JP2001060659A - 半導体モジュールの接続構造及びインバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体モジュール対の配線インダクタンスを
低減する。 【解決手段】 隣接して設けられた半導体モジュール対
１４Ａにおいて半導体モジュール１７の各第１ソース電
極２４と半導体モジュール１８の第２ドレイン電極基板
２５とを接続する第２ドレイン電極３０は、その垂直部
３０ｂに流れる電流が、第２ドレイン電極基板２５に対
して垂直に配置された半導体モジュール１８の各第２ソ
ース電極２６の垂直部２６ｂを流れる電流に対して、近
接した位置で平行となるとともに流れる向きが反対向き
となる。又、第２ドレイン電極３０において、母線電極
板１３に面する水平部３０ａには、母線電極１３に沿っ
て水平部３０ａを流れる電流の向きに延びる複数のリブ
３２ａ，３２ｂを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば三相モータ
を駆動する三相インバータのアームを構成する半導体モ
ジュール対の接続構造及びインバータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、バッテリを電源とする電気車に
は、バッテリの直流を三相インバータによって変換した
三相交流によって三相誘導モータを駆動制御するものが
ある。フォークリフトでは、走行用モータと荷役用モー
タとを別々に備えているので、走行モータ駆動用の三相
インバータと、荷役モータ駆動用の三相インバータとを
備えている。三相インバータは、例えば、ＭＯＳＦＥ
Ｔ，ＩＧＢＴ等の半導体スイッチ対からなるアームが３
つ並列接続された三相ブリッジ回路である。

【０００３】ところで、半導体スイッチとしては、電流
容量が大きく、かつ、スイッチング損失が小さいことが
要求されている。このため、近年、半導体スイッチとし
て、半導体スイッチング素子が形成された半導体チップ
を複数個並列にパッケージに組み込んだマルチチップモ
ジュール（半導体モジュール）が使用されている。

【０００４】このような半導体モジュールとして、半導
体チップが収容されたパッケージの下面に、放熱基板を
兼ねた電極基板を設けた非絶縁型のものがある。例え
ば、半導体スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴである半導
体モジュールでは、ドレイン電極が放熱基板としてパッ
ケージの下面に固定され、ソース電極がパッケージの上
面に設けられている。このような、半導体モジュール
は、電極基板からの放熱を効果的に行うため、電極基板
を絶縁シートを介してヒートシンクに当接させた状態で
固定される。

【０００５】フォークリフトでは、前述のように、走行
モータ駆動用と荷役モータ駆動用とにそれぞれ三相イン
バータを備えることから、図９，１０に示すように、バ
ッテリからの電気配線板及び平滑用コンデンサを共通化
したデュアルインバータ構造が採用されている。

【０００６】このデュアルインバータ構造では、バッテ
リの各電極を各三相インバータの各アームに接続する母
線電極板５０を、正極側電極５１と負極側電極５２とを
絶縁シート５３を挟んで積層した構造とし、この母線電
極板５０の周囲に、ヒートシンクの上面に配置された各
三相インバータの各アームを構成するＭＯＳＦＥＴから
なる半導体モジュール対５４を配置してそれぞれ母線電
極板５０に接続する。又、母線電極板５０の上面に複数
の平滑用コンデンサ５５を配置することで、デュアルイ
ンバータ構造全体の体格の小容量化を図っている。

【０００７】即ち、１つのアームを構成する半導体モジ
ュール対５４には、一方の半導体モジュール５４ａの上
方まで母線電極板５０が配置されている。そして、図１
１に示すように、母線電極板５０の下側に配置された正
側電極板５１から下方に延出された正極側電極端子５６
が、半導体モジュール５４ａの上方からそのドレイン電
極基板５７の上面に接続され、負極側電極５２から横方
向に延出された負極側電極端子５８が、もう一つの半導
体モジュール５４ｂの上方からそのソース電極５９に接
続されている。尚、図９に示すように、正極側電極端子
５６は、負極側電極端子５８の両側に一対で設けられて
いる。又、半導体モジュール５４ａのソース電極６０
と、半導体モジュール５４ｂのドレイン電極基板６１と
は、アームの中点であって三相誘導モータへの配線が接
続される電極端子６２で接続されている。そして、正極
側電極端子５６及び電極端子６２は、各半導体モジュー
ル５４ａ，５４ｂのドレイン電極基板５７，６１に対
し、共に取付ねじ６３で固定されている。尚、ゲート電
極は、図示していない。

【０００８】このように構成されたアームにおいて、半
導体モジュール５４ａがオン状態で半導体モジュール５
４ｂがオフ状態のときには、正極側電極５１から正極側
電極端子５６及びドレイン電極基板５７を介して半導体
モジュール５４ａに供給された電流が、ソース電極６０
及び電極端子６２を介して三相誘導モータに供給され
る。反対に、半導体モジュール５４ａがオフ状態で半導
体モジュール５４ｂがオン状態のときには、三相誘導モ
ータから電極端子６２及びドレイン電極基板６１を介し
て半導体モジュール５４ｂに流れる電流が、ソース電極
５９及び負極側電極端子５８を介してバッテリに戻る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１１に示
すように、各半導体モジュール対５４では、各ドレイン
電極基板５７，６１に接続された正極側電極端子５６と
電極端子６２とは、共に各半導体モジュール５４ａ，５
４ｂのパッケージ６４下面から外側に延出されたドレイ
ン電極基板５７，６１の上面に取付ねじ６３で固定され
ている。このため、正極側電極端子５６及び電極端子６
２が、取付ねじ６３を設ける分だけパッケージ６４から
離れた位置に設けられている。このため、正極側電極端
子５６とソース電極６０との間、及び、電極端子６２と
ソース電極５９との間に存在する間隙が大きくなり、そ
れぞれの配線間に存在する配線インダクタンスが大きか
った。

