JP2001332679A - パワーモジュール - Google Patents

パワーモジュール

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雅一 深田
Yasushi Nakajima
泰 中島
Takeshi Takanashi
健 高梨
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワーモジュールの小型化、冷却性能の向
上、信頼性の向上を図る。 【解決手段】 パワーモジュール１１１では、貫通孔２
ＢＨを有する導電性のヒートシンク２Ｂの表面２ＢＳ上
に、フリーホイーリングダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ
及び直流電流平滑用のキャパシタ２０が直に配置されて
いる。このとき、ダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及びキ
ャパシタ２０の各裏面電極は例えば半田によってヒート
シンク２Ｂ上に接着されており、ダイオード１Ａ，ＩＧ
ＢＴ１Ｂ及びキャパシタ２０とヒートシンク２Ｂとが電
気的に接続される。他方、ダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１
Ｂ及びキャパシタ２０の各表面電極は例えばワイヤ７に
よって結線されている。ヒートシンク２Ｂの貫通孔２Ｂ
Ｈには冷媒が流される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はパワーモジュール
に関するものであり、主として、パワーモジュールの冷
却性能を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３４に第１の従来のパワーモジュール
１０１Ｐの模式的な外観図を示す。パワーモジュール１
０１Ｐでは、放熱フィンないしはヒートシンク２Ｐ上に
熱伝導グリス（図示せず）を介して銅ベース板９Ｐが配
置されており、ベース板９Ｐ上に絶縁基板５Ｐが配置さ
れている。更に、絶縁基板５Ｐ上にフリーホイーリング
ダイオード（以下、単にダイオードとも呼ぶ）１ＡＰ及
び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Ga
te Bipolar Transistor；以下、ＩＧＢＴとも呼ぶ）１
ＢＰが配置されている。
【０００３】従来のパワーモジュール１０１Ｐでは、絶
縁基板５Ｐの両主面には銅箔６Ｐが形成されており、銅
箔６Ｐとベース板９Ｐとが半田付けされており、又、ダ
イオード１ＡＰ及びＩＧＢＴ１ＢＰは銅箔６Ｐ上に半田
付けされている。更に、放熱フィン２Ｐ上に絶縁層４Ｐ
を介して電極３Ｐが設けられている。そして、ワイヤ７
Ｐによって所定の電気的結線がなされている。なお、放
熱フィン２Ｐ，ダイオード１ＡＰ及びＩＧＢＴ１ＢＰ等
を含む構成はケース（図示せず）内に収められている。
【０００４】電極３Ｐにバスバーないしは配線９１Ｐが
接続されており、バスバー９１Ｐは上記ケースの外に引
き出されている。ケースの外においてバスバー９１Ｐに
電流検出用の変流器ないしはカレント・トランスフォー
マ９２Ｐが取り付けられている。また、円筒形の直流電
流平滑用キャパシタ８Ｐが、ケースの外に放熱フィン２
Ｐ等とは別個に設けられている（その接続形態の図示化
は省略する）。
【０００５】図３５に第２の従来のパワーモジュール１
０２Ｐの模式的な外観図を示す。パワーモジュール１０
２Ｐは上述のベース板９Ｐを有さず、絶縁基板５Ｐが熱
伝導グリスを介して放熱フィン２Ｐ上に配置されてい
る。パワーモジュール１０２Ｐのその他の構造は上述の
パワーモジュール１０１Ｐと同様である。
【０００６】図３６に第３の従来のパワーモジュール１
０３Ｐの模式的な外観図を示す。パワーモジュール１０
３Ｐは、いわゆる電力変換器である。パワーモジュール
１０３Ｐでは、全てのダイオード１ＡＰ及びＩＧＢＴ１
ＢＰが絶縁基板５Ｐ上に配置されている。なお、パワー
モジュール１０３Ｐのヒートシンク２ＢＰは貫通孔２Ｂ
ＨＰを有しており、かかる貫通孔２ＢＨＰに冷媒が流さ
れる。パワーモジュール１０３Ｐのその他の構造は基本
的には上述のパワーモジュール１０１Ｐと同様である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のパワーモジュー
ル１０１Ｐ〜１０３Ｐは以下の問題点を有している。ま
ず、動作時の温度に対する信頼性が低いという問題点が
ある。
【０００８】詳細には、ヒートシンク２ＡＰ，２ＢＰと
ダイオード１ＡＰ及びＩＧＢＴ１ＢＰとの熱膨張率が異
なる場合、上述の半田付け部分では半田の凝固点からの
温度差に応じた熱応力が発生する。このため、パワーモ
ジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐの使用時（動作時）におけ
る熱サイクル（又は温度サイクル）及び／又は使用と停
止との繰り返しによる熱サイクルによって半田付け部分
に亀裂が発生・進行するという問題点がある。このよう
な半田付け部分の亀裂はパワーモジュールの寿命を縮め
てしまう。
【０００９】このとき、上述の熱応力を小さくするため
には例えば半田を厚く（例えば３００μｍ以上）するこ
とが考えられる。ところが、そのような厚さではダイオ
ード１ＡＰ等とヒートシンク２ＡＰ，２ＢＰとの間の熱
抵抗が大きくなってしまい、ヒートシンク２ＡＰ，２Ｂ
Ｐを大型化しなければならないという別個の問題が惹起
される。
【００１０】更に、従来のパワーモジュール１０１Ｐ〜
１０３Ｐでは、ダイオード１ＡＰ等の発熱によって絶縁
基板５Ｐやベース板９Ｐ等に温度分布が生じると絶縁基
板５Ｐ等に反りやうねりが発生する。このとき、温度差
が大きい場合には、放熱フィン２Ｐとベース板９Ｐとの
間等に隙間が形成される。このため、放熱フィン２Ｐと
絶縁基板５Ｐ又はベース板９Ｐとの間が熱伝導グリスで
満たされなくなり（空気が入り込み）、熱伝達が低下し
てしまうという問題点がある。また、上述の半田付け部
分の亀裂の発生が助長される又は亀裂が進行するという
問題点がある。かかる隙間が形成されると、パワーモジ
ュールの信頼性が低下してしまう。
【００１１】上述の隙間を発生させないようにするため
には、例えば絶縁基板５Ｐ等内での温度分布を均一化し
たり、絶縁基板５Ｐ等を厚くして剛性を増大させること
が考えられる。しかしながら、絶縁基板５Ｐ等を厚くす
ると絶縁基板５Ｐ等とヒートシンク２ＡＰ，２ＢＰとの
間の熱抵抗が大きくなってしまい、かかる場合にもヒー
トシンク２ＡＰ，２ＢＰを大型化しなければならないと
いう別個の問題が惹起される。
【００１２】更に、ダイオード１ＡＰやＩＧＢＴ１ＢＰ
の発熱量が大きい場合、温度上昇によって素子の特性が
変動してしまうので、信頼性を確保するためには電流量
を制限しなければならないという問題点がある。
【００１３】更に、従来のパワーモジュール１０１Ｐ〜
１０３Ｐでは、変流器９２Ｐ及び円筒形のキャパシタ８
Ｐをパワーモジュールのケースの外に別個に設けている
ので、モジュール全体が大型であるという問題点があ
る。また、変流器９２Ｐの特性は、測定する電流が直流
成分を多く含む場合には大型化してしまうし、変流器９
２Ｐによれば発熱による特性変動に起因した測定誤差
（５％程度）を含んで測定が行われてしまう。
【００１４】また、パワーモジュール１０３Ｐでは、ダ
イオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの各電力用半導体素子の
配置位置によって、各電力用半導体素子と、電力変換器
において低電位側に接続される電極６１Ｐ及び高電位側
に接続される電極６２Ｐとの距離が異なっている。この
ため、ワイヤ７Ｐ等の配線のインダクタンスが電力用半
導体素子毎に異なり、その結果、出力電圧がばらついて
しまう。
【００１５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、小型軽量で信頼性の高いパワーモジュールを
提供することを主たる目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】（１）請求項１に記載の
発明に係るパワーモジュールは、ヒートシンクと、前記
ヒートシンク上に直に配置された第１の電力用半導体素
子と、前記ヒートシンク上に直に配置されたキャパシタ
とを備えることを特徴とする。
【００１７】（２）請求項２に記載の発明に係るパワー
モジュールは、請求項１に記載のパワーモジュールであ
って、前記ヒートシンクは複数の表面を有し、前記第１
の電力用半導体素子と前記キャパシタとが前記ヒートシ
ンクの異なる前記表面上に配置されていることを特徴と
する。
【００１８】（３）請求項３に記載の発明に係るパワー
モジュールは、請求項１又は２に記載のパワーモジュー
ルであって、前記ヒートシンクは冷媒の流路を有するこ
とを特徴とする。
【００１９】（４）請求項４に記載の発明に係るパワー
モジュールは、請求項１乃至３のいずれかに記載のパワ
ーモジュールであって、前記ヒートシンクは導電性を有
し、前記第１の電力用半導体素子の電極及び前記キャパ
シタの電極が前記ヒートシンクと直に接着されているこ
とを特徴とする。
【００２０】（５）請求項５に記載の発明に係るパワー
モジュールは、請求項４に記載のパワーモジュールであ
って、前記ヒートシンク上に配置された絶縁基板と、前
記絶縁基板を介して前記ヒートシンク上に配置された第
２の電力用半導体素子とを更に備えることを特徴とす
る。
【００２１】（６）請求項６に記載の発明に係るパワー
モジュールは、請求項４に記載のパワーモジュールと、
他のヒートシンクと、前記他のヒートシンク上に直に配
置された第２の電力用半導体素子とを備えることを特徴
とする。
【００２２】（７）請求項７に記載の発明に係るパワー
モジュールは、請求項６に記載のパワーモジュールであ
って、前記他のヒートシンクは導電性を有し、前記他の
ヒートシンクに、前記第２の電力用半導体素子の電極が
直に接着されており、前記パワーモジュールは、前記他
のヒートシンクを前記ヒートシンク及び前記キャパシタ
の前記電極から絶縁する絶縁部材を更に備えることを特
徴とする。
【００２３】（８）請求項８に記載の発明に係るパワー
モジュールは、請求項７に記載のパワーモジュールであ
って、前記絶縁部材上に配置された導電部材と、前記導
電部材に接続されると共に、前記第１の電力用半導体素
子と前記第２の電力用半導体素子との間を電気的に接続
