CN102111082A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高冷却性能的同时，能够减少因布线电感而产生的工作时损耗的电路装置。将与多个半导体芯片电连接的多个板状导体构成为，与多个半导体芯片每一个的两方芯片面热连接，并且从多个半导体芯片每一个的两方芯片面放出热，而且使其中的直流正极用板状导体与直流负极用板状导体的导体面彼此对置。

Description

电力变换装置
本申请是申请人“株式会社日立制作所”于2007年04月27日向国家知识产权局提交的申请号为“2007101019185”、发明名称为“电路装置、电路模块和电力变换装置”的发明专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于构成采用了半导体的电路的电路装置、安装有该电路装置的电路模块和具备该电路模块的电力变换装置。
背景技术
作为与用于构成采用了半导体的电路的电路装置、安装有该电路装置的电路模块和具备该电路模块的电力变换装置相关的背景技术，公知的有例如专利文献1至3中所公开的技术。在专利文献1中公开了将高侧的半导体芯片(IGBT芯片和二极管芯片)插入在公共的中间侧板和高侧板、将低侧的半导体芯片(IGBT芯片和二极管芯片)插入在公共的中间侧板和低侧板，并将各个半导体芯片以两面冷却的技术。
另外，在专利文献2中公开了在P侧电极、中间电极、N侧电极这三个电极之间，配置IGBT元件和二极管元件，在纵方向上将它们层叠，来减小布线电感的技术。
再有，在专利文献3中公开了将半导体模块和平滑电容器配置在上下，并通过两对连接导体对它们进行电连接，从而实现缩短半导体模块和平滑电容器之间的布线距离，来减小半导体模块与平滑电容器之间的布线电感的技术，其中上述两对连接导体是薄板的积层体，它们的一端与半导体模块及平滑电容器的端子部固接、另一端则以同极性的端子彼此接触，并且在不同极性的导体之间夹持绝缘构件。
近年来，在各种产业中推动了电动化。例如在汽车中从车辆中的燃料费用的改善或对地球环境的保护等观点出发，以车辆的驱动系统为代表推动了车辆的各车载系统的电动化，最近展望电动化的进一步加速。但是，在车载系统的电动化中需要新追加或与现有系统的构成部件调换电力机械(electric machinery)和电力变换装置，其中上述电力机械对被驱动体进行驱动，上述电路变换装置对从车载电源向旋转电机供给的电力进行控制，来控制旋转电机的驱动。从而，为了进一步加速车载系统的电动化，需要电力机械及其控制装置的搭载性进一步改善和进一步低价格化。
为了实现电力机械和电力变换装置的搭载性的进一步改善或进一步低价格化，需要使它们进一步小型化。其中，在电力变换装置中为了实现进一步的小型化，考虑了采用比迄今为止的半导体芯片更小型化的半导体芯片来构成用于构成电力变换电路的电路装置，使安装有电路装置的电路模块小型化的情况。但是，半导体芯片在通电时发热量大，而且越小型则热容量越增大，从而使发热量增大。再有，半导体芯片的发热量也会随着因电路装置的内部布线的电感或电路装置的输入侧布线的电感产生的工作时损耗而增大。由此，当进行电力变换装置的小型化时，电路装置的冷却性能的进一步提高、或因布线电感而产生的动作时损耗的进一步减小成为重要的技术要素。
尤其，在工作环境或搭载环境处于严格状态的电力变换装置的小型化，例如汽车的驱动系统中所使用的电力变换装置的小型化时，必须进一步提高电路装置的冷却性能的同时、进一步减少因布线电感而产生的工作时损耗。
在这一点上，如专利文献1至3中公开那样背景技术仅仅停留在只实现电路装置的冷却性能的提高、或因布线电感而产生的动作时损耗的减少中的其中一方的状况，因此现状为还是不能同时实现双方的状况。
专利文献1：特开2004-208411号公报；
专利文献2：特开2004-193476号公报；
专利文献3：特开平10-248266号公报。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现提高冷却性能和减少因布线电感而产生的工作时损耗两者的电路装置。
这里，本发明的代表性的发明为，其特征在于，将与多个半导体芯片电连接的多个板状导体构成为，与多个半导体芯片每一个的两方芯片面热连接，并且从多个半导体芯片每一个的两方芯片面放出热，而且使其中的直流正极用板状导体与直流负极用板状导体的导体面彼此对置。
根据具有上述特征的本发明，由于介由与半导体芯片的芯片两面热连接的板状导体可将半导体芯片的发热向装置的外部放出，因此能够由芯片两面冷却半导体芯片。再有，根据本发明，当大小相等的电流流过直流正极用板状导体和直流负极用板状导体时，能够在直流正极用板状导体和直流负极用板状导体的对置部分中使该电流方向成为相反的方向，从而能够通过因流入直流负极用板状导体的电流而产生的磁场来抵消因流入直流正极用板状导体的电流而产生的磁场。由此，根据本发明，能够减小电路装置内部中的布线电感，进而能够减小因布线电感而造成的半导体工作时的损耗。从而，根据本发明，能够实现提高冷却性能和减小因布线电感而引起的工作时的损耗这两方。
另外，根据本发明，提供一种电路模块，在该电路模块中上述电路装置介由绝缘体安装在具备由致冷剂冷却的冷却面的散热体。
再有，本发明提供一种电力变换装置，该电力变换装置具有：上述电路模块；控制该动作的控制装置；和电容器装置，其与由电路模块构成的电力变换电路电连接。
发明效果
根据以上说明的本发明，由于能够实现提高冷却性能和减小因布线电感而引起的工作时的损耗这两方，因此能够采用更小型化的半导体芯片来构成电路装置，从而使电路装置小型化。
另外，根据本发明，由于安装上述电路装置，因此能够使电路模块小型化。
再有，根据本发明，由于搭载有上述电路模块，因此能够使电力变换装置小型化，并且能够有助于电力变换装置的搭载性的改善或低价格化。尤其搭载于汽车的电力变换装置中其效果更大。
附图说明
图1表示是作为本发明的第一实施例的电路装置的内部结构的分解立体图。
图2是图1的组装立体图。
图3是表示作为本发明的第一实施例的电路装置的外观结构的立体图。
图4是图3的A-A向视剖面图。
图5是图3的B-B向视剖面图。
图6是表示作为本发明的第一实施例的电路装置的效果的电路图。
图7是表示作为本发明的第一实施例的电路装置的效果的立体图。
图8是表示作为本发明的第一实施例的换流器(inverter)装置的结构的立体图
图9是图8的A-A向视剖面图。
图10是图8的分解立体图。
图11是图10的A-A向视剖面图。
图12是图8的分解立体图。
图13是图12的A-A向视剖面图。
图14是表示使用于图8的换流器装置中的散热底座的结构的平面图。
图15是表示使用于图8的换流器装置中的连接构件的结构的立体图。
图16是表示使用于图8的换流器装置中的连接构件的结构的侧面图。
图17是表示使用于图8的换流器装置中的连接构件的结构的俯视图。
图18是表示使用于图8的换流器装置中的连接构件的结构的剖视图。
图19是表示作为本发明的第一实施例的换流器装置的电路结构的电路图。
图20是表示作为本发明的第一实施例的混合动力汽车的结构的框图。
图21是表示作为本发明的第二实施例的电路装置的结构的立体图。
图22是表示作为本发明的第三实施例的电路装置的结构的立体图。
图23是表示作为本发明的第四实施例的电路装置的结构的立体图。
图24是表示作为本发明的第五实施例的换流器装置的结构的立体图。
图25是图24的分解立体图。
图26是表示使用于图24的换流器装置中的综合端子的结构的分解立体图。
图27是表示作为本发明的第六实施例的换流器装置的结构的剖视图。
图28是图27的分解图。
图29是表示作为本发明的第七实施例的电路装置的结构的分解立体图。
图30是表示作为本发明的第七实施例的电路装置的外观结构的立体图。
图31是表示作为本发明的第七实施例的换流器装置的结构的分解立体图。
图32是图31的A-A向视剖面图。
图33是表示作为本发明第七实施例的电路装置的结构的分解立体图。
图34是表示作为本发明的第八实施例的电路装置的结构的分解立体图。
图35是表示作为本发明的第八实施例的电路装置的结构的剖视图。
图中：110-电路装置；111-IGBT；112-二极管；120-中间电极；130-正极侧电极；140-负极侧电极。
具体实施方式
根据附图，说明本发明的实施例。
在以下的实施例中，以在搭载于汽车中的车载电机系统的车载用电力变换装置中、尤其在使用于车辆驱动用电机系统中而具有非常严格的搭载环境或动作环境等的车辆驱动用换流器装置中应用本发明的情况为例进行说明。车辆驱动用换流器装置，其作为对车辆驱动用电动机的驱动进行控制的控制装置被配置于车辆驱动用电机系统中，将从构成车载电源的车载电池或车载发电装置供给的直流电变换为规定的交流电，并且将所得到的交流电提供给车辆驱动用电动机，来控制车辆驱动用电动机的驱动。
再有，以下说明的结构还可使用于车辆驱动用以外的换流器装置，例如适用于用作电动制动装置或电动动力转向装置的控制装置的换流器装置。另外，以下说明的结构还可适用于DC/DC转换器或直流断路器(chopper)等直流—直流电力变换装置或交流—直流电力变换装置等其他车载用电力变换装置中。再有，以下说明的结构也可使用于用作对工厂的设备进行驱动的电动机的控制装置的产业用电力变换装置、或用作对家庭的太阳能发电系统或家庭的电气化产品进行驱动的电动机的控制装置之类的家庭用电力变换装置。尤其优选适用于使电力变换装置小型化，以便实现电力变换装置的搭载性的改善或低价格化的装置中。
