JP2002315358A - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】防水性を確保しつつ絶縁基板の割れなどの恐れ
がない接続構造でパワー素子と冷媒間の熱抵抗を低減
し、小形で高い効率のインバータ装置を実現する。 【解決手段】本発明のインバータ装置は、絶縁基板の裏
面電極板が絶縁基板より大きく、裏面電極板周辺がケー
スに接合され、冷媒の流路を絶縁基板の直下に設けた。
また、絶縁基板の表面電極板は０.５mm 以上の厚さを有
するかあるいは、ヒートパイプで構成し、裏面電極板に
３mm以下のピッチの凹凸を設け、裏面電極板とケースの
接合は、半田あるいは接着剤あるいは機械的固定あるい
はこれらを複合した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はインバータ構造に関
り、特に効率的なパワー素子の冷却を実現するインバー
タ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】インバータの小型化，高効率化を実現す
るためパワー半導体素子に通電し安定な動作を確保する
ためには冷却機構を設けることが必要である。すなわち
IGBTやパワーＭＯＳ等のパワー半導体素子からなるイン
バータ装置においては、素子の安定動作を確保するため
半導体素子の動作時の温度が所定の限界動作温度を越え
ないように空冷ないし冷媒を用いた液冷、あるいは、沸
騰冷却などといった冷却機構が備えられている。近年、
インバータ装置の小型化，高効率化への要求から素子の
電流密度は増加傾向にあり、これに伴って素子の発熱密
度は増加してきているため、素子の温度上昇を抑えるた
め冷却機構の高効率化が求められてきている。特に、ハ
イブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や燃料電池車（ＦＣＥ
Ｖ）等の自動車用電気駆動系に適用されるインバータ装
置においては、設置面積や重量の制限のため小型で高効
率の冷却構造への要求は高い。
【０００３】特開平６−３０３７０４号公報には図１１
に示す冷却構造が開示されている。図１１では、ＩＧＢ
Ｔ等のパワー半導体素子１５０１が絶縁基板１５０２上
に半田等で接合されており、さらにベース金属板１５０
３に半田接合されたパワー半導体モジュール１５１０が
熱伝導性グリース１５０４を介して冷却部１５０５に取
り付けられている。絶縁基板は窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）やアルミナ(Ａｌ2Ｏ3)等のセラミック基板に電極用
金属薄板が接合されている。このようなパワー回路部モ
ジュール１５１０にコンデンサ１５０８，制御回路基板
１５０７等が接続され、冷却部１５０５と一体をなすケ
ース１５０９に搭載されてインバータ装置を構成する。
冷却部１５０５には、冷却水１５０６の流路が形成され
ている。冷却水は循環水冷系のポンプを用いて外部放熱
部と循環している。パワー半導体素子１５０１で発生し
た熱は、絶縁基板１５０２，ベース金属板１５０３，冷
却部１５０５などへ熱伝導し、流路の熱伝達表面で冷却
水１５０６に熱伝導し、ポンプで冷却水が外部放熱部に
移動した後、温度上昇した冷却水と外気が熱交換して外
部に排出される。
【０００４】また、図１２に示した特開平９−１２１５
５７号公報に絶縁基板裏面を直接冷却する構造が開示さ
れている。この構造においては、ＩＧＢＴ等のパワー半
導体素子１６０１が絶縁基板１６０２上に半田等で接合
されており、絶縁基板1602が延在した部分をボルトなど
の締付手段１６１２で封止部材１６１１と共にケース１
６０９に取り付けている。絶縁基板は窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等のセラミック基板
１６１０に電極用金属薄板１６０３，１６０４が接合し
たものである。絶縁基板１６０２の裏面はケース１６０