する可撓性の配線とを更に備えることを特徴とする。
【００２４】（９）請求項９に記載の発明に係るパワー
モジュールは、キャパシタと、前記キャパシタの電極上
に直に配置された第１の電力用半導体素子とを備えるこ
とを特徴とする。
【００２５】（１０）請求項１０に記載の発明に係るパ
ワーモジュールは、請求項９に記載のパワーモジュール
であって、前記キャパシタの前記電極は冷媒の流路を有
することを特徴とする。
【００２６】（１１）請求項１１に記載の発明に係るパ
ワーモジュールは、請求項９に記載のパワーモジュール
であって、前記キャパシタの前記電極上に配置された絶
縁基板と、前記絶縁基板を介して前記キャパシタの前記
電極上に配置された第２の電力用半導体素子とを更に備
えることを特徴とする。
【００２７】（１２）請求項１２に記載の発明に係るパ
ワーモジュールは、請求項５乃至８及び１１の内のいず
れかに記載のパワーモジュールであって、前記第１の電
力用半導体素子と前記第２の電力用半導体素子とは電気
的に接続されて、前記第１の電力用半導体素子は電力変
換器の下アームを成し、前記第２の電力用半導体素子は
前記電力変換器の上アームを成すことを特徴とする。
【００２８】（１３）請求項１３に記載の発明に係るパ
ワーモジュールは、請求項１２に記載のパワーモジュー
ルであって、前記上アーム及び前記下アームを含む、前
記電力変換器のアームの複数と、各前記下アームの各前
記第１の電力用半導体素子に第１電圧を供給する第１電
極及び各前記上アームの各前記第２の電力用半導体素子
に第２電圧を供給する第２電極を含み、前記第１の電力
用半導体素子又は前記第２の電力用半導体素子の配置面
から突出して設けられた同軸線とを更に備え、複数の前
記アームは、前記同軸線を取り囲んで同心円上に略等間
隔で配置されていることを特徴とする。
【００２９】（１４）請求項１４に記載の発明に係るパ
ワーモジュールは、それぞれが冷媒の流路を有する複数
のヒートシンクと、それぞれが前記ヒートシンク上に搭
載された複数の電力用半導体素子と、前記複数のヒート
シンクを収納可能な空間を有する筐体とを備え、前記複
数のヒートシンクは、前記筐体の前記空間内において互
いに隙間をあけて配置されて、前記筐体の前記空間内に
前記隙間及び前記流路から成る一続きの空間を形成する
ことを特徴とする。
【００３０】（１５）請求項１５に記載の発明に係るパ
ワーモジュールは、請求項１４に記載のパワーモジュー
ルであって、前記ヒートシンクの前記流路に絶縁性の冷
媒が流されることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】＜実施の形態１＞図１に実施の形
態１に係るパワーモジュール１０１の模式的な外観図を
示す。図１に示すように、パワーモジュール１０１は、
例えばシリコン（Ｓｉ）基板に形成された電力用半導体
素子（例えばフリーホイーリングダイオードやＩＧＢ
Ｔ）１と、ヒートシンク２Ａと、電極３と、絶縁層４
と、ワイヤ７とを備える。なお、図面の煩雑化を避ける
ため、電力用半導体素子１の詳細な図示化は省略してい
る。
【００３２】特に、電力用半導体素子１はヒートシンク
２Ａ上に直に配置されているないしは接している。電力
用半導体素子１は、上記シリコン基板の両主面に対応す
る両主面１Ｓ１，１Ｓ２を有しており、各主面１Ｓ１，
１Ｓ２にそれぞれ電極（図示せず）が形成されている。
そして、一方の主面（以下、裏面とも呼ぶ）１Ｓ２が、
換言すれば当該裏面１Ｓ２に形成された電極（以下、裏
面電極とも呼ぶ）がヒートシンク２Ａの平面状の表面２
ＡＳ上に例えば半田付けされている。
【００３３】ここで、「電力用半導体素子１がヒートシ
ンク２Ａ上に直に配置されている」とは、「従来のパワ
ーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐが有する絶縁基板５Ｐ
やベース板９Ｐ（図３４参照）を介することなく」の意
味であり、電力用半導体素子１とヒートシンク２Ａとの
間に両者を接着するための接着材料（例えば上述の半
田）が存在している構成は上述の「直に配置」された形
態に含まれる。なお、上記接着材料として、半田の代わ
りに、アルミニウムや銀等の導電性粉末を含んだエポキ
シ樹脂等の熱伝導性の良好な接着剤を用いても構わな
い。
【００３４】ヒートシンク２Ａはシリコンと熱膨張率が
ほぼ等しい材料、例えばモリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃ
ｕ）−モリブデン（Ｍｏ）合金，タングステン（Ｗ），
炭素繊維複合材料等を含む。或いは、ヒートシンク２Ａ
として（シリコンと熱膨張率がほぼ等しい材料とし
て）、炭素（Ｃ）やシリコン（Ｓｉ）を含有したアルミ
ニウム（Ａｌ）等を適用する。ヒートシンク２Ａは表面
２ＡＳの反対側にフィン形状を有している。
【００３５】更に、ヒートシンク２Ａ上に絶縁層４が配
置されており、絶縁層４上に電極３が配置されている。
即ち、電極３は絶縁層４により絶縁されてヒートシンク
２Ａ上に配置されている。電極３と、電力用半導体素子
１の他方の主面（以下、表面とも呼ぶ）１Ｓ１に形成さ
れた電極（以下、表面電極とも呼ぶ）とがワイヤ７によ
って電気的に結線されている。なお、圧接や導電性接着
剤等によって、電極３と電力用半導体素子１の表面電極
とを電気的に接続しても構わない。
【００３６】パワーモジュール１０１によれば以下の効
果を得ることができる。即ち、電力用半導体素子１とヒ
ートシンク２Ａとの熱膨張率がほぼ等しいので、従来の
パワーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐとは異なり、電力
用半導体素子１とヒートシンク２Ａとの接合部分（半田
付け部分）に熱サイクルに起因した亀裂が発生するのを
格段に抑制することができる。このため、従来のパワー
モジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐとは異なり、半田を厚く
する必要が無く、電力用半導体素子１とヒートシンク２
Ａとの間の熱抵抗を小さくすることができる。これによ
り、ヒートシンクを小型軽量化することができる。
【００３７】更に、電力用半導体素子１とヒートシンク
２Ａとが直に接しているので、電力用半導体素子１とヒ
ートシンク２Ａとの間の温度差を小さくすることができ
る。このため、従来のパワーモジュール１０１Ｐ〜１０
３Ｐとは異なり、たとえ電力用半導体素子１の裏面１Ｓ
２内に及び／又はヒートシンク２Ａの表面２ＡＳ内に温
度分布が生じた場合であっても、裏面１Ｓ２と表面２Ａ
Ｓとの間に発生する或いは裏面１Ｓ２と表面２ＡＳとの
間の接着材料に発生する熱応力が小さい。これにより、
電力用半導体素子の信頼性を高められ、パワーモジュー
ル１０１によれば高い信頼性を長期に得ることができ
る。
【００３８】＜実施の形態２＞図２に実施の形態２に係
るパワーモジュール１０２の模式的な外観図を示す。図
２に示すように、パワーモジュール１０２は、既述の電
力用半導体素子１としてのフリーホイーリングダイオー
ド１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂと、ヒートシンク２Ａと、電極
３と、絶縁層４と、ワイヤ７とを備える。なお、既述の
構成要素と同等のものには同一の符号を付してその説明
を援用するに留める。
【００３９】フリーホイーリングダイオード１Ａは、既
述の各表面１Ｓ１及び裏面１Ｓ２に対応する表面１ＡＳ
１及び裏面１ＡＳ２と、表面電極及び裏面電極（図示せ
ず）とを有する。同様に、ＩＧＢＴ１Ｂも、既述の各表
面１Ｓ１及び裏面１Ｓ２に対応する表面１ＢＳ１及び裏
面１ＢＳ２と、表面電極及び裏面電極（図示せず）とを
有する。
【００４０】特に、パワーモジュール１０２のヒートシ
ンク２Ａは導電性を有する材料、例えば上述の材料の内
の銅−モリブデン合金等から成る。そして、ダイオード
１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂが、裏面１ＡＳ２，１ＢＳ２をヒ
ートシンク２Ａの表面２ＡＳに対面させて、ヒートシン
ク２Ａ上に直に配置されている。ダイオード１Ａ及びＩ
ＧＢＴ１Ｂは、導電性を有する接着材料、例えば半田で
ヒートシンク２Ａ上に接着されている。これにより、ダ
イオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの両裏面電極は半田及び
導電性のヒートシンク２Ａを介して電気的に接続されて
いる。他方、ダイオード１Ａの表面電極とＩＧＢＴ１Ｂ
の表面電極と電極３とが例えばワイヤ７によって電気的
に接続されている。
【００４１】このように、パワーモジュール１０２で
は、ヒートシンク２Ａが導電性を有するので、即ちヒー
トシンク２Ａが電極として働くので、電極３及び絶縁層
４の個数を削減してパワーモジュールを小型軽量化する
ことができる。
【００４２】なお、パワーモジュール１０２のヒートシ
ンク２Ａは、表面２ＡＳから続く突出部２ＡＴを有して
おり、絶縁層４及び電極３は突出部２ＡＴ上にも延在し
ている。これにより、導電性のヒートシンク２Ａの突出
部２ＡＴと突出部２ＡＴ上の電極３とをパワーモジュー
ル１０２の端子として利用することができる。
【００４３】なお、パワーモジュール１０２は主として
複数の電力用半導体素子の各裏面電極が同一電位となる
回路構成に適用されるが、ヒートシンク２Ａと電力用半
導体素子１との間に、銅箔等の導電層を有する絶縁基板
（従来の絶縁基板５Ｐ（図３４参照）に相当）を設ける
ことによって、裏面電極の電位が異なる複数の電力用半
導体素子を搭載することができる。
【００４４】＜実施の形態３＞図３に実施の形態３に係
るパワーモジュール１０３の模式的な外観図を示す。図
３に示すように、パワーモジュール１０３は、２つのパ
ワーモジュール１０２が絶縁部材１０を介して結合され
一体化された構成を有する。絶縁部材１０として例えば
エポキシ樹脂や射出成形プラスチック等が適用可能であ
る。
【００４５】パワーモジュール１０３では、各パワーモ
ジュール１０２の電極３は、互いに他方のパワーモジュ
ール１０２側へ延在して当該他方のパワーモジュール１
０２のヒートシンク２Ａに電気的に接続されている、例
えば半田付けされている（突出部３Ｔ参照）。
【００４６】パワーモジュール１０３によれば、２つの
パワーモジュール１０２を予め準備しておき、これらを
組み合わせて回路を構成するので、モジュールを容易に
形成することができる。このとき、小型軽量化が推進さ
れたパワーモジュール１０２を用いるので、パワーモジ
