JP2005354000A - Electric power semiconductor device - Google Patents

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Hiromichi Kuno
裕道 久野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power semiconductor device which is able to have a long life even under an environment of a great temperature variation. <P>SOLUTION: The electric power semiconductor device 10 includes an inverter 1, piping 2, 3, valves 4, 5, and ECU 6. The inverter 1 is connected to a radiator 20 through the piping 2, 3, and drives an alternating motor according to a signal PWM from the ECU 6. The inverter 1 is cooled by the radiator 20 and is cooled with cooling water circulated through the piping 2, 3 by a water pump 30. The valve 4 is located at the piping 2 near an inlet into which the cooling water enters the inverter 1, and the valve 5 is located at the piping 3 near an outlet from which the cooling water goes out from the inverter 1. The ECU 6 opens the valves 4, 5 by signals OP1, OP2 respectively when the inverter 1 drives and closes the valves 4, 5 by signals CL1, CL2 respectively when the inverter 1 stops. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、電力用半導体装置に関し、特に、長寿命化が可能な電力用半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device capable of extending the life.

最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。   Recently, hybrid vehicles and electric vehicles have attracted a great deal of attention as environmentally friendly vehicles. Some hybrid vehicles have been put into practical use.

このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。   This hybrid vehicle is a vehicle that uses a DC power source, an inverter, and a motor driven by the inverter as a power source in addition to a conventional engine. In other words, a power source is obtained by driving the engine, a DC voltage from a DC power source is converted into an AC voltage by an inverter, and a motor is rotated by the converted AC voltage to obtain a power source. An electric vehicle is a vehicle that uses a DC power source, an inverter, and a motor driven by the inverter as a power source.

このようなハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるインバータには、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられている。そして、特許文献１は、放熱基板上に半田付けされたスイッチング素子からなるパワーモジュール（インバータ）を開示する。このパワーモジュールにおいては、パワーモジュールの温度が検出され、その検出されたパワーモジュールの温度が所定以下のとき、加熱手段によりパワーモジュールを加熱する。   An IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used for an inverter mounted on such a hybrid vehicle or an electric vehicle. And patent document 1 discloses the power module (inverter) which consists of a switching element soldered on the thermal radiation board | substrate. In this power module, the temperature of the power module is detected, and when the detected temperature of the power module is equal to or lower than a predetermined value, the power module is heated by the heating means.

このように、特許文献１は、パワーモジュールの温度が所定以下のときパワーモジュールを加熱することを開示する。   Thus, patent document 1 discloses heating a power module when the temperature of a power module is below predetermined.

また、特許文献２は、インバータを冷却するインバータ冷却装置において、冷却の必要がない場合、ウォータポンプをオフする技術を開示する。
特開２００３−７９３４号公報 特開平１０−２１０７９０号公報 Patent Document 2 discloses a technique for turning off a water pump when there is no need for cooling in an inverter cooling device that cools an inverter.
JP 2003-7934 A JP-A-10-210790

しかし、放熱基板上に半田付けされたスイッチング素子からなるパワーモジュールは、その冷熱サイクルによって、スイッチング素子と放熱基板との間の線膨張係数の相違に起因してスイッチング素子と放熱基板との接合部にクラックが入り、寿命が短くなるという問題がある。   However, a power module composed of a switching element soldered on a heat dissipation board is caused by a difference in linear expansion coefficient between the switching element and the heat dissipation board due to its cooling cycle. There is a problem that cracks are formed in the metal and the life is shortened.

すなわち、パワーモジュールの駆動／停止が繰返されることにより、スイッチング素子は、昇温／降温が繰返され、スイッチング素子と放熱基板との線膨張係数の違いによってスイッチング素子と放熱基板との接合部にクラックが発生する。   That is, by repeatedly driving / stopping the power module, the switching element is repeatedly heated and cooled, and a crack is caused at the joint between the switching element and the heat dissipation board due to a difference in linear expansion coefficient between the switching element and the heat dissipation board. Will occur.

そして、この問題は、特許文献１に開示されたパワーモジュールにおいても発生する。特許文献１に開示されたパワーモジュールは、所定の温度まで低下すると加熱手段により加熱されるが、パワーモジュールの駆動時の駆動温度と、この所定の温度との間で昇温／降温が繰返されることによりスイッチング素子と放熱基板との接合部にクラックが発生する可能性がある。したがって、所定の温度まで低下したときにパワーモジュールを加熱するという手段では、冷熱サイクルによるスイッチング素子と放熱基板との接合部にクラックが入るという問題を解決することが困難である。   This problem also occurs in the power module disclosed in Patent Document 1. The power module disclosed in Patent Document 1 is heated by the heating means when it is lowered to a predetermined temperature, but the temperature rise / fall is repeated between the drive temperature at the time of driving the power module and the predetermined temperature. As a result, cracks may occur at the joint between the switching element and the heat dissipation substrate. Therefore, it is difficult to solve the problem that cracks occur at the joint between the switching element and the heat dissipation board due to the thermal cycle by means of heating the power module when the temperature is lowered to a predetermined temperature.

また、特許文献２では、冷却の必要がない場合、ウォータポンプを停止するが、たとえ、ウォータポンプを停止しても配管中の冷媒を介してパワーモジュールから熱が拡散する。したがって、スイッチング素子は、昇温／降温が繰返され、スイッチング素子と放熱基板との線膨張係数の違いによってスイッチング素子と放熱基板との接合部にクラックが発生する。   In Patent Document 2, the water pump is stopped when cooling is not necessary. However, even if the water pump is stopped, heat diffuses from the power module via the refrigerant in the pipe. Therefore, the switching element is repeatedly heated and lowered, and a crack is generated at the joint between the switching element and the heat dissipation board due to the difference in the linear expansion coefficient between the switching element and the heat dissipation board.

さらに、寒暖の差が大きい環境下で使用される自動車にパワーモジュールを搭載する場合、上記の問題が顕著になる。   Furthermore, when the power module is mounted on an automobile used in an environment where the temperature difference is large, the above problem becomes significant.

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、温度変化が大きい環境下においても長寿命化が可能な電力用半導体装置を提供することである。   Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a power semiconductor device capable of extending the life even in an environment where the temperature change is large.

この発明によれば、電力用半導体装置は、半導体装置と、伝熱抑制部材とを備える。半導体装置は、基板上に固着されたスイッチング素子を含む。伝熱抑制部材は、半導体装置からの伝熱を抑制する。   According to this invention, the power semiconductor device includes the semiconductor device and the heat transfer suppressing member. The semiconductor device includes a switching element fixed on a substrate. The heat transfer suppression member suppresses heat transfer from the semiconductor device.

好ましくは、伝熱抑制手段は、半導体装置からの伝熱経路を遮断する。   Preferably, the heat transfer suppression means blocks a heat transfer path from the semiconductor device.

好ましくは、伝熱抑制手段は、半導体装置の停止後、半導体装置に接続された冷却系の伝熱経路を遮断する。   Preferably, the heat transfer suppression unit blocks the heat transfer path of the cooling system connected to the semiconductor device after the semiconductor device is stopped.

好ましくは、伝熱抑制手段は、半導体装置の停止後、半導体装置に接続された電流回路系の伝熱経路を遮断する。   Preferably, the heat transfer suppression unit blocks the heat transfer path of the current circuit system connected to the semiconductor device after the semiconductor device is stopped.

好ましくは、電力用半導体装置は、半導体装置を覆う保温部材をさらに備える。   Preferably, the power semiconductor device further includes a heat retaining member that covers the semiconductor device.

好ましくは、伝熱抑制手段は、半導体装置を覆い、半導体装置からの放熱を抑制する放熱抑制部材である。   Preferably, the heat transfer suppression means is a heat dissipation suppression member that covers the semiconductor device and suppresses heat dissipation from the semiconductor device.

好ましくは、電力用半導体装置は、加熱手段をさらに備える。加熱手段は、半導体装置の温度がしきい値まで低下すると半導体装置を加熱する。   Preferably, the power semiconductor device further includes a heating unit. The heating means heats the semiconductor device when the temperature of the semiconductor device decreases to a threshold value.

好ましくは、スイッチング素子は、シリコンカーバイドからなる。   Preferably, the switching element is made of silicon carbide.

この発明による電力用半導体装置においては、半導体装置から外部への熱の伝達が抑制される。したがって、電力用半導体装置の駆動／停止を繰返しても、半導体装置の急激な温度低下が抑制される。そうすると、スイッチング素子とスイッチング素子を基板に固着する固着材（たとえば、半田）との線膨張係数の違いに起因するスイッチング素子と基板との接合部におけるクラックの発生が抑制される。   In the power semiconductor device according to the present invention, heat transfer from the semiconductor device to the outside is suppressed. Therefore, even if driving / stopping of the power semiconductor device is repeated, a rapid temperature drop of the semiconductor device is suppressed. Then, the occurrence of cracks at the junction between the switching element and the substrate due to the difference in linear expansion coefficient between the switching element and the fixing material (for example, solder) that fixes the switching element to the substrate is suppressed.

したがって、この発明によれば、電力用半導体装置の寿命を長くできる。   Therefore, according to the present invention, the life of the power semiconductor device can be extended.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電力用半導体装置の概略図である。図１を参照して、実施の形態１による電力用半導体装置１０は、インバータ１と、配管２，３と、バルブ４，５と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６とを備える。 [Embodiment 1]
1 is a schematic diagram of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the power semiconductor device 10 according to the first embodiment includes an inverter 1, pipes 2 and 3, valves 4 and 5, and an ECU (Electrical Control Unit) 6.

インバータ１は、配管２，３を介してラジエータ２０に接続される。そして、インバータ１は、ＥＣＵ６からの信号ＰＷＭに応じて交流モータ（図示せず）を駆動する。配管２は、ウォータポンプ３０によって循環される冷却水をインバータ１に供給する。配管３は、インバータ１から排出された冷却水をラジエータ２０へ供給する。バルブ４は、冷却水がインバータ１へ入る入口近傍の配管２に設けられ、バルブ５は、冷却水がインバータ１から出る出口近傍の配管３に設けられる。   The inverter 1 is connected to the radiator 20 via the pipes 2 and 3. Inverter 1 drives an AC motor (not shown) in accordance with signal PWM from ECU 6. The pipe 2 supplies the cooling water circulated by the water pump 30 to the inverter 1. The pipe 3 supplies the cooling water discharged from the inverter 1 to the radiator 20. The valve 4 is provided in the pipe 2 near the inlet through which the cooling water enters the inverter 1, and the valve 5 is provided in the pipe 3 near the outlet from which the cooling water exits from the inverter 1.

ＥＣＵ６は、インバータ１をスイッチング制御するための信号ＰＷＭを生成してインバータ１へ出力する。これにより、インバータ１は、スイッチング制御される。   The ECU 6 generates a signal PWM for switching control of the inverter 1 and outputs the signal PWM to the inverter 1. Thereby, the inverter 1 is switching-controlled.