９に設けられた流路を通る冷却水１６０６で冷却され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記図１１の構造では
発熱部であるパワー半導体素子１５０１と冷却水1506の
間にいくつもの層が介在しているため十分な冷却能力が
得られず、素子の電流密度を増加し小型化することには
限界がある。また、前記図１２の構造では大型の絶縁基
板を取り付けボルトで締めつけるため、絶縁基板の割れ
が生じやすく、取り付け占有面積も大きい問題がある。
【０００６】本発明の目的は、電流密度を増加し、イン
バータを小型化しても半導体素子の温度上昇を効果的に
抑制できる小形高効率インバータ構造を実現するため
に、小型で簡易な方法でパワー素子と冷媒間の熱抵抗を
低減する構造を提供することである。また、本発明の目
的は、防水性を確保しつつ絶縁基板の割れなどの恐れの
ない接続構造で熱抵抗を低減する構造を提供し、パワー
素子の絶縁基板を小型化し組み立ての容易な構造を提供
することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のインバータ装置
は、絶縁基板の冷却冷媒側の電極板は絶縁基板より大き
く、冷却冷媒側の電極板周辺がケースに接合され、冷却
冷媒の流路を絶縁基板の直下に設け、絶縁基板のパワー
素子側の電極板は０.５mm 以上の厚さであって、絶縁基
板の冷却冷媒側の電極板は３mm以下のピッチの凹凸を設
けた。
【０００８】本発明のインバータ装置は、絶縁基板のパ
ワー素子側の電極板がヒートパイプで構成されていて、
絶縁基板の冷却冷媒側の電極板は絶縁基板より大きく、
ケース部分に全面が接合され、前記ケース部分は冷却冷
媒で冷却されている。本発明のインバータ装置は、絶縁
基板が全面接合するケース部分がヒートパイプからなる
構造である。
【０００９】本発明のインバータ装置は、絶縁基板の冷
却冷媒側の電極板は絶縁基板より大きく、絶縁基板と冷
却冷媒の流路が形成されたケースの周辺部の接合は、半
田あるいは接着剤あるいは機械的固定あるいはこれらの
複合された接合構造である。
【００１０】本発明のインバータ装置は、絶縁基板の冷
却冷媒側の電極板は絶縁基板より大きく、絶縁基板と冷
却冷媒の流路が形成されたケース周辺部の接合部の電極
板は折り曲げられた構造であり、冷却冷媒側の電極板の
表面側がケースに接合され、裏面側が冷却冷媒の流路を
構成する他のケース部材に接合されていて、パワー素子
の封止はトランスファーモールド構造であって、冷却冷
媒に絶縁基板の裏面電極板が接している。
【００１１】本発明のインバータ装置では、冷却冷媒の
流路を絶縁基板の直下に設けたことにより、発熱部であ
るパワー半導体素子と冷却冷媒の間は絶縁基板と薄い電
極金属板のみとなるため熱抵抗が大幅に低減される。ま
た、本発明のインバータ装置は、絶縁基板の冷却冷媒側
の電極板が絶縁基板より大きいため組み立てあるいは実
使用による割れやクラックを防止できる。特に、ケース
との接合部に絶縁基板がないため接合作業が容易であ
る。
【００１２】本発明のインバータ装置は、絶縁基板のパ
ワー素子側の電極板厚さが０.５mm以上であるので、発
熱部のパワー半導体素子の熱を効果的に横方向に広げる
ことができ、伝熱面積が拡がり熱抵抗が低減する。ま
た、絶縁基板の冷却冷媒側の電極板は３mm以下のピッチ
の凹凸があるので、冷却冷媒に乱流が生じやすくなり、
熱抵抗が低減する。
【００１３】本発明のインバータ装置は、絶縁基板のパ
ワー素子側の電極板がヒートパイプなので、発熱部のパ
ワー半導体素子の熱を効果的に横方向に広げることがで
き、伝熱面積が拡がり熱抵抗が低減する。また、絶縁基
板の冷却冷媒側の電極板は絶縁基板より大きく、ケース
部分に全面が接合され、前記ケース部分は冷却冷媒で冷
却されているので、防水性を確保しつつ熱抵抗が低減す
る。
【００１４】本発明のインバータ装置は、絶縁基板が全
面接合するケース部分がヒートパイプからなるので、防