另外，在以下的实施例中，以将具备应用了本发明的车辆驱动用换流器装置的车辆驱动用电机系统，搭载在混合动力(hybrid)汽车中的情况为例进行说明，其中上述混合动力汽车被构成为将作为内燃机的发动机和车辆驱动用电动机作为车辆的驱动源，对前后轮中的其中一方进行驱动。再有，混合动力汽车也可为由发动机来驱动前后轮中的其中一方，并且由车辆驱动用电动机来驱动前后轮的另一方的混合动力汽车。本实施例的车辆驱动用电机系统也可适用于这样构成的混合动力汽车中。
再有，上述车辆驱动用电机系统也可适用于纯电动汽车，该纯电动汽车被构成为将车辆驱动用电动机作为车辆的驱动源，对前后轮中的其中一方进行驱动。另外，应用了本发明的车载用换流器装置的车载用电机系统也可适用于简单的混合动力汽车，该简单的混合动力汽车将作为内燃机的发动机作为车辆的驱动源对前后轮中的其中一方进行驱动，并且将车载用电机系统作为发动机起动用或者发动机的起动用和加速运转时的发动机的动力辅助。再有，具备应用了本发明的车载用换流器装置的车载用电机系统，也可适用于将作为内燃机的发动机作为车辆的驱动源来驱动前后轮中的其中一方、并且搭载有电动制动装置或电动动力转向装置等车载电机系统的汽车中。
(实施例1)
根据图1至图20，说明本发明的第一实施例。
首先，使用图20说明混合动力电动汽车1的结构。
本实施例的混合动力电动汽车(以下记为“HEV”)1是一辆电动汽车，其具备两个车辆驱动用系统。其中之一是将作为内燃机的发动机10作为动力源的发动机系统。发动机系统主要用作HEV的驱动源。另一方是将电动发电机(motor generator)30、40作为动力源的车载电机系统。车载电机系统主要作为HEV的驱动源及HEV的电力发生源。
在车体(省略图示)的前部将前轮车轴3可旋转地轴支撑。在前轮车轴3的两端设置有一对前轮2。在车体的后部将后轮车轴(省略图示)可旋转地轴支撑。在后轮车轴的两端设有一对后轮(省略图示)。在本实施例的HEV中采用了将由动力驱动的主轮作为前轮2，将随动的从轮作为后轮的所谓的前轮驱动方式，但是也可采用与其相反的也就是后轮驱动方式。
前轮车轴3的中央部分设置有前轮侧差速齿轮(differential gear)(以下记为“前轮侧DEF”)4。前轮车轴3与前轮侧DEF4的输出侧机械连接。前轮侧DEF4的输入侧与变速机20的输出轴机械连接。前轮侧DEF4是将由变速机20变速而传递的旋转驱动力分配给左右前轮车轴3的差动式动力分配机构。变速机20的输入侧与电动发电机30的输出侧机械连接。电动发电机30的输入侧介由动力分配机构50与发动机10的输出侧和电动发电机40的输出侧机械连接。
再有，电动发电机30、40和动力分配机构50被收容于变速机20的壳体的内部。
动力分配机构50是由齿轮51-58构成的差动机构。齿轮53-56是伞齿轮(bevel gear)。齿轮51、52、57、58是正齿轮(spur gear)。电动发电机30的动力直接传递到变速机20。电动发电机30的轴与齿轮57是同轴。通过该结构，当对电动发电机30没有供给驱动电力时，传递到齿轮57的动力直接传递到变速机20的输入侧。如果通过发动机10的工作对齿轮51进行驱动，则发动机10的动力从齿轮51传递到齿轮52后，接着从齿轮52传递到齿轮54和齿轮56，接着从齿轮54和齿轮56传递到齿轮58，最终传递到齿轮57。如果通过电动发电机40的工作对齿轮53进行驱动，则电动发电机40的旋转从齿轮53传递到齿轮54和齿轮56，接着从齿轮54和齿轮56传递到齿轮58，最终传递到齿轮57。
再有，作为动力分配机构50，也可使用行星齿轮(planet gear)机构等其他机构来取代上述差动机构。
电动发电机30(40)是在转子中具备永磁体的同步机，通过由换流器装置100(300)来控制提供给定子的电机子线圈31(41)的交流电力，由此控制驱动。换流器装置100、300与电池60电连接，电池60与换流器装置100、300彼此之间能够授受电力。
在本实施例中具备：由电动发电机30和换流器装置100构成的第一电动发电单元；和由电动发电机40和换流器装置300构成的第二电动发电单元，根据运转状态将它们分开使用。即，在利用来自发动机10的动力来驱动车辆的情况下，当加速(assist)车辆的驱动转矩时将第二电动发电单元作为发电单元，由发动机10的动力使其工作发电，并且利用由该发电得到的电力，使第一电动发电单元作为电动单元工作。而且在同样的情况下，当加速车辆的车速时将第一电动发电单元作为发电单元，利用发动机10的动力使其工作发电，并且利用由该发电得到的电力，使第二电动发电单元作为电动单元工作。
另外，在本实施例中，由电池60的电力使第一电动发电单元作为电动单元工作，从而能够仅仅利用电动发电机30的动力来进行车辆的驱动。
再有，在本实施例中，将第一电动发电单元或第二电动发电单元作为发电单元利用发电机10的动力或来自车轮的动力使其工作发电，从而能够进行电池60的充电。
接下来，使用图19说明换流器装置100、300的电路结构。
另外，在本实施例中，以单独构成换流器装置100、300的每一个的情况为例进行了说明，但是也可将换流器装置100、300统一为一个换流器装置单元。
再有，在本实施例中，为了容易区别电力系统和信号系统，以实线来表示电力系统，以虚线来表示信号系统。
换流器装置100(300)具备半导体模块101、电容器装置102和控制装置103。
半导体模块101构成电力变换用主电路，其具备多个开关用功率半导体元件。多个开关用功率半导体元件接收从控制装置103输出的驱动信号而动作，并且将从电池60供给的直流电变换为三相交流电。将该变换后的电力提供给电动发电机30(40)的电机子线圈31(41)。电力变换用主电路由三相桥电路构成，被构成为三相份的串联电路分别与电池60的正极侧与负极侧之间并联电连接。串联电路也可称作桥臂(arm)，其由上桥臂侧的开关用功率半导体元件和下桥臂侧的开关用功率半导体元件构成。
在本实施例中，将IGBT(绝缘栅型双极晶体管)111用作开关用功率半导体元件。IGBT111具备集电极、发射极和栅电极这3个电极。在IGBT111的集电极与发射极之间电连接有二极管112。二极管112具备阴极和阳极这两个电极，按照从IGBT111的发射极向集电极的方向成为正向的方式，阴极与IGBT111的集电极电连接，阳极与IGBT111的发射极电连接。
作为开关用功率半导体元件也可使用MOSFET(金属氧化物半导体型场效应晶体管)。MOSFET具备漏电极、源电极和栅电极这三个电极。
再有，MOSFET在源电极与漏电极之间具备从漏电极向源电极的方向成为正向的寄生二极管。因此，如IGBT那样无需另外设置二极管。
桥臂与电动发电机30(40)的电机子线圈31(41)的各相线圈对应而设置有三相份。三个桥臂通过IGBT111的源电极和IGBT111的漏电极分别介由中间电极120串联电连接而构成。各桥臂的上桥臂侧的IGBT111的漏电极介由正极侧电极130与电容器装置102的正极侧电容器电极171电连接，各桥臂的下桥臂侧的IGBT111的源电极介由负极侧电极140与电容器装置102的负极侧电容器电极172电连接。相当于各桥臂的中点部分(上桥臂侧的IGBT111的源电极和下桥臂侧的IGBT111的漏电极电极之间的连接部分)的中间电极120与电动发电机30(40)的电极子线圈31(41)的对应的相线圈电连接。在本实施例中如后述那样将一个桥臂由一个电路装置(半导体装置)110构成。
电容器装置102用于构成对因IGBT111的开关动作而产生的直流电压的变动进行抑制的平滑电路。电容器装置102的正极侧电容器电极171与电池60的正极侧电连接，电容器装置102的负极侧电容器电极172与电池60的负极侧电连接。由此，电容器装置102在半导体模块101的直流侧(输入侧)与电池60之间，对半导体模块101的直流侧(三个桥臂的各自的正极侧电极130与负极侧电极140之间)和电池60的每一个并联电连接。
控制装置103用于使IGBT111工作，具备：控制部，其生成用于根据来自其他控制装置或传感器等的输入信息，来控制IGBT111的开关定时的定时信号；和驱动部，其生成用于根据从控制部输出的定时信号，使IGBT111进行开关动作的驱动信号。
控制部由微型计算机(以下记为“微机”)构成。在微机中作为输入信息输入有：对电动发电机30(40)要求的目标转矩值；从半导体模块101提供给电动发电机30(40)的电机子线圈31(41)的电流值；和电动发电机30(40)的转子的磁极位置。目标转矩值是基于从上位控制装置输出的指令信号的值。电流值是根据从电流传感器194输出的检测信号检测出的值。磁极位置是根据从电动发电机30(40)中设置的旋转磁极传感器32(42)输出的检测信号检测出的值。在本实施例中以检测二相的电流值的情况为例进行说明，但是也可构成为检测三相份的电流值。
