JP2003153554A - インバータ装置及びその製造方法 - Google Patents

インバータ装置及びその製造方法

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JP2003153554A JP2001347876A JP2001347876A JP2003153554A JP 2003153554 A JP2003153554 A JP 2003153554A JP 2001347876 A JP2001347876 A JP 2001347876A JP 2001347876 A JP2001347876 A JP 2001347876A JP 2003153554 A JP2003153554 A JP 2003153554A
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Iwao Shimane
岩夫 嶋根
Yasuyuki Danjo
靖之 檀上
Juichi Saito
重一 齋藤
Toshiharu Obe
利春 大部
Nobumitsu Tada
伸光 田多
Hironori Sekiya
洋紀 関谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】インバータ主回路における冷却効率を高めるこ
とで通電容量を向上させ且つ小型化に寄与し、また高い
信頼性を発揮し得るインバータ装置の提供。 【解決手段】複数のアームを有する３相インバータ主回
路を複数の電力用半導体チップで構成してなるインバー
タ装置において、３相インバータ主回路の１アームを、
サイズが□１０ｍｍ以下の半導体チップとしてＩＧＢＴ
１９１Ａ〜１９１Ｄ及びダイオード２０１Ａ〜２０１Ｃ
を並列接続して構成すると共に当該ＩＧＢＴ１９１Ａ〜
１９１Ｄ及びダイオード２０１Ａ〜２０１Ｃは厚みが
１.５ｍｍ以上５ｍｍ以下の導体２２に接合され、この
導体２２はセラミックスを含有した絶縁樹脂シート２５
を介して冷却器２４に接着されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数のアームを有
する３相インバータ主回路を複数の電力用半導体チップ
で構成すると共に駆動回路及び制御回路を有するインバ
ータ装置に係り、特に電気自動用として小型で冷却効率
が良く、信頼性の高いインバータ装置及び製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車では、インバータ装置の小型
化、高信頼性が要求されている。インバータ装置の小型
化、高信頼性を図るためには、冷却効率が良いインバー
タ装置が必要となる。
【０００３】以下、従来のインバータ装置の構造を、図
１６〜図１８を参照して説明する。図１６は従来のイン
バータ装置の平面断面図、図１７は同側面断面図、図１
８は同内部部分断面図である。
【０００４】図１６及び図１７において、インバータ装
置は、取付けねじ３によりインバータ装置筐体１の底面
に取付けられ、３相インバータ主回路を構成する半導体
チップを実装してなる電力用半導体素子部２、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、３相出力導体９１〜９３の電流を検出
する電流検出器１０１〜１０２、制御ユニット１１によ
り構成されている。
【０００５】電力用半導体素子部２とアルミ電解コンデ
ンサ４は、正極側導体７及び負極側導体８と接続ねじ６
により電気的に接続されている。また、インバータ装置
筐体１の底面には、冷媒１４の入口１２、出口１３及び
流路１５が設けられており、入口１２から入り流路１５
内部を流れる冷媒１４により電力用半導体素子部２は冷
却され、該冷媒１４は出口１３から出る。冷媒１４は、
例えば不凍液などである。
【０００６】また電力用半導体素子部２は、図１８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、半導体チップであるＩＧＢＴ１９１及びダイオード
２０１が積層され且つ接合され、ＩＧＢＴ１９１及びダ
イオード２０１、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、さらに放熱用金
属板１６と樹脂製パッケージは端部で接着されている。
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。
【０００７】さらに、電力用半導体素子部２は、放熱用
金属板１６の裏面に、接触熱抵抗を低減する目的で熱伝
導グリース２１が塗布され、流路１５が設けられたイン
バータ装置筐体１の底面に、取付けねじ３により取付け
られている。
【０００８】このように構成された電力用半導体素子部
２においては、半導体チップであるＩＧＢＴ１９１及び
ダイオード２０１が通電されたときに損失が発生する。
ＩＧＢＴ１９１及びダイオード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、ＩＧＢＴ１
９１及びダイオード２０１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。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。放熱用金属板１６は、図１７〜図１８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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のインバ
ータ装置では、以下のような問題点がある。
【００１０】第１の問題点として、放熱用金属板１６の
裏面に接触熱抵抗を低減するための熱伝導グリース２１
を塗布し、電力用半導体素子部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。そのため、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、電力用半導体素子部２の内部
の熱抵抗とほぼ同等と非常に大きくなり冷却効率が悪
い。
【００１１】第２の問題点として、第１の問題点に加
え、放熱用金属板１６の裏面に塗布される熱伝導グリー
ス２１は長期的な劣化も考えられ信頼性が低下する。
【００１２】これらは、結局、インバータ装置の通電容
量の向上に対応できなく、また、冷却器などが大型化し
インバータ装置も大型化し、さらに、インバータ装置の
長期使用を前提とした信頼性を確保することが難しくな
る、という問題点になる。
【００１３】本発明の目的は、インバータ主回路におけ
る冷却効率を高めることで通電容量を向上させ且つ小型
化に寄与し、また高い信頼性を発揮し得るインバータ装
置及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係るインバータ装置は、複数のアームを有
する３相インバータ主回路を複数の電力用半導体チップ
で構成してなるインバータ装置において、前記３相イン
バータ主回路の１アームを、サイズが□１０ｍｍ（□１
０ｍｍは、正方形における一辺の長さが１０ｍｍである
ことを示す。）以下の半導体チップを複数個並列接続し
て構成すると共に当該複数の半導体チップは厚みが１.
