JP2002095267A - Inverter device - Google Patents

Inverter device

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JP2002095267A JP2000273663A JP2000273663A JP2002095267A JP 2002095267 A JP2002095267 A JP 2002095267A JP 2000273663 A JP2000273663 A JP 2000273663A JP 2000273663 A JP2000273663 A JP 2000273663A JP 2002095267 A JP2002095267 A JP 2002095267A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To cool both surfaces of a plurality of semiconductor chips, improve cooling efficiency, reduce parasitic inductance of wiring, reduce over-voltage and a loss, improve capacity of current, and improve even reliability. SOLUTION: This inverter device is constituted by providing a plurality of semiconductor elements 2 for power, a drive circuit driving a plurality of the semiconductor elements 2 for power, and a control circuit 11 controlling a plurality of the semiconductor elements 2 for power. A first metal electrode 23 is connected to an upper part of a first insulating base board 22, a plurality of semiconductor chips 191, 201 are connected to an upper part of the first metal electrode 23, a thermal buffer plate 24 is connected to an upper part of a plurality of the semiconductor chips 191, 201, a second metal electrode 25 is connected to an upper part of the thermal buffer plate 24, and a second insulating base board 26 is connected to an upper part of the second metal electrode 25.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電力用半導
体素子と、複数の電力用半導体素子を駆動する駆動回路
と、複数の電力用半導体素子を制御する制御回路とを備
えて構成されるインバータ装置に係り、特に小型で冷却
効率が良く、かつ配線の寄生インダクタンスが小さく、
信頼性の高い例えば電気自動車用のインバータ装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises a plurality of power semiconductor elements, a drive circuit for driving the plurality of power semiconductor elements, and a control circuit for controlling the plurality of power semiconductor elements. In particular, the inverter device is small in size, has good cooling efficiency, and has a small wiring parasitic inductance.
The present invention relates to a highly reliable inverter device for an electric vehicle, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、例えば電気自動車に適用されるイ
ンバータ装置においては、装置の小型化、高信頼性が要
求されてきている。
2. Description of the Related Art In recent years, for an inverter device applied to, for example, an electric vehicle, miniaturization and high reliability of the device have been required.

【0003】この場合、インバータ装置の小型化、高信
頼性を図るためには、冷却効率が良く、かつ配線の寄生
インダクタンスが小さいインバータ装置を適用すること
が必要となる。
In this case, in order to reduce the size and increase the reliability of the inverter device, it is necessary to use an inverter device having good cooling efficiency and small parasitic inductance of wiring.

【0004】以下、この種の従来のインバータ装置につ
いて、図11乃至図13を参照して説明する。
A conventional inverter device of this type will be described below with reference to FIGS.

【0005】図11は従来のインバータ装置の構成例を
示す平面断面図、図12は従来のインバータ装置の構成
例を示す側面断面図、図13は従来の電力用半導体素子
の構成例を示す内部部分断面図である。
FIG. 11 is a plan sectional view showing a configuration example of a conventional inverter device, FIG. 12 is a side sectional view showing a configuration example of a conventional inverter device, and FIG. 13 is an internal view showing a configuration example of a conventional power semiconductor device. It is a partial sectional view.

【0006】図11および図12において、インバータ
装置は、インバータ装置筐体1の底面に取付けねじ3に
より取付けられた電力用半導体素子2と、固定台5に固
定されている電源平滑用コンデンサであるアルミ電解コ
ンデンサ4と、3相出力導体91〜93の電流を検出す
る電流検出器101〜102と、制御ユニット11とか
ら構成されている。
In FIG. 11 and FIG. 12, the inverter device is a power semiconductor element 2 attached to a bottom surface of an inverter device housing 1 by a mounting screw 3 and a power supply smoothing capacitor fixed to a fixing base 5. The control unit 11 includes an aluminum electrolytic capacitor 4, current detectors 101 to 102 for detecting currents of the three-phase output conductors 91 to 93, and a control unit 11.

【0007】電力用半導体素子2とアルミ電解コンデン
サ4とは、正極側導体7および負極側導体8と接続ねじ
6により電気的に接続されている。
[0007] The power semiconductor element 2 and the aluminum electrolytic capacitor 4 are electrically connected to the positive conductor 7 and the negative conductor 8 by connection screws 6.

【0008】また、インバータ装置筐体1の底面には流
路15が設けられており、当該流路15の内部を流れる
冷媒14により電力用半導体素子2が冷却される。
A channel 15 is provided on the bottom surface of the inverter device housing 1, and the power semiconductor element 2 is cooled by the refrigerant 14 flowing inside the channel 15.

【0009】なお、冷媒14としては、例えば不凍液等
を用いることができる。
As the refrigerant 14, for example, antifreeze or the like can be used.

【0010】一方、電力用半導体素子2は、図13に示
すように、放熱用金属板16の上部に絶縁基板17、絶
縁基板17の上部に金属電極18、金属電極18の上部
にIGBT191およびダイオード201がそれぞれ積
層されかつ接合されている。
On the other hand, as shown in FIG. 13, the power semiconductor element 2 has an insulating substrate 17 above the heat dissipating metal plate 16, a metal electrode 18 above the insulating substrate 17, an IGBT 191 and a diode above the metal electrode 18. 201 are respectively laminated and joined.

【0011】また、IGBT191およびダイオード2
01、金属電極18、絶縁基板17が、絶縁性を有する
樹脂製パッケージに収納されている。
The IGBT 191 and the diode 2
01, a metal electrode 18, and an insulating substrate 17 are housed in an insulating resin package.

【0012】さらに、放熱用金属板16と樹脂製パッケ
ージとが、端部で接着されて成っている。
Further, the heat dissipating metal plate 16 and the resin package are bonded at the ends.

【0013】なお、樹脂製パッケージの内部には、絶縁
性のゲルが封入されている。
An insulating gel is sealed inside the resin package.

【0014】また、外部引き出し端子とIGBT191
およびダイオード201とは、ワイヤボンディング21
により電気的に接続されている。
Further, the external lead-out terminal and the IGBT 191
And the diode 201 are the wire bonding 21
Are electrically connected to each other.

【0015】さて、以上のように構成されたインバータ
装置の電力用半導体素子2においては、IGBT191
およびダイオード201が通電された時に、損失が発生
する。
Now, in the power semiconductor element 2 of the inverter device configured as described above, the IGBT 191
When the diode 201 is energized, a loss occurs.

【0016】この場合、IGBT191およびダイオー
ド201の上部には、断熱材である絶縁性のゲルが封入
されているので、IGBT191およびダイオード20
1で発生した損失の大部分は、下部の金属電極18に熱
伝導する。そして、この金属電極18に熱伝導した損失
は、絶縁基板17を伝わり、放熱用金属板16に熱伝導
する。
In this case, an insulating gel, which is a heat insulating material, is sealed above the IGBT 191 and the diode 201.
Most of the loss generated in 1 is conducted to the lower metal electrode 18 by heat. Then, the loss thermally conducted to the metal electrode 18 is transmitted to the insulating substrate 17 and thermally conducted to the metal plate 16 for heat radiation.

【0017】また、放熱用金属板16は、図12に示す
ように、取付けねじ3によりインバータ装置筐体1の底
面に加圧接触され、損失が冷媒14により放熱される。
The heat-dissipating metal plate 16 is brought into pressure contact with the bottom surface of the inverter device housing 1 by the mounting screw 3 as shown in FIG.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のインバータ装置においては、以下のような問題
点がある。
However, the above-mentioned conventional inverter device has the following problems.

【0019】(a)外部引出し端子から、IGBT19
1またはダイオード201を経て外部引き出し端子へ流
れる電流のループが広く、電力用半導体素子2内部の配
線の寄生インダクタンスが大きくなり、過電圧の発生や
損失が増大する。また、IGBT191およびダイオー
ド201がワイヤボンディング21により電気的に接続
されているので、ワイヤボンディング21の抵抗が大き
く温度上昇が高くなるため、所定の通電容量を確保する
ことができない。
(A) IGBT 19
The loop of the current flowing to the external lead-out terminal via the first or diode 201 is wide, the parasitic inductance of the wiring inside the power semiconductor element 2 increases, and the occurrence of overvoltage and loss increase. Further, since the IGBT 191 and the diode 201 are electrically connected by the wire bonding 21, the resistance of the wire bonding 21 is large and the temperature rise is high, so that a predetermined conduction capacity cannot be secured.