水性を確保しつつ熱抵抗がさらに低減する。また、絶縁
基板の冷却冷媒側の電極板は絶縁基板より大きく、絶縁
基板の裏面電極板周辺部と冷却冷媒の流路が形成された
ケースの接合は、半田あるいは接着剤あるいは機械的固
定あるいはこれらの複合された接合構造であるので、小
さい面積で防水性を確保した接合ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を以下図面を用い
て説明する。 （実施例１）図１に本実施例のインバータ装置の断面図
を示す。図１に示すようにＩＧＢＴ等のパワー半導体素
子１０１が絶縁電極基板１２０上に半田等で接合してい
る。絶縁電極基板１２０は例えば窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）やアルミナ(Ａｌ2Ｏ3)あるいは窒化珪素（Ｓｉ
Ｎ）等のセラミック絶縁基板１１０に電極用金属薄板が
接合されたものである。絶縁電極基板１２０表面には電
極用の薄膜金属板１０３が接合されており、裏面には薄
膜金属板１２１が接合されている。パワー半導体素子１
０１表面のエミッタないしゲート電極はアルミニウムワ
イヤ２１０で薄膜金属板１０３に接続している。これら
素子側の部分は接続端子１０９，１１５が接合された
後、例えば樹脂材料１１１としてパワー半導体素子１０
１付近はシリコーンゲルで封止し、その周りはＰＰＳま
たはＰＢＴ等の樹脂製ケース材で構成している。あるい
は樹脂材料１１１はトランスファーモールド構造であ
る。なお、図１では説明の都合上、パワー半導体素子は
１個であるが、通常は複数個配置されている。接続端子
１０９は主端子であってコンデンサ１１７ないしは負荷
等に接続され外部にあるモータに接続され、接続端子１
１５は制御端子であって制御回路基板１１６に接続さ
れ、コネクタ１１８から外部信号を入力してインバータ
動作を行う。インバータ装置全体はケース１０５内に収
納されていて、図１３に示すインバータ回路を構成す
る。なお、図１３では制御回路や電流センサなどの構成
部品は省略している。
【００１６】図２は本実施例の絶縁電極基板１２０及び
パワー素子の平面レイアウト図である。図１３の回路構
成では１相分パワー回路３０１に相当するもので、例え
ばパワー素子としてＩＧＢＴ１０１，３０２とフリーホ
イールダイオード素子１９５，３０３が各１個で１アー
ム分であり、Ｐ側配線３０４に接続される端子接続部１
９１，Ｎ側配線３０５に接続される端子接続部１９３，
モータが接続している負荷配線３０６に接続される端子
接続部１９２などが配置されている。
【００１７】本実施例では絶縁電極基板１２０がアルミ
ダイキャスト等からなるインバータ装置のケース１０５
に半田あるいは接着剤あるいは機械的固定あるいはこれ
らの複合された接合構造により接合され、絶縁電極基板
１２０裏面には冷却用の冷媒１０６がある構造であっ
て、裏面薄膜金属板１２１が絶縁基板１１０より大きい
ものであり、裏面薄膜金属板１２１周辺のみがアルミダ
イキャストケース１０５と接続部材１０７を用いて接続
される。
【００１８】アルミダイキャストケース１０５と絶縁電
極基板１２０とは裏面薄膜金属板１２１周辺が接続され
ている。アルミダイキャストには例えば３〜１４％Ｓｉ
含有Ａｌ合金あるいは、Ｚｎ含有Ａｌ合金が適用でき
る。接続部材１０７の半田には、低融点の共晶半田ある
いはＢｉ系のＰｂフリー半田が適用できる。この部分の
半田には高い熱伝導性を必要としないため半田厚さを例
えば０.２mm 以上にして半田への熱応力を軽減する。ま
た、半田を接合部材として用いることにより裏面薄膜金
属板１２１とアルミダイキャストケース１０５が電気的
に接続されるため電磁シールド性が向上する。
【００１９】また、接続部材１０７が接着剤の場合は例
えばエポキシ樹脂系接着剤，ポリウレタン系接着剤，シ
リコーンゴム系接着剤が適用できる。エポキシ樹脂系接
着剤としては例えばウレタン変性エポキシ樹脂を含有す