微机根据目标转矩值来运算d、q轴的电流指令值，并且根据该运算出的d、q轴的电流指令值与检测出的d、q轴的电流值的差分，来运算d、q轴的电压指令值后，将该运算出的d、q轴的电压指令值根据检测出的磁极位置变换为U相、V相、W相的电压指令值。而且，微机根据基于U相、V相、W相的电压指令值的基波(正弦波)与载波(三角波)之间的比较，来生成脉冲状的调制波后，将该所形成的调制波作为PWM(脉冲宽度调制)信号输出到驱动部。在驱动部中与各相的上下桥臂对应而从微机输出六个PWM信号。作为从微机输出的定时信号也可使用矩形波信号等其他信号。
驱动部由将多个电路部件集成为一个的集成电路即所谓的IC来构成。在本实施例中以对应各相的上下桥臂的每一个设置一个IC的情况(1in1)为例进行说明，但是也可构成为对应各桥臂的每一个设置一个IC(2in1)或者对应所有的桥臂设置一个IC(6in1)。驱动部，当驱动下桥臂时，放大PWM信号，并将其作为驱动信号输出到对应的下桥臂的IGBT111的栅电极，当驱动上桥臂时，将PWM信号的基准电位的电平移位到上桥臂的基准电位的电平之后放大PWM信号，并将其作为驱动信号输出到对应的上桥臂的IGBT111的栅电极。由此，各IGBT111根据所输入的驱动信号进行开关动作。
另外，控制装置103进行异常检测(过电流、过电压、过温度等)，来保护半导体模块101。因此，控制装置103被输入传感信息。例如从各桥臂的传感器引出(lead)布线163向对应的驱动部(IC)输入流过各IGBT111的源电极的电流的信息。由此，各驱动部(IC)进行过电流检测，当检测出过电流时使对应的IGBT111的开关动作停止，从而保护IGBT111不受过电流影响。从设置于半导体模块101的温度传感器104向微机输入半导体模块101的温度的信息。另外，微机被输入半导体模块101的直流正极侧的电压的信息。微机根据这些信息进行过温度检测及过电压检测，当检测出过温度或过电压时使所有的IGBT111的开关动作停止，从而保护半导体模块101不受过温度或过电压的影响。
接下来，使用图1至图18说明实现图19的电路结构的实际的换流器装置100、300的结构。
在本实施例中，不是如以往那样介由绝缘基板将多个半导体芯片安装在模块壳体(module case)的散热底座上，并且由金属线等布线构件进行布线来构成半导体模块，而是实现了将半导体芯片和布线构件在与半导体模块分离的状态下预先构成为部件或装置的、所谓的分立式部件化或装置化，从而在制造半导体模块时安装该分立式部件或装置来构成半导体模块。
首先，使用图1至图5，说明作为分立式部件或装置的电路装置(半导体装置)110的结构。
如上所述，在本实施例中以桥臂为单位(2in1)实现了分立式部件化或装置化。
电路装置110是在外观上，通过在将作为包装材料(封装材料)的密封树脂(环氧树脂)利用传递模塑法(transfer molding)成型而构成的成型体150的内部中，埋设用于构成IGBT111和二极管112的半导体芯片、金属制造的缓冲构件113、114以及多个电极和多个布线的一部分，并且将多个电极和多个布线的剩余的部分从成型体150的内部导出到外部或在成型体150的外部露出的结构体。
作为多个电极具备中间电极120、正极侧电极130和负极侧电极140。中间电极120、正极侧电极130和负极侧电极140由金属例如传热性和传导性优良的铜或铜合金制造的平板导体形成。作为多个布线具备上述的栅电极引出布线160、162和传感器引出布线161、163。栅电极引出布线160、162和传感器引出布线161、163由金属例如传热性和传导性优良的铜或铜合金制造的细长的棒状或针状的菱柱体导体形成。
在本实施例中，为了能够实现提高电路装置110的内部中的半导体芯片的散热性和减小布线电感这两者，构成了中间电极120、正极侧电极130和负极侧电极140。
以下在本实施例中将中间电极120简记为M电极120、将正极侧电极130简记为P电极130、将负极侧电极140简记为N电极140、将栅电极引出布线160、162简记为G布线160、162、将传感器引出布线161、163简记为S布线161、163。
另外，以下在本实施例中，在长方体或方形板体中将表面积比其他面大的一对长方形(矩形)对向面定义为主面，将沿着该主面的四个边(四边)延伸且设置为直角、而且表面积比主面小的四个长方形(矩形)面定义为周面，将构成包括主面的长方形(矩形)面的四边之中的长度长的一对边定义为长边，将长度短的一对边定义为短边，将包括主面的长方形(矩形)面的长边延伸的方向定义为长边方向或较长方向、将包括主面的长方形(矩形)面的短边延伸的方向定义为短边方向或较短方向，将主面间的距离定义为厚度或高度，将主面的对面方向(周面的短边延伸的方向)定义为厚度方向或高度方向。
成型体150由第一成型部151和第二成型部152这两个成型体构成。
第一成型体151是对M电极120、P电极130和N电极140的半导体芯片的安装部分、以及G布线160、162和S布线161、163的一部分进行包装的长方体或方形板部分。第一成型部151的厚度比上述电极的板厚或上述布线的直径大。
在第一成型部151的长边侧端部的一方的中央部分形成有第二成型部152。第二成型部152是对P电极130和N电极140的曲折部分进行包装的多面体部分，其与第一成型部151一体形成。构成第二成型部152的多面体是长方体的一部分缺欠的多面体，当按照使长方体的主面面向第一成型部151侧的方式配置长方体时，长方体的主面的一方(第一成型部151侧)形成为台阶(step)状，而在长方体的主面的另一方的短边方向的中央部分形成有在长边方向上连续延伸的凹状的槽153。在第一成型部151的长边相同方向延伸的第二成型部152部分的大小比第一成型部151的长边小。在与第一成型部151的厚度相同的方向延伸的第二成型部152部分的大小比第一成型部151的厚度厚。形成于第二成型部152的台阶(step)的层数为2层。形成于第二成型部152的台阶的另一方为与第一成型体151的长边侧周面的一方的连接部位，高度比台阶的另一方高。即台阶的另一方是上层，台阶的另一方是下层。
在第二成型部152的第二短边侧形成的凹状的槽153是与设置在后述的电容器装置102的连接构件的凸状的突起卡合的部分。再有，凹状的槽153也可为凸状的突起。在该情况下，设置在电容器装置102的连接构件的凸状的突起成为凹状的槽。
以下在本实施例中，将第一成型部151的主面的一方(纸面左侧)定义为第一主面，将其另一方(纸面右侧)定义为第二主面，将第一成型部151的长边方向的另一方侧(纸面前侧)定义为第一长边侧，将其另一方侧(纸面里侧)定义为第二长边侧，将第一成型部151的短边方向的一方侧(纸面上侧)定义为第一短边侧，将其另一方侧(纸面下侧)定义为第二短边侧，将第一成型部151的厚度方向的一方侧(纸面左侧)定义为第一主面侧，将其另一方侧(纸面右侧)定义为第二主面侧。
在第一成型部151的内部中将M电极120、G布线162和S布线163配置在第一主面侧，将P电极130、N电极140、G布线160和S布线161配置在第二主面侧。M电极120、P电极130及N电极140的各电极面相互平行配置，而且第一成型部151的第一及第二主面均满足平行的配置关系。
M电极120由散热部121、引出布线部122和引出端子部123构成。
散热部121构成半导体芯片的安装基板与散热基板，是沿着第一成型部151的第一主面与第一成型部151的第一主面平行地延伸的长方形平板部分。散热部121的长边沿着与第一成型部151的长边相同的方向延伸，而且长度比第一成型部151的长边短。散热部121的短边沿着与第一成型部151的短边相同的方向延伸，而且长度比第一成型部151的短边短。散热部121的第一主面侧主面为散热面。散热部121的散热面按照在第一成型部151的第一主面的表面上与第一成型部151的第一主面成为一个面的方式露出。散热部121的第二主面侧主面为安装面。
在散热部121的第一短边侧端部形成有构成桥臂的输出端的引出布线部122。引出布线部122是从散热部121的第一短边侧周面的中央部分向第一短边侧以直角弯曲而笔直地延伸，并从第一成型部151的第一短边侧周面向外部导出的长方形平板部分，该引出布线部122与散热部121在同一平面上配置，并且与散热部121一体形成。引出布线部122的短边沿着与第一成型部151的长边相同的方向延伸，而且长度比散热部121的短边短。引出布线部122的长边向第一短边侧延伸。
在引出布线部122的第一短边侧端部形成有构成桥臂输出端的连接部的引出端子部123。引出端子部123是引出布线部122的第一短边侧端部在原来的状态下进一步向第一短边侧笔直地延伸而形成的长方形平板部分，引出端子部123与引出布线部122在同一平面上配置，并且与引出布线部122一体形成。在引出端子部123的主面(端子面)形成有在第一成型部151的厚度方向上贯通的圆形状的螺丝孔124。
与M电极120的第二主面侧对置的部位配置有P电极130和N电极140。
N电极140由散热部141、引出布线部142、引出端子部143、第一弯曲部144和第二弯曲部145构成。