【0020】(b)電力用半導体素子2の周囲にある取
付けねじ3により放熱用金属板16を、流路15が構成
されているインバータ装置筐体1の底面に加圧接触させ
ているので、加圧力が放熱用金属板16全体に均等にか
からない。このため、放熱用金属板16とインバータ装
置筐体1との間の接触熱抵抗は、電力用半導体素子2内
部の熱抵抗とほぼ同等と非常に大きくなり、冷却効率が
低い。
(B) Since the heat-dissipating metal plate 16 is brought into press contact with the bottom surface of the inverter device housing 1 in which the flow path 15 is formed by the mounting screws 3 around the power semiconductor element 2, The pressing force is not uniformly applied to the entire heat dissipating metal plate 16. Therefore, the contact thermal resistance between the heat dissipating metal plate 16 and the inverter device housing 1 is very large, substantially equal to the thermal resistance inside the power semiconductor element 2, and the cooling efficiency is low.

【0021】(c)上記(b)の問題点に加え、IGB
T191およびダイオード201の上部には、断熱材で
ある絶縁性のゲルが封入されており、発生した損失を片
面からしか放熱することができないので、冷却効率が低
い。故に、インバータ装置の通電容量の向上に対応する
ことができない。また、冷却器等が大型化し、結果とし
てインバータ装置も大型化する。
(C) In addition to the problem (b), IGB
An insulating gel, which is a heat insulating material, is sealed above the T191 and the diode 201, and the generated loss can be radiated only from one side, so that the cooling efficiency is low. Therefore, it is not possible to cope with the improvement of the current carrying capacity of the inverter device. In addition, the size of the cooler and the like increases, and as a result, the inverter device also increases in size.

【0022】本発明の目的は、電力用半導体素子の内部
インダクタンスを低減し、過電圧および損失を低減する
ことが可能なインバータ装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an inverter device capable of reducing the internal inductance of a power semiconductor device and reducing overvoltage and loss.

【0023】また、本発明の他の目的は、電力用半導体
素子の通電容量を向上させて、信頼性を向上させること
が可能なインバータ装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an inverter device capable of improving the current-carrying capacity of a power semiconductor element and improving reliability.

【0024】さらに、本発明の他の目的は、冷却効率を
向上し、電力用半導体素子を小型化して、装置全体を小
型化することが可能なインバータ装置を提供することに
ある。
Still another object of the present invention is to provide an inverter device capable of improving cooling efficiency, miniaturizing a power semiconductor element, and miniaturizing the entire device.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に対応する発明では、複数の電力用半導
体素子と、当該複数の電力用半導体素子を駆動する駆動
回路と、複数の電力用半導体素子を制御する制御回路と
を備えて構成されるインバータ装置において、第1の絶
縁基板の上部に、第1の金属電極を接合し、第1の金属
電極の上部に、複数の半導体チップを接合し、複数の半
導体チップの上部に、熱緩衝板を接合し、熱緩衝板の上
部に、第2の金属電極を接合し、第2の金属電極の上部
に、第2の絶縁基板を接合している。
According to an aspect of the present invention, a plurality of power semiconductor elements, a driving circuit for driving the plurality of power semiconductor elements, and a plurality of power semiconductor elements are provided. And a control circuit for controlling the power semiconductor element, wherein a first metal electrode is joined to an upper portion of the first insulating substrate, and a plurality of A semiconductor chip is joined, a heat buffer plate is joined to the top of the plurality of semiconductor chips, a second metal electrode is joined to the top of the heat buffer plate, and a second insulating material is joined to the top of the second metal electrode. The substrates are joined.

【0026】また、請求項2に対応する発明では、上記
請求項1に対応する発明のインバータ装置において、第
1の金属電極をコレクタ電極とし、第2の金属電極をエ
ミッタ電極とし、コレクタ電極の取出し口とエミッタ電
極の取出し口とを同一方向に設け、第1の金属電極を流
れる電流の向きと第2の金属電極を流れる電流の向きと
を対向させている。
According to a second aspect of the present invention, in the inverter device according to the first aspect, the first metal electrode is a collector electrode, the second metal electrode is an emitter electrode, and the collector electrode is The outlet and the outlet of the emitter electrode are provided in the same direction, and the direction of the current flowing through the first metal electrode and the direction of the current flowing through the second metal electrode are opposed to each other.

【0027】さらに、請求項3に対応する発明では、上
記請求項1または請求項2に対応する発明のインバータ
装置において、熱緩衝板の材質としては、複数の半導体
チップと線膨張係数の近似した、Mo、W、Cu−W、
Cu−Mo等の金属としている。
According to a third aspect of the present invention, in the inverter device according to the first or second aspect, the material of the thermal buffer plate is similar to a plurality of semiconductor chips in linear expansion coefficient. , Mo, W, Cu-W,
A metal such as Cu-Mo is used.

【0028】さらにまた、請求項4に対応する発明で
は、上記請求項1乃至請求項3のいずれか1項に対応す
る発明のインバータ装置において、熱緩衝板としては、
複数の半導体チップよりゲートや電流センスをワイヤボ
ンディングにより引出すのに十分な厚みを持たせてい
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the inverter device according to any one of the first to third aspects, the heat buffer plate includes:
A sufficient thickness is provided for extracting gates and current senses from a plurality of semiconductor chips by wire bonding.

【0029】従って、請求項1乃至請求項4に対応する
発明のインバータ装置においては、複数の半導体チップ
の上部に熱緩衝板を接合し、さらにその上部に第2の金
属電極を接合し、さらにその上部に第2の絶縁基板を接
合することにより、複数の半導体チップを絶縁をとりな
がら両面冷却することが可能となり、冷却効率を向上す
ることができる。
Therefore, in the inverter device according to the first to fourth aspects of the present invention, the thermal buffer plate is joined to the upper part of the plurality of semiconductor chips, and the second metal electrode is joined to the upper part. By joining the second insulating substrate to the upper part, a plurality of semiconductor chips can be cooled on both sides while insulating, and the cooling efficiency can be improved.

【0030】また、コレクタ電極の取出し口とエミッタ
電極の取出し口とを同一方向に設け、コレクタ電極であ
る第1の金属電極を流れる電流の向きと、エミッタ電極
である第2の金属電極を流れる電流の向きとを対向させ
ることにより、インダクタンスが相殺されて、配線の寄
生インダクタンスを極めて小さくすることが可能とな
り、過電圧および損失を低減することができる。
The outlet for the collector electrode and the outlet for the emitter electrode are provided in the same direction, and the direction of the current flowing through the first metal electrode as the collector electrode and the direction of the current flowing through the second metal electrode as the emitter electrode are provided. By opposing the direction of the current, the inductance is canceled, the parasitic inductance of the wiring can be extremely reduced, and the overvoltage and the loss can be reduced.

【0031】さらに、複数の半導体チップを、第1の金
属電極および熱緩衝板および第2の金属電極により配線
接続することにより、ワイヤボンディングにより接続さ
れている場合に比べて、抵抗が小さく、温度上昇も低く
なり、通電容量を向上し、信頼性を向上することができ
る。
Further, by connecting a plurality of semiconductor chips by the first metal electrode, the thermal buffer plate and the second metal electrode, the resistance is lower and the temperature is lower than in the case where the semiconductor chips are connected by wire bonding. The rise is also reduced, the current carrying capacity is improved, and the reliability can be improved.

【0032】以上により、複数の半導体チップを両面冷
却することが可能となって冷却効率を向上し、さらに配
線の寄生インダクタンスを低減することが可能となって
過電圧および損失を低減し、通電容量を向上し、信頼性
も向上することが可能となる。
As described above, it is possible to cool a plurality of semiconductor chips on both sides, thereby improving the cooling efficiency, further reducing the parasitic inductance of the wiring, reducing the overvoltage and loss, and reducing the current carrying capacity. And reliability can be improved.

【0033】一方、請求項5に対応する発明では、上記
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に対応する発明の
インバータ装置において、第1の絶縁基板の下部に、内
部が中空で冷媒が通る第1の液冷式冷却器を接合し、第
2の絶縁基板の上部に、内部が中空で冷媒が通る第2の
液冷式冷却器を接合し、複数の半導体チップを両面冷却
している。
On the other hand, according to a fifth aspect of the present invention, in the inverter device according to any one of the first to fourth aspects, a refrigerant having a hollow inside is provided below the first insulating substrate. A first liquid-cooled cooler through which the heat sink passes is joined, and a second liquid-cooled cooler whose inside is hollow and through which a refrigerant passes is joined to the upper part of the second insulating substrate to cool a plurality of semiconductor chips on both sides. ing.

