示如图9及图10所示那样，把两个逆变器装置中半导体模块装填到一个水路框体中而进行冷却的结构，在一个逆变器装置中使用有六个半导体模块500-1，在另一个逆变器装置中使用有六个半导体模块500-2。如图12所示，半导体模块500-1与5002沿水路框体主体部214的水流251、253的方向纵向连接地配置。
本实施方式为如下结构：在水路框体212中设有与水路相通的开口，并在上述开口中插入半导体模块500。通过如此形成，在电子电路制造生产线上生产半导体模块500，并进行过必要的检查后，就可以将之固定在水路框体上，生产性提高的同时，信赖性也得到提高。
另外，在半导体模块500的两侧设置有面积很大的冷却片，而且由冷却片形成水流的流动。也就是通过把半导体模块500插入到水路中，形成反向流动的水路，上述冷却片不仅起到散热、还起到形成反向层流的作用，起到形成水路的作用。水路框体例如通过压铸等形成，水路的引导部分由上述半导体模块500的片形成。因此生产性提高。
通过插入上述半导体模块500到水路中，从而形成反向流动的水路，且水路横截面积变窄。如果例如使冷却水的送入量相同，则流速因横截面积减小而增加。因此增加了冷却效率。
图14是对相对流向马达发电机的各相并联连接半导体模块情况下(参照图3的电路构成)的六个半导体模块500全部被装填到水路框体中的状况进行表示，但对水路框体212的主体部214依次装填半导体模块500的状况表示在图16与图17之中。水路框体的主体部214由水路形成部270与隔开水路形成部270的隔壁271构成，并将半导体模块500从上方装填到水路形成部270中。在半导体模块500的顶壳512及/或水路形成部270的上缘部涂敷粘结剂而使两者固定。如图示那样，由于水路形成部270与半导体模块500的散热片522、562为略相同尺寸，故冷却水沿着片的凹陷流动。
如图14所示，水路框体212的正面部224，连接于水路入口部246，并具备与主体部214的水路形成部270(参照图16)具有大致相同体积的导水部249。根据该导水部249，在半导体模块500的整个高度范围内形成大致均匀的水流。
如图14与图15所示，水路框体212分割成主体部214、正面部224以及背面部234，从而主体部形成应成为水路的空间向正面侧与背面侧开放的形状，并且能够以铝合金为材料的压铸制法来获得。而且正面部224与背面部234也可以由压铸制法来获得，生产性提高。
图13是在相对流向马达发电机的各相并联连接半导体模块情况下(参照图3的电路构成)，表示六个半导体模块500的相对水路框体212的配置结构。图3所示的上下臂串联电路50如图示那样配置，其中以50U1、50U2作为U相用，50V1、50V2作为V相用，50W1、50W2作为W相用。电容器模块的电容器端子96如图31及图32那样，沿与半导体模块500的正极端子532与负极端子572的排列方向为同一方向进行配置，且由于半导体模块与电容器模块的端子彼此直接耦合，所以寄生电感小且均等，各半导体模块均等且稳定地进行动作。
另外，重要的是尽可能使构成UVW各相的多个上下臂串联电路的电气特性相等。例如使构成U相的电路的串联电路50U1与50U2的电气特性尽可能相同比较重要，在本实施方式中，使电容器模块，和形成串联电路50U1的半导体模块500与形成串联电路50U2的半导体模块500间的直流端子572与532的排列朝向相同方向固定，形成串联电路50U1的半导体模块的端子和与其相连的电容器模块的端子间物理的关系，以及形成串联电路50U2的半导体模块的端子和与其相连的电容器模块的端子间的关系相同。这样，通过沿直流端子排列的方向配置电容器模块，并设置电容器端子，可以令并联连接的串联电路50U1与50U2的电特性大致相等。
在该实施方式中，直接连接半导体模块的端子与电容器模块的端子虽然是最理想的结构，但不一定非要进行直接连接。例如通过正极导体与负极导体靠近相对的形状的连接导体、例如直流汇流条进行连接也可以极低地抑制电感。