また、ＥＣＵ６は、バルブ４を開けるための信号ＯＰ１と、バルブ４を閉じるための信号ＣＬ１とを生成し、その生成した信号ＯＰ１，ＣＬ１をバルブ４へ出力する。さらに、ＥＣＵ６は、バルブ５を開けるための信号ＯＰ２と、バルブ５を閉じるための信号ＣＬ２とを生成し、その生成した信号ＯＰ２，ＣＬ２をバルブ５へ出力する。これにより、バルブ４は、信号ＯＰ１に応じて開き、信号ＣＬ１に応じて閉じる。また、バルブ５は、信号ＯＰ２に応じて開き、信号ＣＬ２に応じて閉じる。   In addition, the ECU 6 generates a signal OP1 for opening the valve 4 and a signal CL1 for closing the valve 4, and outputs the generated signals OP1 and CL1 to the valve 4. Further, the ECU 6 generates a signal OP2 for opening the valve 5 and a signal CL2 for closing the valve 5, and outputs the generated signals OP2 and CL2 to the valve 5. Thereby, the valve 4 opens in response to the signal OP1 and closes in response to the signal CL1. The valve 5 opens in response to the signal OP2 and closes in response to the signal CL2.

ラジエータ２０は、配管３から受けた冷却水を冷却して配管２へ供給する。   The radiator 20 cools the cooling water received from the pipe 3 and supplies it to the pipe 2.

ウォータポンプ３０は、配管２，３を介してインバータ１とラジエータ２０との間で冷却水を循環する。これにより、インバータ１は、冷却される。   The water pump 30 circulates cooling water between the inverter 1 and the radiator 20 via the pipes 2 and 3. Thereby, the inverter 1 is cooled.

図２は、図１に示すインバータ１の回路図である。図２を参照して、インバータ１は、Ｕ相アーム１１と、Ｖ相アーム１２と、Ｗ相アーム１３とからなる。Ｕ相アーム１１、Ｖ相アーム１２およびＷ相アーム１３は、正母線ＬＮ１と負母線ＬＮ２との間に並列に設けられる。   FIG. 2 is a circuit diagram of inverter 1 shown in FIG. Referring to FIG. 2, inverter 1 includes a U-phase arm 11, a V-phase arm 12, and a W-phase arm 13. U-phase arm 11, V-phase arm 12 and W-phase arm 13 are provided in parallel between positive bus LN1 and negative bus LN2.

Ｕ相アーム１１は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｖ相アーム１２は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１３は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。   The U-phase arm 11 includes NPN transistors Q3 and Q4 connected in series, the V-phase arm 12 includes NPN transistors Q5 and Q6 connected in series, and the W-phase arm 13 includes NPN transistors Q7 and Q7 connected in series. Consists of Q8. Further, diodes D3 to D8 that flow current from the emitter side to the collector side are connected between the collectors and emitters of the NPN transistors Q3 to Q8, respectively.

ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなる。   NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 are made of silicon carbide (SiC).

図３は、図１に示すインバータ１におけるＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の設置方法を説明するための断面図である。図３を参照して、放熱板１６は、シリコングリス１５を介してヒートシンク１４上に配置される。絶縁基板１８は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）１８１と、アルミニウム（Ａｌ）１８２，１８３とからなる。アルミニウム１８２は、窒化アルミニウム１８１の一主面に設置され、アルミニウム１８３は、窒化アルミニウム１８１の一主面の反対面に設置される。このように、絶縁基板１８は、窒化アルミニウム１８１の両面にアルミニウム１８２，１８３を配設した断面構造からなる。   FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a method of installing NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8 in inverter 1 shown in FIG. Referring to FIG. 3, the heat radiating plate 16 is disposed on the heat sink 14 via the silicon grease 15. The insulating substrate 18 is made of aluminum nitride (AlN) 181 and aluminum (Al) 182 and 183. Aluminum 182 is installed on one main surface of aluminum nitride 181, and aluminum 183 is installed on the opposite surface of one main surface of aluminum nitride 181. As described above, the insulating substrate 18 has a cross-sectional structure in which the aluminum 182 and 183 are disposed on both surfaces of the aluminum nitride 181.

そして、絶縁基板１８は、アルミニウム１８３が半田１７によって放熱板１６に接着されることによって放熱板１６に固着され、ＮＰＮトランジスタＱ３は、半田１９によってアルミニウム１８２に接着されることによって絶縁基板１８に固着される。ワイヤＷＬは、ＮＰＮトランジスタＱ３に接続される。   The insulating substrate 18 is fixed to the heat radiating plate 16 by bonding aluminum 183 to the heat radiating plate 16 with solder 17, and the NPN transistor Q 3 is fixed to the insulating substrate 18 by bonding to aluminum 182 with the solder 19. Is done. The wire WL is connected to the NPN transistor Q3.

ヒートシンク１４は、複数の溝１４１を有する。配管２を介してインバータ１へ供給された冷却水は、ヒートシンク１４の複数の溝１４１を紙面に垂直な方向に流れることによって放熱板１６および絶縁基板１８を介してＮＰＮトランジスタＱ３を冷却する。   The heat sink 14 has a plurality of grooves 141. The cooling water supplied to the inverter 1 via the pipe 2 flows through the plurality of grooves 141 of the heat sink 14 in a direction perpendicular to the paper surface, thereby cooling the NPN transistor Q3 via the heat sink 16 and the insulating substrate 18.

このように、ＮＰＮトランジスタＱ３は、半田付けによって基板（放熱板１６および絶縁基板１８）に固着される。   In this manner, the NPN transistor Q3 is fixed to the substrate (the heat sink 16 and the insulating substrate 18) by soldering.

ＮＰＮトランジスタＱ４〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８も、ＮＰＮトランジスタＱ３と同じように図３に示す態様で基板（放熱板１６および絶縁基板１８）に固着される。   NPN transistors Q4 to Q8 and diodes D3 to D8 are also fixed to the substrate (heat radiation plate 16 and insulating substrate 18) in the manner shown in FIG. 3 in the same manner as NPN transistor Q3.

再び、図１を参照して、ＥＣＵ６は、信号ＰＷＭを生成してインバータ１へ出力する。インバータ１のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、ＥＣＵ６からの信号ＰＷＭによってスイッチング制御され、インバータ１は、直流電源（図示せず）から受けた直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ（図示せず）を駆動する。   Referring again to FIG. 1, ECU 6 generates signal PWM and outputs it to inverter 1. The NPN transistors Q3 to Q8 of the inverter 1 are switching-controlled by a signal PWM from the ECU 6, and the inverter 1 converts a DC voltage received from a DC power supply (not shown) into an AC voltage and converts it into an AC motor (not shown). Drive.

また、ＥＣＵ６は、インバータ１を駆動制御するとき、信号ＯＰ１，ＯＰ２を生成してそれぞれバルブ４，５へ出力する。これにより、バルブ４，５は開く。そして、ウォータポンプ３０は、インバータ１とラジエータ２０との間で配管２，３を介して冷却水を循環する。ラジエータ２０は、配管３からの冷却水を冷却して配管２へ供給する。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８は、冷却水によって冷却される。   Further, the ECU 6 generates signals OP1 and OP2 and outputs them to the valves 4 and 5, respectively, when driving the inverter 1 is controlled. Thereby, the valves 4 and 5 are opened. The water pump 30 circulates cooling water between the inverter 1 and the radiator 20 via the pipes 2 and 3. The radiator 20 cools the cooling water from the pipe 3 and supplies it to the pipe 2. Thereby, NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 are cooled by the cooling water.

このように、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、冷却水によって冷却されており、その駆動温度は、たとえば、２００℃程度である。   Thus, the NPN transistors Q3 to Q8 are cooled by the cooling water, and the driving temperature thereof is, for example, about 200 ° C.

そして、ＥＣＵ６は、インバータ１を停止させると、信号ＣＬ１，ＣＬ２を生成してそれぞれバルブ４，５へ出力する。これにより、バルブ４，５は、閉じる。   Then, when the inverter 1 is stopped, the ECU 6 generates signals CL1 and CL2 and outputs them to the valves 4 and 5, respectively. Thereby, the valves 4 and 5 are closed.

そうすると、動作中にＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８において発生した熱は、絶縁基板１８および放熱板１６を介してヒートシンク１４へ伝達され、さらに、ヒートシンク１４の複数の溝１４１に溜まった冷却水に伝達される。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の温度は、動作時の２００℃よりも低下する。   Then, the heat generated in the NPN transistors Q3 to Q8 during operation is transmitted to the heat sink 14 via the insulating substrate 18 and the heat radiating plate 16, and further transferred to the cooling water accumulated in the plurality of grooves 141 of the heat sink 14. . As a result, the temperatures of the NPN transistors Q3 to Q8 are lower than 200 ° C. during operation.

しかし、バルブ４，５は閉じられているので、冷却水に伝達された熱は、バルブ４，５よりもラジエータ２０側の配管２，３中に溜まった冷却水へ伝達されない。この場合、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８において発生した熱が配管２，３を介して伝達することは殆どない。つまり、バルブ４，５を閉じることによってＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８からの伝熱経路が遮断される。したがって、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の急激な温度低下が抑制される。その結果、インバータ１の駆動／停止を繰返した場合にＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の温度の変動幅をバルブ４，５を開いた状態にしておく場合よりも少なくでき、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生を抑制できる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の寿命を長くできる。   However, since the valves 4 and 5 are closed, the heat transferred to the cooling water is not transferred to the cooling water accumulated in the pipes 2 and 3 on the radiator 20 side than the valves 4 and 5. In this case, the heat generated in the NPN transistors Q3 to Q8 is hardly transmitted through the pipes 2 and 3. That is, by closing the valves 4 and 5, the heat transfer path from the NPN transistors Q3 to Q8 is blocked. Therefore, a rapid temperature drop of NPN transistors Q3 to Q8 is suppressed. As a result, when the drive / stop of the inverter 1 is repeated, the temperature fluctuation range of the NPN transistors Q3 to Q8 can be made smaller than when the valves 4 and 5 are left open, and the NPN transistors Q3 to Q8 and the insulating substrate The occurrence of cracks at the joint portion (solder 19) with 18 can be suppressed. And the lifetime of NPN transistors Q3-Q8 can be lengthened.