【0034】また、請求項6に対応する発明では、上記
請求項5に対応する発明のインバータ装置において、第
1および第2の液冷式冷却器の材質としては、Al−S
iC、Cu−SiC等の金属とセラミックスとの複合材
料である金属基複合材料としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the inverter device according to the fifth aspect, the first and second liquid-cooled coolers are made of Al-S
It is a metal-based composite material that is a composite material of a metal such as iC or Cu-SiC and a ceramic.

【0035】従って、請求項5および請求項6に対応す
る発明のインバータ装置においては、複数の半導体チッ
プと、第1の液冷式冷却器と第2の液冷式冷却器とを接
合し、かつ両面冷却することにより、前記請求項1乃至
請求項4に対応する発明のインバータ装置と同様の作用
を奏するのに加えて、前述した従来のインバータ装置の
ような冷却器との間の接触熱抵抗がなくなり、さらに両
面冷却が可能となり、熱抵抗が半減して、より一層冷却
効率を向上することができる。
Therefore, in the inverter device according to the fifth and sixth aspects of the present invention, the plurality of semiconductor chips are joined to the first liquid-cooled cooler and the second liquid-cooled cooler, In addition, by performing the double-sided cooling, in addition to providing the same operation as the inverter device according to the first to fourth aspects of the present invention, in addition to the contact heat between the above-described conventional inverter device and the cooler. Resistance is eliminated, cooling on both sides is possible, and thermal resistance is reduced by half, so that cooling efficiency can be further improved.

【0036】以上により、接触熱抵抗がなくなり、より
一層冷却効率を向上することが可能となる。
As described above, the contact thermal resistance is eliminated, and the cooling efficiency can be further improved.

【0037】さらに、請求項7に対応する発明では、上
記請求項5に対応する発明のインバータ装置において、
第1および第2の液冷式冷却器の材質としては、銅、ア
ルミニウム等の金属とし、第1および第2の液冷式冷却
器の表面に、第1および第2の絶縁基板とほぼ同等の形
状を有するAl−SiC、Cu−SiC等の金属基複合
材料製の熱応力緩衝板、または第1および第2の絶縁基
板と線膨張係数の近似した、Mo、W等の金属製の熱応
力緩衝板を接合し、第1および第2の絶縁基板と接合し
ている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the inverter device according to the fifth aspect,
The material of the first and second liquid-cooled coolers is a metal such as copper and aluminum, and the surface of the first and second liquid-cooled coolers is substantially equal to the first and second insulating substrates. Thermal stress buffer plate made of a metal matrix composite material such as Al-SiC, Cu-SiC or the like, or a metal heat such as Mo, W, which has a linear expansion coefficient similar to that of the first and second insulating substrates. The stress buffer plate is joined and joined to the first and second insulating substrates.

【0038】従って、請求項7に対応する発明のインバ
ータ装置においては、第1の絶縁基板および第2の絶縁
基板と第1の液冷式冷却器および第2の液冷式冷却器と
の間に、両者の中間位の線膨張係数を有する熱応力緩衝
板を接合することにより、前記請求項1乃至請求項6に
対応する発明のインバータ装置と同様の作用を奏するの
に加えて、第1の液冷式冷却器および第2の液冷式冷却
器の材質を、線膨張係数が大きい銅やアルミニウム等の
金属としても、第1の絶縁基板および第2の絶縁基板の
熱応力による割れを防ぐことができる。これにより、第
1の液冷式冷却器および第2の液冷式冷却器の材質を、
金属基複合材料よりも熱伝導率が大きく、かつ複雑な加
工ができ、様々な伝熱面積拡大手段であるフィンを加工
でき、かつ金属基複合材料に比べて破壊し難い銅やアル
ミニウム等の金属にすることが可能となるため、より一
層冷却効率を向上し、製造も容易となり、信頼性も向上
することができる。また、1チップ当たりのジャンクシ
ョンから冷却水までの熱抵抗が、前述した従来のインバ
ータ装置に比べてほぼ半減するため、より一層冷却効率
および信頼性を向上し、インバータ装置を簡略化するこ
とができる。
Therefore, in the inverter device according to the present invention, the first insulating substrate and the second insulating substrate are connected to the first liquid-cooled cooler and the second liquid-cooled cooler. By joining a thermal stress buffer plate having a linear expansion coefficient intermediate between the two, the same effects as those of the inverter device according to the first to sixth aspects of the invention can be obtained. Even if the material of the liquid-cooled cooler and the second liquid-cooled cooler is a metal having a large linear expansion coefficient, such as copper or aluminum, cracks due to thermal stress of the first insulating substrate and the second insulating substrate can be prevented. Can be prevented. Thereby, the materials of the first liquid-cooled cooler and the second liquid-cooled cooler are
Metals such as copper and aluminum that have higher thermal conductivity than metal-based composite materials, can be processed more complicatedly, can process fins that are various means for expanding the heat transfer area, and are less likely to break than metal-based composite materials Therefore, cooling efficiency can be further improved, manufacturing can be facilitated, and reliability can be improved. Further, since the thermal resistance from the junction to the cooling water per chip is almost halved as compared with the above-described conventional inverter device, the cooling efficiency and reliability can be further improved, and the inverter device can be simplified. .

【0039】以上により、接触熱抵抗がなくなり、より
一層冷却効率を向上することが可能となる。
As described above, the contact thermal resistance is eliminated, and the cooling efficiency can be further improved.

【0040】一方、請求項8に対応する発明では、上記
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に対応する発明の
インバータ装置において、3相インバータの上側アーム
を構成する複数の半導体チップを、第1の絶縁基板およ
び第2の絶縁基板と熱緩衝板を介して接合し、3相イン
バータの下側アームを構成する複数の半導体チップを、
第3の絶縁基板および第4の絶縁基板と熱緩衝板を介し
て接合し、3相インバータの上側アームを構成する第1
および第2の絶縁基板と、3相インバータの下側アーム
を構成する第3および第4の絶縁基板とを、一定距離だ
け離して第1の液冷式冷却器に接合し、3相インバータ
の上側アームを構成する第1および第2の絶縁基板と、
3相インバータの下側アームを構成する第3および第4
の絶縁基板との間に、直流電源の正極側と接続する正極
側導体と負極側と接続する負極側導体と3相出力導体と
を絶縁物を介して積層した積層基板を配置し、第2の絶
縁基板および第4の絶縁基板の上部に、第2の液冷式冷
却器を接合している。
On the other hand, according to an eighth aspect of the present invention, in the inverter device according to any one of the first to seventh aspects, a plurality of semiconductor chips constituting the upper arm of the three-phase inverter are provided. A plurality of semiconductor chips joined to the first insulating substrate and the second insulating substrate via a thermal buffer plate and forming a lower arm of the three-phase inverter;
A first insulating substrate which is joined to the third insulating substrate and the fourth insulating substrate via a thermal buffer plate to form an upper arm of the three-phase inverter;
And the second insulating substrate and the third and fourth insulating substrates forming the lower arm of the three-phase inverter are joined to the first liquid-cooled cooler at a fixed distance, and First and second insulating substrates forming an upper arm;
Third and fourth parts constituting the lower arm of the three-phase inverter
A laminated substrate in which a positive-side conductor connected to the positive side of the DC power supply, a negative-side conductor connected to the negative side, and a three-phase output conductor are laminated via an insulator between A second liquid-cooled cooler is joined to the upper portions of the insulating substrate and the fourth insulating substrate.

【0041】また、請求項9に対応する発明では、上記
請求項8に対応する発明のインバータ装置において、複
数の半導体チップより、ゲートおよびセンスを、第1お
よび第2の液冷式冷却器とほぼ平行に、第1および第2
の液冷式冷却器の間に形成された外周部の空間より取出
している。
According to a ninth aspect of the present invention, in the inverter device according to the eighth aspect of the present invention, the gate and the sense are formed by the first and second liquid-cooled coolers from a plurality of semiconductor chips. Substantially parallel, the first and second
From the outer peripheral space formed between the liquid-cooled coolers.

【0042】さらに、請求項10に対応する発明では、
上記請求項8に対応する発明のインバータ装置におい
て、第2の液冷式冷却器を2つに分割して、それぞれ第
2の絶縁基板および第4の絶縁基板と接合し、2つに分
割された第2の液冷式冷却器の間より、3相出力導体を
取出している。
Further, in the invention according to claim 10,
In the inverter device according to the present invention, the second liquid-cooled cooler is divided into two, joined to the second insulating substrate and the fourth insulating substrate, respectively, and divided into two. The three-phase output conductor is taken out from between the second liquid-cooled coolers.