５ｍｍ以上５ｍｍ以下の導体に接合され、当該導体はセ
ラミックスを含有した絶縁樹脂シートを介して冷却器に
接着されてなることを特徴とする。
【００１５】また、上記の目的を達成するために本発明
に係るインバータ装置の製造方法は、複数のアームを有
する３相インバータ主回路の１アームを、サイズが□１
０ｍｍ以下の半導体チップを複数個並列接続して構成す
ると共に当該複数の半導体チップを、厚みが１.５ｍｍ
以上５ｍｍ以下の導体に接合し、当該導体を、絶縁樹脂
シートを介して冷却器に接着してなるインバータ装置の
製造方法において、前記絶縁樹脂シートとしてエポキシ
樹脂シートを用い、前記導体と前記冷却器との間に前記
エポキシ樹脂シートを介在させて加圧及び加熱接着する
ことを特徴とする。
【００１６】本発明のインバータ装置によれば、チップ
サイズを□１０ｍｍ以下とし且つチップを並列接続する
ことにより、半田の非線形ひずみの値は小さく、電気自
動車用として必要とする数１０ｋＷの通電容量を確保す
ることができる。
【００１７】また、半導体チップは冷却器に絶縁樹脂シ
ートを用いて直接接着されているので熱抵抗が低減し、
高い信頼性を確保することができる。
【００１８】本発明のインバータ装置の製造方法によれ
ば、半導体チップを導体に半田接合した後に前記導体と
前記冷却器との間に前記エポキシ樹脂シートを介在させ
て加圧及び加熱接着しているので、エポキシ樹脂シート
の特性を劣化させることがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。
【００２０】(第１の実施形態：請求項１，２に対応)ま
ず、本発明の第１の実施形態について、図１〜図４を用
いて説明する。
【００２１】図１は、本発明の第１の実施形態のインバ
ータ装置の特に電力用半導体素子部の内部の半導体チッ
プの実装構造を示す部分縦断面図である。
【００２２】図２は、本発明の第１の実施形態の電力用
半導体素子部を、−４０℃／１ｈ〜１２５℃／１ｈで保
持をする温度サイクル試験をおこなったときの半田の非
線形ひずみの最大値と半導体チップサイズの相関の解析
結果を示す図である。
【００２３】図３は、本発明の第１の実施形態のインバ
ータ装置通電時の半導体チップの温度の解析結果を示す
図である。
【００２４】図４は、本発明の第１の実施形態のインバ
ータ装置起動時の半導体チップの温度と導体厚みの相関
の解析結果を示す図である。
【００２５】図１において、インバータ装置の電力用半
導体素子部は、３相インバータ主回路の１アームを、サ
イズが□１０ｍｍ以下の半導体チップであるＩＧＢＴ１
９１Ａ、１９１Ｂ、１９１Ｃ、１９１Ｄ及びダイオード
２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃを並列接続して構成して
いる。
【００２６】図１においては、ＩＧＢＴが４並列、ダイ
オードが３並列の場合の実施形態である。さらに、厚み
が１.５ｍｍ以上５ｍｍ以下の銅製の導体２２に、半導
体チップであるＩＧＢＴ１９１Ａ、１９１Ｂ、１９１
Ｃ、１９１Ｄ及びダイオード２０１Ａ、２０１Ｂ、２０
１Ｃが導体２２の厚みの２倍以上の距離を以て分散配置
され、Ｓｎ／Ｐｂなどの低融点又はＳｎ／Ａｇ／Ｃｕな
どの高融点半田２３で接合されている。さらに、導体２
２は、銅やアルミニウム製の冷却器２４に、セラミック
スを含有した絶縁樹脂シート２５で接着されている。
【００２７】絶縁樹脂シート２５は、例えばエポキシ樹
脂に窒化ホウ素などのセラミックフィラーを充填したも
のであり、熱伝導率は２〜４Ｗ／ｍＫ、厚みは０.１〜
０.１５ｍｍ程度である。
【００２８】さらに、導体２２は、ＩＧＢＴ１９１Ａ〜
１９１Ｄ及びダイオード２０１Ａ〜２０１Ｃを接合した
面にはメッキ処理２６を行い、冷却器２４とセラミック
スを含有した絶縁樹脂シート２５で接着する反対面には
メッキ処理を行っていない。
【００２９】図１において、インバータ装置は、厚みが
１.５ｍｍ以上５ｍｍ以下の銅製の導体２２に、半導体
チップであるＩＧＢＴ１９１Ａ、１９１Ｂ、１９１Ｃ、
１９１Ｄ及びダイオード２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ
が、Ｓｎ／Ｐｂなどの低融点又はＳｎ／Ａｇ／Ｃｕなど
の高融点半田２３で接合されている。
【００３０】ＩＧＢＴ１９１及びダイオード２０１は材
質がＳｉで、導体２２は材質が銅であるので、ＩＧＢＴ
１９１及びダイオード２０１と導体２２の線膨張係数の
違いにより、温度サイクルが負荷されたときに、半田２
３にせん断応力が発生し、非線形ひずみが発生する。非
線形ひずみの値が大きくなると、温度サイクルが負荷さ
れたときに半田にクラックなどが発生する。非線形ひず
みの値は、小さいほど信頼性・耐久性が向上する。
【００３１】図２は、本発明の第１の実施形態の電力用
半導体素子部を、−４０℃／１ｈ〜１２５℃／１ｈで保
持をする温度サイクル試験を行ったときの、半田２３の
非線形ひずみの最大値とチップサイズの相関を示す解析
結果である。
【００３２】図２によると、チップサイズが□１０ｍｍ
より大きくなると、半田の非線形ひずみが増大すること
が分かる。従って、チップサイズを□１０ｍｍ以下とす
ると、インバータ装置の信頼性・耐久性を確保すること
が可能となることが分かる。
【００３３】一方、本実施形態のようにチップサイズを
□１０ｍｍ以下とすると１チップ当りの通電容量が小さ
くなる。この場合、チップの並列接続を行うことによ
り、電気自動車用として数１０ｋＷの通電容量を確保す
ることができる。
【００３４】さらに、図１のように構成されたインバー
タ装置においては、導体２２に接合されたＩＧＢＴ１９
１Ａ〜１９１Ｄ及びダイオード２０１Ａ〜２０１Ｃが、
冷却器２４に絶縁樹脂シート２５を用い直接接着されて
いるので、図２４に示した従来の電力用半導体素子部の
ような冷却器との接触部の接触熱抵抗が無くなり、熱抵
抗が低減する。
【００３５】さらに、従来の電力用半導体素子部の内部
に用いられている絶縁基板１７である例えばアルミナ基
板(熱伝導率２１Ｗ／ｍＫ、厚み０.３２ｍｍ)などに比
べ、熱伝導率が低い絶縁樹脂シート２５の上部の導体２
２を、熱伝導率の良い銅製とし厚みを１.５ｍｍ以上５
ｍｍ以下としＩＧＢＴ１９１Ａ〜１９１Ｄ及びダイオー
ド２０１Ａ〜２０１Ｃを分散配置しているので、ＩＧＢ
Ｔ１９１Ａ〜１９１Ｄ及びダイオード２０１Ａ〜２０１