る２液性接着剤（例えば（株）横浜ゴム製）、あるい
は、油面接着性を有する１液性接着剤（例えば宇部興産
（株）製）があり、ポリウレタン系接着剤としては例え
ば１成分型弾性接着剤（例えばシーカ製）がある。接続
部材１０７が接着剤の場合、半田接続の場合のような高
温のプロセスを必要としないため製作が容易である。
【００２０】冷媒１０６は例えば、不凍液，水，油，代
替フロンあるいは空気などであって、適宜設定された流
速で流路を流れている。不凍液の場合には例えばエチレ
ングリコール系不凍液（商品名ＬＬＣ、デンソー（株）
製）が適用できる。裏面薄膜金属板１２１の表面は冷媒
による腐食を防止するためＮｉＰ，ＮｉＢなどのＮｉメ
ッキ等の処理が施される。また、流路のアルミダイキャ
ストの表面は例えばニッケルクロムメッキを施して耐食
性を向上させる方が好ましい。冷媒１０６は別途設けら
れたポンプで循環され、ラジエータで冷却された後イン
バータ部分に再度循環されるため温度は一定値以下に保
たれる。
【００２１】本実施例ではインバータ動作時に発熱する
パワー半導体素子１０１と冷媒106との間には絶縁電極
基板１２０とパワー素子を接合する半田しかないため熱
抵抗が極めて小さい。従ってパワー半導体素子１０１の
電流密度を増加して発熱密度が増加しても最大動作温度
を越えることがなく安定に動作できるため、パワー素子
を小型化でき、インバータ装置が小型になる。
【００２２】また、本実施例では接続部が金属同士の接
続のため裏面薄膜金属板１２１とアルミダイキャストケ
ース１０５との接続を行いやすく、作業性が向上し、防
水性を確保しやすい。また、絶縁基板１１０が比較的小
さく、また、絶縁基板１１０の下部に接続部材１０７が
ないため組み立てあるいは実使用による絶縁基板110の
割れやクラックを防止できる。また、パワー半導体素子
１０１の発生する熱は、表面薄膜金属板１０３，絶縁基
板１１０，裏面薄膜金属板１２１である程度拡がりつつ
裏面薄膜金属板１２１表面で冷媒１０６に伝達されるた
め冷媒１０６の流路を形成しているアルミダイキャスト
ケース１０５の温度上昇はさほど大きなものではない。
従って接続部材１０７に加わる熱応力は低減される。
【００２３】（実施例２）図３（ａ）に本実施例のイン
バータのパワー回路部分を示す。絶縁電極基板の表面薄
膜金属板１６１はＣｕあるいはＡｌあるいはＣｕＭｏ，
ＣｕＷ等の複合材料あるいはＣｕ，Ｗの積層材料から構
成されるが、その厚さｄ１は０.５mm 以上であり、望ま
しくは０.５mm 以上２mm以下である。これによってパワ
ー半導体素子１０１で発生する熱が表面薄膜金属板１６
１で十分に広がり、熱抵抗が低減する。表面薄膜金属板
１６１のパターン周辺端部は厚さを薄くするかあるいは
凹凸を形成してあるので、ヒートサイクル時の絶縁基板
のクラックや割れは起こりにくい。また、絶縁基板はＡ
ｌＮなど適宜選択されるが、特にＳｉＮは機械強度に優
れているため表面薄膜金属板１６１が厚くなっても絶縁
基板のクラックや割れが起こりにくく好ましい。絶縁基
板のそり及び割れを避けるために実質的に表面薄膜金属
板１６１が厚くなるのに対応して裏面薄膜金属板１２１
も厚くするので、この部分で熱が広がり、熱抵抗が低減
する。なお、図３（ｂ）は絶縁電極基板単体の構造を示
す。
【００２４】図３（ｃ）は絶縁電極基板単体の他の構造
で表面薄膜金属板は実質的に内側金属板８０１，接合材
８０２，外側金属板８０３の３層からなっており、これ
らの合計の厚さが０.５mm 以上である。なお、図示して
いないが内側金属板８０１は直接接合あるいはロー材な
どの公知の接合手段で絶縁基板１１０に接合されてよ
く、メタライズ層として形成されていてもよい。通常は
内側金属板８０１は0.1mm 以下と薄くこのためパターン
端部での絶縁基板への応力を緩和できる。特に、はみ出
部８０４を設けると応力緩和効果が大きい。接合材８０
２は直接接合，ロー材あるいは半田などを用いる。外側
金属板８０３は合計厚さを確保するため、例えば０.４m