特に、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８がＳｉＣからなる場合、動作温度が４００℃程度まで許容されるので、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のスイッチング制御を停止した場合、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の温度が急激に低下することも想定されるが、この発明においては、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８からの伝熱経路が遮断されるので、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の急激な温度低下が抑制される。したがって、この発明は、より高温で駆動されるスイッチング素子の長寿命化に特に有効である。   In particular, when the NPN transistors Q3 to Q8 are made of SiC, the operating temperature is allowed to about 400 ° C. Therefore, when the switching control of the NPN transistors Q3 to Q8 is stopped, the temperature of the NPN transistors Q3 to Q8 rapidly decreases. However, in the present invention, since the heat transfer path from the NPN transistors Q3 to Q8 is cut off, a rapid temperature drop of the NPN transistors Q3 to Q8 is suppressed. Therefore, the present invention is particularly effective for extending the life of switching elements driven at higher temperatures.

ダイオードＤ３〜Ｄ８も、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８と同様、電流が流れることにより昇温されるので、ダイオードＤ３〜Ｄ８からの伝熱経路を遮断することは、ダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生を抑制し、ダイオードＤ３〜Ｄ８の寿命を長くすることにも有効である。   Similarly to the NPN transistors Q3 to Q8, the diodes D3 to D8 are also heated by current flow. Therefore, blocking the heat transfer path from the diodes D3 to D8 is caused by the diodes D3 to D8 and the insulating substrate 18. It is also effective in suppressing the occurrence of cracks in the joint (solder 19) and extending the life of the diodes D3 to D8.

上述したように、実施の形態１においては、インバータ１の冷却系の伝熱経路を遮断することによってインバータ１からの伝熱を抑制することを特徴とする。   As described above, the first embodiment is characterized in that the heat transfer from the inverter 1 is suppressed by blocking the heat transfer path of the cooling system of the inverter 1.

なお、インバータ１は、「半導体装置」を構成する。   The inverter 1 constitutes a “semiconductor device”.

また、バルブ４，５およびバルブ４，５を閉じるＥＣＵ６は、半導体装置からの伝熱を抑制する「伝熱抑制手段」を構成する。   The ECU 6 that closes the valves 4 and 5 and the valves 4 and 5 constitutes “heat transfer suppression means” that suppresses heat transfer from the semiconductor device.

実施の形態１によれば、電力用半導体装置１０は、インバータ１の停止時にバルブ４，５を閉じるＥＣＵ６を備えるので、インバータ１を構成するＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの冷却系を介した伝熱が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制される。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を長寿命化できる。   According to the first embodiment, power semiconductor device 10 includes ECU 6 that closes valves 4 and 5 when inverter 1 is stopped. Therefore, a cooling system from NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8 constituting inverter 1 is used. Is suppressed, and a rapid temperature drop of NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8 is suppressed. As a result, the occurrence of cracks at the junctions (solder 19) between NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 and insulating substrate 18 is suppressed, and the lifetime of NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 can be extended.

［実施の形態２］
図４は、実施の形態２による電力用半導体装置の概略図である。図４を参照して、実施の形態２による電力用半導体装置１０Ａは、図１に示す電力用半導体装置１０のバルブ４，５を削除し、保温部材７を追加したものであり、その他は、電力用半導体装置１０と同じである。 [Embodiment 2]
FIG. 4 is a schematic diagram of a power semiconductor device according to the second embodiment. Referring to FIG. 4, power semiconductor device 10 </ b> A according to the second embodiment is obtained by deleting valves 4 and 5 from power semiconductor device 10 shown in FIG. 1 and adding heat retaining member 7. This is the same as the power semiconductor device 10.

なお、実施の形態２においては、ＥＣＵ６は、信号ＰＷＭによってインバータ１を駆動制御する機能のみを行なう。   In the second embodiment, ECU 6 performs only the function of driving and controlling inverter 1 by signal PWM.

保温部材７は、発泡スチロールまたは空気層からなり、インバータ１を覆う。そして、保温部材７は、インバータ１で発生した熱が外部へ放熱されるのを抑制する。   The heat retaining member 7 is made of foamed polystyrene or an air layer and covers the inverter 1. The heat retaining member 7 suppresses heat generated in the inverter 1 from being radiated to the outside.

ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８がスイッチング制御されることによってインバータ１は、２００℃程度まで昇温される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のスイッチング制御が停止されると、インバータ１の温度は２００℃から低下する。   The inverter 1 is heated to about 200 ° C. by switching control of the NPN transistors Q3 to Q8. When the switching control of NPN transistors Q3 to Q8 is stopped, the temperature of inverter 1 decreases from 200 ° C.

しかし、保温部材７は、動作中にインバータ１で発生した熱が外部へ放熱されるのを抑制するため、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの伝熱を抑制するため、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下は、抑制される。   However, the heat retaining member 7 prevents the heat generated in the inverter 1 during operation from being dissipated to the outside, that is, to suppress heat transfer from the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8. The rapid temperature drop of transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 is suppressed.

その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を長寿命化できる。   As a result, the occurrence of cracks at the junctions (solder 19) between NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 and insulating substrate 18 is suppressed, and the lifetime of NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 can be extended.

このように、実施の形態２においては、インバータ１を保温部材７によって覆うことによってインバータ１からの伝熱を抑制することを特徴とする。   As described above, the second embodiment is characterized in that heat transfer from the inverter 1 is suppressed by covering the inverter 1 with the heat retaining member 7.

なお、保温部材７は、半導体装置からの伝熱を抑制する「伝熱抑制手段」を構成する。   The heat retaining member 7 constitutes “heat transfer suppression means” that suppresses heat transfer from the semiconductor device.

また、保温部材７は、半導体装置を覆い、半導体装置からの放熱を抑制する「放熱抑制部材」を構成する。   Further, the heat retaining member 7 constitutes a “heat dissipation suppressing member” that covers the semiconductor device and suppresses heat dissipation from the semiconductor device.

さらに、電力用半導体装置１０Ａは、実施の形態１で説明したバルブ４，５を備え、インバータ１の停止後、バルブ４，５を閉じるようにしてもよい。これにより、インバータ１からの伝熱がさらに抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８をさらに長寿命化できる。   Further, the power semiconductor device 10A may include the valves 4 and 5 described in the first embodiment, and the valves 4 and 5 may be closed after the inverter 1 is stopped. Thereby, heat transfer from inverter 1 is further suppressed, and NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8 can have a longer life.

その他は、実施の形態１と同じである。   Others are the same as in the first embodiment.

実施の形態２によれば、電力用半導体装置１０Ａは、インバータ１を覆う保温部材７を備えるので、インバータ１を構成するＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの伝熱が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制される。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を長寿命化できる。   According to the second embodiment, power semiconductor device 10A includes heat retaining member 7 that covers inverter 1, so that heat transfer from NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 constituting inverter 1 is suppressed, and NPN The rapid temperature drop of transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 is suppressed. As a result, the occurrence of cracks at the junctions (solder 19) between NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 and insulating substrate 18 is suppressed, and the lifetime of NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 can be extended.

［実施の形態３］
図５は、実施の形態３による電力用半導体装置の概略図である。図５を参照して、実施の形態３による電力用半導体装置１０Ｂは、図１に示す電力用半導体装置１０のバルブ４，５を削除し、インバータ１およびＥＣＵ６をそれぞれインバータ１ＡおよびＥＣＵ６Ａに代えたものであり、その他は、電力用半導体装置１０と同じである。 [Embodiment 3]
FIG. 5 is a schematic diagram of a power semiconductor device according to the third embodiment. Referring to FIG. 5, in power semiconductor device 10B according to the third embodiment, valves 4 and 5 of power semiconductor device 10 shown in FIG. 1 are deleted, and inverter 1 and ECU 6 are replaced by inverter 1A and ECU 6A, respectively. Others are the same as those of the power semiconductor device 10.

インバータ１Ａは、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を含み、インバータ１と同じ回路構成からなる。   Inverter 1A includes NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8, and has the same circuit configuration as inverter 1.

図６は、実施の形態３におけるＮＰＮトランジスタＱ３の素子構造を示す斜視図である。図６を参照して、ＮＰＮトランジスタＱ３は、半田付けによって基板２１に固着される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３は、ＳｉＣチップ２２と、エミッタ２３と、コレクタ２４と、ゲート２５と、リレー２６，２７とを含む。   FIG. 6 is a perspective view showing an element structure of NPN transistor Q3 in the third embodiment. Referring to FIG. 6, NPN transistor Q3 is fixed to substrate 21 by soldering. NPN transistor Q3 includes a SiC chip 22, an emitter 23, a collector 24, a gate 25, and relays 26 and 27.

基板２１は、図３に示すヒートシンク１４、シリコングリス１５、放熱板１６、絶縁基板１８および半田１７，１９からなる。ＳｉＣチップ２２は、基板２１の一主面２１Ａに固着される。エミッタ２３は、その一方端がワイヤＷＬ１によってＳｉＣチップ２２に接続され、他方端がリレー２６に接続される。コレクタ２４は、その一方端がワイヤＷＬ２によってＳｉＣチップ２２に接続され、他方端がリレー２７に接続される。ゲート２５は、ワイヤＷＬ３によってＳｉＣチップ２２に接続される。そして、ＳｉＣチップ２２、ワイヤＷＬ１〜ＷＬ３、エミッタ２３の一方端およびコレクタ２４の一方端は、樹脂２８によって封止されている。すなわち、エミッタ２３の他方端、コレクタ２４の他方端およびゲート２５は、樹脂２８よりも外部へ出ている。   The substrate 21 includes the heat sink 14, the silicon grease 15, the heat radiating plate 16, the insulating substrate 18, and the solders 17 and 19 shown in FIG. 3. SiC chip 22 is fixed to one main surface 21 </ b> A of substrate 21. Emitter 23 has one end connected to SiC chip 22 by wire WL1 and the other end connected to relay 26. The collector 24 has one end connected to the SiC chip 22 by a wire WL <b> 2 and the other end connected to a relay 27. Gate 25 is connected to SiC chip 22 by wire WL3. The SiC chip 22, the wires WL <b> 1 to WL <b> 3, one end of the emitter 23 and one end of the collector 24 are sealed with a resin 28. That is, the other end of the emitter 23, the other end of the collector 24, and the gate 25 are out of the resin 28.

ＮＰＮトランジスタＱ４〜Ｑ８もＮＰＮトランジスタＱ３と同じ素子構造からなり、半田付けによって基板２１に固着される。   NPN transistors Q4 to Q8 also have the same element structure as NPN transistor Q3, and are fixed to substrate 21 by soldering.

また、ダイオードＤ３〜Ｄ８の各々は、半田付けによって基板２１の一主面２１Ａに固着され、樹脂２８によって封止され、その両端がリレー２６，２７に接続された素子構造からなる。   Each of the diodes D3 to D8 has an element structure in which it is fixed to one main surface 21A of the substrate 21 by soldering, sealed with a resin 28, and both ends thereof are connected to relays 26 and 27.