另外，控制用或者检测用的端子组552、553、556、557以与图7所示的控制基板372直接连结的方式配置。因此，由半导体模块500与控制基板372内的控制电路及驱动电路之间的布线引起的每相的变动成分小且均等。另外，相对以两个半导体模块500并联连接的各相，再追加一个半导体模块500而以三个半导体模块500并联连接的情况下，只要将第三个半导体模块500在图13中横列配置即可，半导体模块500的追加应用性能优异。
下面，参照图36～图40并对本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例及冷却结构进行说明。图36是表示本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例的立体图。图37是表示本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例的剖视图，是从图36中的点划线箭头方向看的图。图38是对本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例中冷却水的流动进行说明的立体图。图39是在将本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例装填到水冷框体时，表示冷却水流动的剖视图。图40是在将本实施方式所涉及的半导体模块的其它构成例装填到水冷框体时，表示上下两层的冷却水的流动的另一剖视图。
图36及图37所示的半导体模块500，与图18所示的半导体模块500相比，散热片的结构不同，具体地说，在散热片(A侧)522与散热片(B侧)562的中央部设置有厚度d的厚中央片570。中央片570的位置位于上下隔开图2所示的上臂的芯片52、56与下臂的芯片62、66的位置，通过设置该中央片570(作为例示，厚度d与其它的片厚相比为1.5～2倍左右)，起到使水流分为上下两层而流动的效果。
图38示意地表示两个半导体模块500的散热片上的冷却水的流动。来自水路入口部246(参照图39)的水流650，仅进入到第一个半导体模块的散热片(B侧)562的下层部分(中央片570的下侧一半)，形成水流651。接着，在水路框体的背面部234形成上升的水流652，并在相同的散热片(B侧)562侧的上层部分(中央片570的上侧一半)形成水流653。接着，在水路框体的正面部224改变水流的流向，形成散热片(A侧)522的上层部分的水流654，接着，在背面部234形成下降流655并形成相同的散热片(A侧)522的下层部分的水流656，接着在正面部224改变水流57的流向，进行对下一半导体模块500的冷却。
由图39与图40的图示结构可得出，在水路入口部246，水流651之所以仅在半导体模块的散热片(B侧)的下层部分形成而未流入到上层部分，是由于在水路框体正面部224的入口部246处延伸设置有引导部660。而且利用中央片570的厚度d与主体部214的壁面或隔壁271(参照图17)的密接性实现对流动于下层部分与上层部分的水流的隔离。
对于把图36所示的半导体模块500的其它构成例充填到图39及图40所示的水路框体中而构成电力变换装置时的冷却效果进行以下说明。通过与图14所示的水路框体中冷却水的流路(与半导体模块的散热片的整个高度对应形成的流路)的对比来说明。如图38所示那样，通过分离成上层部分与下层部分来使冷却水流动，使流路横截面积成为大致一半。于是，如果假设在水路框体212的入口部246中流入来的冷却水的流入量为一定(冷却水的流入源的容量大的缘故)，则经过散热片的上层部分或者下层部分的冷却水的流速大致翻倍。流速变快，由冷却水进行的对散热片的吸热也对应流速而吸收更多的热量(冷却水的吸热量在流速的某个范围内与流速的大小几乎成比例地增大)。也就是，采用具有图36所示的中央片570的半导体模块，按时间分割成上层部分与下层部分来形成冷却水的流路，进一步提高了半导体模块的冷却效果。