【0043】従って、請求項8乃至請求項10に対応す
る発明のインバータ装置においては、3相インバータの
上側アームを構成する複数の半導体チップを、第1およ
び第2の絶縁基板と熱緩衝板を介して接合し、下側アー
ムを構成する複数の半導体チップを、第3および第4の
絶縁基板と熱緩衝板を介して接合し、上側アームを構成
する第1および第2の絶縁基板と、下側アームを構成す
る第3および第4の絶縁基板とを、一定距離だけ離して
第1の液冷式冷却器に接合し、上側アームを構成する第
1および第2の絶縁基板と、下側アームを構成する第3
および第4の絶縁基板との間に、直流電源の正極側と接
続する正極側導体と負極側と接続する負極側導体と3相
出力導体とを絶縁物を介して積層した積層基板を配置
し、第2および第4の絶縁基板の上部に、第2の液冷式
冷却器を接合することにより、前記請求項1乃至請求項
7に対応する発明のインバータ装置と同様の作用を奏す
るのに加えて、複数の半導体チップを両面冷却しても、
配線の寄生インダクタンスが小さく、かつ簡略な構造で
3相インバータを構成することができる。
Therefore, in the inverter device according to the present invention, the plurality of semiconductor chips constituting the upper arm of the three-phase inverter are formed by the first and second insulating substrates and the heat buffer plate. A plurality of semiconductor chips that form a lower arm and are bonded to each other via a thermal buffer plate to form a lower arm; and a first and a second insulating substrate that form an upper arm. The third and fourth insulating substrates forming the lower arm are joined to the first liquid-cooled cooler at a predetermined distance from each other, and the first and second insulating substrates forming the upper arm are connected to the lower and upper insulating substrates. 3rd side arm
And a fourth insulating substrate, a laminated substrate in which a positive conductor connected to the positive electrode of the DC power supply, a negative conductor connected to the negative electrode, and a three-phase output conductor are laminated via an insulator. By joining a second liquid-cooled cooler to the upper portions of the second and fourth insulating substrates, the same effect as that of the inverter device according to the first to seventh aspects of the invention can be obtained. In addition, even if multiple semiconductor chips are cooled on both sides,
A three-phase inverter can be configured with a simple structure in which the parasitic inductance of the wiring is small.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0045】(第1の実施の形態:請求項1乃至請求項
4に対応)図1は本実施の形態によるインバータ装置に
おける半導体チップの実装構成例を示す部分縦断面図、
図2は図1におけるA−A断面図、図3は図1における
B−B断面図である。
(First Embodiment: Corresponding to Claims 1 to 4) FIG. 1 is a partial vertical sectional view showing an example of a mounting structure of a semiconductor chip in an inverter device according to this embodiment.
2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG.

【0046】図1乃至図3において、第1の絶縁基板2
2の上部には、第1の金属電極23を接合している。
1 to 3, the first insulating substrate 2
The first metal electrode 23 is joined to the upper part of the second metal electrode 23.

【0047】また、第1の金属電極23の上部には、半
導体チップであるIGBT191およびダイオード20
1を、高温はんだにより接合している。
The IGBT 191 as a semiconductor chip and the diode 20 are provided above the first metal electrode 23.
1 are joined by high-temperature solder.

【0048】さらに、IGBT191およびダイオード
201の上部には、熱緩衝板24を、高温はんだにより
接合している。
Further, a thermal buffer plate 24 is joined to the upper part of the IGBT 191 and the diode 201 by high-temperature solder.

【0049】また、熱緩衝板24の上部には、第2の金
属電極25を、高温はんだにより接合している。
A second metal electrode 25 is joined to the upper part of the thermal buffer plate 24 by high-temperature solder.

【0050】さらに、第2の金属電極25の上部には、
第2の絶縁基板26を接合している。
Further, on the upper part of the second metal electrode 25,
The second insulating substrate 26 is joined.

【0051】なお、図1乃至図3では、IGBT191
およびダイオード201は、3並列構成としている。
In FIGS. 1 to 3, the IGBT 191 is used.
The diode 201 has a three-parallel configuration.

【0052】一方、第1の金属電極22をコレクタ電極
とし、第2の金属電極25をエミッタ電極とし、コレク
タ電極の取出し口27とエミッタ電極の取出し口28と
を、同一方向に設けている。
On the other hand, the first metal electrode 22 is used as a collector electrode, the second metal electrode 25 is used as an emitter electrode, and a collector electrode outlet 27 and an emitter electrode outlet 28 are provided in the same direction.

【0053】また、熱緩衝板24の材質としては、半導
体チップであるIGBT191およびダイオード201
と線膨張係数の近似した、例えばMo、W、Cu−W、
Cu−Mo等の金属としている。
The material of the thermal buffer plate 24 is a semiconductor chip such as the IGBT 191 and the diode 201.
And the coefficient of linear expansion approximated, for example, Mo, W, Cu-W,
A metal such as Cu-Mo is used.

【0054】さらに、熱緩衝板24としては、半導体チ
ップであるIGBT191よりゲートワイヤボンディン
グ29や電流センスワイヤボンディング31を引出すの
に十分な厚みを持たせている。
Further, the thermal buffer plate 24 has a sufficient thickness for drawing out the gate wire bonding 29 and the current sense wire bonding 31 from the IGBT 191 which is a semiconductor chip.

【0055】次に、以上のように構成した本実施の形態
によるインバータ装置においては、IGBT191およ
びFRD201の上部に熱緩衝板24が接合され、その
上部に第2の金属電極25が接合され、さらにその上部
に第2の絶縁基板26が接合されていることにより、I
GBT191およびFRD201を絶縁をとりながら両
面冷却することができる。
Next, in the inverter device according to the present embodiment configured as described above, the thermal buffer plate 24 is joined to the upper part of the IGBT 191 and the FRD 201, and the second metal electrode 25 is joined to the upper part. Since the second insulating substrate 26 is joined to the upper part, I
The GBT 191 and the FRD 201 can be cooled on both sides while insulating.

【0056】また、IGBT191およびダイオード2
01が、第1の金属電極22および熱緩衝板24および
第2の金属電極25により配線接続されていることによ
り、ワイヤボンディングにより接続されている場合に比
べて、抵抗が小さく、温度上昇も低くなり、通電容量を
向上し、信頼性を向上することができる。
The IGBT 191 and the diode 2
01 is connected by wiring through the first metal electrode 22, the heat buffer plate 24, and the second metal electrode 25, so that the resistance is lower and the temperature rise is lower than when connected by wire bonding. Thus, the current carrying capacity can be improved, and the reliability can be improved.

【0057】さらに、コレクタ電極の取出し口27とエ
ミッタ電極の取出し口28とが同一方向に設けられ、コ
レクタ電極である第1の金属電極23を流れる電流の向
きと、エミッタ電極である第2の金属電極25を流れる
電流の向きとが対向していることにより、インダクタン
スが相殺されて配線の寄生インダクタンスを極めて小さ
くすることができる。
Further, the outlet 27 for the collector electrode and the outlet 28 for the emitter electrode are provided in the same direction, and the direction of the current flowing through the first metal electrode 23 which is the collector electrode and the second direction which is the emitter electrode Since the direction of the current flowing through the metal electrode 25 is opposed, the inductance is cancelled, and the parasitic inductance of the wiring can be extremely reduced.

【0058】上述したように、本実施の形態によるイン
バータ装置では、IGBT191およびダイオード20
1を両面冷却することが可能となって冷却効率を向上
し、さらに配線の寄生インダクタンスを低減することが
可能となって過電圧および損失を低減し、通電容量を向
上し、信頼性も向上することが可能となる。
As described above, in the inverter device according to the present embodiment, IGBT 191 and diode 20
1 can be cooled on both sides, improving cooling efficiency, and further reducing parasitic inductance of wiring, reducing overvoltage and loss, improving current carrying capacity, and improving reliability. Becomes possible.

【0059】(第2の実施の形態:請求項5、請求項6
に対応)図4は、本実施の形態によるインバータ装置の
構成例を示す部分縦断面図であり、図1乃至図3と同一
部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる部分についてのみ述べる。
(Second Embodiment: Claims 5 and 6)
FIG. 4 is a partial vertical cross-sectional view showing a configuration example of the inverter device according to the present embodiment. The same reference numerals are given to the same portions as those in FIGS. 1 to 3 and the description is omitted. Only the different parts will be described.