ュール１０３も小型軽量化される。なお、３つ以上のパ
ワーモジュール１０２を組み合わせても構わない。
【００４７】なお、電極３を介することなく、例えばダ
イオード１Ａとヒートシンク２Ａとの間を直接にワイヤ
７で接続しても構わない。かかる場合には、電極３等を
更に削減することができる。
【００４８】＜実施の形態４＞図４に実施の形態４に係
るパワーモジュール１０４の模式的な外観図を示す。図
４に示すように、パワーモジュール１０４は、フリーホ
イーリングダイオード１Ａと、ＩＧＢＴ１Ｂと、導電性
のヒートシンク２Ｂと、電極３と、絶縁層４と、ワイヤ
７とを備える。
【００４９】ヒートシンク２Ｂは上述の導電性のヒート
シンク２Ａと同様の材料から成り、上記表面２ＡＳに対
応する平面状の表面２ＢＳを有する。そして、当該表面
２ＢＳ上にダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及び絶縁層４
が配置されている。
【００５０】特に、パワーモジュール１０４のヒートシ
ンク２Ｂは冷媒の流路としての２つの貫通孔（冷媒の流
路）２ＢＨを有する。各貫通孔２ＢＨは表面２ＢＳから
同程度離れた位置に、換言すれば図４において横方向に
並べて設けられている。また、各貫通孔２ＢＨはダイオ
ード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの下方を通過するように形成
されている。なお、貫通孔２ＢＨは１つ或いは３つ以上
であっても構わない。
【００５１】パワーモジュール１０４では、貫通孔２Ｂ
Ｈに冷媒、例えば空気，六フッ化硫黄（ＳＦ6），炭酸
ガス等の気体や、水，油，フロリーナ等の液体を流すこ
とによって、ヒートシンク２Ｂを従ってダイオード１Ａ
及びＩＧＢＴ１Ｂを強制的に冷却する。これにより、冷
却能力を大幅に向上させることができる。その結果、従
来のパワーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐのように信頼
性を確保するためになされていた電流量の制限を緩和或
いは解除することができるし、又、ヒートシンクを、従
ってパワーモジュールを小型軽量化することができる。
【００５２】＜実施の形態４の変形例１＞図５に実施の
形態４の変形例１に係るパワーモジュール１０４Ａの模
式的な外観図を示す。図５に示すように、パワーモジュ
ール１０４Ａは上述のパワーモジュール１０４を２つ備
え、ヒートシンク２Ｂの貫通孔２ＢＨ同士が配管２ＢＪ
で繋がれて、両パワーモジュール１０４が連結してい
る。
【００５３】このとき、（ｉ）両ヒートシンク２Ｂを同
電位に設定する場合、換言すれば両ヒートシンク２Ｂ上
のダイオード１Ａ等の裏面電極同士を同電位に設定する
場合には、配管と冷媒との少なくとも一方に導電性の材
料・物質を用い（以下、導電連結と呼ぶ）、（ｉｉ）逆
に、両ヒートシンク２Ｂ間を絶縁する場合には、換言す
れば両ヒートシンク２Ｂ上のダイオード１Ａ等同士を絶
縁する場合には、配管及び冷媒の双方に絶縁性の材料・
物質を用いる（以下、絶縁連結と呼ぶ）。
【００５４】このとき、（ｉｉｉ）上記（ｉ）のように
配管と冷媒との少なくとも一方に導電性の材料・物質を
用いた場合であっても、ヒートシンク２Ｂとダイオード
１Ａ等との間に既述の絶縁基板５Ｐ（及び銅箔６Ｐ）
（図３４参照）を設ければ、上記（ｉｉ）と同様に両ヒ
ートシンク２Ｂ間でダイオード１Ａ等を絶縁することが
できる。逆に言えば、上述の導電連結及び絶縁連結によ
れば、絶縁基板５Ｐ等を用いる必要がない。
【００５５】なお、３つ以上のパワーモジュール１０４
を配管ＢＪで連結してパワーモジュール１０４Ａを構成
しても良い。このとき、導電連結の場合、同電位に設定
する複数のパワーモジュール１０４を１グループとし
て、各グループ毎に、冷媒を流すためのポンプ（図示せ
ず）を設ける。他方、絶縁連結の場合、パワーモジュー
ル１０４Ａ全体に対して、１つのポンプを設ければ良
い。
【００５６】＜実施の形態４の変形例２＞図６に実施の
形態４の変形例２に係るパワーモジュール１０４Ｂの模
式的な外観図を示す。図６に示すように、パワーモジュ
ール１０４Ｂでは、２つの貫通孔２ＢＨが表面２ＢＳか
らの距離を違えて、換言すれば図６において上下に並べ
て形成されている。
【００５７】上述のパワーモジュール１０４Ａと同様
に、複数のパワーモジュール１０４Ｂの各貫通孔２ＢＨ
同士を配管２ＢＪで連結して回路を構成しても構わない
（図７参照）。このとき、上側の貫通孔２ＢＨ同士を及
び下側の貫通孔２ＢＨ同士をそれぞれ配管２ＢＪでつな
ぐ。特に、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂに近い、上
側の貫通孔２ＢＨから冷媒を流入し、その後、折り返し
て下側の貫通孔２ＢＨに流れるように配管することによ
って、上記パワーモジュール１０４と比較して、各ヒー
トシンク２Ｂでの冷媒の温度差が吸収され、より均一な
冷却能力が得られる。
【００５８】＜実施の形態４の変形例３＞図８に実施の
形態４の変形例３に係るパワーモジュール１０４Ｃの模
式的な外観図を示す。図８に示すように、パワーモジュ
ール１０４Ｃは上記パワーモジュール１０４を２つ備
え、両パワーモジュール１０４がヒートシンク２Ｂの表
面２ＢＳとは反対側の表面同士を接して配置されてい
る。
【００５９】＜実施の形態４の変形例４＞図９に実施の
形態４の変形例４に係るパワーモジュール１０４Ｄの模
式的な外観図を示す。図９に示すように、パワーモジュ
ール１０４Ｄは上記パワーモジュール１０４を２つ備
え、両パワーモジュール１０４が支持部材１５を介して
上下に積み重ねられている。このとき、（ｉ）少なくと
も１つの支持部材１５に金属等の導電性部材を用いれば
両ヒートシンク２Ｂを同電位に設定することができる
し、（ｉｉ）全ての支持部材１５に樹脂等の絶縁部材を
用いれば両ヒートシンク２Ｂ間を絶縁することができ
る。
【００６０】＜実施の形態５＞図１０及び図１１に、実
施の形態５に係るパワーモジュール１０５の模式的な外
観図（上面図及び側面図）を示す。なお、図１１は図１
０中の矢印Ａの方向からパワーモジュール１０５を見た
場合の外観図にあたり、図面の煩雑化を避けるために図
１１では構成要素の一部の図示化を省略している。ま
た、図１２に、パワーモジュール１０５の模式的な縦断
面図を示す。
【００６１】パワーモジュール１０５は、いわゆる３相
の電圧型電力変換器を成す。なお、電力変換器とはイン
バータ及びコンバータを含む。電力変換器では、各相毎
に、互いに対を成してアームを形成する上アームと下ア
ームとが出力端子を介して直列に接続され、上アームは
高電位（第２電圧に対応する）側と出力端子との間に接
続され、下アームは出力端子と低電位（第１電圧に対応
する）側との間に接続される（又は接地される）。即
ち、電力変換器は、等価回路的には多相ブリッジ回路
（ここでは、３相ブリッジ回路）を成している。
【００６２】パワーモジュール１０５は、対向する円形
の主面（表面）２ＣＳ１，２ＣＳ２を有する円柱形のヒ
ートシンク２Ｃを備える。ヒートシンク２Ｃは導電性を
有する。
【００６３】ヒートシンク２Ｃの一方の主面２ＣＳ１上
に例えばセラミック板より成る３つの絶縁基板５０Ｕ，
５０Ｖ，５０Ｗが配置されている。各絶縁基板５０Ｕ，
５０Ｖ，５０Ｗの両主面上に例えば銅箔が形成されてお
り、絶縁基板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗは例えば半田によ
り主面２ＣＳ１上に接着されている。このとき、ヒート
シンク２Ｃと対面する上記銅箔は、絶縁基板５０Ｕ，５
０Ｖ，５０Ｗとヒートシンク２Ｃとの間の接着を良好に
行うためのものである。他方、各絶縁基板５０Ｕ，５０
Ｖ，５０Ｗ上の、ヒートシンク２Ｃとは対面しない各銅
箔は、電力変換器の出力端子にあたる各電極６０Ｕ，６
０Ｖ，６０Ｗを成す。このため、電極６０Ｕ，６０Ｖ，
６０Ｗとして銅箔以外の導電材料を用いても構わない。
【００６４】特に、絶縁基板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗ
は、円形の主面２ＣＳ１の円周と同心の円周上に略等間
隔に配置されている。換言すれば、円形の主面２ＣＳ１
の中心に対して互いに同じ角度（ここでは１２０゜）を
成して規定される放射線上に上記中心から同じ距離だけ
離れて、絶縁基板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗが配置されて
いる。
【００６５】更に、各１つのダイオード１Ａ及びＩＧＢ
Ｔ１Ｂから成る電力用半導体素子の組が、３組、絶縁基
板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに隣接して主面２ＣＳ１上に
直に配置されている。上述の電力用半導体素子の各組
は、円形の主面２ＣＳ１の円周と同心の円周上に略等間
隔に又上記各絶縁基板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗの配列間
に配置されている。特に、かかるダイオード１Ａ及びＩ
ＧＢＴ１Ｂの各裏面電極は例えば半田により主面２ＣＳ
１上に直に接着されている。他方、ダイオード１Ａ及び
ＩＧＢＴ１Ｂの各表面電極は例えばワイヤ７により電極
６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗに電気的に接続されている。こ
のようにヒートシンク２Ｃ上に直付けされている、３組
のダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの各組が電力変換器
の下アームを構成する。
【００６６】更に、例えばセラミック板より成る絶縁基
板５が絶縁基板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに近接して主面
２ＣＳ１上に配置されている。各絶縁基板５は、円形の
主面２ＣＳ１の円周と同心の円周上に略等間隔に又上記
各絶縁基板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗの配列間に配置され
ている。各絶縁基板５の両主面上に例えば銅箔が形成さ
れており、各絶縁基板５は例えば半田により主面２ＣＳ
１に接着されている。ヒートシンク２Ｃと対面しない側
の銅箔は導電層６を成す。
【００６７】各絶縁基板５の導電層６上にダイオード１
Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂが配置されている。ダイオード１Ａ
