JP2006261385A

JP2006261385A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2006261385A
Application number: JP2005076756A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Kikuchi; 隆二菊地; Takeshi Menju; 健毛受
Original assignee: Toyota Motor Corp; Kyoho Machine Works Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Kyoho Machine Works Ltd
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28
Also published as: CN1841725A; CN100472778C; US20060220236A1; US7455553B2

Abstract

【課題】省スペース化および省コスト化を阻害することなく、筐体とその筐体に収納されるパワーモジュールとの絶縁を確保することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】絶縁部材４０は、ＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との間に配設され、ケース２０をＩＰＭ１０のバスバー１５と絶縁する。絶縁が必要な部分の上方には、被支持部材３５を支持するために設けられるブラケット３５がケース２０に固定されている。そして、絶縁部材４０は、その既設部品であるブラケット３５の下部に取付けられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体装置に関し、特に、筐体とその筐体に収納されるパワーモジュールとの絶縁距離が不足するときの絶縁方法に関する。

特開２００４−２４７６８４号公報（特許文献１）は、インバータケース内にインテリジェントパワーモジュール（以下、「ＩＰＭ」とも称する。）が収納された半導体装置の構成を開示する。この半導体装置においては、ＩＰＭの上部側にバスバーが配設されている。また、インバータケースは、熱伝導性の良好な材質で形成されている（特許文献１参照）。

なお、特開２００４−２４７６８４号公報では、インバータケースの具体的な材質までは示されていないが、アルミや鉄などがインバータケースに用いられることが一般的に知られている。
特開２００４−２４７６８４号公報

近年、省エネ問題や環境問題を背景に、エンジンに加えて直流電源とインバータとモータとを動力源とするハイブリッド自動車（ＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）が注目され、既に実用化されている。

このハイブリッド自動車は、従来のエンジンのみを動力源とする自動車に比べて、モータやインバータ、高圧バッテリなど搭載機器が多い。そのため、ハイブリッド自動車においては、各搭載機器の小型化および省スペース化が強く要求される。

インバータ装置も、小型化が要求され、内部の各機器自体を小型化するほか、徹底した省スペース化が図られている。しかしながら、省スペース化を進める故に、ＩＰＭの非絶縁部とインバータケースとの絶縁距離が十分に確保できない場合が発生し得る。

たとえば、上記の特開２００４−２４７６８４号公報に開示された半導体装置は、ＩＰＭの上部に高圧のバスバーが配設されているが、省スペース化によりこのバスバーとインバータケースとの絶縁距離を確保できなく可能性がある。

ここで、ＩＰＭの非絶縁部に絶縁機能を持たせたり、インバータケース自体に絶縁機能を持たせることが考えられる。しかしながら、これらの手法は、一般的に高コストとなり、低コスト化が強く要求されるハイブリッド自動車においては得策ではない。

また、絶縁部材を別途設け、その絶縁部材をインバータケースまたはＩＰＭに取付けることが考えられる。しかしながら、これらの手法は、インバータケースまたはＩＰＭに絶縁部材を取付けるための取付スペースを別途確保する必要があり、省スペース化を阻害してしまう。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、省スペース化および省コスト化を阻害することなく、筐体とその筐体に収納されるパワーモジュールとの絶縁を確保することができる半導体装置を提供することである。

この発明によれば、半導体装置は、導電性の筐体と、筐体内に収納され、筐体に近接した非絶縁部を有するパワーモジュール部と、非絶縁部の近傍において筐体内部で固設され、所定の機能を有する部品と、パワーモジュール部の非絶縁部と筐体との間に配設され、部品に取付けられる絶縁部材とを備える。

好ましくは、絶縁部材は、部品に取付けられる支持部材と、支持部材に巻付けられる絶縁紙とを含む。

また、好ましくは、絶縁部材は、絶縁性を有する樹脂からなる。

この発明による半導体装置においては、筐体に近接したパワーモジュール部の非絶縁部と筐体との間に配設される絶縁部材は、非絶縁部の近傍において筐体内部で固設され、かつ、所定の機能を有する既設の部品に取付けられるので、絶縁部材を取付けるための取付スペースを別途確保する必要はない。また、パワーモジュール部の非絶縁部または筐体自体に高コストとなり得る絶縁機能を持たせる必要もない。