Ｃで発生した熱損失を導体２２の熱伝導により拡散し、
さらに熱容量により吸収することができるので、さらに
熱抵抗が低減する。
【００３６】図３は、導体２２の厚みが３ｍｍのとき
の、インバータ通電時のＩＧＢＴ１９１及びダイオード
２０１の温度変化の解析結果である。インバータ起動時
には、ＩＧＢＴ及びダイオードの損失が大きくなり、Ｉ
ＧＢＴ及びダイオードとも温度上昇が特に高くなる。
【００３７】ＩＧＢＴ１９１及びダイオード２０１の信
頼性の向上、並列数の低減、電力用半導体素子部及びイ
ンバータ装置の小型化には、特にインバータ起動時の温
度上昇を低減することが重要となる。
【００３８】図４は、導体２２の厚みをパラメータにし
た、インバータ起動時のＩＧＢＴ１９１及びダイオード
２０１の温度変化である。導体２２の厚みが１.５ｍｍ
以下になると、ＩＧＢＴ１９１及びダイオード２０１の
温度が特に高くなる。また、導体２２の厚みを５ｍｍよ
り大きくしても、ＩＧＢＴ及びダイオードの温度は大き
くは低減しない。導体２２の厚みが１.５ｍｍ以上５ｍ
ｍ以下の場合に、導体２２の熱容量の効果により、ＩＧ
ＢＴ及びダイオードのインバータ起動時の温度が低くな
る。
【００３９】ＩＧＢＴのチップサイズが□７.８ｍｍの
とき、導体２２の厚みが３ｍｍの本発明の電力用半導体
素子部のＩＧＢＴチップ当りの定常熱抵抗は０．４６Ｋ
／Ｗであり、従来の電力用半導体素子部のＩＧＢＴチッ
プ当りの定常熱抵抗１.１１Ｋ／Ｗに比べ、約半減す
る。
【００４０】また、絶縁樹脂シート２５は、例えばＮｉ
メッキなど行った不活性な面より、銅などのより活性の
強い面との接着力の方が強くなる。一方、ＩＧＢＴやダ
イオードの電気的な配線であるワイヤボンディングは、
メッキ処理した面との接合力が強くなる。
【００４１】故に、導体２２は、ＩＧＢＴ１９１Ａ〜１
９１Ｄ及びダイオード２０１Ａ〜２０１Ｃを接合した面
にはメッキ処理２６を行っているので、ワイヤボンディ
ングと導体２２の接合力が向上し、冷却器２４とセラミ
ックスを含有した絶縁樹脂シート２５で接着する反対面
にはメッキ処理２６を行っていないので、導体２２と絶
縁樹脂シート２５の接着力が向上する。
【００４２】以上のように図１〜図４で示したインバー
タ装置においては、電力用半導体素子部２の内部のＩＧ
ＢＴ及びダイオードによる半導体チップの熱抵抗が半減
し、冷却効率が向上し、インバータ装置の信頼性向上、
小型化が図れる。さらに、長期的な劣化なども考えられ
る熱伝導グリースを使用しないので、信頼性・耐久性が
向上する。
【００４３】(第２の実施形態：請求項３に対応)次に、
本発明の第２の実施形態を図１及び図５を参照して説明
する。
【００４４】第２の実施形態は、第１の実施形態の電力
用半導体素子部における半田の厚みを規定している。
【００４５】図５は、本発明の第１の実施形態の電力用
半導体素子部を、−４０℃／１ｈ〜１２５℃／１ｈで保
持をする温度サイクル試験をおこなったときの、半田の
非線形ひずみの最大値と半田厚みの相関の解析結果であ
る。
【００４６】図１において、インバータ装置は、厚みが
１.５ｍｍ以上５ｍｍ以下の銅製の導体２２に、半導体
チップであるＩＧＢＴ１９１Ａ、１９１Ｂ、１９１Ｃ、
１９１Ｄ及びダイオード２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ
が、Ｓｎ／Ｐｂなどの低融点又はＳｎ／Ａｇ／Ｃｕなど
の高融点半田２３で接合されている。
【００４７】ＩＧＢＴ１９１及びダイオード２０１は材
質がＳｉで、導体２２は材質が銅であるので、ＩＧＢＴ
１９１及びダイオード２０１と導体２２の線膨張係数の
違いにより、温度サイクルが負荷されたときに、半田２
３にせん断応力が発生し、非線形ひずみが発生する。非
線形ひずみの値は、小さいほど信頼性・耐久性が向上す
る。
【００４８】図５は、本発明の第１の実施形態の電力用
半導体素子部を、−４０℃／１ｈ〜１２５℃／１ｈで保
持をする温度サイクル試験をおこなったときの、半田２
３の非線形ひずみの最大値と半田厚みの相関の解析結果
である。
【００４９】半田２３の厚みが７５μｍより小さくなる
と、非線形ひずみが増大する。半田２３の厚みが７５μ
ｍ以上になると、半田２３の厚みを増すことにより半田
の熱応力を分散させ応力集中が減少するので、非線形ひ
ずみが低減する。一方、半田２３の厚みを３００μｍ以
上としても、非線形ひずみは大きくは低減しない。
【００５０】以上のように本実施形態においては、ＩＧ
ＢＴ１９１及びダイオード２０１と、厚みが１.５ｍｍ
以上５ｍｍ以下の導体２２を接合する半田２３の厚み
を、７５μｍ以上３００μｍ以下とすることにより、半
田２３の非線形ひずみを低減でき、本発明の第１の実施
形態の電力用半導体素子部及びインバータ装置の信頼性
・耐久性を、一層向上させることができる。
【００５１】(第３の実施形態：請求項４に対応)次に、
本発明の第３の実施形態を、図１及び図６を参照して説
明する。
【００５２】第３の実施形態は、第１の実施形態の電力
用半導体素子部における冷却器２４の厚みを規定してい
る。
【００５３】図６は、本発明の第１の実施形態の電力用
半導体素子部を、−４０℃／１ｈ〜１２５℃／１ｈで保
持をする温度サイクル試験をおこなったときの、絶縁樹
脂シート２５の最大せん断応力と冷却器の厚み/導体の
厚みの相関の解析結果である。
【００５４】図１において、銅製の導体２２は、銅やア
ルミニウム製の冷却器２４に、セラミックスを含有した
絶縁樹脂シート２５で接着されている。冷却器２４の材
質としては、銅やアルミニウムなどが考えられるが、製
造性・加工性や重量などを考えればアルミニウムが望ま
しい。
【００５５】特に冷却器２４の材質をアルミニウムとし
た場合には、材質が銅である導体２２と材質がアルミニ
ウムである冷却器２４の線膨張係数の違いにより、温度
サイクルが負荷されたときに、絶縁樹脂シート２５にせ
ん断応力が発生する。せん断応力の値が大きくなると、
絶縁樹脂シート２５が剥離する。せん断応力の値は、小
さいほど信頼性一耐久性が向上する。
【００５６】図６は、冷却器２４の材質をアルミニウム
とし、本発明の第１の実施形態の電力用半導体素子部
を、−４０℃／１ｈ〜１２５℃／１ｈで保持をする温度
サイクル試験をおこなったときの、絶縁樹脂シート２５
の最大せん断応力と冷却器の厚み/導体の厚みの相関を
示す解析結果である。
【００５７】冷却器２４の厚み／導体２２の厚みが３.