m 以上にする。このような構造とすることにより絶縁基
板への過大な応力を緩和し信頼性が確保できる。図３
（ｄ）は裏面薄膜金属板についても内側金属板８０７，
接合材８０５，外側金属板８０６の３層として表面薄膜
金属板との応力バランスをとり信頼性を確保した。図３
（ｄ）では外側金属板８０６が絶縁基板より大きい。
【００２５】（実施例３）図４(ａ)に本実施例を示す。
本実施例では裏面薄膜金属板１４０に凹凸１４１を設け
た。凹凸１４１の高さ，幅，間隔等の寸法Ｌは３mm以下
である。このような凹凸１４１は冷媒の流動方向に水平
あるいは垂直の縞状、あるいは、ピン状の突起、あるい
は、円形の穴の繰り返しなど所望の形状及び配列に設定
する。このような凹凸で冷媒との熱伝達境界面積が増加
するため熱伝達率が向上し熱抵抗がさらに低減する。ま
た、このような凹凸の寸法Ｌを例えば１mm以下にすれ
ば、金属板のプレス成形などで凹凸を容易に形成でき
る。なお、図４（ｂ）は絶縁電極基板単体の構造を示
す。
【００２６】（実施例４）図５に本実施例を示す。本実
施例では表面薄膜金属板１６９はヒートパイプで構成さ
れている。ヒートパイプは内部に熱媒体が移動する経路
があり、図５(ｂ)に示すように本実施例ではこの経路１
４６は絶縁基板１１０に平行な方向である。表面薄膜金
属板１６９がヒートパイプのため、パワー半導体素子１
０１で発生する熱はヒートパイプ内部の熱媒体によって
横方向に移動する。このため熱抵抗が低減する。ヒート
パイプはＡｌあるいはＣｕなどの材質で構成され、公知
の蛇行細管などでもよい。絶縁基板１１０と表面薄膜金
属板１６９であるヒートパイプとの接合にロー材を用い
て絶縁電極基板１２９を構成してもよい。あるいは、絶
縁基板１１０を樹脂で構成し、ヒートパイプと樹脂を熱
圧着などの方法で接着してもよい。この場合の樹脂は例
えばシリコーン系の樹脂材料である。本実施例ではヒー
トパイプの熱輸送能力によって横方向への熱広がりが大
きいため表面薄膜金属板１６９の横方向の寸法を大きく
して熱抵抗を低減できる。さらに、裏面薄膜金属板１２
１をヒートパイプにする構成でも同様な効果が得られ
る。
【００２７】（実施例５）図６（ａ）に本実施例を示
す。本実施例では絶縁電極基板１２０は全面がアルミダ
イキャストケース１５１に接合されている。接合には半
田１５２を用いる。アルミダイキャストケース１５１に
は下側に蓋１５３を設けて冷媒１０６が流れる流路を形
成する。絶縁電極基板１２０と接合しているアルミダイ
キャストケース接合部１５５の厚さｄ２は例えば０.５m
m 以下の厚さにして熱抵抗を低減する。
【００２８】本実施例では冷媒の流路にインバータ内部
に通じる接合部分がないため、防水性が高い。また、図
６（ｂ）に示すようにアルミダイキャストケースにフィ
ン１９６を設けると熱抵抗がさらに低減する。
【００２９】（実施例６）図７に本実施例を示す。本実
施例では絶縁電極基板１２０はアルミダイキャストケー
スに接合されているがケースの接合部１６２がヒートパ
イプで構成されている。下側には蓋１５３を設けて冷媒
１０６が流れる流路が形成されている。ケースがヒート
パイプで構成されているため横方向に熱が広がり熱抵抗
が低減できる。本実施例ではケース接合部１６２の横方
向の寸法を自由に拡大できるため放熱効果がさらに増加
する。
【００３０】（実施例７）図８に本実施例のパワー回路
部分周辺を示す。図８（ａ）では裏面薄膜金属板１２１
周辺は封止する樹脂材料１１１からはみ出ており、曲部
１４２が設けられ、半田あるいは接着剤等の接続材料で
接続部１４３でケース１０５に接続している。裏面薄膜
金属板１２１周辺は封止する樹脂材料１１１からはみ出
ているため接続部１４３の接続作業が容易である。ま
た、本実施例では曲部１４２が設けられているため冷却
冷媒１０６の内圧変化による接続部への応力を緩和しや
すいので接続の信頼性が向上する。また、接続部１４３
には半田あるいは接着剤あるいは機械的固定あるいはこ