【００１０】周知のように、半導体モジュール対５４が
例えば１０ｋＨｚ程度のスイッチング周波数でスイッチ
ング駆動されるとき、各半導体モジュール５４ａ，５４
ｂの内部配線、外部との接続配線に存在する寄生インダ
クタンスによって、電圧サージが発生する。電圧サージ
は、スイッチング損失を発生させ、さらに、半導体モジ
ュール５４ａ，５４ｂを電気的に損傷させることがあ
る。このため、上記のアーム構造のように、正極側電極
端子５６とソース電極６０との間、及び、電極端子６２
とソース電極５９との間に配線インダクタンスが存在す
ると、各半導体モジュール５４ａ，５４ｂでのスイッチ
ング損失が大きくなり、さらに、各半導体モジュール５
４ａ，５４ｂが損傷することが考えられる。

【００１１】又、電極端子６２が板材であることから、
この電極端子６２がソース電極６０に接続される部分
と、母線電極板５０との間の間隙が大きかった。このた
め、母線電極板５０と電極端子６２との間にも配線イン
ダクタンスが存在していた。その結果、各スイッチング
動作に伴う電圧サージ、スイッチング損失がさらに大き
くなる問題があった。

【００１２】又、三相インバータを形成する各アームの
中点である電極端子６２には、三相インバータに接続す
るためのバスバーの一端が接続される。このとき、母線
電極板５０の下方に位置する電極端子６２にバスバーの
一端を直接固定することができないため、隣り合うアー
ムの中央部でバスバーの一端を固定するための図示しな
い接続用端子を電極端子６２に別に組み付けていた。即
ち、インバータの組み立て時に、板材で形成した接続用
端子の一端を電極端子６２に固定しておき、組み立ての
最後に、半導体モジュール対５４の中央部まで延出させ
た接続用端子の他端にバスバーを固定する。その結果、
各アーム毎に半導体モジュール対５４の電極端子６２と
は別の接続用端子を設ける必要があり、部品点数及び組
み立て工数が多くなる問題があった。

【００１３】又、電極端子６２から延出する接続用端子
にバスバーを固定するときに、板材からなる各接続用端
子が電極端子６２と同じ高さにあるため、各接続用端子
にバスバーの一端を取付ねじで固定する作業が容易でな
い問題があった。

【００１４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、その第１の目的は、インバータの
アームを構成する半導体モジュール対の配線インダクタ
ンスを低減することができる半導体モジュール対の接続
構造を提供することにある。

【００１５】又、第２の目的は、第１の目的に加えて、
半導体モジュールと母線電極板との間の配線インダクタ
ンスを低減することができる半導体モジュール対の接続
構造を提供することにある。

【００１６】又、第３の目的は、第１の目的に加えて、
アームの中点にバスバーを接続するために、半導体モジ
ュールの電極と別の接続用端子を用いる必要がない半導
体モジュール対の接続構造を提供することにある。

【００１７】又、第４の目的は、第１の目的に加えて、
アームの中点に接続するバスバーの取付作業を容易に行
うことができる半導体モジュール対の接続構造を提供す
ることにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記第１及び第２の目的
を達成するため、請求項１に記載の発明は、半導体スイ
ッチング素子が収容されたパッケージの一端面に、主電
流入力側電極基板が設けられるとともに、前記パッケー
ジの他端面に、該パッケージ内部で前記主電流入力側電
極基板に対して立設する主電流出力側電極が設けられた
第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールが隣接
して設けられ、前記第１半導体モジュールの第１主電流
入力側電極基板と、前記第２半導体モジュールの第２主
電流出力側電極とが、前記パッケージの他端面側に配置
された母線電極板に対して接続されるとともに、第１半
導体モジュールの第１主電流出力側電極と、第２半導体
モジュールの第２主電流入力側電極基板とが、主電流入
力側電極を介して互いに接続されている半導体モジュー
ル対の接続構造において、前記主電流入力側電極は、前
記第２主電流出力側電極の立設部に流れる電流に対し
て、近接した位置でほぼ平行となる電流を流すように前
記第２主電流入力側電極基板上に立設されるとともに、
その前記母線電極板側には該母線電極板に沿って延びる
リブが設けられている半導体モジュール対の接続構造で
ある。

【００１９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の半導体モジュール対の接続構造において、前記リブ
は、前記第２主電流入力側電極を流れる電流の向きに延
びるように複数設けられている。

【００２０】上記第１及び第３の目的を達成するため、
請求項３に記載の発明は、半導体スイッチング素子が収
容されたパッケージの一端面に、主電流入力側電極基板
が設けられるとともに、前記パッケージの他端面に、該
パッケージ内部で前記主電流入力側電極基板に対して立
設する主電流出力側電極が設けられた第１半導体モジュ
ール及び第２半導体モジュールが隣接して設けられ、前
記第１半導体モジュールの第１主電流入力側電極基板
と、前記第２半導体モジュールの第２主電流出力側電極
とが、前記パッケージの他端面側に配置された母線電極
板に対して接続されるとともに、第１半導体モジュール
の第１主電流出力側電極と、第２半導体モジュールの第
２主電流入力側電極基板とが、主電流入力側電極を介し
て互いに接続されている半導体モジュール対の接続構造
において、前記主電流入力側電極には、前記両半導体モ
ジュールの中点をモータ側に接続するバスバーの一端を
固定するための接続用端子部が一体構造で設けられてい
る半導体モジュール対の接続構造である。

【００２１】上記第１及び第４の目的を達成するため、
請求項４に記載の発明は、半導体スイッチング素子が収
容されたパッケージの一端面に、主電流入力側電極基板
が設けられるとともに、前記パッケージの他端面に、該
パッケージ内部で前記主電流入力側電極基板に対して立
設する主電流出力側電極が設けられた第１半導体モジュ
ール及び第２半導体モジュールが隣接して設けられ、前
記第１半導体モジュールの第１主電流入力側電極基板
と、前記第２半導体モジュールの第２主電流出力側電極
とが、前記パッケージの他端面側に配置された母線電極
板に対して接続されるとともに、第１半導体モジュール
の第１主電流出力側電極と、第２半導体モジュールの第
２主電流入力側電極基板とが、主電流入力側電極を介し
て互いに接続されている半導体モジュール対の接続構造
において、前記主電流入力側電極には、両半導体モジュ
ールの中点をモータ側に接続するバスバーの一端を固定
するための接続用端子が設けられているとともに、該接
続用端子は、前記バスバーの取付面が、前記母線電極板
に対して各半導体モジュールの配置側とは反対側に位置
するように設けられている半導体モジュール対の接続構
造である。