【0060】図4において、第1の絶縁基板22の下部
には、内部が中空で冷媒が通る第1の液冷式冷却器33
を、低温はんだにより接合している。
In FIG. 4, a first liquid-cooled cooler 33 having a hollow inside and through which a refrigerant passes is provided below the first insulating substrate 22.
Are joined by low-temperature solder.

【0061】また、第2の絶縁基板26の上部には、内
部が中空で冷媒が通る第2の液冷式冷却器34を、低温
はんだにより接合している。
A second liquid-cooled cooler 34 having a hollow inside and through which a refrigerant passes is joined to the upper portion of the second insulating substrate 26 by low-temperature solder.

【0062】これにより、半導体チップであるIGBT
191およびダイオード201を両面冷却するようにし
ている。
Thus, the semiconductor chip IGBT
191 and the diode 201 are cooled on both sides.

【0063】さらに、第1の液冷式冷却器33および第
2の液冷式冷却器34の材質としては、例えばAl−S
iC、Cu−SiC等の金属とセラミックスとの複合材
料である金属基複合材料としている。
The material of the first liquid-cooled cooler 33 and the second liquid-cooled cooler 34 is, for example, Al-S
It is a metal-based composite material that is a composite material of a metal such as iC or Cu-SiC and a ceramic.

【0064】次に、以上のように構成した本実施の形態
によるインバータ装置においては、前述した第1の実施
の形態のインバータ装置と同様の作用効果を奏すること
ができる。
Next, in the inverter device according to the present embodiment configured as described above, the same functions and effects as those of the inverter device according to the above-described first embodiment can be obtained.

【0065】さらに、これに加えて、IGBT191お
よびダイオード201と、第1の液冷式冷却器33と第
2の液冷式冷却器34とが接合され、かつ両面冷却され
ていることにより、前述した従来のインバータ装置のよ
うな冷却器との間の接触熱抵抗がなくなり、さらに両面
冷却が可能となり、熱抵抗が半減して、より一層冷却効
率を向上することができる。
Further, in addition to the above, the IGBT 191 and the diode 201, the first liquid-cooled cooler 33 and the second liquid-cooled cooler 34 are joined, and both sides are cooled. This eliminates the contact thermal resistance with the cooler as in the conventional inverter device, further enables double-sided cooling, reduces the thermal resistance by half, and can further improve the cooling efficiency.

【0066】上述したように、本実施の形態によるイン
バータ装置では、接触熱抵抗がなくなり、より一層冷却
効率を向上することが可能となる。
As described above, in the inverter device according to the present embodiment, the contact thermal resistance is eliminated, and the cooling efficiency can be further improved.

【0067】(第3の実施の形態:請求項7に対応)図
5は、本実施の形態によるインバータ装置の構成例を示
す部分縦断面図であり、図1乃至図4と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分
についてのみ述べる。
(Third Embodiment: Corresponding to Claim 7) FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration example of an inverter device according to the present embodiment, and the same parts as those in FIGS. The same reference numerals are given and the description is omitted, and only different portions will be described here.

【0068】図5において、第1の液冷式冷却器33お
よび第2の液冷式冷却器34の材質としては、例えば
銅、アルミニウム等の金属としている。
In FIG. 5, the material of the first liquid-cooled cooler 33 and the second liquid-cooled cooler 34 is a metal such as copper or aluminum.

【0069】また、第1の液冷式冷却器33および第2
の液冷式冷却器34の表面には、前記第1の絶縁基板2
2および第2の絶縁基板26とほぼ同等の形状を有す
る、例えばAl−SiC、Cu−SiC等の金属基複合
材料製の熱応力緩衝板35、または前記第1の絶縁基板
22および第2の絶縁基板26と熱膨張係数の近似し
た、例えばMo、W等の金属製の熱応力緩衝板35を接
合し、前記第1の絶縁基板22および第2の絶縁基板2
6と接合している。
The first liquid-cooled cooler 33 and the second
The surface of the liquid-cooled cooler 34 is provided with the first insulating substrate 2
The thermal stress buffer plate 35 having a shape substantially equal to that of the second and second insulating substrates 26 and made of, for example, a metal-based composite material such as Al-SiC or Cu-SiC, or the first insulating substrate 22 and the second insulating substrate The insulating substrate 26 is joined to a thermal stress buffer plate 35 made of a metal such as Mo or W having a similar coefficient of thermal expansion, and the first insulating substrate 22 and the second insulating substrate 2 are joined together.
6.

【0070】一方、その製造方法としては、まず、第1
の液冷式冷却器33および第2の液冷式冷却器34を製
造する。
On the other hand, the manufacturing method is as follows.
The liquid-cooled cooler 33 and the second liquid-cooled cooler 34 are manufactured.

【0071】次に、第1の金属電極23、半導体チップ
であるIGBT191およびダイオード201、熱緩衝
板24、第2の金属電極26を、例えば300℃〜40
0℃位の高温はんだにより接合する。
Next, the first metal electrode 23, the IGBT 191 and the diode 201 as the semiconductor chip, the heat buffer plate 24, and the second metal electrode 26 are, for example,
It is joined by a high-temperature solder of about 0 ° C.

【0072】そして最後に、第1の液冷式冷却器33と
熱応力緩衝板35と第1の絶縁基板22および第2の絶
縁基板26と第2の液冷式冷却器34を積層し、例えば
180℃〜200℃位の低温はんだにより、熱応力緩衝
板35を、液冷式冷却器33,34および絶縁基板2
2,26とはんだ付けする方法が考えられる。
Finally, the first liquid-cooled cooler 33, the thermal stress buffer plate 35, the first insulating substrate 22, and the second insulating substrate 26, and the second liquid-cooled cooler 34 are laminated. For example, by using low-temperature solder of about 180 ° C. to 200 ° C., the thermal stress buffer 35 is
A method of soldering with Nos. 2 and 26 is conceivable.

【0073】また、第1の液冷式冷却器33および第2
の液冷式冷却器34の材質が例えばAlで、熱応力緩衝
板35の材質が例えばAl−SiCの場合には、SiC
をAlの鋳込みで冷却器と一体に製造する方法等も考え
られる。
The first liquid-cooled cooler 33 and the second
If the material of the liquid-cooled cooler 34 is, for example, Al and the material of the thermal stress buffer plate 35 is, for example, Al-SiC, SiC
Can be conceived integrally with a cooler by casting Al.

【0074】次に、以上のように構成した本実施の形態
によるインバータ装置においては、前述した第1および
第2の実施の形態のインバータ装置と同様の作用効果を
奏することができる。
Next, in the inverter device according to the present embodiment configured as described above, the same functions and effects as those of the inverter devices according to the above-described first and second embodiments can be obtained.

【0075】さらに、これに加えて、第1の絶縁基板2
2および第2の絶縁基板26と第1の液冷式冷却器33
および第2の液冷式冷却器34との間に、両者の中間位
の線膨張係数を有する熱応力緩衝板35が接合されてい
ることにより、第1の液冷式冷却器33および第2の液
冷式冷却器34の材質を、線膨張係数が大きい銅やアル
ミニウム等の金属としても、第1の絶縁基板22および
第2の絶縁基板26の熱応力による割れを防ぐことがで
きる。
Further, in addition to this, the first insulating substrate 2
2nd and 2nd insulating substrate 26 and 1st liquid cooling type cooler 33
A thermal stress buffer plate 35 having an intermediate linear expansion coefficient is joined between the first liquid-cooled cooler 33 and the second liquid-cooled cooler 34. Even if the material of the liquid-cooled cooler 34 is a metal such as copper or aluminum having a large linear expansion coefficient, the first insulating substrate 22 and the second insulating substrate 26 can be prevented from cracking due to thermal stress.

【0076】これにより、第1の液冷式冷却器33およ
び第2の液冷式冷却器34の材質を、金属基複合材料よ
りも熱伝導率が大きく、かつ複雑な加工ができ、様々な
伝熱面積拡大手段であるフィンを加工でき、かつ金属基
複合材料に比べて破壊し難い銅やアルミニウム等の金属
にすることが可能となるため、より一層冷却効率を向上
し、製造も容易となり、信頼性も向上することができ
る。
As a result, the material of the first liquid-cooled cooler 33 and the second liquid-cooled cooler 34 can be made to have a higher heat conductivity and a more complicated processing than the metal-based composite material. The fins, which are the means for expanding the heat transfer area, can be processed, and it is possible to use metals such as copper and aluminum that are less likely to break than metal-based composite materials, further improving cooling efficiency and facilitating manufacture. Also, the reliability can be improved.