れらの複合された接合構造を用いているので接続信頼性
と防水性が高い。
【００３１】図８（ｂ）では、図８（ａ）同様裏面薄膜
金属板１２１周辺は封止する樹脂材料１１１からはみ出
ており、曲部１４４が設けられ、半田あるいは接着剤等
の接続材料で接続部１４５でケース１０５に接続されて
いるが、曲部１４４はＳ字状の形状となっている。この
ため冷却冷媒１０６の内圧変化による接続部への応力を
さらに緩和しやすいため、接続の信頼性がさらに向上す
る。
【００３２】図８（ｃ）では、図８（ａ）同様裏面薄膜
金属板１２１周辺は封止する樹脂材料１１１からはみ出
ており、ボルト１４７などの機械的手段で接続されてい
る。なお、図示していないが裏面薄膜金属板１２１周辺
のはみ出部１４８とケース１０５の間には半田あるいは
接着剤が併用されてもよいし、あるいはガスケットある
いはＯリングを用いてもよい。
【００３３】（実施例８）図９に本実施例を示す。本実
施例の絶縁電極基板１２０は図１と同様に裏面薄膜金属
板１２１が絶縁基板１１０より大きく、裏面薄膜金属板
１２１のみがアルミダイキャストケース１０５と接続部
材１０７を用いて接続される構造であるが、裏面薄膜金
属板１２１の表面側でアルミダイキャストケース１０５
と接続される。接続構造は半田，接着剤などを適宜選択
する。本実施例では冷媒１０６の流路はアルミダイキャ
ストケース１０５とは別に設けた冷媒ケース１２５が裏
面薄膜金属板１２１に接続している。この接続部１２６
の接続構造はＯリングやガスケットなどを適宜選択す
る。本実施例によると万一、接続部１２６で冷媒の漏れ
ても冷媒は外部に流出するため強電部分が存在するイン
バータ内部に冷媒が漏れない。
【００３４】（実施例９）図１０（ａ）に本実施例を示
す。絶縁電極基板は実施例１と同様に裏面薄膜金属板１
２１が絶縁基板１８１より大きいものであり、裏面薄膜
金属板１２１周辺のみがアルミダイキャストケース１０
５と接続部材１０７を用いて接続される。本実施例で
は、絶縁基板１８１がパワー半導体素子１０１が搭載さ
れた表面薄膜金属板１０３の下部のみにあり、端子接続
部には別途設けたリード端子１８２を用い、パワー半導
体素子１０１とリード端子１８２をアルミニウムワイヤ
等で接続する。リード端子１８２と裏面薄膜金属板１２
１との間には樹脂製のモールド材１８３を充填して絶縁
性を保つ。冷却冷媒１０６には実施例１同様に絶縁基板
１８１の裏面薄膜金属板１２１が接している。樹脂のモ
ールド材１８３は例えばトランスファーモールド法で充
填する。
【００３５】図１０（ｂ）は図１０（ａ）の平面レイア
ウト図である。外部への接続端子部はリード端子１８２
で構成されていて、立ち上がり部を有する。なお、リー
ド端子１８２は図１０（ｃ）に示す一体構造で成型され
た後組み立てに使用される。端子接続部にはリード端子
１８２を用いるため、この部分の絶縁電極基板への接続
工程が不要になる。また、リード端子部分に絶縁基板が
ないため、絶縁基板を必要最小限の大きさにでき、この
ため絶縁基板の割れやクラックが生じにくい。
【００３６】図１０（ｄ）は、絶縁電極基板の表面薄膜
金属板がリードフレームと一体となったものである。す
なわち、図１０（ｅ）に示すようにリード端子接合部２
０１とリード端子２０２，２０４とが一体となったリー
ドフレームにあらかじめ絶縁基板１８１，裏面薄膜金属
板１２１が接合されており、この部品に半導体素子が搭
載される。絶縁基板１８１との接合面はリード端子接合
部２０１の部分となり、境界線２０３より外側のリード
端子２０４は接合されていない。このような構造として
組み立て工程がさらに簡略化される。
【００３７】以上の各実施例ではケースはアルミダイキ
ャスト製として説明したが樹脂、他のアルミニウム合
金，Ｍｇ合金などその他の材質でも構わない。また、パ
ワー素子はＩＧＢＴの他にパワーＭＯＳＦＥＴ，パワー
トランジスタ等システムの条件に応じて適宜選択でき
る。