３倍より小さくなると、絶縁樹脂シート２５の最大せん
断応力は増大する。冷却器２４の厚み/導体２２の厚み
が３.３倍以上になると、導体２２に比べ冷却器２４の
剛性の方が十分大きくなり冷却器２４の変形が抑制さ
れ、それにより絶縁樹脂シート２５の変形も抑制される
ので、絶縁樹脂シート２５の最大せん断応力が低減す
る。冷却器２４の厚み/導体２２の厚みを１０倍以上と
しても、最大せん断応力はほとんど低減しない。
【００５８】以上のように本実施形態によれば、冷却器
２４の厚みを、厚みが１.５ｍｍ以上５ｍｍ以下の導体
の３.３倍以上１０倍以下とすることにより、絶縁樹脂
シート２５の最大せん断応力を低減でき、本発明の第１
〜第２の実施形態の電力用半導体素子部及びインバータ
装置の信頼性・耐久性を、一層向上させることができ
る。
【００５９】(第４の実施形態：請求項５，６に対応)次
に、本発明の第４の実施形態を、図７〜図１０を参照し
て説明する。
【００６０】図７は、本発明の第４の実施形態のインバ
ータ装置における、電力用半導体素子部の部分斜視図で
ある。１アームあたり、ＩＧＢＴは４並列、ダイオード
は２並列の実施形態である。
【００６１】図８は、本発明の第４の実施形態のインバ
ータ装置における、電力用半導体素子部の内部構造が分
かる斜視図である。１アームあたり、ＩＧＢＴは４並
列、ダイオードは２並列の実施形態である。
【００６２】図９は、本発明の第４の実施形態のインバ
ータ装置における、電力用半導体素子部を示し、図９
（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ方向
に見た断面図及び図９（ｃ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ方向
に見た断面図である。１アームあたり、ＩＧＢＴは４並
列、ダイオードは３並列の実施形態である。
【００６３】図１０は、本発明の第４の実施形態の、イ
ンバータ装置の回路図である。
【００６４】図７において、電力用半導体素子部は、図
１０に示す３相インバータ主回路のＷ相の上側アームを
構成する４並列接続されたＩＧＢＴ１９１Ａ〜１９１Ｄ
及び２並列接続されたダイオード２０１Ａ〜２０１Ｂ
を、３相インバータ主回路の上側アームを構成する上側
アーム導体２７に１列に配置し、同様に３相インバータ
主回路のＷ相の下側アームを構成する４並列接続された
ＩＧＢＴ１９２Ａ〜１９２Ｄ及び２並列接続されたダイ
オード２０２Ａ〜２０２Ｂを、３相インバータ主回路の
下側アームを構成する下側アーム導体２８に１列に配置
している。
【００６５】また、上側アーム導体２７及び下側アーム
導体２８の間に、上側アーム導体１２７上に配置された
ＩＧＢＴ１９１Ａ〜１９１Ｄ及びダイオード２０１Ａ〜
２０１Ｂと３相出力端子４０を接続する３相出力導体２
９を配置している。
【００６６】図７〜図１０の実施形態では、下側アーム
導体２８と、３相出力導体２９が同一の導体で構成され
ている。さらに、上側アーム導体２７及び下側アーム導
体２８の間に、下側アーム導体２８上に配置されたＩＧ
ＢＴ１９２Ａ〜１９２Ｄ及びダイオード２０２Ａ〜２０
２Ｂと負極端子３９を接続する負極導体３０を配置して
いる。ＩＧＢＴ及びダイオードと各導体間は、ワイヤボ
ンディング３１により電気的に接続されている。
【００６７】このように構成によれば、正極端子３８か
ら並列接続された個々のＩＧＢＴ１９１Ａ〜１９１Ｄを
通り３相出力端子４０に至る個々の電流経路が均等とな
る。同様に、３相出力端子４０から並列接続された個々
のＩＧＢＴ１９２Ａ〜１９２Ｄを通り負極端子３９に至
る個々の電流経路が均等となる。同様に、３相出力端子
４０から並列接続された個々のダイオード２０１Ａ〜２
０１Ｂを通り正極端子３８に至る個々の電流経路が均等
となる。同様に、負極端子３９から並列接続された個々
のダイオード２０２Ａ〜２０２Ｂを通り３相出力端子４
０に至る個々の電流経路が均等となる。その他の構成
は、第１〜第３の実施形態と同様である。
【００６８】一方、図８〜図９において、電力用半導体
素子部は、セラミックスを含有した絶縁樹脂シートを３
相インバータ主回路の各相毎に分割し、Ｗ相絶縁樹脂シ
ート３２、Ｖ相絶縁樹脂シート３３、Ｕ相絶縁樹脂シー
ト３４を一定距離はなし、Ｕ〜Ｗ各絶縁樹脂シート間に
は、並列接続されたＩＧＢＴを制御するための制御配線
３５及び制御入出力端子３６が設けられている。
【００６９】また、ＩＧＢＴ及びダイオード、各導体、
各絶縁樹脂シートは、周囲が冷却器２４と接着されてお
り、正極端子３８及び負極端子３９及び３相出力端子４
０及び制御入出力端子３６を備えた樹脂パッケージ３７
の内部に、絶縁性のゲルと共に封入されている。その他
の構成は、図７と同様である。
【００７０】本実施形態のインバータ装置の電力用半導
体素子部においては、第１〜第３の実施形態の効果に加
え、並列接続された各ＩＧＢＴから制御配線３５を主回
路の電流の流れと直角に最短で引出すことができ、制御
のノイズによる誤動作などがなく信頼性が向上する。
【００７１】また本実施形態においては、上側又は下側
アームの一相当たりに用いる半導体チップを、複数の半
導体チップを並列接続することにより、並列接続された
各ＩＧＢＴ及びダイオードの電流経路がすべて均等に分
配されるようになっているので、各ＩＧＢＴ及びダイオ
ードの電流分担が均等となり、並列接続されたＩＧＢＴ
及びダイオードチップの局部過熱などは発生しない。
【００７２】さらに本実施形態においては、絶縁樹脂シ
ートが各相毎に分割されているので、絶縁樹脂シートの
せん断応力も低減し、信頼性・耐久性も向上する。
【００７３】(第５の実施形態：請求項７に対応)次に、
本発明の第５の実施形態を図１１を参照して説明する。
【００７４】図１１（ａ）は、本発明の第５の実施形態
のインバータ装置における、電力用半導体素子部の平面
図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ方向に見た断
面図及び図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＣ−Ｃ方向に見
た断面図である。１アームあたり、ＩＧＢＴは４並列、
ダイオードは３並列の実施形態である。
【００７５】図１１において、電力用半導体素子部は、
冷却器２４を液冷式冷却器とし、液冷式冷却器の冷媒１
４が通る流路１５には拡大伝熱面４１を設け、拡大伝熱
面４１をＩＧＢＴ及びダイオードが接合される上側アー
ム導体２７、下側アーム導体２８、及び３相出力導体２
９、負極導体３０と平行に設ける。その他の構成は、第
１〜第４の実施形態と同様である。
【００７６】本実施形態によれば、第１〜第４の実施形
態の効果に加え、拡大伝熱面４１が導体と平行に設けら
れているので、インバータ通電時の温度サイクルによる
導体の長手方向の冷却器２４の熱変形を抑制することが
でき、絶縁樹脂シートに発生するせん断応力の値を小さ
くすることができ、絶縁樹脂シートの信頼性・耐久性を
向上させることができる。
【００７７】(第６の実施形態：請求項８に対応)次に、
本発明の第６の実施形態を、図１２を参照して説明す