【0077】また、前記図11乃至図13に示した従来
のインバータ装置では、IGBT191 1チップ当た
りのジャンクションから冷却水までの熱抵抗は約0.3
04K/Wであるが、図5に示すような本実施の形態の
ようなインバータ装置の構成では、IGBT191 1
チップ当たりのジャンクションから冷却水までの熱抵抗
が約0.19K/Wとなり、熱抵抗がほぼ半減する。
In the conventional inverter shown in FIGS. 11 to 13, the thermal resistance from the junction to the cooling water per IGBT 191 chip is about 0.3.
However, in the configuration of the inverter device according to the present embodiment as shown in FIG. 5, the IGBT 191 1
The thermal resistance from the junction to the cooling water per chip is about 0.19 K / W, and the thermal resistance is almost halved.

【0078】これにより、前述した第1および第2の実
施の形態のインバータ装置と同様の作用効果を奏するの
に加えて、より一層冷却効率および信頼性を向上し、イ
ンバータ装置を簡略化することができる。
As a result, in addition to having the same effects as the inverter devices of the first and second embodiments, the cooling efficiency and reliability are further improved, and the inverter device is simplified. Can be.

【0079】上述したように、本実施の形態によるイン
バータ装置では、接触熱抵抗がなくなり、より一層冷却
効率を向上することが可能となる。
As described above, in the inverter device according to the present embodiment, the contact thermal resistance is eliminated, and the cooling efficiency can be further improved.

【0080】(第4の実施の形態:請求項8乃至請求項
10に対応)図6は本実施の形態によるインバータ装置
の構成例を示す正面断面図、図7は本実施の形態による
インバータ装置の構成例を示す平面断面図、図8は本実
施の形態によるインバータ装置の構成例を示す側面図、
図9は本実施の形態によるインバータ装置の構成例を示
す斜視図、図10本実施の形態によるインバータ装置の
構成例を示す回路図であり、図1乃至図5と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。
(Fourth Embodiment: Corresponding to Claims 8 to 10) FIG. 6 is a front sectional view showing a configuration example of an inverter device according to this embodiment, and FIG. 7 is an inverter device according to this embodiment. FIG. 8 is a side sectional view showing a configuration example of the inverter device according to the present embodiment;
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration example of the inverter device according to the present embodiment, and FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of the inverter device according to the present embodiment. The description is omitted here, and only different parts will be described here.

【0081】図6乃至図10において、図10に示す3
相インバータのU相の上側アームを構成する半導体チッ
プであるIGBT191およびFRD201を、前記第
1の絶縁基板22および第2の絶縁基板26と熱緩衝板
24を介して接合している。
In FIGS. 6 to 10, the 3 shown in FIG.
The IGBT 191 and the FRD 201, which are semiconductor chips forming the upper arm of the U-phase of the phase inverter, are joined to the first insulating substrate 22 and the second insulating substrate 26 via the thermal buffer plate 24.

【0082】なお、本実施の形態では、IGBT191
およびFRD201は、3並列構成としている。
In this embodiment, the IGBT 191
The FRD 201 has a three-parallel configuration.

【0083】また、図10に示す3相インバータのV相
の上側アームを構成する半導体チップであるIGBT1
93およびダイオード203、図10に示す3相インバ
ータのW相の上側アームを構成する半導体チップである
IGBT195およびダイオード205も、上記U相の
場合と同様に、前記第1の絶縁基板22および第2の絶
縁基板26と熱緩衝板24を介して接合している。
IGBT1 which is a semiconductor chip constituting the V-phase upper arm of the three-phase inverter shown in FIG.
The IGBT 195 and the diode 205, which are semiconductor chips constituting the W-phase upper arm of the three-phase inverter shown in FIG. 10, also have the first insulating substrate 22 and the second And an insulating substrate 26 via a thermal buffer plate 24.

【0084】一方、図10に示す3相インバータのU相
の下側アームを構成する半導体チップであるIGBT1
92およびダイオード202を、上記上側アームの場合
と同様に、第3の絶縁基板37および第4の絶縁基板3
8と熱緩衝板24を介して接合している。
On the other hand, IGBT1 which is a semiconductor chip constituting the lower arm of the U-phase of the three-phase inverter shown in FIG.
92 and the diode 202 are connected to the third insulating substrate 37 and the fourth insulating substrate 3 as in the case of the upper arm.
8 and a thermal buffer plate 24.

【0085】また、図10に示す3相インバータのV相
の下側アームを構成する半導体チップであるIGBT1
94およびダイオード204、図10に示す3相インバ
ータのW相の下側アームを構成する半導体チップである
IGBT196およびダイオード206も、上記U相の
場合と同様に、第3の絶縁基板37および第4の絶縁基
板38と熱緩衝板24を介して接合している。
IGBT1 which is a semiconductor chip constituting the lower arm of the V-phase of the three-phase inverter shown in FIG.
The IGBT 196 and the diode 206, which are the semiconductor chips constituting the lower arm of the W-phase of the three-phase inverter shown in FIG. With the insulating substrate 38 of FIG.

【0086】一方、図10に示す3相インバータの上側
アームを構成する第1の絶縁基板22および第2の絶縁
基板26と、下側アームを構成する第3の絶縁基板37
および第4の絶縁基板38とを、一定距離だけ離して前
記第1の液冷式冷却器33に接合している。
On the other hand, the first insulating substrate 22 and the second insulating substrate 26 forming the upper arm of the three-phase inverter shown in FIG. 10, and the third insulating substrate 37 forming the lower arm
And the fourth insulating substrate 38 are joined to the first liquid-cooled cooler 33 at a predetermined distance.

【0087】また、図10に示す3相インバータの上側
アームを構成する第1の絶縁基板22および第2の絶縁
基板26と、下側アームを構成する第3の絶縁基板37
および第4の絶縁基板38との間に、直流電源の正極側
と接続する正極側導体39と負極側と接続する負極側導
体40と3相出力導体41とを絶縁物42を介して積層
した積層基板43を配置している。
A first insulating substrate 22 and a second insulating substrate 26 constituting the upper arm of the three-phase inverter shown in FIG. 10 and a third insulating substrate 37 constituting the lower arm
And a fourth insulating substrate 38, a positive-side conductor 39 connected to the positive side of the DC power supply, a negative-side conductor 40 connected to the negative side, and a three-phase output conductor 41 are laminated via an insulator 42. The laminated substrate 43 is arranged.

【0088】さらに、第2の絶縁基板26および第4の
絶縁基板38の上部には、前記第2の液冷式冷却器34
を接合している。
Further, the second liquid-cooled cooler 34 is provided above the second insulating substrate 26 and the fourth insulating substrate 38.
Are joined.

【0089】一方、上記第2の液冷式冷却器34を2つ
に分割し、それぞれ第2の絶縁基板26および第4の絶
縁基板38と接合して、それぞれ第2の絶縁基板26お
よび第4の絶縁基板38と接合し、上記2つに分割され
た第2の液冷式冷却器34の間より、3相出力導体41
を取出している。
On the other hand, the second liquid-cooled cooler 34 is divided into two parts, which are respectively joined to the second insulating substrate 26 and the fourth insulating substrate 38, so that the second insulating substrate 26 and the fourth And a three-phase output conductor 41 between the two divided liquid-cooled coolers 34.
I'm taking out.

【0090】また、第1の液冷式冷却器33および第2
の液冷式冷却器34の周囲、および上記2つに分割され
た第2の液冷式冷却器34の間を、絶縁性を有するパッ
ケージ44で密封している。
The first liquid-cooled cooler 33 and the second
The periphery of the liquid-cooled cooler 34 and the space between the two divided liquid-cooled coolers 34 are sealed with a package 44 having an insulating property.

【0091】さらに、パッケージ44の内部には、絶縁
性の高分子材料を封入している。
Further, the inside of the package 44 is filled with an insulating polymer material.

【0092】さらにまた、半導体チップであるIGBT
191〜196より、ゲート45および電流センス46
を、第1の液冷式冷却器33および第2の液冷式冷却器
34とほぼ平行に、第1の液冷式冷却器33および第2
の液冷式冷却器34の間に形成された外周部の空間47
より取出している。
Further, the semiconductor chip IGBT
From 191 to 196, the gate 45 and the current sense 46
The first liquid-cooled cooler 33 and the second liquid-cooled cooler 33 are substantially parallel to the first liquid-cooled cooler 33 and the second liquid-cooled cooler 34.
Outer space 47 formed between the liquid-cooled coolers 34
More.