【００２２】請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求
項４のいずれか一項に記載の半導体モジュール対の接続
構造において、前記主電流入力側電極は、前記第２主電
流入力側電極基板の裏面から挿通される取付ねじが螺合
することによって該第２主電流入力側電極基板の表面に
固定されている。

【００２３】請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求
項５のいずれか一項に記載の半導体モジュール対の接続
構造において、前記主電流入力側電極には、温度センサ
を固定するセンサ固定部が、前記第２主電流入力側電極
基板に密接するように一体構造で設けられている。

【００２４】請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求
項６のいずれか一項に記載の半導体モジュール対の接続
構造によって、各アームの半導体モジュール対が接続さ
れているインバータである。

【００２５】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
第１半導体モジュールがオン状態で第２半導体モジュー
ルがオフ状態のときには、電源の電流が母線電極板から
第１主電流入力側電極を通って第１主電流入力側電極基
板に流れ、第１主電流入力側電極基板から半導体スイッ
チング素子を通って第１主電流出力側電極に流れる。そ
して、中点である第１主電流出力側電極からモータ側に
流れる。このとき、第１主電流入力側電極の直立部を流
れる電流と、第１主電流出力側電極の直立部とを流れる
電流とが、近接する位置で互いに平行にかつ反対向きに
流れる。その結果、第１主電流入力側電極の直立部と、
第１主電流出力側電極の直立部との間において配線イン
ダクタンスが減少する。又、第１半導体モジュールがオ
フ状態で第２半導体モジュールがオン状態のときには、
モータからの電流が中点である第２主電流入力側電極を
通って第２主電流入力側電極基板に流れ、第２主電流入
力側電極基板から半導体スイッチング素子を通って第２
主電流出力側電極に流れる。そして、第２主電流出力側
電極から母線電極板に流れる。このとき、第２主電流入
力側電極の直立部を流れる電流と、第２主電流出力側電
極の直立部とを流れる電流とが、近接する位置で互いに
平行にかつ反対向きに流れる。その結果、第２主電流入
力側電極の直立部と、第２主電流出力側電極の直立部と
における配線インダクタンスが減少する。又、第２主電
流入力側電極のリブを流れる電流と、母線電極板を流れ
る電流とが、近接する位置で互いに平行にかつ反対向き
に流れる。その結果、第２主電流入力側電極と母線電極
板とにおける配線インダクタンスが減少する。従って、
アームを構成する半導体モジュール対の配線インダクタ
ンスが減少する。

【００２６】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加えて、第２半導体モジュールを
モータからの電流が流れるとき、第２主電流入力側電極
の各リブを流れる電流と、母線電極板を流れる電流と
が、近接する位置で互いに平行にかつ反対向きに流れ
る。その結果、第２主電流入力側電極と母線電極板との
間の配線インダクタンスが一層減少する。

【００２７】請求項３に記載の発明によれば、主電流入
力側電極に一体構造で設けられた接続用端子部にバスバ
ーの一端が固定されるので、バスバーを固定するために
別に用意した接続用端子を主電流入力側電極に組み付け
る必要がない。

【００２８】請求項４に記載の発明によれば、バスバー
の一端を固定する接続用端子の取付面が、半導体モジュ
ール対に組み付けた母線電極板に対して各半導体モジュ
ールの配置側とは反対側に位置するので、バスバー自体
を主電流入力側電極及び母線電極板から逃げる形状とす
ることなく、バスバーが母線電極板から離れた位置に配
置される。

【００２９】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加え
て、第２主電流入力側電極基板に主電流入力側電極を固
定するための面積が、主電流入力側電極の面積だけです
む。従って、第２半導体モジュールの設置面積が、パッ
ケージの面積に、主電流入力側電極の面積を加えた面積
ですむ。

【００３０】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項５のいずれか一項に記載の発明の作用に加え
て、第２半導体モジュールの半導体チップの温度上昇に
よる第２主電流入力側電極基板の温度が、第２主電流入
力側電極基板上に配置された主電流入力側電極の固定部
に固定された温度検出素子によって検出される。従っ
て、半導体チップの温度に近い温度が検出される。

【００３１】請求項７に記載の発明によれば、インバー
タの各アームの半導体モジュール対の接続構造が請求項
１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明の作用をな
す。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を一対の三相インバ
ータからなるデュアルインバータ構造のインバータユニ
ットに具体化した一実施の形態を図１〜図８に従って説
明する。

【００３３】図３，４に示すように、インバータユニッ
ト１０は、一対の三相インバータ１１，１２からなるデ
ュアルインバータ構造を備え、インバータユニット１０
の放熱を行うためのヒートシンクＨに設けられている。

【００３４】インバータユニット１０は、バッテリの各
電極に接続される板状の母線電極板１３を備えている。
この母線電極板１３の幅方向の一側には三相インバータ
１１を構成する３つの半導体モジュール対１４Ａ〜１４
Ｃが配置され、他側には三相インバータ１２を構成する
３つの半導体モジュール対１５Ａ〜１５Ｃが配置されて
いる。又、母線電極板１３の上面には、複数の平滑コン
デンサ１６が配列されている。

【００３５】図５に示すように、各三相インバータ１
１，１２は、それぞれ母線電極板１３によって、各平滑
コンデンサ１６と共に、バッテリＢａの正側電極と負側
電極との間に並列にブリッジ接続されている。三相イン
バータ１１は走行用モータＭ１の駆動回路であって、各
半導体モジュール対１４Ａ〜１４Ｃによって３相のアー
ムが形成され、その各中点がそれぞれ走行用モータＭ１
に接続されている。三相インバータ１２は荷役用モータ
Ｍ２の駆動回路であって、各半導体モジュール対１５Ａ
〜１５Ｃによって３相のアームが形成され、その各中点
がそれぞれ荷役用モータＭ２に接続されている。