る。
【００７８】図１２（ａ）は、本発明の第６の実施形態
のインバータ装置における、電力用半導体素子部の平面
図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ方向に見た断
面図及び図１２（ｃ）は図１２（ａ）のＣ−Ｃ方向に見
た断面図である。１アームあたり、ＩＧＢＴは４並列、
ダイオードは３並列の実施形態である。
【００７９】図１２において、電力用半導体素子部は、
冷却器２４を液冷式冷却器とし、冷却器２４の外形は第
５の実施形態と同様とし、さらに上下２段構成とする。
上段においては、液冷式冷却器の冷媒１４が通る流路１
５に拡大伝熱面４１を設け、拡大伝熱面４１をＩＧＢＴ
及びダイオードが接合される上側アーム導体２７、下側
アーム導体２８、及び３相出力導体２９、負極導体３０
の長手方向と平行に設ける。下段においても、拡大伝熱
面４１と直行する方向に拡大伝熱面４２を設け、周囲に
開放され冷媒が通らない冷却器とする。拡大伝熱面４２
の枚数は、拡大伝熱面４１の枚数より少なくなってい
る。
【００８０】このような構成においては、冷却器２４の
外形は第５の実施と同様なので、拡大伝熱面１の放熱面
積は、第５の実施形態の半分となっているが、液冷式冷
却器の場合は第５の実施形態の拡大伝熱面１のフィン効
率は０.５位であり、第６の実施形態の拡大伝熱面１の
フィン効率は１位なので、冷却能力は第５の実施形態と
ほぼ同等である。その他の構成は、第１〜第５の実施形
態と同様である。
【００８１】本実施形態によれば、第１〜第５の実施形
態の効果に加え、拡大伝熱面１４１及び拡大伝熱面４２
が直交しているので冷却器の剛性が向上し、インバータ
通電時の温度サイクルによる導体の長手方向の冷却器２
４の熱変形を第５の実施形態以上に抑制することがで
き、絶縁樹脂シートに発生するせん断応力の値を小さく
することができ、絶縁樹脂シートの信頼性・耐久性を向
上させることができる。
【００８２】(第７の実施形態：請求項９に対応)次に、
本発明の第７の実施形態を、図１３を参照して説明す
る。
【００８３】図１３は、本発明の第７の実施形態のイン
バータ装置の特に電力用半導体素子部の内部の半導体チ
ップの実装構造を示す部分縦断面図である。
【００８４】図１３において、電力用半導体素子部は、
導体２２の端部を薄板部４３とし、薄板部４３に正極端
子３８や負極端子３９や３相出力端子４０と電気的に配
線するためのワイヤボンディング３１を接合する。その
他の構成は、第１〜第６の実施と同様である。
【００８５】図１３のように構成された電力用半導体素
子部においては、インバータ通電時の温度サイクルによ
り、導体２２と冷却器２４を接着している絶縁樹脂シー
ト２５にせん断応力が発生する。せん断応力は、導体２
２の端部で最大となる。
【００８６】また、導体２２の端部が薄板部４３となっ
ているので導体２２の端部の剛性を低減することがで
き、インバータ通電時の温度サイクルにより導体２２の
端部で発生するエポキシ樹脂シートの最大せん断応力を
低減することができる。導体２２の厚みが３ｍｍのと
き、薄板部４３の厚みを０.５ｍｍとすると、エポキシ
樹脂シートの最大せん断応力は約２８％低減する。
【００８７】本実施形態によれば、第１〜第６の実施形
態の効果に加え、絶縁樹脂シートの信頼性・耐久性をさ
らに向上させることができる。
【００８８】(第８の実施形態：請求項１０に対応)次
に、本発明の第８の実施形態を図１４を参照して説明す
る。
【００８９】図１４は、本発明の第８の実施形態のイン
バータ装置の特に電力用半導体素子部の内部の半導体チ
ップの実装構造を示す部分縦断面図である。
【００９０】図１４において、電力用半導体素子部は、
導体２２に、ＩＧＢＴ１９１Ａ〜１９１Ｄとダイオード
２０１Ａ〜２０１Ｃの間にスリット４４を設け、スリッ
ト４４が設けられた面を冷却器２４と、セラミックスを
含有した絶縁樹脂シート２５で接着する。その他の構成
は、第１〜第７の実施形態と同様である。
【００９１】図１４のように構成された電力用半導体素
子部においては、インバータ通電時の温度サイクルによ
り、ＩＧＢＴ１９１Ａ〜１９１Ｄとダイオード２０１Ａ
〜２０１Ｃと導体２２とを接合している低融点又は高融
点半田２３にせん断応力が発生する。
【００９２】本実施形態では、導体２２にスリット４４
が設けられているため、温度サイクルにより、導体２２
の長手方向に直行する垂直方向に変形しやすくなる分、
導体２２の長手方向の熱膨張を抑制することができ、低
融点又は高融点半田２３のせん断応力を低減することが
できる。導体２２の厚みが３ｍｍのとき、スリット４４
の高さを２.５ｍｍとすると、低融点又は高融点半田２
３のせん断応力は約１６％低減する。
【００９３】以上の本実施形態によれば、第１〜第７の
実施形態の効果に加え、低融点又は高融点半田の信頼
性。耐久性をさらに向上させることができる。
【００９４】(第９の実施形態：請求項１１〜１３に対
応)次に、本発明の第９の実施形態を図１５を参照して
説明する。
【００９５】図１５は本発明の第９の実施形態のインバ
ータ装置の製造方法を示す図である。
【００９６】図１５において、電力用半導体素子部は、
図１５の(ａ)に示すようにまず、ＩＧＢＴ１９１Ａ〜１
９１Ｄとダイオード２０１Ａ〜２０１ＣをＳｎ／Ｐｂな
どの低融点又はＳｎ／Ａｇ／Ｃｕなどの高融点半田２３
で導体２２に接合する。次に、図１５の(ｂ)に示すよう
に、絶縁樹脂シート２５を冷却器２４に仮接着する。最
後に、図１５の(ｃ)に示すように、導体２２を、ＩＧＢ
Ｔ１９１Ａ〜１９１Ｄとダイオード２０１Ａ〜２０１Ｃ
が接合されていない場所に、加圧力を均一化するために
例えばシリコンゴムなどの弾性体４５を配置し、加圧板
４６を介し加圧して、導体２２と冷却器２４を絶縁樹脂
シート２５で加圧、加熱接着する。加圧温度は、例えば
１６０℃〜１７０℃、加圧力は約２０〜３０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2である。
【００９７】図１５の電力用半導体素子部においては、
仮に最初に導体２２と冷却器２４を絶縁樹脂シートで接
着したとすると、ＩＧＢＴ１９１Ａ〜１９１Ｄとダイオ
ード２０１Ａ〜２０１Ｃを半田付けするときに、絶縁樹
脂シート２５のガラス転移温度(例えば１７０℃位)以上
に長時間加熱する必要があり、絶縁樹脂シートの特性が
劣化する。これに対し、本実施形態では、上述した製造
方法を採用するため、絶縁樹脂シートの特性が劣化する
ことはない。
【００９８】また、半田も、例えばＰｂフリーの高融点
半田であるＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ半田などを採用することが
可能となる。
【００９９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インバータ主回路の冷却効率を向上して通電容量の向上
に寄与し、装置の小型化を達成できる。また、インバー
タ主回路及びその半導体チップの信頼性を向上してイン
バータ装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のインバータ装置の特