散热部141构成半导体芯片的安装基板和散热基板，是沿着第一成型部151的第二主面而与第一成型部151的第二主面平行地延伸的长方形平板部分。散热部141的短边沿着与第一成型部151的长边相同的方向延伸，而且长度比第一成型部151的短边短。散热部141的长边在第一成型部151的短边相同的方向延伸，而且长度与第一成型部151的短边相等。散热部141的第二主面侧主面为散热面。散热部141的散热面按照在第一成型部151的第二主面的表面上与第一成型部151的第二主面成为一个面的方式露出。散热部141的第一主面侧主面为安装面。
在散热部141的第二长边侧端部形成有使导体位置变位的第一弯曲部144。第一弯曲部144是散热部141的第二长边侧端部在原来的状态下向M电极120侧以直角弯曲、而向M电极120侧笔直地延伸的长方形平板部分，与散热部141一体形成。第一弯曲部144的长边沿与散热部141的长边相同的方向延伸，而且长度与散热部141的长边相等。第一弯曲部144的短边沿着向M电极120侧的方向延伸，而且长度比引出布线部122的短边短。
在第一弯曲部144的第一主面侧端部形成有构成桥臂的高电位侧输入端的引出布线部142。引出布线部142是第一弯曲部144的第一主面侧端部在原来的状态下向第二长边侧以直角弯曲、而且沿着散热部121的安装面按照与散热部121的安装面平行的方式笔直地延伸后、向第二短边侧以直角弯曲而按照与散热部121的安装面平行的方式笔直地延伸的L字平板部分，该引出布线部142配置在与散热部141不同的平面上，并且与第一弯曲部144一体形成。这样，引出布线部142通过第一弯曲部144而变位，从而比散热部141更靠近M电极120侧。
构成引出布线部142的L字平板导体的两个端部之中，在与第一弯曲部144侧端部相反侧的端部(向第二短边侧延伸的端部)形成有用于使导体位置变位的第二弯曲部145。第二弯曲部145是向引出布线部142的第二短边侧延伸的侧端部在原来的状态下向M电极120侧以直角弯曲而笔直地延伸的长方形平板部分，与引出布线部142一体形成。第二弯曲部145的长边在沿着与引出布线部142的第二短边侧延伸的侧端部的边相同的方向上延伸，而且长度与引出布线部142的第二短边侧延伸的侧端部的边相等。第二弯曲部145的短边沿着向M电极120侧的方向延伸，而且长度比引出布线部122的短边短。
在第二弯曲部145的第一主面侧端部形成有构成桥臂输出端的连接部的引出端子部143。引出端子部143是第二弯曲部145的第一主面侧端部在原来的状态下向第二短边侧以直角弯曲而按照与散热部121的安装面平行的方式笔直地延伸、并且从第二成型部152的第二短边侧端部向外部导出的长方形平板部分，引出端子部143配置在与散热部141和引出布线部142不同的平面上(散热部121的第二短边侧正下方、且与散热部121同一平面上)，并且与第二弯曲部145一体形成。这样，引出端子部143通过第二弯曲部145而变位，并且比散热部141和引出布线部142更靠近M电极120侧。引出端子部143的短边沿着与散热部141的长边相同的方向延伸，而且长度比散热部141的长边短。引出端子部143的长边沿着与第二弯曲部145的长边相同的方向延伸，而且长度与第二弯曲部145的长边相等。引出端子部143的主面(端子面)的第二长边侧端部形成有在第一成型部151的厚度方向上贯通的圆形状的螺丝孔146。
P电极130由散热部131、引出布线部132、引出端子部133和弯曲部134构成。
散热部131构成半导体芯片的安装基板和散热基板，是沿着第一成型部151的第二主面而与第一成型部151的第二主面平行地延伸的长方形平板部分。散热部131的短边沿着与第一成型部151的长边相同的方向延伸，而且长度比第一成型部151的短边短。散热部131的长边在第一成型部151的短边相同的方向延伸，而且长度与第一成型部151的短边相等。散热部131的第二主面侧主面构成散热面。散热部131的散热面按照在第一成型部151的第二主面的表面上与第一成型部151的第二主面成为一个面的方式露出。散热部131的第一主面侧主面构成安装面。
在散热部131的第二长边侧端部形成有构成桥臂的低电位侧输入端的引出布线部132。引出布线部132是散热部131的第一长边侧端部在原来的状态下沿着引出布线部142的第二主面侧平面按照与引出布线部142的第二主面侧平面平行的方式进一步向第一长边侧笔直地延伸后、向第二短边侧以直角弯曲而沿着引出布线部142的第二主面侧平面按照与引出布线部142的第二主面侧平面平行的方式笔直地延伸的L字平板部分，引出布线部132配置在与散热部131同一平面上，并且与散热部131一体形成。引出布线部142的第二主面侧平面构成半导体芯片的散热面。
另外，在本实施例中，采用将引出布线部132的第二主面侧平面作为散热面，并且从第一成型部151的第二主面露出的构成，但是也可构成为由模制树脂(mold resin)覆盖该散热面。
在构成引出布线部132的L字平板导体的两个端部中的位于与散热部131侧端部相反侧的端部(向第二短边侧延伸的端部)形成用于使导体位置变位的弯曲部134。弯曲部134是沿引出布线部132的第二短边侧延伸的端部向与M电极120侧相反侧以直角弯曲的长方形状平板部分，其与引出布线部132一体形成。弯曲部134的长边在与沿着引出布线部132的第二短边侧延伸的端部的边相同的方向上延伸，而且长度与引出布线部132的第二短边侧延伸的端部的边相等。弯曲部134的短边沿着向M电极120侧的方向延伸，而且长度比引出布线部122的短边短。
在弯曲部134的第二主面侧端部形成有构成桥臂的低电位输入端的连接部的引出端子部133。引出端子部133是弯曲部134的第二主面侧端部在原来的状态下向第二短边侧以直角弯曲、并且沿着引出端子部143的第二主面侧主面按照与引出端子部143的第二主面侧主面平行的方式笔直地延伸、而且从第二成型部152的第二短边侧端部向外部导出的长方形平板部分，引出端子部133配置在与散热部131和引出布线部132不同的平面上(比第一成型部151的第二主面更靠近外侧)，并且与弯曲部134一体形成。这样，引出端子部133通过弯曲部134而变位，并且与散热部131和引出布线部132相比更远离M电极120侧。引出端子部133的短边沿与散热部131的长边相同的方向延伸而且长度比散热部141的长边短。引出端子部133的长边沿着与弯曲部134的长边相同的方向延伸，而且长度与弯曲部134的长边相等。在引出端子部133的主面(端子面)的第一长边侧端部形成有在第一成型部151的厚度方向上贯通的圆形状的螺丝孔135。
在散热部121与散热部131之间的安装面之间，将构成上桥臂侧的IGBT111和上桥臂侧的二极管112的半导体芯片在短边方向上并列配置，并且安装在第二长边侧端部。
以下在本实施例中，将构成上桥臂侧的IGBT111的半导体芯片记为HI芯片，将构成上桥臂侧的二极管112的半导体芯片记为HD芯片。
配置在第一短边侧的HI芯片按照在第二主面侧芯片面形成的集电极与散热部131的安装面电连接的方式，利用焊剂将第二主面侧芯片面接合在散热部131的安装面。配置于第二短边侧的HD芯片按照在第二主面侧芯片面形成的阴极与散热部131的安装面电连接的方式，利用焊剂将第二主面侧芯片面接合在散热部131的安装面。在HI芯片的第一主面侧芯片面按照将发射极与缓冲构件113电连接的方式，利用焊剂接合了缓冲构件113的第二主面侧平面。在HD芯片的第一主面侧芯片面按照将阳极与缓冲构件114电连接的方式利用焊剂接合了缓冲构件114的第二主面侧平面。缓冲构件113、114的第一主面侧平面利用焊剂接合在散热部121的安装面。这样，HI芯片和HD芯片按照在散热部121与散热部131的安装面之间被层叠的方式两面安装。
在散热部121与散热部141之间的安装面之间，将构成下桥臂侧的IGBT111和下桥臂侧二极管112的半导体芯片在短边方向上并列配置，并且安装在第一长边侧端部。
以下在本实施例中，将构成下桥臂侧的IGBT111的半导体芯片记为LI芯片，将构成下桥臂侧的二极管112的半导体芯片记为LD芯片。
配置在第一短边侧的LI芯片按照在第一主面侧芯片面形成的集电极与散热部121的安装面电连接的方式，利用焊剂将第一主面侧芯片面接合在散热部121的安装面。配置于第二短边侧的LD芯片按照在第一主面侧芯片面形成的阴极与散热部121的安装面电连接的方式，利用焊剂将第一主面侧芯片面接合在散热部121的安装面。在LI芯片的第二主面侧芯片面按照将发射极与缓冲构件113电连接的方式，利用焊剂接合了缓冲构件113的第一主面侧平面。在LD芯片的第二主面侧芯片面按照将阳极与缓冲构件114电连接的方式利用焊剂接合了缓冲构件114的第一主面侧平面。缓冲构件113、114的第二主面侧平面利用焊剂接合在散热部141的安装面。这样，LI芯片和HD芯片按照在散热部121与散热部141之间的安装面之间被层叠的方式两面安装。
缓冲构件113、114用于缓和热应力，并且用于HI芯片及HD芯片与散热部121之间的电连接和热连接、以及LI芯片及LD芯片与散热部141之间的电连接和热连接上的衬垫(spacer)，而且是一种具有传热性和传导性的金属例如钼和铜的合金制造的长方体状的块体。
再有，在本实施例中，以将缓冲构件113接合在HI芯片和LI芯片的发射极侧芯片面、将缓冲构件114接合在HD芯片和LD芯片的阴极侧芯片面的情况为例进行了说明，但是也可接合在分别相反的芯片面侧。