【００３６】図６に示すように、三相インバータ１１及
び三相インバータ１２は、それぞれの３つの半導体モジ
ュール対１４Ａ〜１４Ｃ，１５Ａ〜１５Ｃが互いに近接
した状態で配置されている。各半導体モジュール対は、
バッテリＢａの正極側に接続された第１半導体モジュー
ル１７と、負極側に接続された第２半導体モジュール１
８からなり、両半導体モジュール１７，１８は、近接し
た状態でヒートシンクＨ上に配置固定されている。

【００３７】母線電極板１３は、図２に示すように、バ
ッテリＢａの正側電極に接続される正極側電極１９と、
バッテリＢａの負側電極に接続される負極側電極２０と
が、絶縁シート１３ａを介在して積層されたものであ
る。即ち、母線電極板１３は、正極側電極１９、負極側
電極２０及び絶縁シート１３ａで構成されている。正極
側電極１９は各半導体モジュール対１４Ａ〜１４Ｃ，１
５Ａ〜１５Ｃ側に配置され、負極側電極２０上に各平滑
コンデンサ１６が配置されている。図３，４に示すよう
に、母線電極板１３は、その幅方向での端部が、第１半
導体モジュール１７と第２半導体モジュール１８との間
に位置するように設けられている。

【００３８】各半導体モジュール１７，１８は、図２に
示すように、半導体スイッチング素子としてのＭＯＳＦ
ＥＴが形成された半導体チップ２１がパッケージ２２内
に複数配列されたマルチチップモジュールであって、全
体で１つのＭＯＳＦＥＴと等価である。パッケージ２２
は合成樹脂で形成され、板状の半導体チップ２１が１列
に配列された方向が長手方向とされている。従って、図
２では、１個の半導体チップ２１のみ図示する。

【００３９】図２に示すように、第１半導体モジュール
１７は、パッケージ２２の下面に、第１主電流入力側電
極基板としての第１ドレイン電極基板２３を備えるとと
もに、パッケージ２２の上面に露出する第１主電流出力
側電極としての第１ソース電極２４を３つ備えている。
第１ドレイン電極基板２３は、各半導体チップ２１の放
熱用基板であって、各半導体チップ２１はパッケージ２
２内において第１ドレイン電極基板２３の上面に設置さ
れている。尚、パッケージ２２の上面には、図ゲート電
極Ｇが設けられている。

【００４０】第１ドレイン電極基板２３は、パッケージ
２２の下面から幅方向の一方に所定幅だけ延出された固
定部２３ａを備える。各第１ソース電極２４は同一形状
であって、断面が「コ」字形状に形成された板材からな
る。そして、第１ソース電極２４は、上側水平部２４ａ
がパッケージ２２の上面に配置され、立設部としての垂
直部２４ｂと、下側水平部２４ｃとがパッケージ２２の
内部に配置されている。各第１ソース電極２４は、垂直
部２４ｂが、第１ドレイン電極基板２３に対して垂直に
配置されるとともに、第１ドレイン電極基板２３の固定
部２３ａに近接した位置に配置された状態で、幅方向が
パッケージ２２の長手方向となるように一列に配列され
ている。

【００４１】同様に、第２半導体モジュール１８は、パ
ッケージ２２の下面に、第２主電流入力側電極基板とし
ての第２ドレイン電極基板２５を備えるとともに、パッ
ケージ２２の上面に露出する第２主電流出力側電極とし
ての第２ソース電極２６を３つ備えている。第２ドレイ
ン電極基板２５は、各半導体チップ２１の放熱用基板で
あって、各半導体チップ２１はパッケージ２２内におい
て第２ドレイン電極基板２５の上面に設置されている。
尚、パッケージ２２の上面には、ゲート電極Ｇが設けら
れている。

【００４２】第２ドレイン電極基板２５は、パッケージ
２２の下面から幅方向の一方に所定幅だけ延出された固
定部２５ａを備える。各第２ソース電極２６は同一形状
であって、断面が「コ」字形状に形成された板材からな
る。そして、第２ソース電極２６は、上側水平部２６ａ
がパッケージ２２の上面に配置され、立設部としての垂
直部２６ｂと、下側水平部２６ｃとがパッケージ２２の
内部に配置されている。各第２ソース電極２６は、垂直
部２６ｂが、第２ドレイン電極基板２５に対して垂直に
配置されるとともに、第２ドレイン電極基板２５の固定
部２５ａに近接する位置に配置された状態で、幅方向が
パッケージ２２の長手方向となるように一列に配列され
ている。

【００４３】そして、両半導体モジュール１７，１８
は、第１又は第２ドレイン電極基板２３，２５を絶縁シ
ート２７を介在してヒートシンクＨの上面に密接させた
状態で、かつ、第１又は第２ドレイン電極基板２３，２
５の固定部２３ａ，２５ａを向き合わせた状態で、ヒー
トシンクＨ上に配置されている。尚、各半導体モジュー
ル１７，１８には、還流ダイオード、スナバ回路が設け
られた回路基板２８がそれぞれ固定されている。

【００４４】又、両半導体モジュール１７，１８には、
図１，２に示すように、バッテリＢａに対してブリッジ
接続するための第１ドレイン電極２９と、主電流入力側
電極としての第２ドレイン電極３０とが設けられてい
る。第１ドレイン電極２９は、第１半導体モジュール１
７の第１ドレイン電極基板２３を正極側電極１９に接続
し、第２ドレイン電極３０は、第１半導体モジュール１
７の各第１ソース電極２４を第２半導体モジュール１８
の第２ドレイン電極基板２５に接続する。尚、第２半導
体モジュール１８の各第２ソース電極２６には、負極側
電極２０から外側に延出された負極側電極端子２０ａが
接続されている。

【００４５】第１ドレイン電極２９は、図１，２に示す
ように、正面視で「Ｕ」字形状に形成されたブロック体
であって、第１ドレイン電極基板２３の固定部２３ａ上
に、その両垂直部２９ａが、半導体モジュール１７のパ
ッケージ２２の長手方向の両端部に配置されるように設
けられている。第１ドレイン電極２９は、その両垂直部
２９ａが、各第１ソース電極２４の垂直部２４ｂと平行
となる状態で、かつ、各第１ソース電極２４側に最大限
近接した状態で設けられている。各垂直部２９ａには、
図３に示すように、その上面に、正極側電極１９から延
出された正側電極端子１９ａがそれぞれ接続されてい
る。