再び、図５を参照して、ＥＣＵ６Ａは、リレー２６をオン／オフするための信号ＳＥ１を生成してＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８へ出力する。また、ＥＣＵ６Ａは、リレー２７をオン／オフするための信号ＳＥ２を生成してＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８へ出力する。   Referring again to FIG. 5, ECU 6A generates signal SE1 for turning on / off relay 26 and outputs the signal SE1 to NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8. Further, ECU 6A generates signal SE2 for turning on / off relay 27 and outputs the signal SE2 to NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8.

信号ＳＥ１，ＳＥ２は、それぞれリレー２６，２７をオンするとき、Ｈ（論理ハイ）レベルからなり、それぞれリレー２６，２７をオフするとき、Ｌ（論理ロー）レベルからなる。   Signals SE1 and SE2 are at the H (logic high) level when relays 26 and 27 are turned on, respectively, and are at the L (logic low) level when relays 26 and 27 are turned off, respectively.

ＥＣＵ６Ａは、その他、信号ＰＷＭによってインバータ１Ａを駆動制御する。   In addition, ECU 6A drives and controls inverter 1A by signal PWM.

電力用半導体装置１０Ｂにおいては、ＥＣＵ６Ａは、インバータ１Ａを駆動制御するとき、Ｈレベルの信号ＳＥ１，ＳＥ２を生成し、その生成した信号ＳＥ１，ＳＥ２をそれぞれＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８のリレー２６，２７へ出力する。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８のリレー２６および２７はオンされる。その後、ＥＣＵ６Ａは、信号ＰＷＭを生成してインバータ１Ａへ出力する。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭによってスイッチング制御され、インバータ１Ａは、直流電源（図示せず）からの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ（図示せず）を駆動する。   In power semiconductor device 10B, when driving control of inverter 1A, ECU 6A generates H-level signals SE1 and SE2, and these generated signals SE1 and SE2 are output from NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8, respectively. Output to relays 26 and 27. Thereby, relays 26 and 27 of NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8 are turned on. Thereafter, ECU 6A generates signal PWM and outputs it to inverter 1A. Thereby, the NPN transistors Q3 to Q8 are switching-controlled by the signal PWM, and the inverter 1A converts a DC voltage from a DC power supply (not shown) into an AC voltage to drive an AC motor (not shown).

そして、ＥＣＵ６Ａは、インバータ１Ａを停止した後、Ｌレベルの信号ＳＥ１，ＳＥ２を生成してそれぞれＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８のリレー２６，２７へ出力する。これにより、リレー２６および２７はオフされる。   Then, ECU 6A stops inverter 1A, then generates L level signals SE1 and SE2 and outputs them to NPN transistors Q3 to Q8 and relays 26 and 27 of diodes D3 to D8, respectively. Thereby, relays 26 and 27 are turned off.

そうすると、駆動中にＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８において発生し、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８に蓄積された熱は、リレー２６および２７を介して伝熱しない。   Then, the heat generated in NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 during driving and accumulated in NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 does not transfer through relays 26 and 27.

その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の温度は、急激に低下せず、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と基板２１との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の寿命が長くなる。   As a result, the temperatures of the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 do not rapidly decrease, and the occurrence of cracks at the junction (solder 19) between the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 and the substrate 21 is suppressed. Is done. And the lifetime of NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 is prolonged.

このように、実施の形態３においては、インバータ１Ａの停止後に、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの電流回路系を介した伝熱を遮断することを特徴とする。   As described above, the third embodiment is characterized in that heat transfer from the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 through the current circuit system is interrupted after the inverter 1A is stopped.

なお、インバータ１Ａは、「半導体装置」を構成する。   The inverter 1A constitutes a “semiconductor device”.

また、リレー２６，２７およびリレー２６，２７をオフするＥＣＵ６Ａは、半導体装置からの伝熱を抑制する「伝熱抑制手段」を構成する。   The ECU 6A that turns off the relays 26 and 27 and the relays 26 and 27 constitutes “heat transfer suppression means” that suppresses heat transfer from the semiconductor device.

さらに、実施の形態３においては、上述した実施の形態１，２の少なくとも１つを電力用半導体装置１０Ｂに適用するようにしてもよい。これにより、インバータ１Ａからの伝熱がさらに抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８をさらに長寿命化できる。   Furthermore, in the third embodiment, at least one of the first and second embodiments described above may be applied to the power semiconductor device 10B. Thereby, heat transfer from inverter 1A is further suppressed, and NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 can be further extended in life.

その他は、実施の形態１，２と同じである。   The rest is the same as in the first and second embodiments.

実施の形態３によれば、電力用半導体装置１０Ｂは、インバータ１Ａの停止時にリレー２６，２７をオフするＥＣＵ６Ａを備えるので、インバータ１Ａを構成するＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの電流回路系を介した伝熱が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制される。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板１８との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を長寿命化できる。   According to the third embodiment, power semiconductor device 10B includes ECU 6A that turns off relays 26 and 27 when inverter 1A is stopped. Therefore, current from NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8 constituting inverter 1A. Heat transfer through the circuit system is suppressed, and a rapid temperature drop of the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 is suppressed. As a result, the occurrence of cracks at the junctions (solder 19) between NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 and insulating substrate 18 is suppressed, and the lifetime of NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 can be extended.

［実施の形態４］
図７は、実施の形態４による電力用半導体装置の概略図である。図７を参照して、実施の形態４による電力用半導体装置１０Ｃは、図１に示す電力用半導体装置１０のインバータ１およびＥＣＵ６をそれぞれインバータ１ＢおよびＥＣＵ６Ｂに代え、温度センサー８を追加したものであり、その他は、電力用半導体装置１０と同じである。 [Embodiment 4]
FIG. 7 is a schematic diagram of a power semiconductor device according to the fourth embodiment. Referring to FIG. 7, power semiconductor device 10C according to the fourth embodiment is obtained by replacing inverter 1 and ECU 6 of power semiconductor device 10 shown in FIG. 1 with inverter 1B and ECU 6B, respectively, and adding temperature sensor 8. Others are the same as those of the power semiconductor device 10.

インバータ１Ｂは、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を含み、インバータ１と同じ回路構成からなる。温度センサー８は、インバータ１Ｂの温度Ｔｉｎｖを検出し、その検出した温度ＴｉｎｖをＥＣＵ６Ｂへ出力する。   Inverter 1B includes NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8, and has the same circuit configuration as inverter 1. Temperature sensor 8 detects temperature Tinv of inverter 1B and outputs the detected temperature Tinv to ECU 6B.

図８は、実施の形態４におけるＮＰＮトランジスタＱ３の配置方法を説明するための断面図である。図８を参照して、ヒートシンク３１は、図３に示すヒートシンク１４と同じように複数の溝（図示せず）を含む。基板３２は、ヒートシンク３１の一主面３１Ａに設置され、図３に示すシリコングリス１５、放熱板１６、半田１７，１９および絶縁基板１８からなる。ＮＰＮトランジスタＱ３は、半田付けによって基板３２に固着される。ヒーター３３は、ヒートシンク３１内に配設され、基板３２を介してＮＰＮトランジスタＱ３を加熱する。   FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a method of arranging NPN transistor Q3 in the fourth embodiment. Referring to FIG. 8, the heat sink 31 includes a plurality of grooves (not shown) in the same manner as the heat sink 14 shown in FIG. The substrate 32 is installed on one main surface 31A of the heat sink 31, and includes the silicon grease 15, the heat radiating plate 16, the solders 17 and 19, and the insulating substrate 18 shown in FIG. The NPN transistor Q3 is fixed to the substrate 32 by soldering. The heater 33 is disposed in the heat sink 31 and heats the NPN transistor Q3 through the substrate 32.

ＮＰＮトランジスタＱ４〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の各々は、ＮＰＮトランジスタＱ３と同じように半田付けによって基板３２に固着される。   NPN transistors Q4-Q8 and diodes D3-D8 are each fixed to substrate 32 by soldering in the same manner as NPN transistor Q3.

再び、図７を参照して、ＥＣＵ６Ｂは、上述した信号ＯＰ１，ＣＬ１を生成してバルブ４へ出力し、信号ＯＰ２，ＣＬ２を生成してバルブ５へ出力する。また、ＥＣＵ６Ｂは、信号ＰＷＭを生成してインバータ１Ｂへ出力する。さらに、ＥＣＵ６Ｂは、温度センサー８から温度Ｔｉｎｖを受け、その受けた温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下したか否かを判定する。そして、ＥＣＵ６Ｂは、その判定結果に応じた論理レベルを有する信号ＨＴを生成してヒーター３３へ出力する。すなわち、ＥＣＵ６Ｂは、温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下すると、Ｈレベルの信号ＨＴを生成してヒーター３３へ出力し、温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下していないときＬレベルの信号ＨＴを生成してヒーター３３へ出力する。   Referring to FIG. 7 again, ECU 6B generates signals OP1 and CL1 described above and outputs them to valve 4, and generates signals OP2 and CL2 and outputs them to valve 5. ECU 6B also generates signal PWM and outputs it to inverter 1B. Further, ECU 6B receives temperature Tinv from temperature sensor 8, and determines whether or not received temperature Tinv has decreased to threshold value Tth. Then, the ECU 6B generates a signal HT having a logic level corresponding to the determination result and outputs the signal HT to the heater 33. That is, when temperature Tinv drops to threshold value Tth, ECU 6B generates H level signal HT and outputs it to heater 33, and when temperature Tinv does not drop to threshold value Tth, it outputs L level signal HT. Generate and output to the heater 33.

ヒーター３３は、Ｈレベルの信号ＨＴに応じて駆動され、ＮＰＮトランジスタＱ３を加熱し、Ｌレベルの信号ＨＴに応じて停止する。   The heater 33 is driven according to the H level signal HT, heats the NPN transistor Q3, and stops according to the L level signal HT.

なお、しきい値Ｔｔｈは、たとえば、ＮＰＮトランジスタＱ３の駆動温度を２００℃とした場合、０℃に設定される。   Threshold value Tth is set to 0 ° C., for example, when the driving temperature of NPN transistor Q 3 is 200 ° C.

ＥＣＵ６Ｂは、インバータ１Ｂを駆動制御するとき、信号ＯＰ１，ＯＰ２を生成してそれぞれバルブ４，５へ出力する。これにより、バルブ４，５は開く。そして、ウォータポンプ３０は、ラジエータ２０によって冷却された冷却水を配管２，３を介してインバータ１Ｂとラジエータ２０との間で循環する。   When driving the inverter 1B, the ECU 6B generates signals OP1 and OP2 and outputs them to the valves 4 and 5, respectively. Thereby, the valves 4 and 5 are opened. The water pump 30 circulates the cooling water cooled by the radiator 20 between the inverter 1 </ b> B and the radiator 20 via the pipes 2 and 3.