如图39所记载的那样，由于把水路框体分为主体部214、正面部224及背面部234，所以可以以压铸制法进行生产，生产性提高。
图42是把图5的控制基板370配置在水路框体的底部、是图5的其它实施方式。图5中把具有控制电路72的控制基板370配置在盖132之下，并将信号从连接器371经过信号线76送向具有驱动电路74的控制基板372。控制基板370由上壳冷却。
图42中，把具有控制电路72的控制基板370配置在水路框体214的底部，并固定在水路框体的底部，从而控制基板370得到冷却并利用底部空间配置，这样除冷却效果提高外还具有小型化的效果。另外通过将因具有控制电路72而不堪噪音的控制基板370配置在水路框体214的底部，并在水路框体214的一侧配置半导体模块500的端子，另一侧配置控制基板370，从而形成对于噪音也具有很高的信赖性的结构。

Claims (20)

1.一种半导体模块，是双面冷却的半导体模块，其内置有逆变电路的上下臂的串联电路，
该半导体模块具有一面分别为散热面的第一及第二散热板，并在上述第一及第二散热板相对的另一面上隔着绝缘部件形成有导体板，
在形成于上述第一散热板的导体板上，设置有对上述上下臂的半导体芯片的集电极面进行固定的固定部，还设置有与半导体模块的栅极端子相连的栅极用导体，
上述半导体芯片的栅电极端子与上述栅极用导体形成电连接，
形成在上述第二散热板上的导体板与固定于上述第一散热板的上述半导体芯片的发射极面连接。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，
由形成于上述第一散热板上的导体板构成的上述固定部与上述栅极用导体，从上述第一散热板看的高度相同，
设置在上述半导体芯片的发射极面侧的栅电极端子与上述栅极用导体通过引线接合形成电连接。
3.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，
隔着绝缘部件而形成在上述第一散热板上的导体板，通过切削加工构成对半导体芯片的集电极面进行固定的固定部与上述栅极用导体，
上述固定部与上述栅极用导体均形成为凸形状，并将与上述固定部对置配置的上述半导体芯片的集电极面焊接在其上，
对上述焊接的上述半导体芯片的发射极面侧所设有的栅电极端子与上述栅极用导体进行引线接合。
4.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，
将设置有固定上述集电极面的固定部的导体板，延伸设置而作为半导体模块的直流正极端子，
将设置有与上述半导体芯片的栅电极端子电连接的上述栅极用导体的导体板，延伸设置而作为半导体模块的栅极端子，
将在与上述下臂的半导体芯片的发射极面连接的上述第二散热板上形成的导体板，延伸设置而作为半导体模块的直流负极端子，
上述直流正极端子与上述直流负极端子对置配置。
5.一种半导体模块，是双面冷却的半导体模块，其内置有逆变电路的上下臂的串联电路，
该半导体模块具有一面分别为散热面的第一及第二散热板，并在上述第一及第二散热板相对的另一面上隔着绝缘部件形成有导体板，
在形成于上述第一散热板的导体板上，设置有对上述上下臂的半导体芯片的集电极面进行固定的固定部，还设置有与半导体模块的栅极端子相连的栅极用导体，
上述半导体芯片的栅电极端子与上述栅极用导体形成电连接，
形成在上述第二散热板上的导体板与固定于上述第一散热板的上述半导体芯片的发射极面连接，
设置有：夹入上述第一及第二散热板并将它们固定的凹部形状的底壳、进入上述第一及第二散热板之间的间隙而固定的凸部形状的边壳、以及从上侧夹入上述第一及第二散热板并将它们固定的插通孔形状的顶壳。
6.根据权利要求5所述的半导体模块，其特征在于，
半导体模块的直流正极端子、上述直流负极端子、栅极端子以及交流端子经过上述插通孔从上述顶壳突设出来，