【００４６】尚、第１ドレイン電極基板２３の固定部２
３ａは、その上面の面積が、第１ドレイン電極２９を上
面に固定するために必要なだけの大きさに形成されてい
る。そして、第１ドレイン電極２９は、第１ドレイン電
極基板２３の下面から挿通される取付ねじ３１が螺合す
ることによって固定部２３ａの上面に固定されている。

【００４７】第２ドレイン電極３０は、図１，２，７に
示すように、側面視で「Ｌ」字形状に形成されたブロッ
ク体であって、第２ドレイン電極基板２５の固定部２５
ａ上に、その水平部３０ａが、第１半導体モジュール１
７の各第１ソース電極２４の上方まで延出するように設
けられている。第２ドレイン電極３０は、水平部３０ａ
が、第１ドレイン電極２９の両垂直部２９ａの間を通っ
て、各第１ソース電極２４側に延びるように形成されて
いる。第２ドレイン電極３０は、その垂直部３０ｂが、
各第２ソース電極２６の垂直部２６ｂと平行となる状態
で、かつ、各第２ソース電極２６側に最大限近接した状
態で設けられている。

【００４８】尚、第２ドレイン電極基板２５の固定部２
５ａは、その上面の面積が、第２ドレイン電極３０を上
面に固定するために必要なだけの大きさに形成されてい
る。そして、第２ドレイン電極３０は、第２ドレイン電
極基板２５の下面から挿通される取付ねじ３１が螺合す
ることによって固定部２５ａの上面に固定されている。

【００４９】又、第２ドレイン電極３０の水平部３０ａ
には、母線電極板１３側に、該母線電極板１３に沿っ
て、かつ、第２ドレイン電極３０を流れる電流の向きに
延びるように、複数のリブ３２ａ，３２ｂが設けられて
いる。各リブ３２ａ，３２ｂは、その上面が、正極側電
極１９の下面に近接した状態に設けられている。

【００５０】又、第２ドレイン電極３０には、図１，
４，７に示すように、両半導体モジュール１７，１８の
中点をモータＭ１，Ｍ２に接続するバスバーＢの一端を
固定するための接続用端子部３３が一体構造で設けられ
ている。接続用端子部３３は、図４に示すように、バス
バーＢの一端を当接させた状態で固定するための取付面
３３ａが、母線電極板１３に対して各半導体モジュール
１７，１８の配置側と反対側に位置するように設けられ
ている。

【００５１】図７，８に示すように、第２ドレイン電極
３０の垂直部３０ｂには、その横面下部に、半導体モジ
ュール１７の温度を検出する温度センサとしてのサーミ
スタＴを固定するためのセンサ固定部３４が一体構造で
延出形成されている。センサ固定部３４は、図８に示す
ように、第１ドレイン電極基板２３の固定部２３ａの上
面に密接するように設けられている。センサ固定部３４
の上面には、取付ねじ３５で固定されたサーミスタＴの
回転を規制して、サーミスタＴが第１ドレイン電極２９
に接触しないようにするための規制片３４ａが突出形成
されている。

【００５２】図１，２，４に示すように、第２ドレイン
電極３０には、絶縁シート１３ａが配置されている。絶
縁シート１３ａは、第２ドレイン電極３０と正極側電極
１９との間を絶縁するように設けられている。絶縁シー
ト１３ａは、その長手方向に設けられた各袖片３７ａ
が、第１ドレイン電極２９の各垂直部２９ａと第２ドレ
イン電極３０との間にそれぞれ介在されることで長手方
向に固定保持されている。又、絶縁シート１３ａは、そ
の幅方向の一方に設けられた袖片３７ｂが、第１半導体
モジュール１７の各第１ソース電極２４と、その回路基
板２８との間に介在され、他方に設けられた袖片３７ｃ
が、第２ドレイン電極３０と、第２半導体モジュール１
８のパッケージ２２との間に介在されることで幅方向に
固定保持されている。

【００５３】そして、各三相インバータ１１，１２の各
半導体モジュール対１４Ａ〜１４Ｃ，１５Ａ〜１５Ｃ
は、全て同一の構成を備えている。三相インバータ１１
には、図示しない走行制御回路から、各アームの半導体
モジュール対１４Ａ〜１４Ｃが交互にオン・オフするよ
うにスイッチング駆動する制御信号が所定のスイッチン
グシーケンスで各ゲート電極Ｇに供給される。三相イン
バータ１１は、各半導体モジュール対１４Ａ〜１４Ｃに
供給される制御信号に応じた電圧、周波数及び位相の三
相交流を走行用モータＭ１に供給する。同様に、三相イ
ンバータ１２は、図示しない荷役制御回路から供給され
る制御信号によってスイッチング動作し、制御信号に応
じた電圧、周波数及び位相の三相交流を荷役用モータＭ
２に供給する。

【００５４】次に、以上のように構成されたインバータ
のアームを構成する半導体モジュール対の接続構造の作
用について説明する。第１半導体モジュール１７がオン
状態で第２半導体モジュール１８がオフ状態のときに
は、バッテリＢａの電流が正極側電極１９から第１ドレ
イン電極２９を通って第１ドレイン電極基板２３に流
れ、第１ドレイン電極基板２３から各半導体チップ２１
を通って各第１ソース電極２４に流れる。そして、各第
１ソース電極２４から第２ドレイン電極３０に固定され
ているバスバーＢを介して走行用モータＭ１側に流れ
る。このとき、第１ドレイン電極２９の垂直部２９ａを
流れる電流と、各第１ソース電極２４の垂直部２４ｂを
流れる電流とが、近接する位置で互いに平行にかつ反対
向きに流れる。その結果、相互誘導作用により、第１ド
レイン電極２９の垂直部２９ａと、各第１ソース電極２
４の垂直部２４ｂとにおける配線インダクタンスが減少
する。