及びＩＧＢＴ１Ｂはそれぞれの裏面電極を導電層６と対
面させて例えば半田により接着されている。また、隣接
する導電層６と電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗとが例えば
ワイヤ７によって接続されている。絶縁基板５を介して
ヒートシンク２Ｃ上に配置されている、３組のダイオー
ド１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂそれぞれが電力変換器の上アー
ムを構成する。
【００６８】ダイオード１Ａ等のかかる配置によれば、
パワーモジュール１０５が有する３つのアーム（上アー
ム及び下アームから成る）は、ヒートシンク２Ｃの円形
の主面２ＣＳ１の当該円形の中心（後述のように電極６
１が配置される）を取り囲んで同心円上に略等間隔で配
置されている。
【００６９】そして、円形の主面２ＣＳ１上に、当該円
形の中心付近に例えばセラミック板より成る絶縁基板５
０Ｃが配置されている。絶縁基板５０Ｃの両主面上には
例えば例えば銅箔が形成されており、絶縁基板５０Ｃは
例えば半田により主面２ＣＳ１に接着されている。ヒー
トシンク２Ｃと対面しない銅箔は導電層６０Ｃを成す。
絶縁基板５上のダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの各表
面電極が例えばワイヤ７により導電層６０Ｃと電気的に
接続されている。なお、絶縁基板５０Ｃや導電層６０Ｕ
等の形状は、図１０等に図示された形状に限られない。
【００７０】特に、ダイオード１Ａ等の設置面である円
形の主面２ＣＳ１の略中心から絶縁基板５０Ｃを貫いて
例えば棒状の電極６１が伸びている（図１２参照）。電
極６１はヒートシンク２Ｃと電気的に接続されている。
また、導電層６０Ｃと電気的に接続されて電極６２が配
置されている。電極６２は例えば筒状の電極から成り、
その筒状の内部に電極６１が挿入されている。電極６
１，６２間には絶縁部材１１が配置されており、両電極
６１，６２は絶縁されている。電極６１，６２はいわゆ
る同軸線を成す。なお、パワーモジュール１０５では、
電極６１が「第１電極」にあたり、電極６２が「第２電
極」にあたる。
【００７１】このような構成により、パワーモジュール
１０５は、５つの電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗ，６１，
６２を有する電力変換器を成している。
【００７２】ここで、図１３にヒートシンク２Ｃが有す
る貫通孔２ＣＨを説明するための模式図を示す。なお、
図１３は図１０に相当する図面であり、図面の煩雑化を
避けるために図１０中の絶縁基板５等の図示化は省略し
ている。図１３に示すように、ヒートシンク２Ｃには、
主面２ＣＳ１の円周と同心の略リング状の貫通孔２ＣＨ
が３つ形成されている（それぞれを各種破線で示す）。
各貫通孔２ＣＨに冷媒を流すことにより、パワーモジュ
ール１０５の冷却を行う。貫通孔２ＣＨの個数は３つに
限られないが、貫通孔２ＣＨを発熱体であるダイオード
１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの下方に設けることが好ましい。
また、貫通孔２ＣＨをリング状でなく例えば渦巻き状に
設けても構わない。また、パワーモジュール１０４Ｂ
（図６参照）のように、主面２ＣＳ１，２ＣＳ２間に上
下に重ねて貫通孔２ＣＨを設けても構わない。
【００７３】パワーモジュール１０５によれば、上述の
ように電力変換器の３つのアームは上記同軸線を取り囲
んで同心円上に略等間隔で配置されている。このため、
電極６１，６２と各アームとの間の配線を同様に形成す
ることができるので、各アームから取り出される各出力
のばらつきを小さくすることができると共に、低電位側
の変動を小さくできるため誤動作に強くすることができ
る。その結果、信頼性の高い電力変換器を提供すること
ができる。
【００７４】＜実施の形態５の変形例１＞なお、パワー
モジュール１０５ではヒートシンク２Ｃの主面２ＣＳ１
上にダイオード１Ａ等を全て配置したが、その一部をシ
ートシンク２Ｃの他方の主面２ＣＳ２上に配置しても構
わない。例えば、３つの絶縁基板５及びそれの上に配置
された構成要素を主面２ＣＳ２上に配置し、所定の配線
を行っても構わない。
【００７５】＜実施の形態６＞図１４に実施の形態６に
係るパワーモジュール１１１の模式的な外観図を示す。
図１４に示すように、パワーモジュール１１１では、貫
通孔２ＢＨを有する既述の導電性のヒートシンク２Ｂの
表面２ＢＳ上に、ダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及び直
流電流平滑用のコンデンサないしはキャパシタ２０が直
に配置されている。なお、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ
１Ｂがそれぞれ「第１の電力用半導体素子」にあたる。
【００７６】既述のように、ダイオード１Ａはシリコン
基板の両主面に対応する両主面（表面１ＡＳ１及び裏面
１ＡＳ２）を有しており、表面１ＡＳ１に表面電極が又
裏面１ＡＳ２に裏面電極が形成されている。同様に、Ｉ
ＧＢＴ１Ｂにおいても、表面１ＢＳ１に表面電極が又裏
面１ＢＳ２に裏面電極が形成されている。なお、図面の
煩雑化を避けるため、図１４ではダイオード１Ａ及びＩ
ＧＢＴ１Ｂそれぞれの表面電極及び裏面電極の詳細な図
示化は省略している。
【００７７】特に、従来の円筒形のキャパシタ８Ｐとは
異なり、キャパシタ２０は、対向する２つの主面２０Ｓ
１，２０Ｓ２を有する平板形のキャパシタから成る。そ
して、平板形の一方の主面（以下、裏面とも呼ぶ）２０
Ｓ２に電極（図示せず；裏面電極とも呼ぶ）が形成され
ており、他方の主面（以下、表面とも呼ぶ）２０Ｓ１に
電極（図示せず；表面電極とも呼ぶ）が形成されてい
る。
【００７８】ダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及びキャパ
シタ２０の各裏面電極はヒートシンク２Ｂが例えば半田
によりヒートシンク２Ｃに接着されている。これによ
り、各裏面電極同士が導電性のヒートシンク２Ｂを介し
て電気的に接続されている。他方、ダイオード１Ａ，Ｉ
ＧＢＴ１Ｂ及びキャパシタ２０の各表面電極（ヒートシ
ンク２Ｂとは対面していない）同士はワイヤ７によって
結線されている。なお、圧接や導電性接着剤等によっ
て、各表面電極間を電気的に接続しても構わない。
【００７９】パワーモジュール１１１によれば以下の効
果を得ることができる。まず、小型軽量で信頼性の高い
パワーモジュール１１１を提供することができる。
【００８０】詳細には、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１
Ｂ及びキャパシタ２０がヒートシンク２Ｃ上に直付けさ
れている。このため、これらが別々に設けられている従
来のパワーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐよりも、パワ
ーモジュールを小型化することができる。また、ヒート
シンク２Ｃの放熱作用によってダイオード１Ａ及びＩＧ
ＢＴ１Ｂの発熱のみならずキャパシタ２０の温度上昇を
も抑制することができるため、キャパシタ２０の小型
化、低インダクタンス化、長寿命化が図れる。
【００８１】更に、ダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及び
キャパシタ２０がヒートシンク２Ｃ上に直付けされてい
るので、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂとキャパシタ
２０との間を結ぶ配線の長さを従来のパワーモジュール
１０１Ｐ〜１０３Ｐよりも短くすることができる。特
に、ヒートシンク２Ｃは導電性を有するので、ダイオー
ド１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及びキャパシタ２０はヒートシン
ク２Ｃが最短経路で電気的に結ばれている。このため、
従来のパワーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐよりも回路
インダクタンスを低減することができる。従って、ダイ
オード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂのスイッチング動作時に生
じる跳ね上がり電圧（オーバーシュート）を低減でき、
その結果、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの耐圧及び
損失を低減することができる。また、配線長が短くなる
ことに起因して、電磁ノイズの発生を低減することがで
きる。
【００８２】また、パワーモジュール１１１によれば、
ヒートシンク２Ｃが導電性を有するので、当該ヒートシ
ンク２Ｃを電極として用いることができる。このため、
例えば、絶縁性のヒートシンクの場合に必要な配線等の
部品点数及びそれの形成工程を削減することができる。
【００８３】なお、ヒートシンク２Ｂの貫通孔２ＢＨに
冷媒を流すことによって、ヒートシンク２Ｂの冷却能力
を向上することができる。
【００８４】＜実施の形態６の変形例１＞なお、ヒート
シンク２Ｂに変えて、図１５に示すパワーモジュール１
１１Ａのようにフィン構造を有する導電性のヒートシン
ク２Ａを適用しても、上述の効果を得ることができる。
【００８５】＜実施の形態６の変形例２＞また、キャパ
シタ２０，ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂを、ヒート
シンク２Ｂの異なる表面に配置しても構わない。具体的
には、図１６に示すパワーモジュール１１１Ｂのよう
に、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂをヒートシンク２
Ｂの表面２ＢＳ上に配置する一方で、キャパシタ２０を
上記表面２ＢＳと交わる他の表面（側面）２ＢＳ３上に
配置しても構わない。また、上記表面２ＢＳと対向する
表面２ＢＳ２上に配置しても構わない。このような構成
はヒートシンク２Ａを用いる場合にも適用可能である。
【００８６】パワーモジュール１１１Ｂによれば、上記
パワーモジュール１１１と比較して、パワーモジュール
を更に小型軽量化することができる。また、ダイオード