また、ＥＣＵ６Ｂは、信号ＰＷＭによってインバータ１Ｂをスイッチング制御する。これによって、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、インバータ１Ｂは、直流電源（図示せず）からの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ（図示せず）を駆動する。   ECU 6B controls switching of inverter 1B by signal PWM. As a result, the NPN transistors Q3 to Q8 are subjected to switching control, and the inverter 1B converts a DC voltage from a DC power supply (not shown) into an AC voltage to drive an AC motor (not shown).

その後、ＥＣＵ６Ｂは、インバータ１Ｂを停止し、信号ＣＬ１，ＣＬ２を生成してそれぞれバルブ４，５へ出力する。これにより、バルブ４，５は閉じる。そして、ＥＣＵ６Ｂは、温度センサー８から温度Ｔｉｎｖを受け、温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下するか否かを監視する。   Thereafter, the ECU 6B stops the inverter 1B, generates signals CL1 and CL2, and outputs them to the valves 4 and 5, respectively. Thereby, the valves 4 and 5 are closed. The ECU 6B receives the temperature Tinv from the temperature sensor 8 and monitors whether or not the temperature Tinv falls to the threshold value Tth.

温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下すると、ＥＣＵ６Ｂは、Ｈレベルの信号ＨＴを生成してヒーター３３へ出力する。   When the temperature Tinv decreases to the threshold value Tth, the ECU 6B generates an H level signal HT and outputs it to the heater 33.

そうすると、ヒーター３３は、Ｈレベルの信号ＨＴに応じて駆動され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を加熱する。これによって、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８は保温される。   Then, heater 33 is driven according to H level signal HT to heat NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8. As a result, the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 are kept warm.

これによって、インバータ１Ｂの停止後、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８がしきい値Ｔｔｈ以下に低下するのが抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と基板３２との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の寿命が長くなる。   As a result, the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 are prevented from dropping below the threshold value Tth after the inverter 1B is stopped, and the junction between the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 and the substrate 32 is suppressed. Generation of cracks in (solder 19) is suppressed. And the lifetime of NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 is prolonged.

このように、実施の形態４においては、インバータ１Ｂの停止後に、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の冷却系の伝熱経路を遮断し、その伝熱経路の遮断後にインバータ１Ｂの温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下すれば、インバータＩＢを保温することを特徴とする。   Thus, in the fourth embodiment, after the inverter 1B is stopped, the heat transfer path of the cooling system of the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 is cut off, and the temperature Tinv of the inverter 1B is cut off after the heat transfer path is cut off. Is reduced to the threshold value Tth, the inverter IB is kept warm.

この特徴により、インバータ１Ｂの駆動／停止が繰り返し行なわれても、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と基板３２との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の寿命が長くなる。   Due to this feature, even if the inverter 1B is repeatedly driven / stopped, the rapid temperature drop of the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 is suppressed, and the NPN transistors Q3 to Q8, the diodes D3 to D8, the substrate 32, Generation of cracks at the joint (solder 19) is suppressed. And the lifetime of NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 is prolonged.

この実施の形態４においては、インバータ１Ｂの停止後にＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の冷却系の伝熱経路を遮断する制御に代えて、実施の形態２による保温部材７によってインバータ１Ｂを覆うようにしてもよく、実施の形態３において説明したように電流回路系の伝熱経路を遮断する制御を行なうようにしてもよい。これによって、電力用半導体装置１０Ｃと同じ効果を達成することができる。   In the fourth embodiment, instead of the control for cutting off the heat transfer path of the cooling system of NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8 after the inverter 1B is stopped, the heat retaining member 7 according to the second embodiment causes the inverter 1B to You may make it cover, and you may make it perform control which interrupts | blocks the heat-transfer path | route of a current circuit type | system | group as demonstrated in Embodiment 3. FIG. As a result, the same effect as that of the power semiconductor device 10C can be achieved.

また、実施の形態４においては、電力用半導体装置１０Ｃに実施の形態２による保温部材７によってインバータ１Ｂを覆うこと、および実施の形態３において説明したように電流回路系の伝熱経路を遮断する制御を追加してもよい。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの伝熱をさらに抑制でき、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と基板３２との接合部（半田１９）におけるクラックの発生をさらに抑制できる。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の寿命をさらに長くできる。   In the fourth embodiment, power semiconductor device 10C is covered with inverter 1B by heat retaining member 7 according to the second embodiment, and the heat transfer path of the current circuit system is interrupted as described in the third embodiment. Control may be added. Thereby, heat transfer from the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 can be further suppressed, and the generation of cracks at the junction (solder 19) between the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 and the substrate 32 is further suppressed. it can. As a result, the lifetimes of NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 can be further extended.

なお、インバータ１Ｂは、「半導体装置」を構成する。   The inverter 1B constitutes a “semiconductor device”.

また、ヒーター３３およびヒーター３３を駆動するＥＣＵ６Ｂは、「加熱手段」を構成する。   The heater 33 and the ECU 6B that drives the heater 33 constitute a “heating means”.

その他は、実施の形態１から実施の形態３と同じである。   Others are the same as those in the first to third embodiments.

実施の形態４によれば、電力用半導体装置１０Ｃは、インバータ１Ｂの停止時にバルブ４，５を閉じるとともに、インバータ１Ｂの温度Ｔｉｎｖがしきい値Ｔｔｈまで低下するとヒーター３３を駆動するＥＣＵ６Ｂを備えるので、インバータ１Ｂを構成するＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８からの伝熱が抑制されるとともにＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８が加熱され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制される。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と絶縁基板３２との接合部（半田１９）におけるクラックの発生が抑制され、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８を長寿命化できる。   According to the fourth embodiment, power semiconductor device 10C includes ECU 6B that closes valves 4 and 5 when inverter 1B is stopped and drives heater 33 when temperature Tinv of inverter 1B decreases to threshold value Tth. Further, heat transfer from NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8 constituting inverter 1B is suppressed, and NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8 are heated, and NPN transistors Q3 to Q8 and diodes D3 to D8 Rapid temperature drop is suppressed. As a result, the occurrence of cracks at the junctions (solder 19) of NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 and insulating substrate 32 is suppressed, and the lifetime of NPN transistors Q3-Q8 and diodes D3-D8 can be extended.

上記の実施の形態１から実施の形態４においては、インバータ１，１Ａ，１Ｂを含む電力用半導体装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃについて説明したが、この発明においては、これに限らず、この発明による電力用半導体装置は、インバータ１，１Ａ，１Ｂに代えて昇圧コンバータを含むものであってもよい。   In the first to fourth embodiments, the power semiconductor devices 10, 10A, 10B, and 10C including the inverters 1, 1A, and 1B have been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited thereto. The power semiconductor device may include a boost converter instead of the inverters 1, 1A, 1B.

図９は、昇圧コンバータの回路図である。図９を参照して、昇圧コンバータ９は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２は、ＳｉＣからなる。リアクトルＬ１の一方端は直流電源（図示せず）の電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、正母線ＬＮ１と負母線ＬＮ２との間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは正母線ＬＮ１に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタは負母線ＬＮ２に接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配置されている。   FIG. 9 is a circuit diagram of the boost converter. Referring to FIG. 9, boost converter 9 includes a reactor L1, NPN transistors Q1, Q2, and diodes D1, D2. NPN transistors Q1, Q2 and diodes D1, D2 are made of SiC. Reactor L1 has one end connected to a power supply line of a DC power supply (not shown), and the other end connected to an intermediate point between NPN transistor Q1 and NPN transistor Q2, that is, the emitter of NPN transistor Q1 and the collector of NPN transistor Q2. Connected between. NPN transistors Q1, Q2 are connected in series between positive bus LN1 and negative bus LN2. The collector of NPN transistor Q1 is connected to positive bus LN1, and the emitter of NPN transistor Q2 is connected to negative bus LN2. In addition, diodes D1 and D2 that allow current to flow from the emitter side to the collector side are arranged between the collectors and emitters of the NPN transistors Q1 and Q2, respectively.

昇圧コンバータ９を含む電力用半導体装置は、上述した電力用半導体装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいてインバータ１，１Ａ，１Ｂを昇圧コンバータ９に代えたものに相当する。   The power semiconductor device including the boost converter 9 corresponds to the power semiconductor devices 10, 10 </ b> A, 10 </ b> B, 10 </ b> C described above in which the inverters 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B are replaced with the boost converter 9.

その結果、昇圧コンバータ９を含む電力用半導体装置においても、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２からの伝熱を抑制でき、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２と基板との接合部におけるクラックの発生を抑制できる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２の寿命を長くできる。   As a result, also in the power semiconductor device including boost converter 9, heat transfer from NPN transistors Q1 and Q2 and diodes D1 and D2 can be suppressed, and at the junction between NPN transistors Q1 and Q2 and diodes D1 and D2 and the substrate. Generation of cracks can be suppressed. And the lifetime of NPN transistors Q1, Q2 and diodes D1, D2 can be extended.

上記においては、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８は、ＳｉＣからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８は、シリコン（Ｓｉ）から構成されていてもよい。   In the above description, the NPN transistors Q1 to Q8 and the diodes D1 to D8 are made of SiC. However, the present invention is not limited to this, and the NPN transistors Q1 to Q8 and the diodes D1 to D8 are made of silicon (Si). It may be configured.

また、上記においては、ＳｉまたはＳｉＣからなるＮＰＮトランジスタを用いてインバータ１，１Ａ，１Ｂおよび昇圧コンバータ９を構成すると説明したが、この発明においては、これに限らず、インバータ１，１Ａ，１Ｂおよび昇圧コンバータ９は、ＩＧＢＴおよびＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子から構成されていればよい。   In the above description, inverters 1, 1A, 1B and boost converter 9 are configured using NPN transistors made of Si or SiC. However, the present invention is not limited to this, and inverters 1, 1A, 1B and Boost converter 9 only needs to be composed of switching elements such as IGBTs and MOS transistors.

また、熱は、基板の面内方向に垂直な法線方向に対して、約４５度の方向に伝熱するので、基板の断面構造において、４５度よりも小さい角度を有する傾斜面を両端に形成するようにしてもよい。   Further, since heat is transferred in a direction of about 45 degrees with respect to the normal direction perpendicular to the in-plane direction of the substrate, inclined surfaces having an angle smaller than 45 degrees are formed at both ends in the cross-sectional structure of the substrate. You may make it form.

次に、この発明による電力用半導体装置の応用例について説明する。   Next, application examples of the power semiconductor device according to the present invention will be described.

図１０は、実施の形態１による電力用半導体装置１０を用いたモータ駆動装置の概略図である。図１０を参照して、実施の形態１による電力用半導体装置１０を備えたモータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電力用半導体装置１０，１１０と、電圧センサー１２０，１３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電流センサー１４０と、制御装置１５０とを備える。   FIG. 10 is a schematic diagram of a motor drive device using the power semiconductor device 10 according to the first embodiment. Referring to FIG. 10, motor drive device 100 including power semiconductor device 10 according to the first embodiment includes DC power supply B, power semiconductor devices 10, 110, voltage sensors 120, 130, capacitors C1, C2, a current sensor 140, and a control device 150 are provided.