【００５５】又、第１半導体モジュール１７がオフ状態
で第２半導体モジュール１８がオン状態となると、走行
用モータＭ１側からの電流がバスバーＢを介して第２ド
レイン電極３０を通って第２ドレイン電極基板２５に流
れ、第２ドレイン電極基板２５から各半導体チップ２１
を通って各第２ソース電極２６に流れる。そして、各第
２ソース電極２６から負極側電極２０に流れる。このと
き、第２ドレイン電極３０の垂直部３０ｂを流れる電流
と、各第２ソース電極２６の垂直部２６ｂを流れる電流
とが、近接する位置で互いに平行にかつ反対向きに流れ
る。その結果、相互誘導作用により、第２ドレイン電極
３０の垂直部３０ｂと、各第２ソース電極２６の垂直部
２６ｂとにおける配線インダクタンスが減少する。

【００５６】又、第２ドレイン電極３０の各リブ３２
ａ，３２ｂを流れる電流と、負極側電極２０を流れる電
流とが、近接する位置で互いに平行にかつ反対向きに流
れる。その結果、第２ドレイン電極３０と、負極側電極
２０とにおける配線インダクタンスが減少する。

【００５７】従って、アームを構成する半導体モジュー
ル対の配線インダクタンスが減少する。又、三相インバ
ータ１２の各アームを構成する半導体モジュール対１５
Ａ〜１５Ｃにも同様の作用がある。

【００５８】以上詳述した本実施の形態のインバータの
アームを構成する半導体モジュール対の配線構造によれ
ば、以下に記載する各作用及び効果がある。 （１） 第１半導体モジュール１７において、第１ドレ
イン電極基板２３上に設けられた第１ドレイン電極２９
の各垂直部２９ａが、パッケージ２２内に設けられた各
第１ソース電極２４の垂直部２４ｂに対し、平行な状態
で最大限近接するようにした。同様に、第２半導体モジ
ュール１８において、第２ドレイン電極基板２５上に設
けられた第２ドレイン電極３０の垂直部３０ｂが、パッ
ケージ内に設けられた各第２ソース電極２６の垂直部２
６ｂに対し、平行な状態で最大限近接するようにした。

【００５９】従って、平行な状態で近接する部分を近接
した状態で互いに間の相互誘導作用により、各部分での
配線インダクタンスが減少するので、各半導体モジュー
ル１７，１８のスイッチング動作時に、各半導体モジュ
ール１７，１８で発生する電圧サージが抑制され、電圧
サージによるスイッチング損失が抑制される。

【００６０】（２） 第２ドレイン電極３０には、負極
側電極２０に平行に延びる水平部３０ａの上面に負極側
電極２０に沿って延びるリブ３２ａ，３２ｂを設けた。
従って、負極側電極２０を流れる電流と、第２ドレイン
電極３０のリブ３２ａ，３２ｂを流れる電流とが、互い
に近接した位置で逆方向に流れるので、両者間の相互誘
導作用により、負極側電極２０と第２ドレイン電極３０
とにおける配線インダクタンスが減少する。その結果、
半導体モジュール１８でのスイッチング動作によって発
生するサージ電圧を一層抑制することができ、サージ電
圧によるスイッチング損失を一層抑制することができ
る。

【００６１】（３） 第２ドレイン電極３０には、複数
のリブ３２ａ，３２ｂを、第２ドレイン電極３０を流れ
る電流の向きに延びるように設けた。従って、各リブ３
２ａ，３２ｂを流れる電流と、負極側電極２０を流れる
電流とが、近接する位置で互いに平行にかつ反対向きに
流れるので、第２ドレイン電極３０と、負極側電極２０
とにおける配線インダクタンスが一層減少する。その結
果、サージ電圧及びスイッチング損失を一層抑制するこ
とができる。

【００６２】（４） 中点である第２ドレイン電極３０
には、モータＭ１，Ｍ２に接続するバスバーＢの一端を
固定するための接続用端子部３３を一体構造で設けた。
従って、第２半導体モジュール１８の第２ドレイン電極
３０に一体構造で設けられた接続用端子部３３にバスバ
ーＢの一端が固定されるので、バスバーＢを固定するた
めに別に用意した接続用端子を第２ドレイン電極３０に
組み付ける必要がない。その結果、アームの中点にバス
バーＢを接続するために、半導体モジュール対１４Ａを
接続するための電極と別の接続用端子を用いる必要がな
い。

【００６３】（５） 第２ドレイン電極３０に設けた接
続用端子部３３は、バスバーＢの取付面３３ａが、母線
電極板１３に対して、半導体モジュール対１４Ａの配置
側とは反対側に位置するように設けた。従って、母線電
極板１３よりも上方に離れた位置にある取付面３３ａに
バスバーＢを取り付けることができるので、取付作業を
容易に行うことができる。

【００６４】（６） 第１半導体モジュール１７の第１
ドレイン電極基板２３には、ブロック体で形成された第
１ドレイン電極２９を上面に固定するために必要なだけ
の大きさの固定部２３ａを設け、この固定部２３ａの下
面から挿通させた取付ねじ３１を螺合させることによっ
て第１ドレイン電極２９を固定部２３ａの上面に固定す
るようにした。

【００６５】従って、第２ドレイン電極基板２５に第２
ドレイン電極３０を固定するための面積が、第２ドレイ
ン電極３０だけの面積ですむので、第２半導体モジュー
ル１８の設置面積が、パッケージ２２の面積に第２ドレ
イン電極３０の面積を加えた大きさですむ。このため、
同形状の第１ドレイン電極２９の側面下部に、取付ねじ
３１を挿通させるための凸部を設け、この凸部の上面か
ら第１ドレイン電極２９に取付ねじ３１を螺合させるこ
とで第１ドレイン電極２９を第１ドレイン電極基板２３
に固定する場合に比較して、第１ドレイン電極基板２３
の面積を、凸部が占める面積分だけ小さくすることがで
きる。このため、デュアルインバータ構造のインバータ
ユニット１０全体の設置面積を小さくすることができ
る。

