JP2001308266A - 半導体モジュール装置 - Google Patents

半導体モジュール装置

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JP2001308266A
JP2001308266A JP2000120578A JP2000120578A JP2001308266A JP 2001308266 A JP2001308266 A JP 2001308266A JP 2000120578 A JP2000120578 A JP 2000120578A JP 2000120578 A JP2000120578 A JP 2000120578A JP 2001308266 A JP2001308266 A JP 2001308266A
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electrolytic capacitor
phase inverter
flat
inverter circuit
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Yasuyuki Okochi
靖之 大河内
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Denso Corp
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ヒートシンクマスの省略乃至大幅な小型軽量化
による装置のコンパクト化を実現した半導体モジュ−ル
装置を提供すること。 【解決手段】外主面に電極端子部材の放熱面が露出する
半導体モジュ−ル30、40、50と、扁平形状の筒形
電解コンデンサ8とを有し、半導体モジュ−ル30、4
0、50の前記放熱面は、絶縁スペ−サ500を介して
筒形電解コンデンサ8の外周面の平坦部に直接又はヒー
トシンクマスを介して接する。これにより、ヒートシン
クマスの省略又は小型化によりコンパクトな半導体モジ
ュ−ル装置を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体モジュ−ル
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】三相交流モ−タを駆動制御する従来の三
相インバータ回路は、たとえば特開平2ー294278
号公報に記載されるように、正負直流電源ラインに放出
されるスイッチングノイズ電圧を吸収するために、この
三相インバータ回路の正負直流電源端間に一個乃至複数
の平滑コンデンサを並列接続することが一般的である。
この種の平滑コンデンサとしては、大きな体積当たりの
容量を確保できる筒形電解コンデンサを採用することが
一般的である。
【0003】実開平4−45233号公報は電解コンデ
ンサの形状を扁平筒形とすることを提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の三相インバータ回路装置において、その最大出
力は半導体モジュ−ルの放熱性能により実質的に規定さ
れることが知られている。
【0005】なお、通常の三相インバータ回路装置にお
いて、装置がこの最大出力で駆動される時間は、非常に
短時間であることが知られている。また、冷凍サイクル
装置の冷媒により冷却する方式の三相インバータ回路装
置を搭載する車両では、三相インバータ回路装置への給
電と冷凍サイクル装置の始動とがイグニッションキ−な
どにより同時に行われる場合が通常であり、この場合、
冷凍サイクル装置が正常な状態にまで立ち上がる始動後
の数分程度が三相インバータ回路装置の冷却にとって過
酷な時間帯となる。
【0006】この種の問題のソリュ−ションにはいわゆ
るヒートシンクマスを用いてその熱容量により半導体モ
ジュ−ルの温度上昇を抑止する方式が採用される。
【0007】しかしながら、このようなヒートシンクマ
スの採用は、装置重量、体格が大幅に増大するという欠
点をもち、特に収容スペ−スや燃費の点で軽量小型化を
要請される車両搭載用途では十分な採用が困難であっ
た。