【００３８】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば容易に
パワー素子と冷媒間の熱抵抗を低減できるため、インバ
ータ装置を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のインバータの断面図である。
【図２】実施例１のインバータのパワー回路部の平面レ
イアウト図である。
【図３】実施例２のインバータのパワー回路部の断面図
である。
【図４】実施例３のインバータのパワー回路部の断面図
である。
【図５】実施例４のインバータのパワー回路部の断面図
である。
【図６】実施例５のインバータのパワー回路部の断面図
である。
【図７】実施例６のインバータのパワー回路部の断面図
である。
【図８】実施例７のインバータのパワー回路部の断面図
である。
【図９】実施例８のインバータの断面図である。
【図１０】実施例９のインバータの断面模式図及び平面
レイアウト図である。
【図１１】従来技術のインバータの断面図である。
【図１２】他の従来技術のインバータの断面図である。
【図１３】実施例１のインバータの回路構成図である。
【符号の説明】
１０１，３０２…パワー半導体素子（ＩＧＢＴ）、１０
３，１６１，１６９，８０１…表面薄膜金属板、１０
５，１５１…ケース、１０６，１９７…冷媒、１０７…
裏面薄膜金属板とケースの接続部材、１０９，１１５…
接続端子、110,１８１…絶縁基板、１１１…樹脂材料、
１１６…制御回路基板、１１７，３０７…コンデンサ、
１１８…コネクタ、１２０，１２９…絶縁電極基板、１
２１，１４０…裏面薄膜金属板、１２５…冷媒ケース、
１２６…冷媒ケース接続部、１４１…裏面薄膜金属板の
凹凸、１４２，１４４…裏面薄膜金属板曲部、１４３，
１４５…裏面薄膜金属板とケースの接続部、１４６…ヒ
ートパイプの熱媒体経路、１４７…ボルト、１４８…裏
面薄膜金属板はみ出部、１５３…蓋、１５５，１６２…
ケース接合部、１８２，２０２，２０４…リード端子、
１８３…モールド材、１９１，１９２，１９３…端子接
続部、１９５，３０３…フリーホイールダイオード、１
９６…フィン、２０１…リード端子接合部、２０３…リ
ード端子接合部境界、２１０…アルミワイヤ、３０１…
１相分パワー回路、３０４…Ｐ側配線、３０５…Ｎ側配
線、３０６…負荷配線、８０２，８０５…接合材、８０
３，８０６，８０７…金属板、８０４…はみ出部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 25/18 Ｈ０１Ｌ 23/46 Ｚ Ｈ０５Ｋ 7/20 25/04 Ｃ (72)発明者 中村 卓義 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5E322 AA05 AB02 AB06 DB08 EA10 FA01 5F036 AA01 BA01 BB08 BB60 BC22 BC35 BE01 5H007 BB06 CA01 CB05 HA03 HA04 HA06

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】パワー素子と、電極板が表裏に接合され前
    記パワー素子が搭載された絶縁基板及び端子などからな
    るパワー回路部と、冷却冷媒の流路が形成されたケース
    と、制御回路部分とからなるインバータ装置において、 前記電極板が接合された絶縁基板の冷却冷媒側の電極板
    は絶縁基板より大きく、前記冷却冷媒側の電極板の周辺
    部はケースに接合され、電極板が接合された絶縁基板の
    裏面は冷却冷媒で冷却されていることを特徴とするイン
    バータ装置。
  2. 【請求項２】電極板が接合された絶縁基板のパワー素子
    側の電極板は０.５mm 以上の厚さであることを特徴とす
    る請求項１記載のインバータ装置。
  3. 【請求項３】電極板が接合された絶縁基板の冷却冷媒側
    の電極板は３mm以下のピッチの凹凸が設けられているこ