交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、この交流モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を有し、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなモータとしてハイブリッド自動車に搭載されるようにしてもよい。   AC motor M1 is a drive motor for generating torque for driving drive wheels of a hybrid vehicle or an electric vehicle. The AC motor M1 has a function of a generator driven by an engine, and operates as an electric motor for the engine. For example, the AC motor M1 is mounted on a hybrid vehicle as a motor that can start the engine. You may do it.

なお、図１０においては、図１に示すバルブ４，５をインバータ１用のバルブ４Ａ，５Ａおよび昇圧コンバータ９用のバルブ４Ｂ，５Ｂとして示す。   In FIG. 10, valves 4 and 5 shown in FIG. 1 are shown as valves 4A and 5A for inverter 1 and valves 4B and 5B for boost converter 9.

制御装置１５０は、ＥＣＵ６，６１からなる。したがって、電力用半導体装置１０は、インバータ１と、配管２，３と、バルブ４Ａ，５Ａと、ＥＣＵ６とからなり、電力用半導体装置１１０は、配管２，３と、バルブ４Ｂ，５Ｂと、昇圧コンバータ９と、ＥＣＵ６１とからなる。   The control device 150 includes ECUs 6 and 61. Therefore, the power semiconductor device 10 includes the inverter 1, the pipes 2 and 3, the valves 4A and 5A, and the ECU 6. The power semiconductor device 110 includes the pipes 2 and 3, the valves 4B and 5B, and the booster. It consists of converter 9 and ECU61.

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１２０は、直流電源Ｂから出力される電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御装置１５０へ出力する。   The DC power source B is composed of a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion. Voltage sensor 120 detects voltage Vb output from DC power supply B and outputs the detected voltage Vb to control device 150.

コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから出力される直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ９へ供給する。   Capacitor C <b> 1 smoothes the DC voltage output from DC power supply B and supplies the smoothed DC voltage to boost converter 9.

昇圧コンバータ９は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ９は、制御装置１５０から信号ＰＷＣを受けると、信号ＰＷＣによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。また、昇圧コンバータ９は、制御装置１５０から信号ＰＷＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。   Boost converter 9 boosts the DC voltage supplied from DC power supply B and supplies it to capacitor C2. More specifically, when boost converter 9 receives signal PWC from control device 150, boost converter 9 boosts the DC voltage according to the period during which NPN transistor Q2 is turned on by signal PWC and supplies the boosted voltage to capacitor C2. When boost converter 9 receives signal PWC from control device 150, boost converter 9 steps down the DC voltage supplied from inverter 1 via capacitor C2 and charges DC power supply B.

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ９からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１へ供給する。電圧センサー１３０は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ９の出力電圧Ｖｍ（インバータ１への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置１５０へ出力する。   Capacitor C 2 smoothes the DC voltage from boost converter 9 and supplies the smoothed DC voltage to inverter 1. The voltage sensor 130 detects the voltage across the capacitor C2, that is, the output voltage Vm of the boost converter 9 (corresponding to the input voltage to the inverter 1. The same applies hereinafter), and the detected output voltage Vm is controlled by the control device 150. Output to.

インバータ１は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置１５０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置１５０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ９へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。   When the DC voltage is supplied from the capacitor C2, the inverter 1 converts the DC voltage into an AC voltage based on the signal PWM from the control device 150 and drives the AC motor M1. As a result, AC motor M1 is driven so as to generate torque specified by torque command value TR. Further, the inverter 1 converts the AC voltage generated by the AC motor M1 into a DC voltage based on the signal PWM from the control device 150 during regenerative braking of the hybrid vehicle or electric vehicle on which the motor drive device 100 is mounted, The converted DC voltage is supplied to the boost converter 9 via the capacitor C2. Note that regenerative braking here refers to braking with regenerative power generation when the driver driving a hybrid vehicle or electric vehicle performs foot braking, or turning off the accelerator pedal while driving, although the foot brake is not operated. This includes decelerating the vehicle (or stopping acceleration) while generating regenerative power.

電流センサー１４０は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置１５０へ出力する。   Current sensor 140 detects motor current MCRT flowing through AC motor M <b> 1 and outputs the detected motor current MCRT to control device 150.

制御装置１５０は、モータ駆動装置１００の外部に設けられたＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサー１２０，１３０からそれぞれ電圧Ｖｂ，Ｖｍを受け、電流センサー１４０からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。   Control device 150 receives torque command value TR and motor rotation speed MRN from ECU provided outside motor drive device 100, receives voltages Vb and Vm from voltage sensors 120 and 130, respectively, and receives motor current MCRT from current sensor 140. Receive.

制御装置１５０のＥＣＵ６は、トルク指令値ＴＲ、電圧Ｖｍおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、インバータ１を駆動するための信号ＰＷＭを生成する。すなわち、ＥＣＵ６は、トルク指令値ＴＲ、電圧Ｖｍおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて交流モータＭ１の各相に印加する電圧を計算し、その計算した電圧に基づいて、実際にインバータ１の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭを生成する。   ECU 6 of control device 150 generates a signal PWM for driving inverter 1 based on torque command value TR, voltage Vm, and motor current MCRT. That is, ECU 6 calculates a voltage to be applied to each phase of AC motor M1 based on torque command value TR, voltage Vm, and motor current MCRT, and actually uses each NPN transistor Q3 of inverter 1 based on the calculated voltage. A signal PWM for turning on / off Q8 is generated.

そして、ＥＣＵ６は、その生成した信号ＰＷＭを各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。   Then, ECU 6 outputs the generated signal PWM to each NPN transistor Q3 to Q8.

これにより、インバータ１の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。   Thereby, each NPN transistor Q3-Q8 of inverter 1 is switching-controlled, and controls the electric current sent through each phase of AC motor M1 so that AC motor M1 outputs the commanded torque. In this way, the motor drive current is controlled, and a motor torque corresponding to the torque command value TR is output.

なお、図１０においては、ＥＣＵ６は、信号ＯＰ１Ａ／ＣＬ１Ａを生成してバルブ４Ａへ出力し、信号ＯＰ２Ａ／ＣＬ２Ａを生成してバルブ５Ａへ出力する。   In FIG. 10, the ECU 6 generates a signal OP1A / CL1A and outputs it to the valve 4A, and generates a signal OP2A / CL2A and outputs it to the valve 5A.

制御装置１５０のＥＣＵ６１は、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮおよび電圧Ｖｂ，Ｖｍに基づいて、昇圧コンバータ９を駆動するための信号ＰＷＣを生成する。すなわち、ＥＣＵ６１は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、電圧Ｖｍを電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに設定するためのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂを演算する。そして、ＥＣＵ６１は、電圧Ｖｂと、フィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、電圧Ｖｍをフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて、実際に昇圧コンバータ９のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成する。そして、ＥＣＵ６１は、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ９のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。   ECU 61 of control device 150 generates signal PWC for driving boost converter 9 based on torque command value TR, motor rotational speed MRN, and voltages Vb and Vm. That is, ECU 61 calculates voltage command Vdc_com based on torque command value TR and motor rotational speed MRN, and calculates feedback voltage command Vdc_com_fb for setting voltage Vm to voltage command Vdc_com. ECU 61 calculates a duty ratio for setting voltage Vm to feedback voltage command Vdc_com_fb based on voltage Vb and feedback voltage command Vdc_com_fb, and actually boost converter 9 based on the calculated duty ratio. The signal PWC for turning on / off the NPN transistors Q1 and Q2 is generated. ECU 61 then outputs the generated signal PWC to NPN transistors Q1 and Q2 of boost converter 9.

また、ＥＣＵ６１は、信号ＯＰ１Ｂ／ＣＬ１Ｂを生成してバルブ４Ｂへ出力し、信号ＯＰ２Ｂ／ＣＬ２Ｂを生成してバルブ５Ｂへ出力する。   Further, the ECU 61 generates a signal OP1B / CL1B and outputs it to the valve 4B, generates a signal OP2B / CL2B and outputs it to the valve 5B.

なお、昇圧コンバータ９の下側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。   Note that increasing the on-duty of the NPN transistor Q2 on the lower side of the boost converter 9 increases the power storage in the reactor L1, so that a higher voltage output can be obtained. On the other hand, increasing the on-duty of the upper NPN transistor Q1 reduces the voltage of the power supply line. Therefore, by controlling the duty ratio of the NPN transistors Q1 and Q2, the voltage of the power supply line can be controlled to an arbitrary voltage equal to or higher than the output voltage of the DC power supply B.

モータ駆動装置１００が始動されると、電圧センサー１２０は、電圧Ｖｂを検出して制御装置１５０へ出力し、電圧センサー１３０は、電圧Ｖｍを検出して制御装置１５０へ出力し、電流センサー１４０は、モータ電流ＭＣＲＴを検出して制御装置１５０へ出力する。また、制御装置１５０は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受ける。   When the motor driving device 100 is started, the voltage sensor 120 detects the voltage Vb and outputs it to the control device 150, the voltage sensor 130 detects the voltage Vm and outputs it to the control device 150, and the current sensor 140 The motor current MCRT is detected and output to the control device 150. Control device 150 receives torque command value TR and motor rotation speed MRN from an external ECU.

そして、ＥＣＵ６１は、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮおよび電圧Ｖｂ，Ｖｍに基づいて、上述した方法によって信号ＰＷＣを生成して昇圧コンバータ９のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。また、ＥＣＵ６１は、信号ＯＰ１ＢおよびＯＰ２Ｂを生成してそれぞれバルブ４Ｂおよび５Ｂへ出力する。   ECU 61 generates signal PWC by the above-described method based on torque command value TR, motor rotational speed MRN, and voltages Vb and Vm, and outputs the signal PWC to NPN transistors Q1 and Q2 of boost converter 9. ECU 61 also generates signals OP1B and OP2B and outputs them to valves 4B and 5B, respectively.

一方、ＥＣＵ６は、トルク指令値ＴＲ、モータ電流ＭＣＲＴおよび電圧Ｖｍに基づいて、上述した方法によって信号ＰＷＭを生成してインバータ１のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。また、ＥＣＵ６は、信号ＯＰ１ＡおよびＯＰ２Ａを生成してそれぞれバルブ４Ａおよび５Ａへ出力する。   On the other hand, ECU 6 generates signal PWM by the above-described method based on torque command value TR, motor current MCRT, and voltage Vm, and outputs the signal PWM to NPN transistors Q3-Q8 of inverter 1. ECU 6 also generates signals OP1A and OP2A and outputs them to valves 4A and 5A, respectively.