【0008】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、ヒートシンクマスの省略乃至大幅な小型軽量化に
よる装置のコンパクト化を実現した半導体モジュ−ル装
置を提供することをその目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項1記載の半導体モジュ−ル装置は、外主面に電極端子
部材の放熱面が露出する半導体モジュ−ルと、扁平形状
の筒形電解コンデンサとを有する半導体モジュ−ル装置
において、前記半導体モジュ−ルの前記電極端子部材の
前記放熱面は、絶縁スペ−サを介して前記筒形電解コン
デンサの外周面の平坦部に直接又はヒートシンクマスを
介して接することを特徴としている。
【0010】すなわち、本構成によれば、扁平に形成さ
れた筒形電解コンデンサの平坦面を半導体モジュ−ルの
平坦な放熱面に絶縁スペ−サを介して又は平板状のヒー
トシンクマスを通じて密接させ、これにより筒形電解コ
ンデンサを半導体モジュ−ルのヒートシンクマスとして
用いるので、ヒートシンクマスの省略又は小型化により
コンパクトな半導体モジュ−ル装置を実現することがで
きる。
【0011】請求項2記載の構成によれば請求項1記載
の半導体モジュ−ル装置において更に、前記半導体モジ
ュ−ル及び筒形電解コンデンサの両側に配置された冷媒
チュ−ブを有し、 前記半導体モジュ−ルは、両面放熱
型半導体モジュ−ルからなり、前記冷媒チュ−ブ、半導
体モジュ−ル、筒形電解コンデンサ、冷媒チュ−ブは、
挟圧部材により前記半導体モジュ−ルの厚さ方向に挟圧
されることを特徴としている。
【0012】本構成によれば、両面放熱型半導体モジュ
−ル及び筒形電解コンデンサを共通の冷却部材で同時冷
却できるので、全体体格をコンパクト化することができ
る。また、これらは同一の挟圧部材で挟圧されて一体化
されるので、各部材間の接触確保構造が簡素となる。
【0013】特に、冷媒チュ−ブが冷凍サイクル装置に
より冷却される方式を採用し、この冷凍サイクル装置の
始動と半導体モジュ−ルへの給電を同時的に行う場合に
おいて、冷媒チュ−ブ内の冷媒がまだ低温にならず、冷
却能力が小さい運転初期において、筒形電解コンデンサ
がヒートシンクマスとして半導体モジュ−ルの発熱を良
好に吸収することができ、運転初期における半導体モジ
ュ−ルへの給電制限を必要としないという利点も生じ
る。
【0014】請求項3記載の構成によれば請求項1記載
の半導体モジュ−ル装置において更に、前記半導体モジ
ュ−ルの両側の前記冷媒チュ−ブは、扁平U字状の一体
物とされることを特徴としている。
【0015】本構成によれば、冷媒チュ−ブ構造を簡素
化することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の半導体モジュ−ル装置を
用いた三相インバータ装置の好適な実施態様を図面を参
照して以下説明する。
【0017】(回路構成)この三相インバータ回路装置
の回路構成を図1に示す。
【0018】1は電池、2〜7はそれぞれ、その寄生ダ
イオ−ドをフライホイルダイオ−ドとして利用するNM
OSTが形成された半導体チップである。半導体チップ
2、3のペアはU相の単相インバ−タ回路100を構成
し、半導体チップ4、5のペアはV相の単相インバ−タ
回路200を構成し、半導体チップ6、7のペアはW相
の単相インバ−タ回路300を構成している。各単相イ
ンバ−タ回路100、200、300はそれぞれ個々に
モジュ−ル化されて半導体モジュ−ル30、40、50
となっている。
【0019】101はU相の単相インバ−タ回路100
の正の直流電源端子、102はU相の単相インバ−タ回
路100の負の直流電源端子、103はU相の単相イン
バ−タ回路100の交流出力端子である。
【0020】201はV相の単相インバ−タ回路200
の正の直流電源端子、202はV相の単相インバ−タ回
路200の負の直流電源端子、203はV相の単相イン
バ−タ回路200の交流出力端子である。
【0021】301はW相の単相インバ−タ回路300
の正の直流電源端子、302はW相の単相インバ−タ回
路300の負の直流電源端子、303はW相の単相イン