したがって、この発明による半導体装置によれば、省スペース化および省コスト化を阻害することなく、導電性の筐体とその筐体に収納されるパワーモジュールの非絶縁部との絶縁を確保することができる。

また、この発明によれば、半導体装置は、導電性の筐体と、筐体内に収納され、筐体に近接した非絶縁部を有するパワーモジュール部と、非絶縁部の近傍において筐体内部で固設され、所定の機能を有する部品とを備え、部品は、所定の機能を有する固有機能部と、固有機能部に接続される絶縁機能部とを含み、絶縁機能部は、パワーモジュール部の非絶縁部と筐体との間に配設されるように形成される。

好ましくは、絶縁機能部は、固有機能部と一体成型される支持部と、支持部に巻付けられる絶縁紙とからなる。

また、好ましくは、絶縁機能部は、固有機能部と一体成型され、かつ、絶縁性を有する樹脂からなる。

この発明による半導体装置においては、パワーモジュール部の非絶縁部の近傍において筐体内部で固設される部品は、それ本来の所定の機能を有する固有機能部に加えて絶縁機能部を有する。そして、絶縁機能部は、筐体に近接したパワーモジュール部の非絶縁部と筐体との間に配設されるように形成され、筐体をパワーモジュール部の非絶縁部と絶縁する。これにより、絶縁機能を有する絶縁部材を別途設ける必要はなく、絶縁部材を取付けるための取付スペースも発生し得ない。また、パワーモジュール部の非絶縁部または筐体自体に高コストとなり得る絶縁機能を持たせる必要もない。

したがって、この発明による半導体装置によれば、省スペース化および省コスト化を阻害することなく、導電性の筐体とその筐体に収納されるパワーモジュールの非絶縁部との絶縁を確保することができる。また、絶縁機能部を固有機能部と一体成型することにより、部品点数の削減および組付工数の削減を図ることができる。

この発明によれば、省スペース化および省コスト化を阻害することなく、筐体とその筐体に収納されるパワーモジュールとの絶縁を確保することができる。

以下、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。

［実施の形態１］
図１，図２は、この発明の実施の形態１による半導体装置の一例として示されるインバータ装置の構成を示す。図１は、この発明の実施の形態１による半導体装置の一例として示されるインバータ装置を側面方向から見たときの断面図であり、図２は、図１に示したインバータ装置の断面ＩＩ−ＩＩの断面図である。

図１，図２を参照して、このインバータ装置１００は、ＩＰＭ１０と、ケース２０と、ブラケット３０と、被支持部品３５と、絶縁部材４０とを備える。ＩＰＭ１０は、パワートランジスタやダイオードなどの半導体電力素子および電極板を含む高電圧部品である。たとえば、このインバータ装置１００がハイブリッド自動車に搭載される場合、高電圧が発生する。

ＩＰＭ１０は、モールド樹脂などによって一体成型され、大部分はその周囲と絶縁されているが、ＩＰＭ１０の上面の一部には、ＩＰＭ１０内部と電力のやり取りを行なうためのバスバー１５が配設されている。すなわち、このバスバー１５の部分は、導体が露出した非絶縁部である。

ケース２０は、このインバータ装置１００を構成する各種部品を収納する筐体である。ケース２０は、放熱性に優れ、かつ、一定の剛性を有する金属導体からなり、たとえばアルミや鉄などからなる。ブラケット３０および被支持部品３５の各々は、このインバータ装置１００を構成する各種部品の一つである。ブラケット３０は、被支持部品３５を支持するための部品であり、ケース２０に取付けられて固定される。被支持部品３５は、ブラケット３０によって支持され、ケース２０に対して固定される。この被支持部品３５は、たとえばヒューズボックスなどである。

絶縁部材４０は、絶縁機能を有し、ＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との隙間に配設される。すなわち、このインバータ装置１００においては、省スペース化の要請から、ＩＰＭ１０のバスバー１５（非絶縁部）とそれに近接するケース２０との間隔を絶縁距離よりも小さい距離ｄだけしか確保できないところ、絶縁部材４０は、ＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との隙間に配設され、ケース２０をＩＰＭ１０のバスバー１５と絶縁する。