另外，如果将接合在HI芯片的发射极侧芯片面的缓冲构件113接合在HI芯片的集电极侧芯片面，将接合在HD芯片的阳极侧芯片面的缓冲构件114接合在HD芯片的阴极侧芯片面，则能够使M电极120的散热部121中的HI芯片和HD芯片的冷却能力与LI芯片和LD芯片的冷却能力相等。
在HI芯片的第一主面侧芯片面和LI芯片的第二主面侧芯片面形成有栅电极和电流检测用电极。HI芯片的栅电极与G布线160通过在两者之间焊接铝线(aluminium wire)而电连接，并且电流检测用电极与S布线161通过在两者之间焊接金属线而电连接。LI芯片的栅电极与G布线162通过在两者之间焊接铝线而电连接，并且电流检测用电极与S布线163通过在两者之间焊接金属线而电连接。
G布线160和S布线161，在长边方向上并列配置而在P电极130的第二长边侧端部的第一短边侧配置，并且向第一短边侧延伸而从第一成型部151的第一短边侧周面向外部导出。G布线162和S布线163，在长边方向上并列配置而在M电极120的第一长边侧端部的第一短边侧配置，并且向第一短边侧延伸而从第一成型部151的第一短边侧周面向外部导出。
当电路装置110组装时，首先将LI芯片和LD芯片的第一主面侧芯片面接合在M电极120的散热部121的安装面。接着将G布线162接合在LI芯片的栅电极、将S布线163接合在LI芯片的电流检测用电极。而且，在LI芯片的第二主面侧芯片面侧接合缓冲构件113，在LD芯片的第二主面侧芯片面接合缓冲构件114。通过以上方式，完成M电极120侧的第一组装体(参照图1)。
接下来，将第一组装体与N电极140对置，并且在缓冲构件113、114的第二主面侧平面接合N电极140的散热部141的安装面。由此，按照N电极140的引出布线部142的第一主面侧主面介由间隙117最靠近M电极120的散热部121的安装面的方式，在第一组装体安装N电极140。间隙117的距离为，当间隙117中填充有绝缘构件(模制树脂)时，成为能够确保M电极120与N电极140之间的电绝缘距离的大小，由第一弯曲部144的短边方向的长度来决定。通过上述方式，完成基于第一组装体和N电极120的第二组装体。
接着将HI芯片和HD芯片的第二主面侧芯片面接合在P电极130的散热部131的安装面。接着将G布线160接合在HI芯片的栅电极、将S布线161接合在HI芯片的电流检测用电极。而且，将缓冲构件113接合在HI芯片的第一主面侧芯片面侧，将缓冲构件114接合在HD芯片的第一主面侧芯片面。由此完成P电极130侧的第三组装体(参照图1)。再有，在本实施例中，第二组装体之后制造了第三组装体，但是也可与第一组装体同时制造或第一组装体之后且第二组装体之前制造第三组装体。
接着使第二组装体与第三组装体对置，并且将M电极120的散热部121的安装面接合在第三组装体的缓冲构件113、114的第一主面侧平面。由此，按照N电极140的引出布线部142的第二主面侧主面隔着间隙118与P电极130的引出布线部132的第一主面侧主面靠近且对置的方式，在第二组装体安装第三组装体。而且，按照引出布线部132的第一长边侧端部隔着间隙116而与散热部141的第二长边侧端部靠近的方式，在第二组装体安装第三组装体。进而，按照引出端子部133的第一主面侧主面隔着间隙115而与引出端子部143的第二主面侧主面对置的方式，在第二组装体安装第三组装体。间隙116的距离为，当间隙116中填充有绝缘构件(模制树脂)时，成为能够确保P电极130与N电极140之间的电绝缘距离的大小，并且由散热部131、引出布线部132和散热部141的长边方向的长度来决定。间隙118的距离为，当间隙118中填充有绝缘构件(模制树脂)时，成为能够确保P电极130与N电极140之间的电绝缘距离的大小，并且由第一弯曲部144的短边方向的长度来决定。间隙115的距离为，可将后述的电容器装置102的连接构件无缝隙地插入(卡合)的大小，由第一成型部151的厚度方向上的弯曲部134和第二弯曲部145的长度来决定。通过上述方式，完成基于第二组装体和第三组装体的第四组装体(参照图2)。
接着采用冶具(冶具)或模具(金型，metallic mould)来固定第四组装体。接着对模制树脂体施加热和压力将模制树脂注入到冶具或模具的内部。由此，将模制树脂填充在第四组装体与冶具或模具的间隙、和第四组装体的内部的间隙中，从而完成图3所示的成型体150。此时，M电极120的散热部121的散热面露出在第一成型部150的第一主面的表面。再有，由于P电极130的散热部131和引出布线部132以及N电极140的散热部141配置在同一平面上，因此P电极130的散热部131和引出布线部132以及N电极140的散热部141的散热面，在第一成型部151的第二主面的表面在长边方向上并列配置而露出。再有，M电极120的引出布线部122和引出端子部123、以及G布线160、162和S布线161、163从第一成型部151的第一短边侧主面导出，P电极130的引出端子部133和N电极140的引出端子部143从第二成型部152的第二短边侧平面导出。
模制树脂具有电绝缘性，并且通过填充第四组装体，使M电极120、P电极130、N电极140、G布线160、162和S布线161、163之间电绝缘。
在引出端子部133设置的螺丝孔135和在引出端子部143设置的螺丝孔146在长边方向上相反的位置形成。由此，在使引出端子部133和引出端子部143对置的情况下，螺丝孔135和螺丝孔146偏向长边方向并开口。
根据以上说明的本实施例，利用第一弯曲部144使N电极140向与P电极130侧相反方向弯曲，且使P电极130的引出布线部132和N电极140的引出布线部142靠近N电极140的弯曲方向而平行地对置，并且使引出端子部133和引出端子部143并行地对置，因此当在引出布线部132和引出端子部133上流过正电流，在引出布线部142和引出端子部143流过与正电流大小相等且方向相反的负电流时，能够通过由负电流产生的磁场来抵消由正电流产生的磁场。由此，根据本实施例，通过磁场抵消效果，能够减小引出布线部132、142和引出端子部133、143的布线电感。
图6、图7具体表示上述构成的布线电感的减小效果。再有，在本实施例中，以将上桥臂侧的IGBT111由关断切换为接通的情况为例进行说明。
在上桥臂侧的IGBT111的集电极侧布线(引出布线部132和引出端子部133)和下桥臂侧的IGBT111的发射极侧布线(引出布线部142和引出端子部143)上，如图6所示那样存在布线电感106。另外，在电容器装置102的正负两布线上如图6所示那样存在布线电感105。本实施例的电路装置110构成为可减小布线电感106。再有，在本实施例中，如后所述，也可减小布线电感105。
当上桥臂侧的IGBT111从关断切换为接通时，如图6的虚线的箭头所示，在桥臂上瞬间流过从直流正极侧介由上桥臂侧的IGBT111和下桥臂侧的二极管112到达直流负极侧的复原电流(recovery current)107。再有，用符号108表示的实线箭头表示上桥臂侧的IGBT111接通时流过的负载电流。
如图7所示，电路装置110中复原电流107从P电极130的引出端子部133向N电极140的引出端子部143流动。此时，引出布线部132和N电极140的引出布线部142上流动的复原电流成为大小相等且方向相反的电流。流过P电极130的引出端子部133和N电极140的引出端子部143的复原电流也成为大小相等且方向相反的电流。由此，在上述对置部位上，由流过一方的复原电流而产生的磁场、与由流过另一方的复原电流而产生的磁场相抵消，从而布线电感106减小。
再有，将上桥臂侧的IGBT111由接通切换为关断时、将下桥臂侧的IGBT111由关断切换为接通时、以及将下桥臂侧的IGBT111由接通切换为关断时也可期待与上述同样的效果。
从而，根据本实施例，由于能够减小电路装置110的布线电感106，因此能够减小IGBT111的开关时的损耗，并且能够减小IGBT111的发热量。从而，根据本实施例，能够采用更小型化的用于构成IGBT111的半导体芯片来构成电路装置110，能够使电路装置110小型化。
再有，根据本实施例，由于将构成上桥臂侧的IGBT111和二极管112的半导体芯片通过P电极130和M电极120夹持，将构成下桥臂侧的IGBT111和二极管112的半导体芯片通过N电极140和M电极120夹持，并且将与P电极130和M电极120的半导体芯片的安装面侧相反侧的面、以及与N电极140和M电极120的半导体芯片的安装面侧相反侧的面分别作为散热面在第一成型部151的表面露出，从而能够将半导体芯片的发热从半导体芯片的两个芯片面介由各电极放出外部。由此根据本实施例，能够使半导体芯片的散热进一步增大，能够提高电路装置110侧的冷却性能。从而，根据本实施例，能够采用更小型化的用于构成IGBT111和二极管113的半导体芯片来构成电路装置110，能够使电路装置110更小型化。
如上所述，在本实施例中，能够实现减小电路装置110的布线电感和提高冷却性能这两者。
接下来，采用图8～18，说明安装了上述电路装置110的实际的换流器装置100(300)的结构。
换流器装置100(300)具备用于构成半导体模块101、电容器装置102和控制装置103的电路基板单元190。