经过上述插通孔向上述相对的第一及第二散热板的内部空间充填模塑树脂。
7.一种半导体模块，其具有：
呈大致四边形形状且一面为散热面的第一散热金属板；
呈大致四边形形状且一面为散热面的第二散热金属板；
隔着绝缘部件而固定在上述第一散热金属板的另一面的第一及第二导体板；
集电极与上述第一导体板连接的第一IGBT芯片；
阴极与上述第一导体板连接的第一二极管芯片；
集电极与上述第二导体板连接的第二IGBT芯片；
阴极与上述第二导体板连接的第二二极管芯片；
第三导体板，其隔着绝缘部件被固定在上述第二散热金属板的另一面上，并与上述第一IGBT芯片的发射极及上述第一二极管芯片的阳极连接；以及
第四导体板，其隔着绝缘部件被固定在上述第二散热金属板的另一面上，并与上述第二IGBT芯片的发射极及上述第二二极管芯片的阳极连接，
使上述第一散热金属板的另一面与上述第二散热金属板的另一面对置配置，
将隔着绝缘部件而固定在上述第二散热金属板的另一面上的上述第三导体板与上述第一导体板对置配置，
将隔着绝缘部件而固定在上述第二散热金属板的另一面上的上述第四导体板与上述第二导体板对置配置，
在上述对置的第三导体板与第一导体板之间配置第一IGBT芯片及第一二极管芯片，在上述对置的第四导体板与第二导体板之间配置上述第二IGBT芯片及上述第二二极管芯片，
在上述对置配置的第一散热金属板与第二散热金属板的一方的边侧，从它们之间向外侧配置有直流用正极端子、直流用负极端子、交流端子、第一及第二信号端子，
上述直流用正极端子与上述第一导体板形成电连接，上述直流用负极端子与第四导体板形成电连接，上述交流端子与上述第二导体板形成电连接，上述第二导体板与上述第三导体板形成电连接，上述第一及第二信号用端子分别与第一及第二IGBT芯片各自的栅电极形成连接。
8.根据权利要求7所述的半导体模块，其特征在于，
上述半导体模块还具有第一及第二边壳，
利用上述第一散热金属板与第二散热金属板以及第一与第二边壳，将上述第一与第二IGBT芯片以及上述第一与第二二极管芯片以密封状态保持在上述对置配置的第一散热金属板与第二散热金属板之间。
9.根据权利要求7所述的半导体模块，其特征在于，
上述直流用的正极端子与上述第一导体板以一体的金属板做成，而且上述直流用负极端子与第四导体板以一体的金属板做成。
10.根据权利要求9所述的半导体模块，其特征在于，
由上述直流用正极端子与上述第一导体板做成的上述一体的金属板，在位于从上述对置配置的第一散热金属板与上述第二散热金属板之间向外的部分，朝与上述第二散热金属板远离的方向弯曲，
而且由上述直流用负极端子与第四导体板做成的上述一体的金属板，在位于从上述对置配置的第一散热金属板与上述第二散热金属板之间向外的部分，朝与上述第一散热金属板远离的方向弯曲。
11.根据权利要求7所述的半导体模块，其特征在于，
上述交流端子与第三导体板以一体的金属板做成。
12.根据权利要求7所述的半导体模块，其特征在于，
上述半导体模块还具有与上述第一及第二信号端子分别一体成形的第一及第二信号用导体，上述第一及第二信号用导体隔着上述绝缘部件固定于上述第一散热金属板的另一面，
上述第一及第二信号用导体分别通过引线接合与上述第一及第二IGBT芯片的各自栅电极进行电连接。
13.一种半导体模块，其具有：
第一及第二散热金属板，其呈具备上下边与位于上述上下边的两侧的第一侧边及第二侧边的大致四边形形状，且在一面上设置有散热片；
第一及第二导体板，其在上述第一散热金属板的另一面上隔着绝缘部件，分别被固定在上边侧及下边侧；
集电极与上述第一导体板连接的第一IGBT芯片；
阴极与上述第一导体板连接的第一二极管芯片；
集电极与上述第二导体板连接的第二IGBT芯片；
阴极与上述第二导体板连接的第二二极管芯片；
第三导体板，其隔着绝缘部件被固定在上述第二散热金属板的另一面上，并与上述第一IGBT芯片的发射极及上述第一二极管芯片的阳极连接；以及