【００６６】又、第２ドレイン電極３０を、その上端面
から挿通させた取付ねじを第２ドレイン電極基板２５の
固定部２５ａに螺合させることによって固定する構成で
あっても同じ効果がある。しかし、取付ねじを第２ドレ
イン電極基板２５に対して長い第２ドレイン電極３０の
垂直部３０ｂを挿通させて第２ドレイン電極基板２５に
螺合させる場合に比較しして、組み付け作業が容易であ
る。

【００６７】（７） 第２ドレイン電極３０には、半導
体チップ２１の温度を検出するサーミスタＴを固定する
ためのセンサ固定部３４を、第２ドレイン電極基板２５
の上面に密着するように一体構造で設けた。従って、第
２半導体モジュール１８の半導体チップ２１の温度上昇
による第２ドレイン電極基板２５の温度が検出されるの
で、半導体チップ２１の温度に近い温度が検出される。
その結果、ヒートシンクＨにサーミスタＴを設けた場合
よりも、半導体チップ２１の温度に近い温度を検出する
ことができる。

【００６８】（８） 母線電極板１３と各半導体モジュ
ール対１４Ａの第２ドレイン電極３０との間に介在させ
る絶縁シート１３ａには、長手方向の両端に下方に延出
する袖片３７ａを設け、各袖片３７ａが、第２ドレイン
電極３０と、該第２ドレイン電極３０の両側に配置され
た第１ドレイン電極２９の各垂直部２９ａとの間に配置
されることで、絶縁シート１３ａが長手方向に移動しな
いようにした。従って、半導体モジュール対１４Ａ側、
又は、母線電極板１３側に、絶縁シート１３ａを固定す
るための構造を設ける必要がない。又、三相インバータ
１１，１２の組み立て時に、絶縁シート１３ａを所定位
置に置くだけですむので、組み立て作業が容易となる。

【００６９】以下、本発明を具体化した上記実施の形態
以外の実施の形態を別例として列挙する。 ○ 第２ドレイン電極３０は、接続用端子部３３が一体
構造で設けられたものに限らず、各第１ソース電極２４
と第２ドレイン電極基板２５とを接続するだけのドレイ
ン電極からなるものものであってもよい。この場合、接
続用端子部を備えた中点出力端子をドレイン電極に組み
付け固定する。

【００７０】○ 接続用端子部３３を一体構造で備え
ず、各第１ソース電極２４と第２ドレイン電極基板２５
とを接続するだけに形成されたドレイン電極をアルミニ
ウム等のダイキャストで形成するようにし、その母線電
極板１３側にリブを設けてもよい。この場合にも、負極
側電極２０と、ドレイン電極とにおいて配線インダクタ
ンスを低減することができる。

【００７１】○ 半導体モジュールは、半導体スイッチ
ング素子が形成された半導体チップが収容されたパッケ
ージの一端面に、モータに供給する主電流の主電流入力
側電極基板が設けられるとともに、他端面に、パッケー
ジ内部で主電流入力側電極基板に対して立設する主電流
出力側電極が設けられた構成であればよく、半導体スイ
ッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、その他、バイ
ポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等であってもよい。

【００７２】○ 温度センサは接触型であればよく、サ
ーミスタＴに限らず、トランジスタ温度センサ、白金温
度センサ等であってもよい。 ○ 本発明の半導体モジュール対の接続構造は、デュア
ルインバータ構造の各三相インバータ１１，１２を構成
する各半導体モジュール対１４Ａ〜１４Ｃ，１５Ａ〜１
５Ｃにおける接続構造に限らず、隣接して設けた半導体
モジュール対の各主電流出力側電極の側に配置された母
線電極板に対して、各半導体モジュールの主電流入力側
電極基板及び主電流出力側電極がそれぞれ接続される半
導体モジュール対の接続構造であればよい。従って、例
えば、１つの三相インバータの各半導体モジュール対の
接続構造でもよく、単相インバータの半導体モジュール
対の接続構造であってもよい。

【００７３】以下、特許請求の範囲に記載した各発明の
外に前述した各実施の形態及び各別例から把握される技
術的思想をその効果とともに記載する。 （１） 請求項３に記載の発明において、前記接続用端
子部は、バスバーの取付面が、前記母線電極板に対して
各半導体モジュールの配置側とは反対側に位置するよう
に設けられている。このような構成によれば、半導体モ
ジュール対の中点にバスバーを接続するために、半導体
モジュール対を接続する電極とは別の接続用端子を用い
る必要がない上に、バスバーの固定作業を容易に行うこ
とができる。

【００７４】（２） 請求項１〜請求項６のいずれか一
項に記載の発明において、前記主電流入力側電極と前記
母線電極板との間には絶縁シートが配設されるととも
に、該絶縁シートの両端には、前記主電流入力側電極に
係合する袖片（３７ａ，３７ｂ，３７ｃ）が設けられて
いる。このような構成によれば、各袖片が主電流入力側
電極に係合することで絶縁シートが所定位置に保持され
るので、母線電極側又は半導体モジュール側に絶縁シー
トを保持するための構造を設ける必要がない。又、母線
電極板の組み付け時に、絶縁シートを所定位置に置くだ
けですむので、組み立て作業が容易となる。

【００７５】

【発明の効果】請求項１，２又は請求項５，６，７に記
載の発明によれば、半導体モジュール対の配線インダク
タンスを低減し、サージ電圧及びスイッチング損失を低
減することができる。

【００７６】請求項２又は請求項５，６，７に記載の発
明によれば、半導体モジュール対の配線インダクタンス
をさらに低減し、サージ電圧及びスイッチング損失を一
層低減すことができる。

【００７７】請求項３又は請求項５，６，７に記載の発
明によれば、アームの中点にバスバーを接続するため
に、半導体モジュールを接続する電極と別の接続用端子
を用いる必要がない。

【００７８】請求項４又は請求項５，６，７に記載の発
明によれば、アームの中点に接続するバスバーの取付作
業を容易に行うことができる。請求項５〜請求項７に記
載の発明によれば、半導体モジュール対の設置面積をで
きるだけ小さくすることができる。