１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの放熱とキャパシタ２０の放熱と
の干渉が少なくなるので、放熱性を向上することができ
る。
【００８７】＜実施の形態７＞図１７に実施の形態７に
係るパワーモジュール１１２の模式的な外観図を示す。
図１７と既述の図１４とを比較すれば分かるように、パ
ワーモジュール１１２は、キャパシタ２０（図１４参
照）に変えて、キャパシタ用誘電体３３及びキャパシタ
用電極３１を備える。詳細には、導電性のヒートシンク
２Ｂとキャパシタ用電極３１とでキャパシタ用誘電体３
３が挟み込まれており、ヒートシンク２Ｂとキャパシタ
用誘電体３３とキャパシタ用電極３１とで以て上記キャ
パシタ２０に相当する平板形のキャパシタ３０が構成さ
れている。その他の構成はパワーモジュール１１１と同
様である。
【００８８】このとき、キャパシタ用電極３１はキャパ
シタ２０の表面電極にあたり、ヒートシンク２Ｂは同裏
面電極にあたる。このため、パワーモジュール１１２で
は、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂがキャパシタ３０
の裏面電極上に配置されていると捉えることができる。
【００８９】パワーモジュール１１２によれば、上述の
パワーモジュール１１１と同様の効果が得られる。
【００９０】＜実施の形態７の変形例１＞なお、ヒート
シンク２Ｂに変えて、図１８に示すパワーモジュール１
１２Ａのようにフィン構造を有する導電性のヒートシン
ク２Ａを適用しても構わない。
【００９１】＜実施の形態７の変形例２＞図１９に実施
の形態７の変形例２に係るパワーモジュール１１２Ｂの
模式的な外観図を示す。パワーモジュール１１２Ｂで
は、パワーモジュール１１１Ｂ（図１６参照）と同様
に、キャパシタ用誘電体３２及びキャパシタ用電極３１
が、表面２ＢＳとは異なる、ヒートシンク２Ｂの表面２
ＢＳ２上や表面２ＢＳ３上に配置されている。このよう
な構成はヒートシンク２Ａを用いる場合にも適用可能で
ある。パワーモジュール１１２Ｂによれば、上述のパワ
ーモジュール１１１Ｂと同様の効果が得られる。
【００９２】＜実施の形態８＞図２０に実施の形態８に
係るパワーモジュール１１１Ｃの模式的な外観図を示
す。パワーモジュール１１１Ｃは、いわゆる３相の電圧
型電力変換器を成す。
【００９３】パワーモジュール１１１Ｃでは、キャパシ
タ２０が、その裏面２０Ｓ２をヒートシンク２Ｂの上記
表面２ＢＳ２と対面させて、ヒートシンク２Ｂ上に直に
配置されている。
【００９４】パワーモジュール１１Ｃは電力変換器のア
ームを３つ備える。各アームの下アームを成す各１つの
ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂは共に裏面電極をヒー
トシンク２Ｂに対面させてヒートシンク２Ｂの表面２Ｂ
Ｓ上に直に配置されている。また、各下アームのダイオ
ード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの各表面電極は、それぞれ電
力変換器の出力端子を成す電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗ
に例えばワイヤ７によって電気的に接続されている。な
お、各電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗは各絶縁基板（又は
各絶縁層）５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗを介してヒートシン
ク２Ｂの表面２ＢＳ上に配置されている。
【００９５】他方、各アームの上アームを成す各１つの
ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂ（それぞれが第２の電
力用半導体素子にあたる）は、絶縁基板５を介してヒー
トシンク２Ｂの表面２ＢＳ上に配置されている。このと
き、上アームのダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの裏面
電極は絶縁基板５上の導電層６と電気的に接続されてい
る。各導電層６は各アーム用の電極６０Ｕ，６０Ｖ，６
０Ｗに例えばワイヤ７により電気的に接続されている。
上アームを成すダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの各表
面電極は全てのアームに共通の電極６１に例えばワイヤ
７により電気的に接続される。
【００９６】電極６１はヒートシンク２Ｂの表面２ＢＳ
からキャパシタ２０の表面２０Ｓ１にまで延在してキャ
パシタ２０の表面電極に電気的に接続されている。な
お、電極６１は絶縁層５０によってキャパシタ２０の表
面電極以外の部分及びヒートシンク２Ｂと絶縁されてい
る。
【００９７】なお、パワーモジュール１１１Ｃでは、電
極６１が、高電位側に接続される「第２電極」にあた
り、ヒートシンク２Ｂが、低電位側に接続される「第１
電極」にあたる。
【００９８】パワーモジュール１１１Ｃによれば、上ア
ームのダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂは絶縁基板５を
介してヒートシンク２Ｂ上に配置されている。このた
め、導電性のヒートシンク２Ｂ上に、裏面電極の電位が
異なるダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂを混在させて回
路を形成することができる。
【００９９】＜実施の形態８の変形例１＞図２１に実施
の形態８の変形例１に係るパワーモジュール１１２Ｃの
模式的な外観図を示す。上述のパワーモジュール１１１
Ｃと同様に、パワーモジュール１１２Ｃは、いわゆる３
相の電圧型電力変換器を成す。
【０１００】図２１と既述の図２０とを比較すれば分か
るように、パワーモジュール１１２Ｃは、パワーモジュ
ール１１１Ｃのキャパシタ２０に変えて、キャパシタ用
電極３１及びキャパシタ用誘電体３３を備える。詳細に
は、キャパシタ用誘電体３３はヒートシンク２Ｂの表面
２ＢＳ２と対面して配置され、ヒートシンク２Ｂとキャ
パシタ用電極３１とで挟まれている。これにより、ヒー
トシンク２Ｂとキャパシタ用誘電体３３とキャパシタ用
電極３１とで以て上述の平板形のキャパシタ３０が構成
されている。その他の構成はパワーモジュール１１１Ｃ
と同様である。
【０１０１】パワーモジュール１１２Ｃによれば、ダイ
オード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂがキャパシタ３０の一方の
電極上に配置されていると捉えられ、パワーモジュール
１１２と同様の効果を得ることができる。また、上記パ
ワーモジュール１１１Ｃと同様に、絶縁基板５によって
裏面電極の電位が異なるダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１
Ｂをキャパシタ３０の電極上に混在させることができ
る。
【０１０２】＜実施の形態９＞図２２及び図２３に実施
の形態９に係るパワーモジュール１１３の模式的な外観
図を示す。図２３は図２２中の矢印Ａの方向からパワー
モジュール１１３を見た場合の外観図（側面図）に相当
する。なお、図面の煩雑化を避けるため、図２３では、
ダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及びワイヤ７の図示化を
省略している。上述のパワーモジュール１１１Ｃと同様
に、パワーモジュール１１３は、いわゆる３相の電圧型
電力変換器を成す。
【０１０３】図２２と既述の図２０とを比較すれば分か
るように、パワーモジュール１１３では、電力変換器の
全ての下アームのダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂが１
つの下アーム用のヒートシンク２Ｂの表面２ＢＳ上に直
に配置されている。そして、ヒートシンク２Ｂとキャパ
シタ２０とが表面２ＢＳ２と裏面２０Ｓ２とを対面させ
て配置されており、ヒートシンク２Ｂとキャパシタ２０
の裏面電極とが電気的に接している。
【０１０４】他方、電力変換器の各上アームのダイオー
ド１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂは各上アーム用の導電性を有す
るヒートシンク（他のヒートシンク）２Ｂ上に直に配置
されており、パワーモジュール１１１Ｃ（図２０参照）
と同様に電極６１と電気的に接続されている。各上アー
ム用の３つのヒートシンク２Ｂは互いに絶縁連結されて
いる（図２２では配管２ＢＪの図示化は省略している）
と共に、下アーム用のヒートシンク２Ｂ及びキャパシタ
２０の裏面電極とは絶縁部材１０によって絶縁されてい
る。なお、絶縁部材１０で以て、４つのヒートシンク２
Ｂとキャパシタ２０とが一体的に結合している。
【０１０５】各上アーム用のヒートシンク２Ｂは例えば
ワイヤ７によって各アーム用の電極６０Ｕ，６０Ｖ，６
０Ｗと例えばワイヤ（可撓性の配線）７で電気的に接続
されている。特に、当該ワイヤ７は、電極６０Ｕ，６０
Ｖ，６０Ｗの内で絶縁部材１０上に配置された部分（導
電部材）を中継点ないしは経由点として、上アームと下
アームとを電気的に接続している。
【０１０６】上述のように、パワーモジュール１１３で
は、絶縁部材１０で以て、４つのヒートシンク２Ｂが互
いに絶縁されている。このため、既述のパワーモジュー
ル１１１Ｃ（図２０参照）とは異なり、絶縁基板５を用
いることなく、上アーム用のダイオード１Ａ及びＩＧＢ
Ｔ１Ｂの裏面電極と、下アーム用の同裏面電極との電位
を違えることができる。このため、絶縁基板５の分だけ
部品点数を削減できる。
【０１０７】更に、パワーモジュール１１１３では上ア
ーム及び下アームの両構成が大略同等であるので、パワ
ーモジュール全体の製造コストを低減することができ
る。その結果、安価なパワーモジュール１１３を提供す
ることができる。
【０１０８】また、上述のように上アームと下アームと
を結線するワイヤ７は、電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗの
内で絶縁部材１０上に配置された部分（導電部材）に接
続されている。このため、上記導電部材を介することな
く直接に上アームと下アームとの間を接続する場合と比
較して、当該配線の撓みないしは垂れを抑えることがで
きる。その結果、配線の垂れによる短絡を防止すること
ができる。
【０１０９】＜実施の形態１０＞図２４及び図２５に実