バ−タ回路300の交流出力端子である。
【0022】各正の直流電源端子101、201、30
1は、平滑コンデンサ8の正極端子とともに電池1の正
極端子に接続され、各負の直流電源端子102、20
2、302は、平滑コンデンサ8の負極端子とともに電
池1の負極端子に接続され、各交流出力端子103、2
03、303は三相交流モ−タ9に給電している。
【0023】10はコントロ−ラであり、各IGBTの
ゲ−ト電極に制御電圧を出力するとともに各IGBTの
温度検出などを行っている。この三相インバータ回路及
び平滑コンデンサ8の動作自体は周知であり、説明を省
略する (半導体モジュ−ル構成)U相の単相インバ−タ回路1
00をモジュ−ル化してなる半導体モジュ−ル30を図
2に示す。
【0024】105は交流出力端子103を有する金属
伝熱板(電極端子部材)、106は正の直流電源端子1
01を有する金属伝熱板(電極端子部材)、107は負
の直流電源端子102を有する金属伝熱板(電極端子部
材)、11、12は金属スペ−サ、108は半導体チッ
プ2、3の制御電極端子である。
【0025】半導体チップ2は金属伝熱板106上に、
半導体チップ3は金属伝熱板105上にはんだ付けさ
れ、これら半導体チップ2、3上に金属スペ−サ11、
12がはんだ付けされ、金属スペ−サ11には金属伝熱
板107が、金属スペ−サ12には金属伝熱板105が
はんだ付けされている。金属スペ−サ11、12は、半
導体チップ2、3の制御電極端子108と半導体チップ
2、3の制御電極面(図示せず)とをワイヤボンディン
グするための厚さ方向スペ−スを確保するために介設さ
れている。
【0026】最終的に、この単相インバ−タ回路100
は樹脂モ−ルドにより、金属伝熱板105〜107の外
主面を露出させ、端子101〜103を突出させた状態
で封止されて半導体モジュ−ルとされている。
【0027】半導体モジュ−ル40、50は半導体モジ
ュ−ル30と同一構造を有するので、説明を省略する。
【0028】(平滑コンデンサ8の構成)平滑コンデン
サ8は、図3に示すように扁平筒形に形成された筒形電
解コンデンサからなる。平滑コンデンサ8は、深絞り加
工により形成された扁平筒形の一端開口のアルミ合金製
のケ−ス内部に扁平柱形の電極ロール(図示せず)を収
容し、ケ−スの開口を蓋板により閉鎖してなる。電極ロ
−ルは電解液が含浸された2枚の多孔性スペ−サと、こ
れら多孔性スペ−サにより互いに隔てられた負極箔及び
正極箔とを扁平に巻き取ることにより形成されている。
電極ロール自体は周知であり、詳細説明は省略する。蓋
板は絶縁樹脂板からなり、正負一対の端子80が貫設、
固定されている。これら正負の端子80はケ−ス内にて
金属製の多数のリ−ドの一端が溶接されており、各リ−
ドは電極ロールの巻き取り前に上記電極ロールの正極箔
の表面及び負極箔の表面に延設されている。
【0029】(全体装置構成)この実施例の三相インバ
ータ回路装置の全体構成を、その正面図を示す図3を参
照して以下に説明する。
【0030】2は冷媒チュ−ブである。冷媒チュ−ブ2
は、アルミニウム合金を引き抜き成形法あるいは押し出
し成形法で成形された板材を必要な長さに切断して作製
されている。冷媒チュ−ブ2は、図4に示すように、そ
の幅方向に隔壁により互いに区画されてその長手方向に
延設される複数の貫通流路を有している。冷媒チュ−ブ
2の両端は入り口側のヘッダ4と出口側のヘッダ5とに
接合されており、これらヘッダ4、5を通じて図示しな
い外部の冷凍サイクル装置に接続されてそのエバポレ−
タを構成している。
【0031】冷媒チュ−ブ2は、扁平で容易に厚さ方向
へ塑性変形可能な特性をもち、図3に示すようにU字状
に湾曲されている。冷媒チュ−ブ2は、平坦で互いに平
行で互いに対向する3つの平坦部21、22と、平坦部
21、22の間の湾曲部23と、平坦部21、22の間
の湾曲部23とを有している。
【0032】冷媒チュ−ブ2の平坦部21は、図示しな
い電気絶縁性スペ−サ500を介して半導体モジュ−ル
30、40、50の外主面に露出する伝熱部材(電極端
子部材)106、107に接している。半導体モジュ−
ル30、40、50は冷媒チュ−ブ2の流路方向に互い