に電力用半導体素子部の内部の半導体チップの実装構造
を示す部分縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態の電力用半導体素子部
を、−４０℃／１ｈ〜１２５℃／１ｈで保持をする温度
サイクル試験をおこなったときの半田の非線形ひずみの
最大値と半導体チップサイズの相関の解析結果を示す
図。
【図３】本発明の第１の実施形態のインバータ装置通電
時の半導体チップの温度の解析結果を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態のインバータ装置起動
時の半導体チップの温度と導体厚みの相関の解析結果を
示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態を示すものであって、
第１の実施形態の電力用半導体素子部を、−４０℃／１
ｈ〜１２５℃／１ｈで保持をする温度サイクル試験をお
こなったときの半田の非線形ひずみの最大値と半田厚み
の相関の解析結果を示す図。
【図６】本発明の第３の実施形態を示すものであって、
第１の実施形態の電力用半導体素子部を、−４０℃／１
ｈ〜１２５℃／１ｈで保持をする温度サイクル試験をお
こなったときの絶縁樹脂シート２５の最大せん断応力と
冷却器の厚み/導体厚みの相関の解析結果を示す図。
【図７】本発明の第４の実施形態のインバータ装置にお
ける電力用半導体素子部の部分斜視図。
【図８】本発明の第４の実施形態のインバータ装置にお
ける電力用半導体素子部の内部構造が分かる斜視図。
【図９】本発明の第４の実施形態のインバータ装置にお
ける電力用半導体素子部を示す図。
【図１０】本発明の第４の実施形態のインバータ装置の
回路図。
【図１１】本発明の第５の実施形態のインバータ装置に
おける電力用半導体素子部を示す図。
【図１２】本発明の第６の実施形態のインバータ装置に
おける電力用半導体素子部を示す図。
【図１３】本発明の第７の実施形態のインバータ装置の
特に電力用半導体素子部の内部の半導体チップの実装構
造を示す部分縦断面図。
【図１４】本発明の第８の実施形態のインバータ装置の
特に電力用半導体素子部の内部の半導体チップの実装構
造を示す部分縦断面図。
【図１５】本発明の第９の実施形態のインバータ装置の
製造方法を示す図。
【図１６】従来のインバータ装置の平面断面図。
【図１７】従来のインバータ装置の側面断面図。
【図１８】従来の電力用半導体素子部及びインバータ装
置の内部部分断面図。
【符号の説明】
１:インバータ装置筐体 ２:電力用半導体素子部 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:入口 １３:出口 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:熱伝導グリース ２２:導体 ２３:低融点又は高融点半田 ２４:冷却器 ２５:絶縁樹脂シート ２６:メッキ ２７:上側アーム導体 ２８:下側アーム導体 ２９:３相出力導体 ３０:負極導体 ３１:ワイヤボンディング ３２:Ｗ相絶縁樹脂シート ３３:Ｖ相絶縁樹脂シート ３４:Ｕ相絶縁樹脂シート ３５:制御配線 ３６:制御入出力端子 ３７:樹脂パッケージ ３８:正極端子 ３９:負極端子 ４０:３相出力端子 ４１:拡大伝熱面 １４２:拡大伝熱面 ２４３:薄板部 ４４:スリット ４５:弾性体 ４６:加圧板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 敦史 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 嶋根 岩夫 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 檀上 靖之 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 齋藤 重一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 大部 利春 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 田多 伸光 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 関谷 洋紀 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA05 BA24 BB01 BB05 BB21 BC05 BC06 BC23 5H007 AA03 CA01 CB04 CB05 CC03 CC23 HA04 HA05 HA06

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のアームを有する３相インバータ主
    回路を複数の電力用半導体チップで構成してなるインバ
    ータ装置において、 前記３相インバータ主回路の１アームを、サイズが□１
    ０ｍｍ以下の半導体チップを複数個並列接続して構成す
    ると共に当該複数の半導体チップは厚みが１.５ｍｍ以
    上５ｍｍ以下の導体に接合され、当該導体はセラミック
    スを含有した絶縁樹脂シートを介して冷却器に接着され
    てなることを特徴とするインバータ装置。
  2. 【請求項２】 前記導体を、前記半導体チップが接合さ
    れた面にはメッキ処理を行い、前記冷却器とセラミック
    スを含有した絶縁樹脂シートで接着する面にはメッキ処
    理を行わない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】 前記複数の半導体チップと、厚みが１.
    ５ｍｍ以上５ｍｍ以下の導体を接合する半田の厚みを、
    ７５μｍ以上３００μｍ以下としたことを特徴とする請
    求項１又は２記載のインバータ装置。
  4. 【請求項４】 前記冷却器の厚みを、前記厚みが１.５
    ｍｍ以上５ｍｍ以下の導体の３.３倍以上１０倍以下と
    したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記
    載のインバータ装置。
  5. 【請求項５】 前記３相インバータ主回路の上側アーム
    を構成する複数の並列接続された半導体チップを、前記
    導体を構成する第１導体に１列に配置し、前記３相イン
    バータ主回路の下側アームを構成する複数の並列接続さ
    れた半導体チップを、前記導体を構成する第２導体に１
    列に配置すると共に、前記第１導体及び第２導体との問
    に、前記第１導体上の複数の半導体チップと３相出力電
    極を接続する第３導体と、前記第２導体上の複数の半導
    体チップと負極側電極を接続する第４導体とを配置し且
    つ前記第１導体及び第２導体に配置され並列接続された
    複数の半導体チップの電流経路を均等にしたことを特徴
    とする請求項１乃至４のいずれか一項記載のインバータ
    装置。