施の形態１０に係るパワーモジュール１１１Ｄの模式的
な外観図（側面図）及び縦断面図を示す。図２４と既述
の図１１とを比較すれば分かるように、パワーモジュー
ル１１１Ｄは基本的に既述のパワーモジュール１０５に
キャパシタ２０を設けた構成を有するので、パワーモジ
ュール１０５と同様の構成については既述の説明を援用
するに留め、パワーモジュール１１１Ｄの特徴部分を中
心に説明を進める。なお、図２４では図１１と同様に構
成要素の一部の図示化を省略している。
【０１１０】なお、電力変換器の３つの下アームはそれ
ぞれヒートシンク２Ｃに直付けされているダイオード１
Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂで構成され、電力変換器の３つの上
アームはそれぞれ絶縁基板５を介してヒートシンク２Ｃ
上に配置されているダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂで
構成される。
【０１１１】パワーモジュール１１１Ｄは、導電性のヒ
ートシンク２Ｃの円形の主面２ＣＳ２上にキャパシタ２
０が直に配置されている。このとき、キャパシタ２０は
その裏面２０Ｓ２をヒートシンク２Ｃに対面させて配置
されており、キャパシタ２０の裏面電極２０Ｅ２（図２
５参照）とヒートシンク２Ｃとが電気的に接続されてい
る。
【０１１２】特に、パワーモジュール１１１Ｄでは電極
６１，６２の接続形態が既述のパワーモジュール１０５
とは異なる。詳細には、図２５に示すように、棒状の電
極６１はヒートシンク２Ｃ及びキャパシタ２０（表面電
極２０Ｅ１を除く）を貫いて延在し、キャパシタ２０の
表面電極２０Ｅ１と電気的に接続されている。このと
き、電極６１と共に絶縁部材１１も伸長されており、電
極６１がヒートシンク２Ｃ及びキャパシタ２０（表面電
極２０Ｅ２を除く）から絶縁されている。他方、筒状の
電極６２は絶縁基板５０Ｃを貫いて配置されており、ヒ
ートシンク２Ｃと電気的に接続されている。
【０１１３】パワーモジュール１１１Ｄでは、電極６１
が、電力変換器の高電位側に接続される「第２電極」に
あたり、電極６２が、低電位側に接続される「第１電
極」にあたる。
【０１１４】パワーモジュール１１１Ｄによれば、既述
のパワーモジュール１０５と同様に、同軸線を取り囲む
３つのアームの配置に起因して信頼性の高い電力変換器
を提供することができると共に、従来のパワーモジュー
ル１０３Ｐよりも小型軽量な電力変換器を提供すること
ができる。
【０１１５】＜実施の形態１０の変形例１＞図２６及び
図２７に実施の形態１０の変形例１に係るパワーモジュ
ール１１２Ｄの模式的な外観図及び縦断面図を示す。上
述のパワーモジュール１１１Ｄと同様に、パワーモジュ
ール１１２Ｄは、いわゆる３相の電圧型電力変換器を成
す。
【０１１６】図２６と既述の図２４とを比較すれば分か
るように、パワーモジュール１１２Ｄは、パワーモジュ
ール１１１Ｄのキャパシタ２０に変えて、キャパシタ用
電極３１及びキャパシタ用誘電体３３を備える。詳細に
は、キャパシタ用誘電体３３はヒートシンク２Ｃの主面
２ＣＳ２と対面して配置され、ヒートシンク２Ｂとキャ
パシタ用電極３１とで挟まれている。これにより、ヒー
トシンク２Ｂとキャパシタ用誘電体３３とキャパシタ用
電極３１とで以て上述の平板形のキャパシタ３０が構成
されている。そして、パワーモジュール１１１Ｄと同様
に、パワーモジュール１１２Ｄの棒状の電極６１は、ヒ
ートシンク２Ｃ，キャパシタ用誘電体３３を貫いて延在
し、キャパシタ用電極３１と電気的に接続されている。
その他の構成はパワーモジュール１１１Ｄと同様であ
る。このため、パワーモジュール１１１Ｄと同様の効果
を得ることができる。
【０１１７】また、パワーモジュール１１２Ｄでは、ダ
イオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂがキャパシタ３０の裏面
電極上に配置されていると捉えられ、パワーモジュール
１１２と同様の効果を得ることができる。
【０１１８】＜実施の形態１１＞図２８〜図３０に実施
の形態１１に係るパワーモジュール１１１Ｅの模式図を
示す。なお、パワーモジュール１１１Ｅは上述のパワー
モジュール１１１Ｄを基本としているため、又、図面の
煩雑化を避けるため、図２８では一部のワイヤ７の図示
化を省略し又図２９及び図３０では電極６０Ｕ，６０
Ｖ，６０Ｗ等の図示化を省略している。
【０１１９】上述のモジュール１１１Ｄではダイオード
１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂが全てヒートシンク２Ｃの一方の
主面２ＣＳ１上に配置されているのに対して、パワーモ
ジュール１１１Ｅではダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂ
がヒートシンク２Ｃの主面２ＣＳ１とキャパシタ２０の
表面２０Ｓ１とに分散して配置されている。
【０１２０】詳細には、導電性を有するヒートシンク２
Ｃの主面２ＣＳ１上に、電力変換器の下アームを成すダ
イオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂが直に配置されている
（図２９参照）。そして、当該ダイオード１Ａ及びＩＧ
ＢＴ１Ｂの表面電極同士が接続されている。他方、キャ
パシタ２０の表面２０Ｓ１上に（詳細には表面電極上
に）、絶縁基板５が配置されており、絶縁基板５の導電
層６上に、電力変換器の上アームを成すダイオード１Ａ
及びＩＧＢＴ１Ｂが配置されている（図３０参照）。絶
縁基板５上のダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの表面電
極はヒートシンク２Ｃに接続されている。
【０１２１】更に、上アームのＩＧＢＴ１Ｂの裏面電極
と導通する導電層６と下アームのＩＧＢＴ１Ｂの表面電
極とが接続されて電力変換器のアームを成す（配線７Ｂ
参照）。３つのアームにおける上記接続点が電極６０
Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗを成す。パワーモジュール１１１Ｅ
によっても、パワーモジュール１１１Ｄと同様の効果が
得られる。
【０１２２】なお、パワーモジュール１１１Ｅでは、ヒ
ートシンク２Ｃが低電位側に接続され、キャパシタ２０
の表面電極が高電位側に接続される。このとき、図２８
〜図３０への図示化は省略しているが、パワーモジュー
ル１１１Ｄと同様の接続形態を有する同軸線（図２５参
照）によって給電しても構わず、かかる場合には電極６
２が「第１電極」にあたり、電極６１が「第２電極」に
あたる。
【０１２３】また、上述のパワーモジュール１１１Ｄと
パワーモジュール１１２Ｄとの関係のように、パワーモ
ジュール１１１Ｅのキャパシタ２０をキャパシタ用誘電
体３３及びキャパシタ用電極３１に変更しても構わな
い。
【０１２４】＜実施の形態１２＞図３１に実施の形態１
２に係るパワーモジュール２０１の模式的な外観図を示
す。パワーモジュール２０１は、２つの凹部（空間）２
０２Ｋを有する絶縁性の筐体２０２を備える。筐体２０
２の各凹部２０２Ｋ内には、ダイオード１Ａが直付けさ
れたヒートシンク２ＢとＩＧＢＴ１Ｂが直付けされたヒ
ートシンク２Ｂとが例えば交互に並べられて１列に収納
されている。なお、図３１ではダイオード１Ａ及びＩＧ
ＢＴ１Ｂの結線の図示化は省略している。
【０１２５】この際、各凹部２０２Ｋ内において各ヒー
トシンク２Ｂは隙間２０３を空けて並べられており、各
隙間２０３間がヒートシンク２Ｂの貫通孔２ＢＨで空間
的に繋がれるように各ヒートシンク２Ｂ又は貫通孔２Ｂ
Ｈの向きが定められている。また、各凹部２０２Ｋの内
面とヒートシンク２Ｂとの間に隙間２０３以外の隙間が
できないように、ヒートシンク２Ｂ及び凹部２０２Ｋの
寸法が規定されている。
【０１２６】各凹部２０２Ｋにおいてヒートシンク２Ｂ
の並びの両端には隙間２０３が設けられており、各筐体
２０２には当該各隙間２０３と繋がる穴が形成されてい
る。そして、各凹部２０２Ｋの各一方の穴にはそれぞれ
配管２ＢＪが接続されており、各他方の穴は互いに配管
２ＢＪで繋がれて凹部２０２Ｋ同士が連結されている。
【０１２７】隙間２０３には、筐体２０２の一部である
絶縁性の蓋（図示せず）が被せられおり、これにより両
凹部２０２Ｋがいわば一続きの空間を成す。このため、
パワーモジュール２０１では、一方の凹部２０２Ｋの上
記一方の穴から冷媒を流し込み、両凹部２０２Ｋ内に冷
媒を流すことができる。このとき、筐体２０２及び上記
蓋が共に絶縁性なので、例えば絶縁性の冷媒を用いれば
各ヒートシンク２Ｂ間を絶縁することができる（絶縁連
結）。なお、絶縁性の冷媒として、例えば空気，六フッ
化硫黄（ＳＦ6）等の気体や、油，フロリーナ等の液体
が挙げられる。また、例えば導電性の冷媒を用いれば導
電性のヒートシンク２Ｂ同士を同電位に設定可能である
（導電連結）。また、絶縁性のヒートシンク２Ｂと導電
性のヒートシンク２Ｂとを組み合わせ、導電性の冷媒を
用いれば所望の導電性のヒートシンク２Ｂのみを導電連
結することができる。
【０１２８】さて、ダイオード１Ａ及び／又はＩＧＢＴ
１Ｂを絶縁基板５を介してヒートシンク２Ｂ上に配置し
ても良く、かかる場合には導電性のヒートシンク２Ｂを
用いた場合であっても所望のダイオード１Ａ及び／又は
ＩＧＢＴ１Ｂを他から絶縁することができる。逆に言え
ば、上述のようにヒートシンク２Ｂの導電性／絶縁性に
よって絶縁基板５を不要としうる。なお、１つのヒート
シンク２Ｂ上に複数の電力用半導体素子を配置しても構
わない。
【０１２９】上述のように各ヒートシンク２Ｂは隙間２
０３を空けて並べられているので、冷媒は隙間２０３と
隙間２０３よりも狭い貫通孔２ＢＨとを交互に通過す
る。このとき、冷媒が貫通孔２ＢＨを通る時、換言すれ
ば発熱体であるダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの下方
を通る時は、隙間２０３を通る時よりも、冷媒は速く流
れる。これにより、冷却効果を増大させることができ
る。他方、隙間部２０３における冷媒の流れは貫通孔２
ＢＨにおけるそれよりも遅いので、圧力損失を抑えるこ
とができる。従って、パワーモジュール２０１によれ
ば、より高い冷却性能をより低い圧力損失で以て実現す
ることができる。
【０１３０】また、上述のように、絶縁性の冷媒を用い
ることによって、絶縁基板５を用いることなく、換言す
れば導電性のヒートシンク２Ｂ上にダイオード１Ａ及び