そうすると、バルブ４Ａ，５Ａ，４Ｂ，５Ｂは、開き、ウォータポンプ３０は、配管２，３を介してラジエータ２０とインバータ１および昇圧コンバータ９との間で冷却水を循環する。   Then, the valves 4A, 5A, 4B, 5B are opened, and the water pump 30 circulates the cooling water between the radiator 20, the inverter 1, and the boost converter 9 via the pipes 2, 3.

また、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、信号ＰＷＣによってスイッチング制御され、昇圧コンバータ９は、出力電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに一致するように直流電源Ｂからの直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ９からの直流電圧を平滑化してインバータ１へ供給する。   The NPN transistors Q1 and Q2 are switching-controlled by the signal PWC, and the boost converter 9 boosts the DC voltage from the DC power supply B so that the output voltage Vm matches the voltage command Vdc_com and supplies the boosted voltage to the capacitor C2. Capacitor C <b> 2 smoothes the DC voltage from boost converter 9 and supplies it to inverter 1.

さらに、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭによってスイッチング制御され、インバータ１は、コンデンサＣ２からの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これによって、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。   Further, NPN transistors Q3 to Q8 are switching-controlled by signal PWM, and inverter 1 converts the DC voltage from capacitor C2 into an AC voltage to drive AC motor M1. As a result, AC motor M1 generates a torque specified by torque command value TR.

このように、モータ駆動装置１００の動作中、インバータ１および昇圧コンバータ９は、冷却水によって冷却されながら、所定の動作を行なう。   Thus, during operation of motor drive device 100, inverter 1 and boost converter 9 perform a predetermined operation while being cooled by the cooling water.

そして、モータ駆動装置１００が停止されるとき、ＥＣＵ６，６１は、それぞれ、インバータ１および昇圧コンバータ９を停止する。そして、ＥＣＵ６は、インバータ１の停止後、信号ＣＬ１ＡおよびＣＬ２Ａを生成してそれぞれバルブ４Ａ，５Ａへ出力する。また、ＥＣＵ６１は、昇圧コンバータ９の停止後、信号ＣＬ１ＢおよびＣＬ２Ｂを生成してそれぞれバルブ４Ｂ，５Ｂへ出力する。   When motor drive device 100 is stopped, ECUs 6 and 61 stop inverter 1 and boost converter 9, respectively. Then, after stopping inverter 1, ECU 6 generates signals CL1A and CL2A and outputs them to valves 4A and 5A, respectively. Further, ECU 61 generates signals CL1B and CL2B and outputs them to valves 4B and 5B, respectively, after boost converter 9 is stopped.

そして、バルブ４Ａ，５Ａ，４Ｂ，５Ｂは閉じる。これによって、インバータ１および昇圧コンバータ９の冷却系の伝熱経路が遮断され、昇圧コンバータ９においてＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２と基板との接合部におけるクラックの発生が抑制され、インバータ１においてＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８と基板との接合部におけるクラックの発生が抑制される。その結果、インバータ１および昇圧コンバータ９を長寿命化できる。   Then, the valves 4A, 5A, 4B, 5B are closed. As a result, the heat transfer path of the cooling system of inverter 1 and boost converter 9 is interrupted, and crack generation at the junction of NPN transistors Q1, Q2 and diodes D1, D2 and the substrate in boost converter 9 is suppressed. , Cracks at the junctions between the NPN transistors Q3 to Q8 and the diodes D3 to D8 and the substrate are suppressed. As a result, the life of inverter 1 and boost converter 9 can be extended.

モータ駆動装置１００がハイブリッド自動車または電気自動車に搭載される場合、昇圧コンバータ９、コンデンサＣ２、インバータ１および制御装置１５０は、１つの駆動ユニットとしてハイブリッド自動車または電気自動車に搭載される。   When motor drive device 100 is mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle, boost converter 9, capacitor C2, inverter 1 and control device 150 are mounted on the hybrid vehicle or the electric vehicle as one drive unit.

図１１は、昇圧コンバータ９、コンデンサＣ２、インバータ１および制御装置１５０からなる駆動ユニットの斜視図である。図１１を参照して、駆動ユニット６０は、昇圧コンバータ９、コンデンサＣ２、インバータ１および制御装置１５０を格納する。   FIG. 11 is a perspective view of a drive unit including boost converter 9, capacitor C 2, inverter 1 and control device 150. Referring to FIG. 11, drive unit 60 stores boost converter 9, capacitor C <b> 2, inverter 1, and control device 150.

なお、図１１においては、昇圧コンバータ９は、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２からなる昇圧ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）９１と、リアクトルＬ１とに分離して示される。   In FIG. 11, step-up converter 9 is shown separately as step-up IPM (Intelligent Power Module) 91 including NPN transistors Q1, Q2 and diodes D1, D2, and reactor L1.

昇圧ＩＰＭ９１は、リアクトルＬ１に隣接して配置される。インバータ１は、リアクトルＬ１および昇圧ＩＰＭ９１に隣接して配置される。コンデンサＣ２は、インバータ１の上に配置される。制御装置１５０は、コンデンサＣ２の上に配置される。   Boost IPM 91 is arranged adjacent to reactor L1. Inverter 1 is arranged adjacent to reactor L1 and step-up IPM 91. Capacitor C <b> 2 is arranged on inverter 1. The control device 150 is disposed on the capacitor C2.

このように、駆動ユニット６０は、リアクトルＬ１、昇圧ＩＰＭ９１、インバータ１、コンデンサＣ２および制御装置１５０をコンパクトに格納してハイブリッド電気自動車または電気自動車に搭載され、直流電源Ｂから直流電圧を受けて交流モータＭ１を駆動する。   As described above, the drive unit 60 stores the reactor L1, the step-up IPM 91, the inverter 1, the capacitor C2, and the control device 150 in a compact manner and is mounted on the hybrid electric vehicle or the electric vehicle. The motor M1 is driven.

図１２は、図１０に示すモータ駆動装置１００を搭載したハイブリッド自動車の平面図である。   FIG. 12 is a plan view of a hybrid vehicle on which the motor drive device 100 shown in FIG. 10 is mounted.

図１２を参照して、ハイブリッド自動車２００は、ラジエータ２０と、ウォータポンプ３０と、モータ駆動装置１００と、前輪２１０Ｌ，２１０Ｒと、後輪２２０Ｌ，２２０Ｒと、ディファレンシャルギア（ＤＧ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｅａｒ）２３０と、動力分割機構２４０と、エンジン２５０と、フロントシート２６０Ｌ，２６０Ｒと、リアシート２７０Ｌ，２７０Ｒと、交流モータＭ１とを備える。   Referring to FIG. 12, hybrid vehicle 200 includes a radiator 20, a water pump 30, a motor drive device 100, front wheels 210 </ b> L and 210 </ b> R, rear wheels 220 </ b> L and 220 </ b> R, a differential gear (DG) and a differential gear 230. , Power split mechanism 240, engine 250, front seats 260L and 260R, rear seats 270L and 270R, and AC motor M1.

なお、図１２においては、交流モータＭ１は、前輪２１０Ｌ，２１０Ｒを駆動するものとして説明する。   In FIG. 12, AC motor M1 will be described as driving front wheels 210L and 210R.

直流電源Ｂは、リアシート２７０Ｌ，２７０Ｒの後側に配置される。交流モータＭ１、ラジエータ２０、ウォータポンプ３０、駆動ユニット６０、動力分割機構２４０およびエンジン２５０は、エンジンコンパートメント２８０に配置される。交流モータＭ１およびエンジン２５０は、動力分割機構２４０に連結される。   The DC power supply B is disposed on the rear side of the rear seats 270L and 270R. AC motor M <b> 1, radiator 20, water pump 30, drive unit 60, power split mechanism 240, and engine 250 are arranged in engine compartment 280. AC motor M1 and engine 250 are coupled to power split device 240.

駆動ユニット６０は、直流電源Ｂから直流電圧を受け、その受けた直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。また、駆動ユニット６０は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。交流モータＭ１は、駆動ユニット６０によって駆動され、所定のトルクを動力分割機構２４０へ出力する。また、交流モータＭ１は、動力分割機構２４０を介して受けた前輪２１０Ｌ，２１０Ｒの回転力によって交流電圧を発電し、その発電した交流電圧を駆動ユニット６０へ供給する。   Drive unit 60 receives a DC voltage from DC power supply B, boosts the received DC voltage, converts the boosted voltage to an AC voltage, and drives AC motor M1. Further, the drive unit 60 converts the AC voltage generated by the AC motor M1 into a DC voltage, and steps down the converted DC voltage to charge the DC power supply B. AC motor M <b> 1 is driven by drive unit 60 and outputs a predetermined torque to power split mechanism 240. In addition, AC motor M <b> 1 generates an AC voltage by the rotational force of front wheels 210 </ b> L and 210 </ b> R received via power split mechanism 240, and supplies the generated AC voltage to drive unit 60.

動力分割機構２４０は、交流モータＭ１（または交流モータＭ１およびエンジン２５０）からのトルクをＤＧ２３０を介して前輪２１０Ｌ，２１０Ｒへ伝達する。また、動力分割機構２４０は、前輪２１０Ｌ，２１０Ｒの回転力を交流モータＭ１へ伝達する。   Power split device 240 transmits torque from AC motor M1 (or AC motor M1 and engine 250) to front wheels 210L and 210R via DG230. In addition, power split mechanism 240 transmits the rotational force of front wheels 210L and 210R to AC motor M1.

ハイブリッド自動車２００の始動時、駆動ユニット６０は、直流電源Ｂからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。そして、交流モータＭ１は、所定のトルクを発生して動力分割機構２４０へ出力する。   When hybrid vehicle 200 is started, drive unit 60 boosts the DC voltage from DC power supply B, converts the boosted DC voltage to an AC voltage, and drives AC motor M1. AC motor M <b> 1 generates a predetermined torque and outputs it to power split device 240.

動力分割機構２４０は、交流モータＭ１からのトルクをＤＧ２３０を介して前輪２１０Ｌ，２１０Ｒへ供給し、前輪２１０Ｌ，２１０Ｒを駆動する。これによりハイブリッド自動車２００は、発進する。   Power split device 240 supplies torque from AC motor M1 to front wheels 210L and 210R via DG230, and drives front wheels 210L and 210R. As a result, the hybrid vehicle 200 starts.

この場合、バルブ４，５は、駆動ユニット６０の制御装置１５０からの制御に従って開き、ウォータポンプ３０は、ラジエータ２０によって冷却された冷却水を配管２，３を介して駆動ユニット６０へ供給し、インバータ１および昇圧コンバータ９を冷却する。   In this case, the valves 4 and 5 are opened according to the control from the control device 150 of the drive unit 60, and the water pump 30 supplies the cooling water cooled by the radiator 20 to the drive unit 60 via the pipes 2 and 3. The inverter 1 and the boost converter 9 are cooled.