  6. 【請求項６】 前記セラミックスを含有した絶縁樹脂シ
    ートを、前記３相インバータ主回路の各相毎に分割し、
    各絶縁樹脂シートを一定距離はなし、各絶縁樹脂シート
    間には前記複数の半導体チップを駆動するための配線及
    び前記複数の半導体チップを制御するための配線の入出
    力端子を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいず
    れか一項記載のインバータ装置。
  7. 【請求項７】 前記冷却器として液冷式冷却器を用い、
    当該液冷式冷却器の冷媒が通る流路には拡大伝熱面を設
    け、前記拡大伝熱面を前記複数の半導体チップが接合さ
    れる導体と平行に設けたことを特徴とする請求項１乃至
    ６のいずれか一項記載のインバータ装置。
  8. 【請求項８】 前記冷却器として上下２段構成の液冷式
    冷却器を用い、当該上下２段構成の液冷式冷却器の上段
    は前記複数の半導体チップを冷却する冷媒が通る冷却器
    として機能させ、下段は周囲に開放され冷媒が通らない
    冷却器として機能させ、前記上段における冷媒が通る流
    路には第１拡大伝熱面を設け、この第１前記拡大伝熱面
    を前記複数の半導体チップが接合される導体と平行に設
    け、前記下段には前記第１拡大伝熱面と直行する方向に
    第２拡大伝熱面を設けたことを特徴とする請求項１乃至
    ７のいずれか一項記載のインバータ装置。
  9. 【請求項９】 前記導体の端部を薄板構造とし、該薄板
    部に電気的に配線するためのワイヤボンディングを接合
    することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項記
    載のインバータ装置。
  10. 【請求項１０】 前記複数の半導体チップが接合された
    前記導体に、チップとチップの間にスリットを設け、ス
    リットが設けられた面を、前記冷却器と、セラミックス
    を含有した絶縁樹脂シートとで接着することを特徴とす
    る請求項１乃至９のいずれか一項記載のインバータ装
    置。
  11. 【請求項１１】 複数のアームを有する３相インバータ
    主回路を、複数の半導体チップで構成してなるインバー
    タ装置において、 前記半導体チップを導体に半田接合する工程と、 前記半導体チップが接合された前記導体と冷却器との間
    にセラミックスを含有した絶縁樹脂シートを介在させて
    加圧及び加熱接着する工程とを具備したことを特徴とす
    るインバータ装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記導体上の複数の半導体チップが接
    合されていない場所を加圧することを特徴とする請求項
    １１記載のインバータ装置の製造方法。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005348529A (ja) * 2004-06-03 2005-12-15 Toshiba Corp インバータ装置
JP2007068302A (ja) * 2005-08-30 2007-03-15 Toshiba Corp 電力用半導体素子及び半導体電力変換装置
US7206205B2 (en) 2003-09-12 2007-04-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Inverter device and method of manufacturing the device thereof, and electric automobile incorporating the inverter device thereof
WO2007129486A1 (ja) * 2006-05-10 2007-11-15 Kabushiki Kaisha Toshiba 半導体装置およびその製造方法
WO2011104804A1 (ja) 2010-02-25 2011-09-01 日本電気株式会社 信号処理回路、無線通信装置及び信号処理方法
WO2013140704A1 (ja) * 2012-03-21 2013-09-26 富士電機株式会社 電力変換装置
US8881386B2 (en) 2010-01-13 2014-11-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power module production method, and power module produced thereby
DE112019007411T5 (de) 2019-06-06 2022-02-17 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitermodul und leistungswandlervorrichtung
WO2023181905A1 (ja) * 2022-03-22 2023-09-28 日本発條株式会社 積層体の製造方法
US12068217B2 (en) 2019-07-26 2024-08-20 Mitsubishi Electric Corporation Frame member with a porous material between a semiconductor module and heat sink

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1389802A1 (de) * 2002-08-16 2004-02-18 ABB Schweiz AG Schutzschicht für Leistungshalbleitermodul-Kontaktplättchen
EP1991073B1 (en) * 2006-02-15 2016-11-09 LG Electronics, Inc. Refrigerator and method of operating a refrigerator
WO2007105361A1 (ja) * 2006-03-08 2007-09-20 Kabushiki Kaisha Toshiba 電子部品モジュール
JP4742989B2 (ja) * 2006-05-26 2011-08-10 株式会社日立製作所 モータ駆動用半導体装置とそれを有するモータ及びモータ駆動装置並びに空調機
US7564129B2 (en) * 2007-03-30 2009-07-21 Nichicon Corporation Power semiconductor module, and power semiconductor device having the module mounted therein
EP2203039B1 (en) * 2008-10-24 2011-10-26 C.R.F. Società Consortile per Azioni Automotive inverter assembly