／又はＩＧＢＴ１Ｂを直に配置する場合であっても、各
電力用半導体素子を互いに絶縁することができる。この
ため、絶縁性の冷媒を用いることによって、絶縁基板５
の分だけ部品点数を削減できる。更に、ダイオード１Ａ
及び／又はＩＧＢＴ１Ｂを搭載した各ヒートシンク２Ｂ
はそれぞれ大略同等であるので、パワーモジュール全体
の製造コスト及び価格を低減することができる。
【０１３１】更に、上述の各電力用半導体素子が互いに
絶縁されることに起因して、各電力用半導体素子を導電
性のヒートシンク２Ｂ上に直に配置可能である。従っ
て、パワーモジュールの放熱性能を向上することがで
き、その結果、信頼性を向上させることができる。
【０１３２】＜実施の形態１３＞図３２に実施の形態１
３に係るパワーモジュール１１４の模式的な外観図を示
す。図３２に示すように、パワーモジュール１１４は、
既述の図２２に示すパワーモジュール１１３に対して電
流測定用のシャント抵抗９０を更に備える。詳細には、
シャント抵抗９０は電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗの出力
端にそれぞれ直接、接続されており、各シャント抵抗９
０が電力変換器の各出力端子を成している。
【０１３３】パワーモジュール１１４ではシャント抵抗
により電流を計測するので、従来のパワーモジュール１
０１Ｐ等で用いられる変流器９２Ｐとは異なり、制御電
源が不要であるし、原理的にオフセットが無い。
【０１３４】また、シャント抵抗９０は電極６０Ｕ，６
０Ｖ，６０Ｗの出力端に直接に接続されているので、変
流器９２Ｐがケースの外に別個に設けられている従来の
パワーモジュール１０１等と比較して、パワーモジュー
ル全体を小型軽量化することができるし、電流計測用部
品の点数を削減することができる。
【０１３５】＜実施の形態１３の変形例１＞図３３に実
施の形態１３の変形例１に係るパワーモジュール１１４
Ａの模式的な外観図を示す。図３３と上述の図３２とを
比較すれば分かるように、パワーモジュール１１４Ａの
各シャント抵抗９０はヒートシンク２Ｂの表面２ＢＳに
対面する位置に設けられて各電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０
Ｗと直接に接続されている。
【０１３６】パワーモジュール１１４Ａによれば、ヒー
トシンク９０の作用によりシャント抵抗９０の温度上昇
を抑制することができる。このため、温度変化に起因し
たシャント抵抗の特性変化を大幅に抑制することがで
き、その結果、電流量の検出精度をさらに向上すること
ができる。また、シャント抵抗９０がヒートシンク２Ｂ
の上方に配置されているので、上述のパワーモジュール
１１４と比較して更に小型化可能である。
【０１３７】
【発明の効果】（１）請求項１に係る発明によれば、第
１の電力用半導体素子及びキャパシタが共にヒートシン
ク上に直付けされている。このため、両者が別々に設け
られている従来のパワーモジュールよりも、パワーモジ
ュールを小型軽量化することができる。また、ヒートシ
ンクの放熱作用によって第１の電力用半導体素子の発熱
のみならずキャパシタの温度上昇をも抑制することがで
きるため、キャパシタの小型化、低インダクタンス化、
長寿命化が図れる。
【０１３８】更に、第１の電力用半導体素子及びキャパ
シタが共にヒートシンク上に直付けされているので、両
者の間を結ぶ配線の長さを上述の従来のパワーモジュー
ルよりも短くすることができる。このため、回路インダ
クタンスを低減することができる。従って、第１の電力
用半導体素子のスイッチング動作時に生じる跳ね上がり
電圧（オーバーシュート）を低減でき、その結果、第１
の電力用半導体素子の耐圧及び損失を低減することがで
きる。また、配線長が短くなることに起因して、電磁ノ
イズの発生を低減することができる。
【０１３９】従って、小型軽量で信頼性の高いパワーモ
ジュールを提供することができる。
【０１４０】（２）請求項２に係る発明によれば、第１
の電力用半導体素子とキャパシタとはヒートシンクの異
なる表面上に配置されているので、両者を同一表面上に
配置する場合と比較して、パワーモジュールを更に小型
軽量化することができる。また、第１の電力用半導体素
子の放熱とキャパシタの放熱との干渉が少なくなるの
で、放熱性を向上することができる。
【０１４１】（３）請求項３に係る発明によれば、ヒー
トシンクの流路に冷媒を流すことによって、ヒートシン
クの冷却能力を更に向上することができる。
【０１４２】（４）請求項４に係る発明によれば、ヒー
トシンクは導電性を有するので、ヒートシンクを電極と
して用いることができる。このため、例えばヒートシン
ク上の配線等の部品点数及びそれの形成工程を削減する
ことができる。
【０１４３】更に、第１の電力用半導体素子の電極及び
キャパシタの電極がヒートシンクと直に接着されてい
る。即ち、第１の電力用半導体素子とキャパシタとがヒ
ートシンクを介して電気的に接続されている。このた
め、両電極間をワイヤ等の配線で接続する場合よりも更
に両電極間の電気的接続を短くすることができる。その
結果、回路インダクタンスの更なる低減により、上記跳
ね上がり電圧（オーバーシュート）等を格段に低減する
ことができる。
【０１４４】（５）請求項５に係る発明によれば、第２
の電力用半導体素子が絶縁基板を介してヒートシンク上
に配置されている。このため、導電性のヒートシンク上
に電位の異なる電力用半導体素子を配置して回路を構成
することができる。
【０１４５】（６）請求項６に係る発明によれば、他の
ヒートシンク上に配置された第２の電力用半導体素子を
更に備える。このため、第１の電力用半導体素子と第２
の電力用半導体素子とを組み合わせにより、回路を簡単
に構成することができる。
【０１４６】（７）請求項７に係る発明によれば、導電
性の他のヒートシンクは、絶縁部材によって上記導電性
のヒートシンク及びキャパシタの電極から絶縁されてい
るので、絶縁基板を用いることなく、第１の電力用半導
体素子と第２の電力用半導体素子との電位を違えること
ができる。このため、絶縁基板の分だけ部品点数を削減
できる。更に、第１の電力用半導体素子及びヒートシン
クを含む構成と、第２の電力用半導体素子及びヒートシ
ンクを含む構成とは大略同等であるので、パワーモジュ
ール全体の製造コストを低減することができる。その結
果、安価なパワーモジュールを提供することができる。
【０１４７】（８）請求項８に係る発明によれば、第１
の電力用半導体素子と第２の電力用半導体素子とは、絶
縁部材上に配置された導電部材を中継点とする可撓性の
配線、例えばワイヤによって電気的に接続されている。
このため、上記導電部材を介することなく直接に両電力
用半導体素子間を可撓性の配線を電気的に接続する場合
と比較して、当該配線の撓みないしは垂れを抑えること
ができる。その結果、配線の垂れによる短絡を防止する
ことができる。
【０１４８】（９）請求項９に係る発明によれば、キャ
パシタの電極上に第１の電力用半導体素子が直付けされ
ている。このため、両者が別々に設けられている従来の
パワーモジュールよりも、パワーモジュールを小型軽量
化することができる。また、キャパシタの電極をヒート
シンクとして用いることによって、当該ヒートシンクの
放熱作用によって、第１の電力用半導体素子の発熱のみ
ならず、キャパシタの温度上昇をも抑制することができ
る。
【０１４９】更に、キャパシタの電極上に第１の電力用
半導体素子が直付けされているので、両者の間の電気的
接続を上述の従来のパワーモジュールよりも大幅に短く
することができる。これにより、回路インダクタンスを
低減することができる。従って、第１の電力用半導体素
子のスイッチング動作時に生じる跳ね上がり電圧（オー
バーシュート）を低減でき、その結果、第１の電力用半
導体素子の耐圧及び損失を低減することができる。ま
た、配線長が短くなることに起因して、電磁ノイズの発
生を低減することができる。
【０１５０】従って、小型軽量で信頼性の高いパワーモ
ジュールを提供することができる。
【０１５１】（１０）請求項１０に係る発明によれば、
キャパシタの電極が有する流路に冷媒を流すことによっ
て、パワーモジュールの冷却能力を更に向上することが
できる。
【０１５２】（１１）請求項１１に係る発明によれば、
第２の電力用半導体素子が絶縁基板を介してキャパシタ
の電極上に配置されている。このため、キャパシタの電
極上に電位の異なる電力用半導体素子を配置して回路を
構成することができる。
【０１５３】（１２）請求項１２に係る発明によれば、
信頼性の高い電力変換器を提供することができる。
【０１５４】（１３）請求項１３に係る発明によれば、
電力変換器の複数のアームは、同軸線を取り囲んで同心
円上に略等間隔で配置されている。このため、第１電極
及び第２電極と各アームとの間の配線を同様に形成する
ことができるので、各アームから取り出される各出力の
ばらつきを小さくすることができると共に、第１電圧側
の変動を小さくできるため誤動作に強くすることができ
る。
【０１５５】（１４）請求項１４に係る発明によれば、
複数のヒートシンクは筐体の空間内に隙間及びヒートシ
ンクの流路から成る一続きの空間を形成する。このと
き、冷媒がヒートシンクの流路を流れる際には隙間を流
れる場合よりも冷媒の流速を速くすることできるので、
ヒートシンクの高い冷却性能を得ることができる。他
方、冷媒が隙間を流れる際には上記流路を流れる場合よ
りも冷媒の圧力損失を小さくすることができる。即ち、
より高い冷却性能をより低い圧力損失で以て実現するこ
とができる。
【０１５６】（１５）請求項１５に係る発明によれば、
ヒートシンクの流路に流される冷媒は絶縁性であるの
で、絶縁基板を用いることなく、換言すれば導電性のヒ
ートシンク上に電力用半導体素子を直に配置する場合で
あっても、各電力用半導体素子を互いに絶縁することが
できる。このため、絶縁基板の分だけ部品点数を削減で
きる。更に、電力用半導体素子及びヒートシンクを含む
構成はそれぞれ大略同等であるので、パワーモジュール
全体の製造コストを低減することができる。その結果、
安価なパワーモジュールを提供することができる。
【０１５７】また、上述の各電力用半導体素子が互いに
絶縁されることに起因して、各電力用半導体素子を導電
性のヒートシンク上に直に配置可能である。従って、パ
ワーモジュールの放熱性能を向上することができ、信頼
性の高いパワーモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係るパワーモジュールの模式
的な外観図である。