    とを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
  4. 【請求項４】電極板が接合された絶縁基板のパワー素子
    側の電極板はヒートパイプで構成されていることを特徴
    とする請求項１記載のインバータ装置。
  5. 【請求項５】電極板が接合された絶縁基板の冷却冷媒側
    電極板周辺部と冷却冷媒の流路が形成されたケースの接
    合は、半田あるいは接着剤あるいは機械的固定あるいは
    これらの複合された接合構造とすることを特徴とする請
    求項１記載のインバータ装置。
  6. 【請求項６】電極板が接合された絶縁基板の冷却冷媒側
    の電極板は表面側がケースに接合され、裏面側が冷却冷
    媒の流路を構成する他のケース部材に接合されているこ
    とを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
  7. 【請求項７】パワー素子と、電極板が表裏に接合され前
    記パワー素子が搭載された絶縁基板及び端子などからな
    るパワー回路部と、冷却冷媒の流路が形成されたケース
    と、制御回路部分とからなるインバータ装置において、 前記電極板が接合された絶縁基板の冷却冷媒側の電極板
    は絶縁基板より大きく、前記冷却冷媒側の電極板はケー
    ス部分に全面が接合され、前記ケース部分は冷却冷媒で
    冷却されていることを特徴とするインバータ装置。
  8. 【請求項８】パワー素子と、電極板が表裏に接合され前
    記パワー素子が搭載された絶縁基板及び端子などからな
    るパワー回路部と、冷却冷媒の流路が形成されたケース
    と、制御回路部分とからなるインバータ装置において、 前記電極板が接合された絶縁基板の冷却冷媒側の電極板
    は絶縁基板より大きく、前記冷却冷媒側の電極板はケー
    ス部分に全面が接合され、少なくとも前記絶縁基板が接
    合するケース部分がヒートパイプからなることを特徴と
    するインバータ装置。
  9. 【請求項９】パワー素子と、電極板が表裏に接合され前
    記パワー素子が搭載された絶縁基板及び端子などからな
    るパワー回路部と、冷却冷媒の流路が形成されたケース
    と、制御回路部分とからなるインバータ装置において、 前記電極板が接合された絶縁基板の冷却冷媒側の電極板
    は絶縁基板より大きく、パワー素子の封止はトランスフ
    ァーモールド構造であって、パワー素子と、外部端子と
    一体となっている電極端子がワイヤあるいは接続板で接
    続されていることを特徴とする請求項１〜８記載のイン
    バータ装置。
  10. 【請求項１０】金属板が両面に接合されたセラミック絶
    縁基板において、少なくとも表面金属板の一部は０.５m
    m 以上の厚さを有し、裏面金属板は前記セラミック絶縁
    基板より広い面積でセラミック絶縁基板に接合されてい
    ることを特徴とするセラミック絶縁基板。
  11. 【請求項１１】金属板が両面に接合されたセラミック絶
    縁基板において、裏面金属板には概略全面にわたって凹
    凸が設けられていることを特徴とするセラミック絶縁基
    板。
  12. 【請求項１２】金属板が両面に接合されたセラミック絶
    縁基板において、少なくとも片面の金属板の一部は板状
    ヒートパイプからなることを特徴とするセラミック絶縁
    基板。
  13. 【請求項１３】金属板が両面に接合されたセラミック絶
    縁基板において、少なくとも表面金属板の一部はリード
    フレームと一体となっておりリードフレームの一部が前
    記セラミック絶縁基板に接合されていることを特徴とす
    るセラミック絶縁基板。
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