【0093】次に、以上のように構成した本実施の形態
によるインバータ装置においては、前述した第1乃至第
3の実施の形態のインバータ装置と同様の作用効果を奏
することができる。
Next, in the inverter device according to the present embodiment configured as described above, the same functions and effects as those of the inverter devices according to the above-described first to third embodiments can be obtained.

【0094】さらに、これに加えて、3相インバータの
上側アームを構成するIGBT191およびFRD20
1が、第1の絶縁基板22および第2の絶縁基板26と
熱緩衝板24を介して接合され、下側アームを構成する
IGBT192およびダイオード202が、第3の絶縁
基板37および第4の絶縁基板38と熱緩衝板24を介
して接合され、上側アームを構成する第1の絶縁基板2
2および第2の絶縁基板26と、下側アームを構成する
第3の絶縁基板37および第4の絶縁基板38とが、一
定距離だけ離して第1の液冷式冷却器33に接合され、
上側アームを構成する第1の絶縁基板22および第2の
絶縁基板26と、下側アームを構成する第3の絶縁基板
37および第4の絶縁基板38との間に、直流電源の正
極側と接続する正極側導体39と負極側と接続する負極
側導体40と3相出力導体41とを絶縁物42を介して
積層した積層基板43が配置され、第2の絶縁基板26
および第4の絶縁基板38の上部に、第2の液冷式冷却
器34が接合されていることにより、IGBT191〜
196およびダイオード201〜206を両面冷却して
も、配線の寄生インダクタンスが小さく、かつ簡略な構
造で3相インバータを構成することができる。
Further, in addition to this, IGBT 191 and FRD 20 constituting the upper arm of the three-phase inverter
1 is bonded to the first insulating substrate 22 and the second insulating substrate 26 via the thermal buffer plate 24, and the IGBT 192 and the diode 202 constituting the lower arm are connected to the third insulating substrate 37 and the fourth insulating substrate. First insulating substrate 2 which is joined to substrate 38 via thermal buffer plate 24 and forms an upper arm
The second and second insulating substrates 26, the third insulating substrate 37 and the fourth insulating substrate 38 constituting the lower arm are joined to the first liquid-cooled cooler 33 at a predetermined distance,
Between the first insulating substrate 22 and the second insulating substrate 26 forming the upper arm and the third insulating substrate 37 and the fourth insulating substrate 38 forming the lower arm, the positive side of the DC power supply is connected. A laminated substrate 43 in which a positive conductor 39 to be connected, a negative conductor 40 to be connected to the negative electrode, and a three-phase output conductor 41 are laminated via an insulator 42 is arranged.
In addition, since the second liquid-cooled cooler 34 is joined to the upper part of the fourth insulating substrate 38, the IGBTs 191 to 191 are formed.
Even if both sides of the 196 and the diodes 201 to 206 are cooled, a three-phase inverter can be configured with a small wiring parasitic inductance and a simple structure.

【0095】上述したように、本実施の形態によるイン
バータ装置では、複数の半導体チップを両面冷却して
も、配線の寄生インダクタンスが小さく、かつ簡略な構
造で3相インバータを構成することが可能となる。
As described above, in the inverter device according to the present embodiment, even if a plurality of semiconductor chips are cooled on both surfaces, a three-phase inverter can be formed with a small wiring parasitic inductance and a simple structure. Become.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインバー
タ装置によれば、複数の半導体チップを両面冷却するこ
とが可能となって冷却効率を向上し、さらに配線の寄生
インダクタンスを低減することが可能となって過電圧お
よび損失を低減し、インバータ装置の通電容量を向上
し、信頼性も向上することが可能となる。
As described above, according to the inverter device of the present invention, a plurality of semiconductor chips can be cooled on both sides, thereby improving the cooling efficiency and reducing the parasitic inductance of the wiring. As a result, overvoltage and loss can be reduced, the current carrying capacity of the inverter device can be improved, and the reliability can be improved.

【0097】また、複数の半導体チップを両面冷却して
も、配線の寄生インダクタンスが小さく、かつ簡略な構
造で3相インバータを構成することが可能となる。
Further, even when a plurality of semiconductor chips are cooled on both sides, a three-phase inverter can be configured with a small parasitic inductance of wiring and a simple structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態によるインバータ装
置における半導体チップの実装構成例を示す部分縦断面
図。
FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing a mounting configuration example of a semiconductor chip in an inverter device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】図1のB−B断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1;

【図4】本発明の第2の実施の形態によるインバータ装
置の構成例を示す部分縦断面図。
FIG. 4 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration example of an inverter device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施の形態によるインバータ装
置の構成例を示す部分縦断面図。
FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration example of an inverter device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施の形態によるインバータ装
置の構成例を示す正面断面図。
FIG. 6 is a front sectional view showing a configuration example of an inverter device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施の形態によるインバータ装
置の構成例を示す平面断面図。
FIG. 7 is a plan sectional view showing a configuration example of an inverter device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施の形態によるインバータ装
置の構成例を示す側面図。
FIG. 8 is a side view showing a configuration example of an inverter device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施の形態によるインバータ装
置の構成例を示す斜視図。
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration example of an inverter device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施の形態によるインバータ
装置の構成例を示す回路図。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of an inverter device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】従来のインバータ装置の構成例を示す水平断
面図。
FIG. 11 is a horizontal sectional view showing a configuration example of a conventional inverter device.

【図12】従来のインバータ装置の構成例を示す側面断
面図。
FIG. 12 is a side sectional view showing a configuration example of a conventional inverter device.