WO2013099545A1 (ja) 2011-12-26 2013-07-04 三菱電機株式会社 電力用半導体装置及びその製造方法
WO2018229929A1 (ja) * 2017-06-15 2018-12-20 日産自動車株式会社 電力変換装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07231071A (ja) * 1994-02-16 1995-08-29 Toshiba Corp 半導体モジュール
JP2001077260A (ja) * 1999-09-03 2001-03-23 Toshiba Corp 半導体装置及びインバータ装置
JP2001177006A (ja) * 1999-12-20 2001-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱伝導基板とその製造方法
JP2001286156A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Toshiba Corp 基板実装インバータ装置
JP2001308470A (ja) * 2000-04-26 2001-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回路部品モジュール及びその製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3793407B2 (ja) * 2000-09-19 2006-07-05 株式会社日立製作所 電力変換装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07231071A (ja) * 1994-02-16 1995-08-29 Toshiba Corp 半導体モジュール
JP2001077260A (ja) * 1999-09-03 2001-03-23 Toshiba Corp 半導体装置及びインバータ装置
JP2001177006A (ja) * 1999-12-20 2001-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱伝導基板とその製造方法
JP2001286156A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Toshiba Corp 基板実装インバータ装置
JP2001308470A (ja) * 2000-04-26 2001-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回路部品モジュール及びその製造方法

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7206205B2 (en) 2003-09-12 2007-04-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Inverter device and method of manufacturing the device thereof, and electric automobile incorporating the inverter device thereof
US7487581B2 (en) 2003-09-12 2009-02-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing an inverter device
JP4575034B2 (ja) * 2004-06-03 2010-11-04 株式会社東芝 インバータ装置
WO2005119896A1 (ja) * 2004-06-03 2005-12-15 Kabushiki Kaisha Toshiba インバータ装置
US7605456B2 (en) 2004-06-03 2009-10-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Inverter unit
JP2005348529A (ja) * 2004-06-03 2005-12-15 Toshiba Corp インバータ装置
EP1768243A4 (en) * 2004-06-03 2011-03-30 Toshiba Kk INVERTER DEVICE
EP1768243A1 (en) * 2004-06-03 2007-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Inverter device
JP2007068302A (ja) * 2005-08-30 2007-03-15 Toshiba Corp 電力用半導体素子及び半導体電力変換装置
WO2007129486A1 (ja) * 2006-05-10 2007-11-15 Kabushiki Kaisha Toshiba 半導体装置およびその製造方法
US8881386B2 (en) 2010-01-13 2014-11-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power module production method, and power module produced thereby
WO2011104804A1 (ja) 2010-02-25 2011-09-01 日本電気株式会社 信号処理回路、無線通信装置及び信号処理方法
WO2013140704A1 (ja) * 2012-03-21 2013-09-26 富士電機株式会社 電力変換装置
JPWO2013140704A1 (ja) * 2012-03-21 2015-08-03 富士電機株式会社 電力変換装置
DE112019007411T5 (de) 2019-06-06 2022-02-17 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitermodul und leistungswandlervorrichtung
US12074082B2 (en) 2019-06-06 2024-08-27 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor module and power conversion device
US12068217B2 (en) 2019-07-26 2024-08-20 Mitsubishi Electric Corporation Frame member with a porous material between a semiconductor module and heat sink
WO2023181905A1 (ja) * 2022-03-22 2023-09-28 日本発條株式会社 積層体の製造方法
TWI839160B (zh) * 2022-03-22 2024-04-11 日商日本發條股份有限公司 積層體的製造方法

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