【図２】 実施の形態２に係るパワーモジュールの模式
的な外観図である。
【図３】 実施の形態３に係るパワーモジュールの模式
的な外観図である。
【図４】 実施の形態４に係るパワーモジュールの模式
的な外観図である。
【図５】 実施の形態４の変形例１に係るパワーモジュ
ールの模式的な外観図である。
【図６】 実施の形態４の変形例２に係るパワーモジュ
ールの模式的な外観図である。
【図７】 実施の形態４の変形例２に係るパワーモジュ
ールの模式的な外観図である。
【図８】 実施の形態４の変形例３に係るパワーモジュ
ールの模式的な外観図である。
【図９】 実施の形態４の変形例４に係るパワーモジュ
ールの模式的な外観図である。
【図１０】 実施の形態５に係るパワーモジュールの模
式的な外観図である。
【図１１】 実施の形態５に係るパワーモジュールの模
式的な外観図である。
【図１２】 実施の形態５に係るパワーモジュールの模
式的な縦断面図である。
【図１３】 実施の形態５に係るパワーモジュールが有
する貫通孔を説明するための模式図である。
【図１４】 実施の形態６に係るパワーモジュールの模
式的な外観図である。
【図１５】 実施の形態６の変形例１に係るパワーモジ
ュールの模式的な外観図である。
【図１６】 実施の形態６の変形例２に係るパワーモジ
ュールの模式的な外観図である。
【図１７】 実施の形態７に係るパワーモジュールの模
式的な外観図である。
【図１８】 実施の形態７の変形例１に係るパワーモジ
ュールの模式的な外観図である。
【図１９】 実施の形態７の変形例２に係るパワーモジ
ュールの模式的な外観図である。
【図２０】 実施の形態８に係るパワーモジュールの模
式的な外観図である。
【図２１】 実施の形態８の変形例１に係るパワーモジ
ュールの模式的な外観図である。
【図２２】 実施の形態９に係るパワーモジュールの模
式的な外観図である。
【図２３】 実施の形態９に係るパワーモジュールの模
式的な外観図である。
【図２４】 実施の形態１０に係るパワーモジュールの
模式的な外観図である。
【図２５】 実施の形態１０に係るパワーモジュールの
模式的な縦断面図である。
【図２６】 実施の形態１０の変形例１に係るパワーモ
ジュールの模式的な外観図である。
【図２７】 実施の形態１０の変形例１に係るパワーモ
ジュールの模式的な外観図である。
【図２８】 実施の形態１１に係るパワーモジュールの
模式図である。
【図２９】 実施の形態１１に係るパワーモジュールの
模式図である。
【図３０】 実施の形態１１に係るパワーモジュールの
模式図である。
【図３１】 実施の形態１２に係るパワーモジュールの
模式的な外観図である。
【図３２】 実施の形態１３に係るパワーモジュールの
模式的な外観図である。
【図３３】 実施の形態１３の変形例１に係るパワーモ
ジュールの模式的な外観図である。
【図３４】 第１の従来のパワーモジュールの模式的な
外観図である。
【図３５】 第２の従来のパワーモジュールの模式的な
外観図である。
【図３６】 第３の従来のパワーモジュールの模式的な
外観図である。
【符号の説明】
１ 電力用半導体素子、１Ａ フリーホイーリングダイ
オード（電力用半導体素子）、１Ｂ 絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ（電力用半導体素子）、２Ａ，２
Ｂ，２Ｃ ヒートシンク、２ＡＳ，２ＢＳ，２ＢＳ２，
２ＢＳ３ 表面、２ＣＳ１，２ＣＳ２ 主面（表面）、
２ＢＨ 貫通孔（流路）、４ 絶縁層、５，５０Ｃ，５
０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗ 絶縁基板、６０Ｃ 導電層、６
０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗ 電極（導電部材）、７ ワイヤ
（可撓性の配線）、１０ 絶縁部材、２０，３０ キャ
パシタ、２０Ｅ１，２０Ｅ２ 電極、３１ キャパシタ
用電極、３３ キャパシタ用誘電体、５０ 絶縁層（絶
縁部材）、６１，６２ 電極、１０１〜１０５，１０４
Ａ〜１０４Ｄ，１１１〜１１４，１１１Ａ〜１１１Ｅ，
１１２Ａ〜１１２Ｄ，１１４Ａ，２０１ パワーモジュ
ール、２０２ 筐体、２０２Ｋ 凹部（空間）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高梨 健 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA03 BA04 BA05 BB05 BB43 BC05 BC22 5H007 CB05 HA03 HA04 5H740 BA11 MM08 PP02 PP06

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ヒートシンクと、 前記ヒートシンク上に直に配置された第１の電力用半導
    体素子と、 前記ヒートシンク上に直に配置されたキャパシタとを備
    えることを特徴とする、パワーモジュール。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のパワーモジュールであ
    って、 前記ヒートシンクは複数の表面を有し、 前記第１の電力用半導体素子と前記キャパシタとが前記
    ヒートシンクの異なる前記表面上に配置されていること
    を特徴とする、パワーモジュール。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のパワーモジュー
    ルであって、 前記ヒートシンクは冷媒の流路を有することを特徴とす
    る、パワーモジュール。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のパワ
    ーモジュールであって、 前記ヒートシンクは導電性を有し、 前記第１の電力用半導体素子の電極及び前記キャパシタ
    の電極が前記ヒートシンクと直に接着されていることを
    特徴とする、パワーモジュール。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載のパワーモジュールであ
    って、 前記ヒートシンク上に配置された絶縁基板と、 前記絶縁基板を介して前記ヒートシンク上に配置された
    第２の電力用半導体素子とを更に備えることを特徴とす
    る、パワーモジュール。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載のパワーモジュールと、 他のヒートシンクと、 前記他のヒートシンク上に直に配置された第２の電力用
    半導体素子とを備えることを特徴とする、パワーモジュ
    ール。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載のパワーモジュールであ
    って、 前記他のヒートシンクは導電性を有し、 前記他のヒートシンクに、前記第２の電力用半導体素子
    の電極が直に接着されており、 前記パワーモジュールは、 前記他のヒートシンクを前記ヒートシンク及び前記キャ
    パシタの前記電極から絶縁する絶縁部材を更に備えるこ
    とを特徴とする、パワーモジュール。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のパワーモジュールであ
    って、 前記絶縁部材上に配置された導電部材と、 前記導電部材に接続されると共に、前記第１の電力用半
    導体素子と前記第２の電力用半導体素子との間を電気的
    に接続する可撓性の配線とを更に備えることを特徴とす
    る、パワーモジュール。
  9. 【請求項９】 キャパシタと、 前記キャパシタの電極上に直に配置された第１の電力用
    半導体素子とを備えることを特徴とする、パワーモジュ
    ール。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載のパワーモジュールで
    あって、 前記キャパシタの前記電極は冷媒の流路を有することを
    特徴とする、パワーモジュール。
  11. 【請求項１１】 請求項９に記載のパワーモジュールで
    あって、 前記キャパシタの前記電極上に配置された絶縁基板と、 前記絶縁基板を介して前記キャパシタの前記電極上に配
    置された第２の電力用半導体素子とを更に備えることを
    特徴とする、パワーモジュール。
  12. 【請求項１２】 請求項５乃至８及び１１の内のいずれ
    かに記載のパワーモジュールであって、 前記第１の電力用半導体素子と前記第２の電力用半導体
    素子とは電気的に接続されて、前記第１の電力用半導体
    素子は電力変換器の下アームを成し、前記第２の電力用
    半導体素子は前記電力変換器の上アームを成すことを特
    徴とする、パワーモジュール。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のパワーモジュール
    であって、 前記上アーム及び前記下アームを含む、前記電力変換器
    のアームの複数と、 各前記下アームの各前記第１の電力用半導体素子に第１
    電圧を供給する第１電極及び各前記上アームの各前記第
    ２の電力用半導体素子に第２電圧を供給する第２電極を
    含み、前記第１の電力用半導体素子又は前記第２の電力
    用半導体素子の配置面から突出して設けられた同軸線と
    を更に備え、 複数の前記アームは、前記同軸線を取り囲んで同心円上
    に略等間隔で配置されていることを特徴とする、パワー
    モジュール。
  14. 【請求項１４】 それぞれが冷媒の流路を有する複数の
    ヒートシンクと、 それぞれが前記ヒートシンク上に搭載された複数の電力
    用半導体素子と、 前記複数のヒートシンクを収納可能な空間を有する筐体
    とを備え、 前記複数のヒートシンクは、前記筐体の前記空間内にお
    いて互いに隙間をあけて配置されて、前記筐体の前記空
    間内に前記隙間及び前記流路から成る一続きの空間を形
    成することを特徴とする、パワーモジュール。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載のパワーモジュール
    であって、 前記ヒートシンクの前記流路に絶縁性の冷媒が流される
    ことを特徴とする、パワーモジュール。
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