ここで、絶縁部材４０は、ＩＰＭ１０とケース２０との間で絶縁が必要な部分（すなわち、ＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との間）の上方に配置されているブラケット３０の下部に取付けられて固定される。すなわち、この絶縁部材４０は、ケース２０やＩＰＭ１０に別途取付スペースを設けてケース２０やＩＰＭ１０に取付けられるのではなく、要絶縁部の近傍に固設されている既設部品（この実施の形態１ではブラケット３０）に取付けられて固定される。

このインバータ装置１００においては、省スペース化の要請からＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との間で絶縁距離を確保できないところ、ＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との間に絶縁部材４０が配設されることによってＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との間の絶縁が確保される。

そして、このインバータ装置１００においては、絶縁部材４０は、既設部品（ブラケット３０）に取付けられて固定される。したがって、ケース２０やＩＰＭ１０に絶縁部材４０を取付けるための取付スペースを別途確保する必要はない。

図３は、図１に示した絶縁部材４０の構成を示す外形図である。図３を参照して、絶縁部材４０は、絶縁紙４２と、支持部材４４とを含む。絶縁紙４２は、支持部材４４に巻付けられ、剥がれ落ちないように接着剤などで支持部材４４に固定される。この絶縁紙４２は、絶縁部材４０がブラケット３０に取付けられたときにＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との間に配設されるように支持部材４４に巻付けられる。

支持部材４４は、ＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との間の隙間に配設可能な薄板からなり、たとえば低コストの鉄板などからなる。支持部材４４には、取付部４６が設けられており、支持部材４４は、この取付部４６によって既設部品（ブラケット３０）に取付けられる。

この絶縁部材４０においては、支持部材４４に絶縁紙４２が巻付けられることによって、所定の強度を有する絶縁体が形成される。なお、支持部材４４自体は、絶縁体でなくてもよいので、支持部材４４の材質は限定されない。したがって、低コストの部材を支持部材４４に選択することができ、この絶縁部材４０は、インバータ装置１００の低コスト化に寄与する。

なお、上記の支持部材４４自体を絶縁体で形成してもよい。

図４は、図１に示した絶縁部材の他の構成を示す外形図である。図４を参照して、この絶縁部材４０Ａは、絶縁部４８と、取付部５０とを含む。絶縁部４８および取付部５０は、絶縁性を有する一体成型された樹脂からなり、たとえばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）からなる。このＰＢＴは、優れた絶縁性を有するほか、成形性や剛性、耐熱性などにも優れる。この絶縁部材４０Ａによれば、絶縁紙を巻付ける必要がないので、部品点数および組付工数を削減できる。

以上のように、この実施の形態１によるインバータ装置１００よれば、ケース２０に近接したＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との間に絶縁部材４０，４０Ａを配設したので、絶縁距離が不足しているＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との間において絶縁が確保される。すなわち、絶縁距離を確保するためにスペースを増大したり、ＩＰＭ１０側やケース２０自体に高コストとなり得る絶縁機能を持たせる必要はない。そして、絶縁部材４０，４０Ａは、既設部品のブラケット３０に取付けられるので、絶縁部材４０，４０Ａを取付けるための取付スペースを別途確保する必要はない。

したがって、このインバータ装置１００によれば、省スペース化および省コスト化を阻害することなく、ケース２０とＩＰＭ１０の非絶縁部（バスバー１５）との絶縁を確保することができる。

［実施の形態２］
図５は、この発明の実施の形態２による半導体装置の一例として示されるインバータ装置の断面図である。図５を参照して、このインバータ装置１００Ａは、ＩＰＭ１０と、ケース２０と、ブラケット３０Ａと、被支持部品３５とを備える。

ブラケット３０Ａは、被支持部品３５とともに、このインバータ装置１００Ａを構成する各種部品の一つであり、被支持部品３５を支持するための部品である。このブラケット３０Ａは、ケース２０に取付けられて固定される。