【図13】従来のインバータ装置における電力用半導体
素子の構成例を示す部分断面図。
FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing a configuration example of a power semiconductor element in a conventional inverter device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…インバータ装置筐体 2…電力用半導体素子 3…取付けねじ 4…アルミ電解コンデンサ 5…固定台 6…接続ねじ 7…正極側導体 8…負極側導体 91〜93…3相出力導体 101〜102…電流検出器 11…制御ユニット 12…入水口 13…排水口 14…冷媒 15…流路 16…放熱用金属板 17…絶縁基板 18…金属電極 191〜196…IGBT 201〜206…ダイオード 21…ワイヤボンディング 22…第1の絶縁基板 23…第1の金属電極 24…熱緩衝板 25…第2の金属電極 26…第2の絶縁基板 27…コレクタ電極取出し口 28…エミッタ電極取出し口 29…ゲートワイヤボンディング 30…ゲート電極取出し口 31…電流センスワイヤボンディング 32…電流センス取出し口 33…第1の液冷式冷却器 34…第2の液冷式冷却器 35…熱応力緩衝板 36…電源平滑用コンデンサ 37…第3の絶縁基板 38…第4の絶縁基板 39…正極側導体 40…負極側導体 41…3相出力導体 42…絶縁物 43…積層基板 44…パッケージ 45…ゲート 46…電流センス 47…外周部の空間。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverter housing | casing 2 ... Power semiconductor element 3 ... Mounting screw 4 ... Aluminum electrolytic capacitor 5 ... Fixing stand 6 ... Connection screw 7 ... Positive side conductor 8 ... Negative side conductor 91-93 ... 3-phase output conductor 101-102 ... Current detector 11 ... Control unit 12 ... Water inlet 13 ... Water outlet 14 ... Coolant 15 ... Flow path 16 ... Metal plate for heat radiation 17 ... Insulating substrate 18 ... Metal electrodes 191-196 ... IGBT 201-206 ... Diode 21 ... Wire Bonding 22: First insulating substrate 23: First metal electrode 24: Thermal buffer plate 25: Second metal electrode 26: Second insulating substrate 27: Collector electrode outlet 28 ... Emitter electrode outlet 29: Gate wire Bonding 30 Gate outlet 31 Current sensing wire bonding 32 Current sensing outlet 33 First liquid-cooled cooler DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... 2nd liquid cooling type cooler 35 ... Thermal stress buffer board 36 ... Power supply smoothing capacitor 37 ... 3rd insulating board 38 ... 4th insulating board 39 ... Positive side conductor 40 ... Negative side conductor 41 ... 3 phase Output conductor 42 ... Insulator 43 ... Laminated substrate 44 ... Package 45 ... Gate 46 ... Current sense 47 ... Space in the outer periphery.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の電力用半導体素子と、当該複数の
電力用半導体素子を駆動する駆動回路と、前記複数の電
力用半導体素子を制御する制御回路とを備えて構成され
るインバータ装置において、 第1の絶縁基板の上部に、第1の金属電極を接合し、 前記第1の金属電極の上部に、複数の半導体チップを接
合し、 前記複数の半導体チップの上部に、熱緩衝板を接合し、 前記熱緩衝板の上部に、第2の金属電極を接合し、 前記第2の金属電極の上部に、第2の絶縁基板を接合し
て成ることを特徴とするインバータ装置。
An inverter device comprising: a plurality of power semiconductor elements; a drive circuit for driving the plurality of power semiconductor elements; and a control circuit for controlling the plurality of power semiconductor elements. A first metal electrode is joined to an upper portion of a first insulating substrate, a plurality of semiconductor chips are joined to an upper portion of the first metal electrode, and a thermal buffer is joined to an upper portion of the plurality of semiconductor chips. An inverter device comprising: a second metal electrode bonded to an upper portion of the thermal buffer plate; and a second insulating substrate bonded to an upper portion of the second metal electrode.
【請求項2】 前記請求項1に記載のインバータ装置に
おいて、 前記第1の金属電極をコレクタ電極とし、 前記第2の金属電極をエミッタ電極とし、 前記コレクタ電極の取出し口と前記エミッタ電極の取出
し口とを同一方向に設け、 前記第1の金属電極を流れる電流の向きと前記第2の金
属電極を流れる電流の向きとを対向させたことを特徴と
するインバータ装置。
2. The inverter device according to claim 1, wherein the first metal electrode is used as a collector electrode, the second metal electrode is used as an emitter electrode, and an outlet for the collector electrode and an outlet for the emitter electrode. An inverter provided in the same direction, wherein a direction of a current flowing through the first metal electrode and a direction of a current flowing through the second metal electrode are opposed to each other.
【請求項3】 前記請求項1または請求項2に記載のイ
ンバータ装置において、 前記熱緩衝板の材質としては、前記複数の半導体チップ
と線膨張係数の近似した、Mo、W、Cu−W、Cu−
Mo等の金属としたことを特徴とするインバータ装置。
3. The inverter device according to claim 1, wherein a material of the thermal buffer plate is Mo, W, Cu-W, which has a linear expansion coefficient similar to that of the plurality of semiconductor chips. Cu-
An inverter device comprising a metal such as Mo.
【請求項4】 前記請求項1乃至請求項3のいずれか1
項に記載のインバータ装置において、 前記熱緩衝板としては、前記複数の半導体チップよりゲ
ートや電流センスをワイヤボンディングにより引出すの
に十分な厚みを持たせたことを特徴とするインバータ装
置。
4. The method according to claim 1, wherein
3. The inverter device according to claim 1, wherein the thermal buffer plate has a thickness sufficient to draw gates and current senses from the plurality of semiconductor chips by wire bonding.
【請求項5】 前記請求項1乃至請求項4のいずれか1
項に記載のインバータ装置において、 前記第1の絶縁基板の下部に、内部が中空で冷媒が通る
第1の液冷式冷却器を接合し、 前記第2の絶縁基板の上部に、内部が中空で冷媒が通る
第2の液冷式冷却器を接合し、 前記複数の半導体チップを両面冷却したことを特徴とす
るインバータ装置。
5. The method according to claim 1, wherein
In the inverter device described in the paragraph, a first liquid-cooled cooler having a hollow inside and through which a refrigerant passes is joined to a lower part of the first insulating substrate, and an inner part is hollow to an upper part of the second insulating substrate. An inverter device, wherein a second liquid-cooled cooler through which a refrigerant passes is joined, and the plurality of semiconductor chips are cooled on both sides.
【請求項6】 前記請求項5に記載のインバータ装置に
おいて、 前記第1および第2の液冷式冷却器の材質としては、A
l−SiC、Cu−SiC等の金属とセラミックスとの
複合材料である金属基複合材料としたことを特徴とする
インバータ装置。
6. The inverter device according to claim 5, wherein the material of the first and second liquid-cooled coolers is A.
An inverter device comprising a metal-based composite material that is a composite material of a metal such as l-SiC or Cu-SiC and a ceramic.
【請求項7】 前記請求項5に記載のインバータ装置に
おいて、 前記第1および第2の液冷式冷却器の材質としては、
銅、アルミニウム等の金属とし、 前記第1および第2の液冷式冷却器の表面に、前記第1
および第2の絶縁基板とほぼ同等の形状を有するAl−
SiC、Cu−SiC等の金属基複合材料製の金属熱応
力緩衝板、または前記第1および第2の絶縁基板と線膨
張係数の近似した、Mo、W等の金属製の熱応力緩衝板
を接合し、 前記第1および第2の絶縁基板と接合したことを特徴と
するインバータ装置。
7. The inverter device according to claim 5, wherein the material of the first and second liquid-cooled coolers is:
A metal such as copper or aluminum;
And Al- having substantially the same shape as the second insulating substrate.
A metal thermal stress buffer plate made of a metal matrix composite material such as SiC or Cu-SiC, or a metal thermal stress buffer plate made of a metal such as Mo or W having a linear expansion coefficient similar to that of the first and second insulating substrates. An inverter device, wherein the inverter device is joined to the first and second insulating substrates.
【請求項8】 前記請求項1乃至請求項7のいずれか1
項に記載のインバータ装置において、 3相インバータの上側アームを構成する複数の半導体チ
ップを、前記第1の絶縁基板および第2の絶縁基板と熱
緩衝板を介して接合し、 前記3相インバータの下側アームを構成する複数の半導
体チップを、第3の絶縁基板および第4の絶縁基板と熱
緩衝板を介して接合し、 前記3相インバータの上側アームを構成する第1および
第2の絶縁基板と、前記3相インバータの下側アームを
構成する第3および第4の絶縁基板とを、一定距離だけ
離して前記第1の液冷式冷却器に接合し、 前記3相インバータの上側アームを構成する第1および
第2の絶縁基板と、前記3相インバータの下側アームを
構成する第3および第4の絶縁基板との間に、直流電源
の正極側と接続する正極側導体と負極側と接続する負極
側導体と3相出力導体とを絶縁物を介して積層した積層
基板を配置し、 前記第2の絶縁基板および第4の絶縁基板の上部に、前
記第2の液冷式冷却器を接合したことを特徴とするイン
バータ装置。
8. The method according to claim 1, wherein
In the inverter device described in the paragraph, a plurality of semiconductor chips constituting an upper arm of the three-phase inverter are joined to the first insulating substrate and the second insulating substrate via a thermal buffer plate, A plurality of semiconductor chips forming a lower arm are joined to a third insulating substrate and a fourth insulating substrate via a thermal buffer plate, and first and second insulating members forming an upper arm of the three-phase inverter A substrate and third and fourth insulating substrates constituting a lower arm of the three-phase inverter are joined to the first liquid-cooled cooler at a fixed distance, and an upper arm of the three-phase inverter is provided. Between the first and second insulating substrates forming the lower arm of the three-phase inverter and the third and fourth insulating substrates forming the lower arm of the three-phase inverter. Negative to connect with the side A laminated substrate in which a pole-side conductor and a three-phase output conductor are laminated via an insulator is arranged, and the second liquid-cooled cooler is joined to the upper part of the second insulating substrate and the fourth insulating substrate. An inverter device characterized in that:
【請求項9】 前記請求項8に記載のインバータ装置に
おいて、 前記複数の半導体チップより、ゲートおよびセンスを、
前記第1および第2の液冷式冷却器とほぼ平行に、前記
第1および第2の液冷式冷却器の間に形成された外周部
の空間より取出したことを特徴とするインバータ装置。
9. The inverter device according to claim 8, wherein a gate and a sense are provided by the plurality of semiconductor chips.
An inverter device, which is taken out from a space of an outer peripheral portion formed between the first and second liquid-cooled coolers substantially in parallel with the first and second liquid-cooled coolers.
【請求項10】 前記請求項8に記載のインバータ装置
において、 前記第2の液冷式冷却器を2つに分割して、それぞれ前
記第2の絶縁基板および第4の絶縁基板と接合し、 前記2つに分割された第2の液冷式冷却器の間より、3
相出力導体を取出したことを特徴とするインバータ装
置。
10. The inverter device according to claim 8, wherein the second liquid-cooled cooler is divided into two and joined to the second insulating substrate and the fourth insulating substrate, respectively. From the space between the two divided liquid-cooled coolers, 3
An inverter device characterized by taking out a phase output conductor.
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