半导体模块101由散热底座170和安装于该散热底座170的电路装置110构成。
散热底座170是例如铝等的热导性良好的金属制造的散热器，是具备用于安装且冷却电路装置110的底座主体、构成与壳体的安装部的凸缘(collar)部、以及用于冷却电容器装置102的冷却风扇174的结构体。底座主体、凸缘部和冷却风扇174通过上述金属材料的模塑加工或切削加工来一体形成。底座主体由长方体状的块体构成。
以下在本实施例中，当散热底座170的底座主体的尺寸满足深度＞宽度＞高度的大小关系是，将底座主体的深度方向定义为较长方向，将底座主体的宽度方向定义为较短方向，将底座主体的高度方向直接定义为高度方向或厚度方向。
在散热底座170的底座主体的较短方向中央部，将从底面175向上面173与高度方向垂直贯通的3个电路装置插入部172在较长方向上排成一列来形成。电路装置插入部172的剖面形状为矩形。此时，电路装置插入部172设置为长边延伸的方向成为与较长方向相同的方向。在电路装置插入部172的较短方向两侧形成的侧壁176构成了冷却面。在侧壁176的较长方向两端部和较长方向中央部形成有树脂栅(gate)177。树脂栅177是沿着高度方向延伸的剖面凹状的槽。在电路装置插入部172的较长方向两侧形成的侧壁的短边方向中央部也形成有沿着高度方向延伸的作为剖面凹状的槽的树脂栅177。当将电路装置110插入到电路装置插入部172时，将树脂注入两者之间的间隙时使用树脂栅177，该树脂栅177按照不会干扰电路装置110的散热面的方式通过剖面凹状的槽构成。
在散热底座170底座主体的内部的较短方向两端部形成有致冷剂流路171。致冷剂流路171按照从较短方向两侧夹持侧壁76、并且与侧壁176平行的方式，从较长方向的侧面的一方贯通于另一方，并且在较短方向上平行地并列设置。致冷剂流路171的剖面形状为矩形。在致冷剂流路171流动作为致冷剂的冷却液(水)。
电路装置插入部172的较短方向的尺寸(侧壁176之间的距离)稍微大于电路装置插入部172中插入的电路装置110的厚度方向的尺寸(成型体150的第一主面与第二主面之间的距离)。为此，当将电路装置110插入到电路装置插入部172时，第一成型部151的第一主面与侧壁176之间和第一成型部151的第二主面与侧壁176之间分别形成间隙。在该间隙中填充有高热传导树脂200。
散热底座170的凸缘部是设置为从散热底座170的底座主体的较短方向两侧面上部向较短方向两方向突出的部位，由剖面形状为L字状的板构件构成。半导体模块101在搭载有电容器装置102和电路基板单元190的状态(参照图8)下，通过将散热底座170的凸缘部固定于金属制造的壳体(省略图示)的凸缘部或安装部，可收容并固定于壳体的内部。通过由金属制造的盖覆盖壳体的开口部分，来密封壳体的内部，从而实现防水(密闭)及电磁屏蔽。
冷却风扇174是设置为从散热底座170的底座主体的底面175的较短方向两端部朝向下方侧垂直突出的部位，剖面形状为L字状的板构件设置在散热底座170底座主体的较长方向的全长上。在冷却风扇174的侧壁面形成有多个螺丝插入孔179。螺丝插入孔179是在较短方向上贯通冷却风扇174的侧壁的圆形状的通孔，是在由冷却风扇174包围的区域内用于从冷却风扇174的侧壁侧插入螺丝而设置的孔。
电路装置110从底面175侧插入到电路装置插入部172，并且由高热传导树脂200被夹物模压(insert molding)。电路装置110的定位是由第二成型部152进行。即，第二成型部152的厚度方向的尺寸比电路装置插入部172的较短方向的尺寸大。为此，当在电路装置插入部172中从底面175侧插入了电路装置110时，第二成型部152与底面175对接而作为限位器(stopper)发挥作用。
高热传导树脂200具有高热传导性和电绝缘性，例如环氧树脂中混合了氧化硅(silica)的物质。而且，作为在环氧树脂等树脂剂中所含有的物质，也可采用氧化铝、氮化铝、硼氮化物等来取代氧化硅。通过树脂栅177注入的高热传导树脂200填充在第一成型部151的第一主面与侧壁176之间的间隙、第一成型部151的第二主面与侧壁176之间的间隙、第二成型部152的下级的台阶(step)面与底面175之间的间隙以及树脂栅177中。再有，从散热底座170的主体的上面173露出的电路装置110的一部分(第一成型部151的第一短边侧的露出部分、引出布线部122的一部分、G布线160、162和S布线161、163的一部分)，按照高热传导树脂200的包装范围比电路装置插入部172的开口部尺寸大的方式，被高热传导树脂200覆盖。由此，电路装置110在电绝缘的状态下固定于散热底座170的主体。另外，电路装置110的散热面(散热部121的第一主面侧、散热部131、141和引出布线部122的第二主面侧)在与侧壁176电绝缘的状态下与侧壁176热连接。
根据本实施例，由于电路装置110的散热面(散热部121的第一主面侧、散热部131、141和引出布线部122的第二主面侧)与侧壁176热连接，因此从电路装置110的两面散热的半导体芯片的发热介由高热传导树脂热传递，并且从侧壁176热传递到流动在致冷剂流路171的冷却液。由此，根据本实施方式，由于能够冷却电路装置110的内部的半导体芯片的两面，因此能够提高电路装置110的冷却性能，并且采用更小型化的半导体芯片来构成电路装置110。从而，根据本实施方式，能够使电路装置110小型化，并且能够使安装有电路装置110的半导体模块101小型化。
在由冷却风扇174包围而形成的区域内的下部配置有电容器装置102，在其上部(底面175侧)配置有从第二成型部121的第二短边侧朝向电容器装置102延伸的引出端子部133、143。电容器装置102和引出端子部133、143为同极性的端子彼此电连接。
电容器102具备电容器块180、连接构件183、正极侧电容器端子181、负极侧电容器端子182和绝缘片184。正极侧电容器端子181和负极侧电容器端子182由金属例如传热性和传导性优良的铜或铜合金制造的平板导体构成。连接构件183例如由绝缘构件形成。作为绝缘构件例如采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT：Polybutylene terephthalate)。
以下在本实施例中将电容器块180记为C块180，将正极侧电容器端子181记为PC端子181，将负极侧电容器端子182记为NC端子182。
C块180是在壳体内部收容电容器元件的长方体状的块体。C块180的较长方向的尺寸与散热底座170的较长方向的尺寸相同。C块180的较短方向的尺寸为可放进冷却风扇174之间的尺寸。C块180的较短方向的两侧面与冷却风扇174的侧壁的内面对接。由此，C块180和致冷剂流路171介由散热底座170热连接。从而，C块180的发热介由冷却风扇174热传递到散热底座170的底座主体，并且从底座主体热传递到致冷剂流路171中流动的冷却液。
在C块180的上面设置有由PC端子181、NC端子182和绝缘片184构成的端子体。端子体在PC端子181和NC端子182夹持绝缘片184而在较短方向上层叠的状态下，从C块180上面的较短方向的中央部向底面175垂直突出，并且与引出端子部133、144对应而与较长方向平行地延伸。PC端子181和NC端子182突出后分别向较短方向外侧(与绝缘片184的夹持侧相反侧)以直角弯曲而笔直地延伸后、向底面175侧以直角弯曲而笔直地延伸，在平行于较长方向的状态下介由空间部在较短方向上对置。绝缘片184突出后进一步向底面175侧笔直地延伸，并且比PC端子181和NC端子182的弯曲部分更靠近底面175侧延伸。
在PC端子181形成有螺丝孔187。在NC端子182形成有螺丝孔188。螺丝孔187是在较短方向上贯通PC端子181的端子面的通孔，当连接了PC端子181和引出端子部133时，开口位置与引出端子部133的螺丝孔135的开口位置重合。螺丝孔188是在较短方向上贯通NC端子182的端子面的通孔，当连接了NC端子182和引出端子部143时，开口位置与引出端子部143的螺丝孔146的开口位置重合。因此，PC端子181的螺丝孔187和NC端子182的螺丝孔188在较长方向上互不相同地配置。
在PC端子181与NC端子182之间所形成的空间部配置有连接构件183。连接构件183是由PC端子181和NC端子182从较短方向两侧夹持的多面体状的块体，作为PC端子181与NC端子182之间的电绝缘构件、PC端子181及NC端子182与引出端子部133、144之间的连接用构件来使用。构成连接构件183的块体在长方体的底面175侧平面形成有凸状的突起186，在长方体的电容器块180侧形成有凹状的槽185。突起186和槽185在较长方向上连续设置。在构成连接构件183的块体的较短方向两侧部形成有螺母内置部119。螺母内置部119是在块体的较短方向两侧部向较短方向开口的有底六角孔，当将连接构件183插入到PC端子181与NC端子182之间的空间部时，开口位置与螺丝孔187、188的开口位置重合。由此，螺母内置部119在连接构件183的较短方向的一侧和另一侧中，在较长方向上互不相同地配置。在螺母内置部119中内置有螺母189。