【００７９】請求項６又は請求項７に記載の発明によれ
ば、ヒートシンクに温度検出素子を設けた場合よりも、
半導体チップの温度に近い温度を検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 アームを構成する半導体モジュール対を示す
斜視図。

【図２】 半導体モジュール対の側面図。

【図３】 インバータユニットの平面図。

【図４】 インバータユニットの側面図。

【図５】 インバータユニットの回路図。

【図６】 各インバータの平面図。

【図７】 第２ドレイン電極の斜視図。

【図８】 固定部を示す半導体モジュール対の一部平面
図。

【図９】 従来のインバータユニットの模式平面図。

【図１０】 同じくインバータユニットの模式側面図。

【図１１】 接続構造を示す半導体モジュール対の側面
図。

【符号の説明】

１０…デュアルインバータ、１１…三相インバータ、１
２…三相インバータ、１３…母線電極板、１３ａ…母線
電極板を構成する絶縁シート、１４Ａ〜１４Ｃ，１５Ａ
〜１５Ｃ…半導体モジュール対、１７…半導体モジュー
ル、１８…半導体モジュール、１９…母線電極板を構成
する正極側電極、２０…同じ負極側電極、２１…半導体
スイッチング素子としての半導体チップ、２２…パッケ
ージ、２３…第１入力側電極基板としての第１ドレイン
電極、２４…第１主電流出力側電極としての第１ソース
電極、２５…第２主電流入力側電極基板としての第２ド
レイン電極基板、２６…第２主電流出力側電極としての
第２ソース電極、２６ｂ…立設部としての垂直部、３０
…主電流入力側電極としての第２ドレイン電極、３１…
取付ねじ、３２ａ，３２ｂ…リブ、３３…接続用端子
部、３３ａ…取付面、３４…センサ固定部、Ｂ…バスバ
ー、Ｍ１…走行用モータ、Ｍ２…荷役用モータ、Ｔ…温
度センサとしてのサーミスタ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体スイッチング素子が収容されたパ
   ッケージの一端面に、主電流入力側電極基板が設けられ
   るとともに、前記パッケージの他端面に、該パッケージ
   内部で前記主電流入力側電極基板に対して立設する主電
   流出力側電極が設けられた第１半導体モジュール及び第
   ２半導体モジュールが隣接して設けられ、 前記第１半導体モジュールの第１主電流入力側電極基板
   と、前記第２半導体モジュールの第２主電流出力側電極
   とが、前記パッケージの他端面側に配置された母線電極
   板に対して接続されるとともに、第１半導体モジュール
   の第１主電流出力側電極と、第２半導体モジュールの第
   ２主電流入力側電極基板とが、主電流入力側電極を介し
   て互いに接続されている半導体モジュール対の接続構造
   において、 前記主電流入力側電極は、前記第２主電流出力側電極の
   立設部に流れる電流に対して、近接した位置でほぼ平行
   となる電流を流すように前記第２主電流入力側電極基板
   上に立設されるとともに、その前記母線電極板側には該
   母線電極板に沿って延びるリブが設けられている半導体
   モジュール対の接続構造。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体モジュール対の
   接続構造において、 前記リブは、前記第２主電流入力側電極を流れる電流の
   向きに延びるように複数設けられている半導体モジュー
   ルの接続構造。
3. 【請求項３】 半導体スイッチング素子が収容されたパ
   ッケージの一端面に、主電流入力側電極基板が設けられ
   るとともに、前記パッケージの他端面に、該パッケージ
   内部で前記主電流入力側電極基板に対して立設する主電
   流出力側電極が設けられた第１半導体モジュール及び第
   ２半導体モジュールが隣接して設けられ、 前記第１半導体モジュールの第１主電流入力側電極基板
   と、前記第２半導体モジュールの第２主電流出力側電極
   とが、前記パッケージの他端面側に配置された母線電極
   板に対して接続されるとともに、第１半導体モジュール
   の第１主電流出力側電極と、第２半導体モジュールの第
   ２主電流入力側電極基板とが、主電流入力側電極を介し
   て互いに接続されている半導体モジュール対の接続構造
   において、 前記主電流入力側電極には、前記両半導体モジュールの
   中点をモータ側に接続するバスバーの一端を固定するた
   めの接続用端子部が一体構造で設けられている半導体モ
   ジュール対の接続構造。
4. 【請求項４】 半導体スイッチング素子が収容されたパ
   ッケージの一端面に、主電流入力側電極基板が設けられ
   るとともに、前記パッケージの他端面に、該パッケージ
   内部で前記主電流入力側電極基板に対して立設する主電
   流出力側電極が設けられた第１半導体モジュール及び第
   ２半導体モジュールが隣接して設けられ、 前記第１半導体モジュールの第１主電流入力側電極基板
   と、前記第２半導体モジュールの第２主電流出力側電極
   とが、前記パッケージの他端面側に配置された母線電極
   板に対して接続されるとともに、第１半導体モジュール
   の第１主電流出力側電極と、第２半導体モジュールの第
   ２主電流入力側電極基板とが、主電流入力側電極を介し
   て互いに接続されている半導体モジュール対の接続構造
   において、 前記主電流入力側電極には、両半導体モジュールの中点
   をモータ側に接続するバスバーの一端を固定するための
   接続用端子が設けられているとともに、 該接続用端子は、前記バスバーの取付面が、前記母線電
   極板に対して各半導体モジュールの配置側とは反対側に
   位置するように設けられている半導体モジュール対の接
   続構造。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記
   載の半導体モジュール対の接続構造において、 前記主電流入力側電極は、前記第２主電流入力側電極基
   板の裏面から挿通される取付ねじが螺合することによっ
   て該第２主電流入力側電極基板の表面に固定されている
   半導体モジュール対の接続構造。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記
   載の半導体モジュール対の接続構造において、 前記主電流入力側電極には、温度センサを固定するセン
   サ固定部が、前記第２主電流入力側電極基板に密接する
   ように一体構造で設けられている半導体モジュール対の
   接続構造。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記
   載の半導体モジュール対の接続構造によって、各アーム
   の半導体モジュール対が接続されているインバータ。