ハイブリッド自動車２００が加速されるとき、エンジン２５０は、始動され、所定のトルクを発生して動力分割機構２４０へ供給する。動力分割機構２４０は、交流モータＭ１およびエンジン２５０からのトルクをＤＧ２３０を介して前輪２１０Ｌ，２１０Ｒへ伝達する。これにより、ハイブリッド自動車２００は加速する。   When hybrid vehicle 200 is accelerated, engine 250 is started, generates a predetermined torque, and supplies it to power split device 240. Power split device 240 transmits torque from AC motor M1 and engine 250 to front wheels 210L and 210R via DG230. Thereby, the hybrid vehicle 200 is accelerated.

そして、ハイブリッド自動車２００の停止時、駆動ユニット６０は、交流モータＭ１を停止するとともに、バルブ４，５を閉じる。これによって、駆動ユニット６０において、インバータ１および昇圧コンバータ９からの冷却系を介した伝熱が遮断され、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８の急激な温度低下が抑制される。   When the hybrid vehicle 200 is stopped, the drive unit 60 stops the AC motor M1 and closes the valves 4 and 5. As a result, in drive unit 60, heat transfer from the inverter 1 and boost converter 9 via the cooling system is cut off, and abrupt temperature drop of NPN transistors Q1-Q8 and diodes D1-D8 is suppressed.

その結果、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８と基板との接合部におけるクラックの発生が抑制され、インバータ１および昇圧コンバータ９を長寿命化できる。   As a result, the occurrence of cracks at the junctions between the NPN transistors Q1 to Q8 and diodes D1 to D8 and the substrate is suppressed, and the life of the inverter 1 and the boost converter 9 can be extended.

上述したように、駆動ユニット６０は、ハイブリッド自動車２００において車室外であるエンジンコンパートメント２８０に配置されるので、周囲の温度による影響を受け易く、ハイブリッド自動車２００の停止時、駆動ユニット６０の温度が急激に低下することも想定される。   As described above, since the drive unit 60 is disposed in the engine compartment 280 outside the passenger compartment in the hybrid vehicle 200, the drive unit 60 is easily affected by the ambient temperature, and the temperature of the drive unit 60 rapidly increases when the hybrid vehicle 200 stops. It is also assumed that it will decrease.

特に、ハイブリッド自動車２００が、昼間と夜間とで温度差が大きい地域および氷点下の寒冷地等で使用される場合、ハイブリッド自動車２００の停止時に駆動ユニット６０の温度が急激に低下することも想定される。   In particular, when the hybrid vehicle 200 is used in an area where the temperature difference between daytime and nighttime is large, a cold region below freezing point, or the like, it is assumed that the temperature of the drive unit 60 rapidly decreases when the hybrid vehicle 200 stops. .

しかし、ハイブリッド自動車２００の停止時、バルブ４，５は閉じられるので、駆動ユニット６０のインバータ１および昇圧コンバータ９からの伝熱が抑制され、上述したように、インバータ１および昇圧コンバータ９を長寿命化できる。   However, since the valves 4 and 5 are closed when the hybrid vehicle 200 is stopped, heat transfer from the inverter 1 and the boost converter 9 of the drive unit 60 is suppressed, and as described above, the inverter 1 and the boost converter 9 have a long life. Can be

したがって、この発明は、特に、周囲の温度の影響を受け易く、温度の変動幅が大きい自動車に搭載されるインバータ１および昇圧コンバータ９等の半導体装置に適用して有効なものである。   Therefore, the present invention is particularly effective when applied to semiconductor devices such as the inverter 1 and the boost converter 9 that are mounted on an automobile that is easily affected by ambient temperature and has a large temperature fluctuation range.

上記においては、実施の形態１による電力用半導体装置１０を用いたモータ駆動装置１００について説明したが、それぞれ、実施の形態２、実施の形態３および実施の形態４による電力用半導体装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを用いてモータ駆動装置１００を構成してもよく、電力用半導体装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを、適宜、組み合わせてモータ駆動装置１００を構成してもよい。   In the above description, the motor drive device 100 using the power semiconductor device 10 according to the first embodiment has been described, but the power semiconductor devices 10A and 10B according to the second, third, and fourth embodiments, respectively. , 10C may be used to configure the motor drive device 100, or the motor drive device 100 may be configured by appropriately combining the power semiconductor devices 10, 10A, 10B, and 10C.

また、モータ駆動装置１００は、昇圧コンバータ９を備えていなくてもよい。   Further, the motor drive device 100 may not include the boost converter 9.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

この発明は、温度変化が大きい環境下においても長寿命化が可能な電力用半導体装置に適用される。   The present invention is applied to a power semiconductor device capable of extending the life even in an environment with a large temperature change.

この発明の実施の形態１による電力用半導体装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図１に示すインバータの回路図である。It is a circuit diagram of the inverter shown in FIG. 図１に示すインバータにおけるＮＰＮトランジスタおよびダイオードの設置方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the installation method of the NPN transistor and diode in the inverter shown in FIG. 実施の形態２による電力用半導体装置の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a power semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態３による電力用半導体装置の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a power semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態３におけるＮＰＮトランジスタの素子構造を示す斜視図である。7 is a perspective view showing an element structure of an NPN transistor in a third embodiment. FIG. 実施の形態４による電力用半導体装置の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a power semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態４におけるＮＰＮトランジスタの配置方法を説明するための断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view for describing a method for arranging NPN transistors in a fourth embodiment. 昇圧コンバータの回路図である。It is a circuit diagram of a boost converter. 実施の形態１による電力用半導体装置を用いたモータ駆動装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a motor drive device using a power semiconductor device according to a first embodiment. 昇圧コンバータ、コンデンサ、インバータおよび制御装置からなる駆動ユニットの斜視図である。It is a perspective view of the drive unit which consists of a boost converter, a capacitor | condenser, an inverter, and a control apparatus. 図１０に示すモータ駆動装置を搭載したハイブリッド自動車の平面図である。It is a top view of the hybrid vehicle carrying the motor drive device shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１，１Ａ，１Ｂ インバータ、２，３ 配管、４，４Ａ，４Ｂ，５，５Ａ，５Ｂ バルブ、６，６Ａ，６Ｂ，６１ ＥＣＵ、７ 保温部材、８ 温度センサー、９ 昇圧コンバータ、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１１０ 電力用半導体装置、１１ Ｕ相アーム、１２ Ｖ相アーム、１３ Ｗ相アーム、１４，３１ ヒートシンク、１５ シリコングリス、１６ 放熱板、１７，１９ 半田、１８ 絶縁基板、２０ ラジエータ、２１，３２ 基板、２２ ＳｉＣチップ、２３ エミッタ、２４ コレクタ、２５ ゲート、２６，２７ リレー、２８ 樹脂、３０ ウォータポンプ、３１Ａ 一主面、３３ ヒーター、６０ 駆動ユニット、９１ 昇圧ＩＰＭ、１００ モータ駆動装置、１２０，１３０ 電圧センサー、１４０ 電流センサー、１４１ 溝、１５０ 制御装置、１８１ 窒化アルミニウム、１８２，１８３ アルミニウム、２００ ハイブリッド自動車、２１０Ｌ，２１０Ｒ 前輪、２２０Ｌ，２２０Ｒ 後輪、２３０ ＤＧ、２４０ 動力分割機構、２５０ エンジン、２６０Ｌ，２６０Ｒ フロントシート、２７０Ｌ，２７０Ｒ リアシート、２８０ エンジンコンパートメント、Ｂ 直流電源、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｑ１〜Ｑ８ ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＬＮ１ 正母線、ＬＮ２ 負母線、ＷＬ，ＷＬ１〜ＷＬ３ ワイヤ、Ｍ１ 交流モータ。   1, 1A, 1B inverter, 2, 3 piping, 4, 4A, 4B, 5, 5A, 5B valve, 6, 6A, 6B, 61 ECU, 7 heat retaining member, 8 temperature sensor, 9 step-up converter, 10, 10A, 10B, 10C, 110 Power semiconductor device, 11 U-phase arm, 12 V-phase arm, 13 W-phase arm, 14, 31 heat sink, 15 silicon grease, 16 heat sink, 17, 19 solder, 18 insulating substrate, 20 radiator, 21, 32 substrate, 22 SiC chip, 23 emitter, 24 collector, 25 gate, 26, 27 relay, 28 resin, 30 water pump, 31A one main surface, 33 heater, 60 drive unit, 91 step-up IPM, 100 motor drive device 120, 130 Voltage sensor, 140 Current sensor, 141 Groove, 15 Control device, 181 aluminum nitride, 182, 183 aluminum, 200 hybrid vehicle, 210L, 210R front wheel, 220L, 220R rear wheel, 230 DG, 240 power split mechanism, 250 engine, 260L, 260R front seat, 270L, 270R rear seat, 280 Engine compartment, B DC power supply, C1, C2 capacitor, Q1-Q8 NPN transistor, D1-D8 diode, L1 reactor, LN1 positive bus, LN2 negative bus, WL, WL1-WL3 wire, M1 AC motor.

Claims (8)

基板上に固着されたスイッチング素子を含む半導体装置と、
前記半導体装置からの伝熱を抑制する伝熱抑制手段とを備える電力用半導体装置。 A semiconductor device including a switching element fixed on a substrate;
A power semiconductor device comprising: heat transfer suppression means for suppressing heat transfer from the semiconductor device. 前記伝熱抑制手段は、前記半導体装置からの伝熱経路を遮断する、請求項１に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to claim 1, wherein the heat transfer suppression unit blocks a heat transfer path from the semiconductor device. 前記伝熱抑制手段は、前記半導体装置の停止後、前記半導体装置に接続された冷却系の伝熱経路を遮断する、請求項２に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to claim 2, wherein the heat transfer suppression unit interrupts a heat transfer path of a cooling system connected to the semiconductor device after the semiconductor device is stopped. 前記伝熱抑制手段は、前記半導体装置の停止後、前記半導体装置に接続された電流回路系の伝熱経路を遮断する、請求項２に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to claim 2, wherein the heat transfer suppression unit blocks a heat transfer path of a current circuit system connected to the semiconductor device after the semiconductor device is stopped. 前記半導体装置を覆う保温部材をさらに備える、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to claim 2, further comprising a heat retaining member that covers the semiconductor device. 前記伝熱抑制手段は、前記半導体装置を覆い、前記半導体装置からの放熱を抑制する放熱抑制部材である、請求項１に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to claim 1, wherein the heat transfer suppression unit is a heat dissipation suppression member that covers the semiconductor device and suppresses heat dissipation from the semiconductor device. 前記半導体装置の温度がしきい値まで低下すると前記半導体装置を加熱する加熱手段をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a heating unit that heats the semiconductor device when a temperature of the semiconductor device decreases to a threshold value. 前記スイッチング素子は、シリコンカーバイドからなる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the switching element is made of silicon carbide.
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