当电容器装置102的PC端子181及NC端子182与半导体模块101的引出端子部133、143之间进行电连接时，首先在PC端子181与NC端子182之间的空间部插入连接构件183。此时，连接构件183的槽185与绝缘片184的底面175侧卡合。然后在由冷却风扇174包围而形成的区域内从底面175侧插入上述状态的电容器装置102，并且将PC端子181、NC端子182和连接构件183的端子体从较短方向两侧通过各引出端子部133、143夹紧。此时，PC端子181的较短方向外侧的面与各引出端子部133的第一主面侧主面对接，NC端子182的较短方向外侧的面与各引出端子部143的第二主面侧主面对接。即，同极性的端子彼此连接。再有，此时第二成型部152的槽153与连接构件183的突起186卡合。进而，此时螺丝孔135、187和螺母内置部119的较长方向的位置重合，并且螺丝孔146、188和螺母内置部119的较长方向的位置重合。
再有，连接构件183的突起186和第二成型部152的槽153之间的卡合结构是为了确保连接构件183与电路装置110的连接部的界面的沿面距离(creepage distance)，实现防止放电而设置的。再有，连接构件183的槽185与绝缘片184的卡合结构是为了确保连接构件183与绝缘片184之间的连接部的界面的沿面距离，实现防止放电而设置的。
接下来，介由在内置部119冷却风扇174的侧壁面设置的螺丝插入孔179，将螺丝109插入到较短方向一侧的螺丝孔135、187后，与内置于较短方向一侧的螺母内置部119中的螺母189进行螺旋结合，并且插入到较短方向另一侧的螺丝孔146、188后，与内置于较短方向另一侧的螺母内置部119中的螺母189螺旋结合。这里，螺丝插入孔179设置在与螺丝孔135、187和螺母内置部119重合的位置，并且设置于与螺丝孔146、188和螺母内置部119重合的位置，而且直径比这些螺丝孔大，因此容易进行连接作业。通过上述方式，能够电连接电容器装置102与半导体模块101。
根据本实施例，由于PC端子181与NC端子182平行地对置，因此在PC端子181上流过正电流，在NC端子182流过与正电流大小相等且方向相反的负电流时，通过正电流产生的磁场能够通过负电流产生的磁场来抵消。由此，根据本实施例，利用磁场抵消效果能够减小PC端子181和NC端子182的布线电感。即根据本实施例，能够减小图6所示的布线电感105。
从而，根据本实施例，由于能够减小电容器装置102的布线电感105，因此能够进一步减小ICBT111的切换时的损耗，并且能够进一步减小IGBT111的发热量。从而，根据本实施例，能够采用更小型化的用于构成IGBT111的半导体芯片来构成电路装置110。由此，根据本实施例，能够使电路装置110小型化，并且能够使安装有电路装置110的半导体模块101小型化。
电路基板单元190由控制电路基板191和安装于该控制电路基板191的多个电子部件构成。
作为多个电子部件具备：构成上述的控制部的微机192；构成上述的驱动部的驱动电路(IC)193；对上述的半导体模块101的供给电流进行检测的电流传感器194。
控制电路基板191是长方形状平板，介由衬垫197搭载在散热底座170底座主体上和凸缘部上。再有，控制电路基板191通过螺丝孔178与螺丝195螺旋结合，固定于散热底座170的底座主体上和凸缘部上。
在控制电路基板191的较短方向中央部，与电路装置110的安装位置对应地、在高度方向上贯通的矩形状的三个通孔196在较长方向上排成一列。通孔196的大小形成为当将控制电路基板191搭载在散热底座170底座主体上和凸缘部上时，可正好嵌入到夹物模压后的电路装置110的大小。由此，在本实施例中，可通过控制电路基板191来固定夹物模压后的电路装置110。即在本实施例中将控制电路191作为固定冶具。
微机192安装在位于控制电路基板191的较长方向中央的通孔196的较短方向的一侧。驱动电路193与各桥臂的上桥臂和下桥臂的每一个对应而设置。从而，驱动电路193按照配置在各通孔196的较短方向的两侧、且电路装置110的G布线160、162和S布线161、163的附近(通孔196的较长方向两侧)的方式，安装在控制电路基板191。电流传感器194安装在位于控制电路基板191的较长方向两端的通孔196的中央部(与电路装置110的引出布线部122对应的位置)。安装在较长方向两端的电路装置110的引出布线部122贯通电流传感器194的空心部。电路装置110与电子部件之间、以及各电子部件之间，通过在控制电路基板191设置的布线图案或其他布线构件电连接。
再有，在本实施例中，将微机192和驱动电路193安装在同一基板，但是也可安装在不同基板。另外，在本实施例中，介由衬垫197将控制电路基板191搭载在散热底座170，但是也可在散热底座170中不采用衬垫170。在该情况下，由于控制电路基板191与散热底座170电连接，因此能够期待控制电路基板191的冷却。
在换流器装置100的组装时，首先如上所述那样在散热底座170对组装后的电路装置110进行夹物模压，以便将电路装置110安装到散热底座170，来构成半导体模块101。然后如上所述那样将半导体模块101与电容器装置102电连接。最后将安装有电子部件的控制电路基板191搭载在散热基板170，来组装换流器装置100。
如上所述，根据本实施例，能够减小布线电感的同时，能够通过两面冷却来提高冷却性能。由此，根据本实施例，采用与以往相比更小型化的半导体芯片来构成电路装置110，并且能够使电路装置110与以往相比更小型化。从而，根据本实施例，能够实现安装有电路装置110的半导体模块101的小型化、乃至搭载有半导体模块101的换流器装置100的小型化。
另外，根据本实施例，由于以桥臂单位也就是2in1来构成电路装置110，因此能够减小相对于半导体模块101的电路装置110的安装空间，能够实现半导体模块101和换流器装置100的进一步小型化。
再有，在本实施例中，半导体模块101中的冷却液的流动方向、电路装置110中的电流的输入输出方向、电路装置110中的半导体芯片的散热方向满足相互正交关系。
(实施例2)
根据图21说明本发明的第二实施例。
本实施例是第一实施例的改进例，其中替换了P电极130的结构和N电极140的结构。本实施例和第一实施例的不同点在于，在P电极130中新添加了第一弯曲部136的构成(但是，与第一实施例的第一弯曲部144相比配置位置不同且导体延伸的方向相反)、引出布线部132的结构成为第一实施例的引出布线部142的结构(但是，导体延伸的方向与第一实施例的引出布线部142相反)这一点、以及在N电极140中没有第一弯曲部而引出布线部142的结构成为第一实施例的引出布线部132的结构(但是，导体延伸的方向与第一实施例的引出布线部132相反)这一点。除此以外的结构与第一实施例相同，对其标注相同的符号并省略说明。
根据以上说明的本实施例，与第一实施例同样，能够实现减小布线电感和提高基于半导体芯片两面冷却的冷却性能这两方，并且能够使电路装置110小型化。
(实施例3)
根据图22说明本发明的第三实施例。
本实施例是第一实施例的应用例，其中对桥臂的IGBT111和二极管112进行2并联连接。在本实施例中，与在短边方向上并列配置的HI芯片和HD芯片对相同的对在长边方向上并列配置，并且与在短边方向上并列配置的LI芯片和LD芯片对相同的对在长边方向上并列配置。与此相伴，G布线160、162和S布线161、163也增加。再有，在本实施例中，各电极的面积比第一实施例的各电极的面积大。除此以外的结构与第一实施例相同，对其标注相同的符号并省略说明。
根据以上说明的本实施例，与第一实施例同样，能够实现减小布线电感和提高基于半导体芯片两面冷却的冷却性能这两方，并且能够使电路装置110小型化。
再有，根据本实施例，由于对半导体芯片进行了2并联连接，因此能够提高电路装置110的电流密度。以同样的思路来可将半导体芯片的并联连接数增加为3并联连接、4并联连接，能够进一步提高电路装置110的电流密度。
(实施例4)
根据图23说明本发明的第四实施例。
本实施例是第一实施例的变形例，其中将并列配置在短边方向上的HI芯片和HD芯片并列配置在长边方向上，并且将并列配置在短边方向上的LI芯片和LD芯片并列配置在长边方向上。在本实施例中，HD芯片和LD芯片比HI芯片和LI芯片更靠近内侧。再有，在本实施例中，各电极的面积比第一实施例的各电极的面积小。除此以外的结构与第一实施例相同，对其标注相同符号并省略说明。
根据以上说明的本实施例，与第一实施例同样，能够实现减小布线电感和提高基于半导体芯片两面冷却的冷却性能这两方，并且能够使电路装置110小型化。
再有，在本实施例中，与第三实施例同样，如果对半导体芯片进行2并联连接、3并联连接、4并联连接，则能够提高电路装置110的电流密度。
(实施例5)
根据图24～26说明本发明的第五实施例。
本实施例是第一实施例的应用例，其中将连接了第一实施例的半导体模块101和电容器装置102的部分作为基本单元210，并且将基本单元210在较短方向上并列配置。在本实施例中，按照冷却风扇174相互接触的方式将三个基本单元210并列配置，并且收容在主体壳体220内。散热底座170没有凸缘部，并且与第一实施例相比较短方向的厚度更薄。C块180也与第一实施例相比较短方向的厚度更薄。除此以外的结构与第一实施例相同，对其标注相同的符号并省略说明。