に所定間隔を隔てて配置されている。
【0033】半導体モジュ−ル30、40、50の反冷
媒チュ−ブ側の主面に露出する伝熱部材(電極端子部
材)105は絶縁スペ−サ500を介してそれぞれ異な
る平滑コンデンサ8の平坦周面に当接している。平滑コ
ンデンサ8の反半導体モジュ−ル側の平坦周面は冷媒チ
ュ−ブ2の平坦部22に当接している。
【0034】冷媒チュ−ブ2の平坦部21、22の外側
主面はそれぞれ押さえ板6に当接しており、ボルト61
が両押さえ板6の貫通孔に挿通され、ナット62を締結
して各部材を半導体モジュ−ル30、40、50の厚さ
方向に挟圧している。すなわち、押さえ板6、ボルト6
1、ナット62は挟圧部材を構成している。
【0035】本構成によれば、三相インバータ回路を構
成する半導体モジュ−ル30、40、50と平滑コンデ
ンサ8とを共通の挟圧部材で挟圧して共通の冷媒チュ−
ブ2で冷却する構成を採用し、更に半導体モジュール3
0、40、50の過渡発熱をそれに密着される平滑コン
デンサ8で良好に吸収するようになされている。すなわ
ち、三相インバータ回路が一時的に大発熱する場合に、
平滑コンデンサ8がそのヒ−トシンクとして機能するの
で、三相インバータ回路の過渡的な温度上昇の抑止を実
現することができる。
【0036】また、各部材を1セットの挟圧部材で挟圧
して一体化するので、簡素な機構でコンパクトな装置を
実現できるとともに各部の熱抵抗を良好に低減すること
ができる。
【0037】なお、図3において絶縁スペ−サ500の
図示は省略され、図4において半導体モジュ−ル40は
断面図示されていない。
【0038】なお、上記各部材間の接触境界面に熱伝導
性のシリコングリスなどを介設して伝熱抵抗を低減でき
ることはもちろんである。
【0039】(変形態様)この実施例の半導体モジュ−
ル装置の変形態様を図5に示す。
【0040】この態様では、図4に示す冷媒チュ−ブ2
の平坦部21と平滑コンデンサ8との位置関係を逆にし
たものであるが、このように構成しても実施例1と同様
の作用効果を奏することができることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の筒形電解コンデンサを用いた三相イン
バータ回路装置の回路図である。
【図2】図1に示す装置の半導体モジュールの組み立て
図である。
【図3】図1に示す装置の正面図である。
【図4】図3に示す装置のB−B線矢視断面図である。
【図5】変形態様を示す断面図である。
【符号の説明】
2:冷媒チュ−ブ 8:平滑コンデンサ 30:半導体モジュール 40:半導体モジュール 50:半導体モジュール

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外主面に電極端子部材の放熱面が露出する
    半導体モジュ−ルと、扁平形状の筒形電解コンデンサと
    を有する半導体モジュ−ル装置において、 前記半導体モジュ−ルの前記電極端子部材の前記放熱面
    は、絶縁スペ−サを介して前記筒形電解コンデンサの外
    周面の平坦部に直接又はヒートシンクマスを介して接す
    ることを特徴とする半導体モジュ−ル装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体モジュ−ル装置にお
    いて、 前記半導体モジュ−ル及び筒形電解コンデンサの両側に
    配置された冷媒チュ−ブを有し、 前記半導体モジュ−ルは、両面放熱型半導体モジュ−ル
    からなり、 前記冷媒チュ−ブ、半導体モジュ−ル、筒形電解コンデ
    ンサ、冷媒チュ−ブは、挟圧部材により前記半導体モジ
    ュ−ルの厚さ方向に挟圧されることを特徴とする半導体
    モジュ−ル装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の半導体モジュ−ル装置にお
    いて、 前記半導体モジュ−ルの両側の前記冷媒チュ−ブは、扁
    平U字状の一体物とされることを特徴とする三相インバ
    ータ回路装置。
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