第四导体板，其隔着绝缘部件被固定在上述第二散热金属板的另一面上，并与上述第二IGBT芯片的发射极及上述第二二极管芯片的阳极连接，
使上述第一散热金属板的另一面与上述第二散热金属板的另一面对置配置，
将隔着绝缘部件而固定在上述第二散热金属板的另一面上的上述第三导体板，与上述第一导体板对置配置在上边侧，
将隔着绝缘部件而固定在上述第二散热金属板的另一面上的上述第四导体板，与上述第二导体板对置配置在上边侧，
在上述对置的第三导体板与第一导体板之间配置第一IGBT芯片及第一二极管芯片，在上述对置的第四导体板与第二导体板之间配置上述第二IGBT芯片及上述第二二极管芯片，
在上述第一及第二散热金属板的上边侧，在上述第一及第二散热金属板之外配置有第一及第二直流端子、交流端子、第一及第二信号端子，
上述第一直流端子与上述第一导体板形成电连接，上述第二直流端子与第四导体板形成电连接，上述交流端子与上述第二导体板形成电连接，上述第二导体板与上述第三导体板形成电连接，上述第一及第二信号端子分别与第一及第二IGBT芯片各自的栅电极形成连接。
14.根据权利要求13所述的半导体模块，其特征在于，
上述第一及第二直流端子，在上述第一及第二散热金属板的上边侧之外的位置且第一侧边的边侧，被分别对置配置，
而且上述交流端子设置在上述第一及第二散热金属板的上边侧之外的位置而且比上述第一及第二直流端子的位置更靠第二侧边的边侧。
15.根据权利要求14所述的半导体模块，其特征在于，
上述第一直流端子及上述第一导体板以一体的金属板做成，而且上述第二直流端子及第四导体板以一体的金属板做成。
16.根据权利要求15所述的半导体模块，其特征在于，
由上述第一直流端子与上述第一导体板做成的上述一体的金属板，在位于从上述对置配置的第一散热金属板与上述第二散热金属板之间向外的部分，朝与上述第二散热金属板远离的方向弯曲，
而且由上述第二直流端子与第四导体板做成的上述一体的金属板，在位于从上述对置配置的第一散热金属板与上述第二散热金属板之间向外的部分，朝与上述第一散热金属板远离的方向弯曲。
17.根据权利要求13所述的半导体模块，其特征在于，
分别设置在上述第一及第二散热金属板的一面上的散热片具有与上述第一及第二散热金属板的各自上边平行的凹凸形状。
18.一种半导体模块，其具有：
第一及第二散热金属板，其呈具备上下边与位于上述上下边的两侧的第一侧边及第二侧边的大致四边形形状，且在一面设置有散热片；
隔着绝缘部件而固定在上述第一散热金属板的另一面的第一导体板；
集电极与上述第一导体板连接的IGBT芯片；
阴极与上述第一导体板连接的二极管芯片；以及
第二导体板，其隔着绝缘部件被固定在上述第二散热金属板的另一面上，并与上述IGBT芯片的发射极及上述二极管芯片的阳极连接，
使上述第一散热金属板的另一面与上述第二散热金属板的另一面对置配置，
在上述对置的第二导体板与第一导体板之间配置上述IGBT芯片及上述二极管芯片，
在上述第一及第二散热金属板的上边侧，在上述第一及第二散热金属板之外配置第一及第二端子、以及信号端子，
隔着绝缘部件把信号用导体固定在上述第一散热金属板的另一面上，
上述第一端子与上述第一导体板形成电连接，上述第二端子与上述第二导体板形成电连接，上述信号端子与上述信号用导体形成电连接，上述信号用导体通过引线接合与上述IGBT芯片的栅电极连接，被上述第一及第二散热金属板夹持的上述IGBT芯片以及上述二极管芯片的周围被密封。
19.根据权利要求18所述的半导体模块，其特征在于，
上述第一端子及上述第一导体板以一体的金属做成，上述第二端子及第二导体板以一体的金属做成，上述信号端子与上述信号用导体以一体的金属做成。
20.根据权利要求18所述的半导体模块，其特征在于，
分别设置在上述第一及第二散热金属板的一面上的散热片具有与上述第一及第二散热金属板的各自上边平行的凹凸形状。
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