各基本单元210的C块180(PC端子和NC端子)与单元端子240电连接。单元端子240从在基本单元210的冷却风扇174之间所形成的区域向较长方向上突出。单元端子240由正极侧端子241、负极侧端子242和绝缘片243构成。正极侧端子241和负极侧端子242通过夹持绝缘片243而在高度方向上被层叠，接近并平行地对置。正极侧端子241和负极侧端子242的前端从冷却风扇174之间所形成的区域向较长方向突出后，一方向高度方向的一方外侧以直角弯曲而笔直地延伸，另一方向高度方向的另一方外侧以直角弯曲而笔直地延伸。在正极侧端子241和负极侧端子242的前端部形成有螺丝孔。
在单元端子240之间由综合端子230综合连接。综合端子230由正极侧电极234、负极侧电极236和绝缘片233构成。正极侧电极234和负极侧电极236通过夹持绝缘片233而在高度方向上被层叠，挨近并平行地对置，分别具备长方形状层叠平板部。在正极侧电极234的层叠平板部的长边的一方侧形成有向较长方向的一方侧笔直地延伸的端子部231，在长边的另一方侧形成有从此处向高度方向的一方侧以直角弯曲而笔直地延伸的三个端子部235。在负极侧电极236的层叠平板部的长边的一方侧形成有向较长方向的一方侧笔直地延伸的端子部232，在长边的另一方侧形成有从此处向高度方向的另一方侧以直角弯曲而笔直地延伸的三个端子部237。在端子部231、233的前端部和端子部235、237的前端部分别形成有螺丝孔。
单元端子240的正极侧端子241的前端部与端子部235相互对置而对接，并且通过螺丝连接。单元端子240的负极侧端子242的前端部与端子部237相互对置而对接，并且通过螺丝连接。由此，C块180(PC端子和NC端子)的同极彼此综合连接。综合电极230被构成为使从端子部231、232到C块180的电流路径的长度相等。
基本单元210的引出端子部123也按照使电流路径的长度按每个相相等的方式综合连接。
由于在主体壳体220形成有螺丝孔221，因此与实施例1同样，能够安装装配有电路部件的控制电路基板。
作为电路装置110，也可采用第二至第四实施例的部件来取代第一实施例的部件。
根据以上说明的本实施例，由于通过综合端子230来综合连接多个基本单元210，因此与第一实施例同样，能够实现减小布线电感和提高基于半导体芯片两面冷却的冷却性能这两方，并且能够使电路装置110小型化，而且还能实现大容量化的换流装置100。
再有，根据本实施例，按照使从端子部231、232到C块180的电流路径的长度相等方式构成综合端子230，因此在基本单元210之间能够良好地取得从单元端子240到电路装置110位置的布线电感的匹配。
(实施例6)
根据图27和图28说明本发明的第六实施例。
本实施例为实施例5的变形例，其中将单元端子240设置在C块180的底部。因此，在主体壳体220的底部的较长方向中央部，形成有用于将单元端子240露出到外部的开口部113。单元端子240的结构与第五实施例相同，仅仅从较长方向朝向高度方向旋转移动了90度。综合端子230的结构也与第五实施例相同。
再有，符号222是为了支撑基本单元210而设置在主体壳体220的底部的平板部。符号224是为了避免与综合端子230的干扰而设置的槽。即，在本实施例中主体壳体220的底部成为上底，综合端子230能够收容于上底部分。由于在主体壳体220形成有螺丝孔221，因此与第一实施例同样，能够安装装配有电路部件的控制电路基板。
作为电路装置110，也可采用第二至第四实施例的部件来取代第一实施例的部件。
根据以上说明的本实施例，由于通过综合端子230来综合连接多个基本单元210，因此与第一实施例同样，能够实现减小布线电感和提高基于半导体芯片两面冷却的冷却性能这两方，并且能够使电路装置110小型化，而且能够实现大容量化的换流器装置100。
再有，根据本实施例，按照使从端子部231、232到C块180的电流路径的长度相等方式构成综合端子230，因此在基本单元210之间能够良好地取得从单元端子240到电路装置110的布线电感的匹配。
(实施例7)
根据图29～图33说明本发明的第七实施例。
本实施例是第一实施例的变形例，其中将引出端子部133、143的螺丝孔作为焊接螺栓(bolt)插入部137、147。因此，C块180的端子是对PC端子261和NC端子262在它们之间夹持绝缘片260而在较短方向上进行层叠而形成的。在PC端子261和NC端子262设置有焊接螺栓263来取代螺丝孔。在第二成型部152的底部形成有对绝缘片264进行卡合的凹状的槽154。引出端子部133、143间的间隙260比第一实施例的间隙小。
再有，槽154是为了确保绝缘片264与电路装置110之间的接触部的界面的沿面距离并且防止放电而设置的。
在本实施例中，按照通过引出端子部133、143从较短方向两侧夹持C块180的端子的方式，通过使焊接螺栓插入部137、147和焊接螺栓263卡合，并且将焊接螺栓263与螺母264进行螺旋接合，以便将引出端子部133与PC端子261对接接合，并且将引出端子部143和NC端子262对接接合。
根据以上说明的本实施例，能够使引出端子部133、143与C块180的端子之间的连接部中的正侧和负侧比第一实施例更接近，并且使流过那里的大小相等且方向相反的电流完全对置。从而，根据本实施例，能够使布线电感比第一实施例更进一步减小。
(实施例8)
根据图34和图35说明本发明的第八实施例。
本实施例是第一实施例的变形例，其中在不采用N电极140的第一弯曲部144的情况下同时实现两面冷却和布线电感的减小。因此，在本实施例中，准备了电传导性和热导性优良的铜制的长方形状平板状的金属衬垫(270、271)，将金属衬垫270接合在HI芯片的发射极侧芯片面及HD芯片的阳极侧芯片面、与散热部121的安装面之间，将金属衬垫271安装在散热部141的散热面。
散热部141与引出布线部142配置在同一平面上。因此，散热部141的散热面不会在第一成型部151的第二主面上露出。取而代之，金属衬垫271的第二主面侧主面成为散热部141的散热面，并且在第一成型部151的第二主面的表面上露出。
也可将金属衬垫270与M电极120一体设置。
根据以上说明的本实施例，与第一实施例同样，能够实现减小布线电感和提高基于半导体芯片两面冷却的冷却性能这两方，并且能够使电路装置110小型化。
再有，在本实施例中，与第三实施例同样，如果对半导体芯片进行2并联连接、3并联连接、4并联连接，则能够提高电路装置110的电流密度。

Claims (4)

1.一种电力变换装置，具备：
电路装置(110)，其将直流电流变换为交流电流；以及
电容器装置(102)，其对所述直流电流进行平滑化，
其特征在于，
所述电路装置具有：
上桥臂电路部，其由多个开关元件(111、112)构成；
下桥臂电路部，其由多个开关元件(111、112)构成；
正极侧引出端子部(133)，其与上述上桥臂电路部连接；和
负极侧引出端子部(143)，其与上述下桥臂电路部连接，
上述电容器装置(102)具有：
电容器元件；和
与上述电容器元件电连接的正极侧电容器端子(181)以及负极侧电容器端子(182)，
上述正极侧引出端子部(133)按照其主面隔着空间(115)与上述负极侧引出端子部(143)的主面对置的方式来进行配置，
上述正极侧电容器端子(181)按照其主面隔着绝缘部件(184)与上述负极侧电容器端子(182)的主面对置的方式来进行配置，
并且，上述正极侧电容器端子(181)按照该正极侧电容器端子(181)的端部沿着上述负极侧电容器端子(182)的端部的突出方向而突出的方式形成，且与上述正极侧引出端子部(133)电连接，
上述负极侧电容器端子(182)的端部与上述负极侧引出端子部(143)电连接。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
上述正极侧引出端子部(133)以及上述负极侧引出端子部(143)配置在被上述正极侧电容器端子(181)的端部和上述负极侧电容器端子(182)的端部夹持的位置。
3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
上述正极侧电容器端子(181)的端部和上述负极侧电容器端子(182)的端部延伸到上述正极侧引出端子部(133)和上述负极侧引出端子部(143)之间的上述空间(115)，并且，分别与上述正极侧引出端子部(133)和上述负极侧引出端子部(143)的对向面连接。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
上述电路装置(110)具有：
第一散热面；
与该第一散热面对置的第二散热面；和
在横穿该第一散热面和该第二散热面的方向上形成的侧面，
上述第一散热面和上述第二散热面形成得比上述侧面大，并且，配置在被流动冷却介质的流路空间夹持的位置，
上述正极侧引出端子部(133)和上述负极侧引出端子部(143)从上述侧面突出而形成。
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