また、ブラケット３０Ａは、被支持部品３５を支持するという本来の機能に加えて、ケース２０をＩＰＭ１０のバスバー１５と絶縁する機能も有する。すなわち、ブラケット３０Ａは、ＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との間に延びる絶縁機能部を有し、ケース２０をＩＰＭ１０のバスバー１５と絶縁する。

このインバータ装置１００Ａにおいては、省スペース化の要請からＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との間で絶縁距離を確保できないところ、ＩＰＭ１０とケース２０との間で絶縁が必要な部分（すなわち、ＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との間）の近傍に固設されている部品（ブラケット３０Ａ）に絶縁機能部が付加される。そして、ＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との間にその絶縁機能部が配設されることにより、ＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との間の絶縁が確保される。

すなわち、このインバータ装置１００Ａにおいては、要絶縁部の近傍に配設されているブラケット３０Ａが、その本来有する機能（被支持部材３５の支持機能）に加えて、ケース２０をＩＰＭ１０のバスバー１５と絶縁する機能を有する。したがって、ケース２０やＩＰＭ１０に絶縁機能を有する部材を別途取付ける必要はなく、それゆえにそのような部材の取付スペースを確保する必要もない。さらに、実施の形態１に比べて部品点数が削減される。

図６は、図５に示したブラケット３０Ａの構成を示す外形図である。図６を参照して、このブラケット３０Ａは、固有機能部５２と、絶縁機能部５４とを含む。固有機能部５２は、このブラケット３０Ａの本来の機能を有する部分であり、被支持部品３５を支持するための部分である。そして、固有機能部５２の側面がケース２０に取付けられ、ブラケット３０Ａはケース２０に固定される。

絶縁機能部５４は、絶縁紙５６と、支持部５８とからなる。絶縁紙５６は、支持部５８に巻付けられ、剥がれ落ちないように接着剤などで支持部５８に固定される。この絶縁紙５６は、ブラケット３０Ａがケース２０に取付けられたときにＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との間に配設されるように支持部５８に巻付けられる。

支持部５８は、固有機能部５２と一体成型される。支持部５８は、ＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との間の隙間に配設可能な薄板形状からなり、ブラケット３０Ａがケース２０に取付けられたときにＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との間に配設されるように形成される。

このブラケット３０Ａにおいては、固有機能部５２および支持部５８が一体成型され、支持部５８に絶縁紙５６が巻付けられることによって、所定の強度を有する絶縁機能部５４が形成される。なお、支持部５８自体は、絶縁体でなくてもよいので、支持部５８の材質は限定されない。したがって、固有機能部５２および支持部５８には、一定の剛性を有する限り、低コストの部材を選択することができる。

図７は、図５に示したブラケットの他の構成を示す外形図である。図７を参照して、このブラケット３０Ｂは、固有機能部５２Ａと、絶縁機能部５４Ａとを含む。固有機能部５２Ａおよび絶縁機能部５４Ａは、絶縁性を有する一体成型された樹脂からなり、たとえばＰＢＴからなる。上述のように、ＰＢＴは高剛性であるので、被支持部材３５を支持する固有機能部５２Ａの機能が阻害されることはない。そして、ＰＢＴの優れた絶縁性により、絶縁機能部５４ＡによってＩＰＭ１０のバスバー１５とそれに近接するケース２０との絶縁性が確保される。

以上のように、この実施の形態２によるインバータ装置１００Ａよれば、被支持部品３５を支持するためのブラケット３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ絶縁機能部５４，５４Ａを含む。そして、ケース２０に近接したＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との間にブラケット３０Ａ，３０Ｂの絶縁機能部５４，５４Ａが配設されるので、絶縁距離が不足しているＩＰＭ１０のバスバー１５とケース２０との間において絶縁が確保される。すなわち、絶縁機能を有する絶縁部材を別途設ける必要はなく、その絶縁部材を取付けるための取付スペースも発生し得ない。

したがって、このインバータ装置１００Ａによれば、実施の形態１によるインバータ装置１００と同様の効果を有するほか、絶縁機能部が固有機能部と一体成型されるので、部品点数を削減することができる。また、その結果、組付工数も削減される。

なお、上記の実施の形態１においては、絶縁部材４０，４０Ａは、ブラケット３０に取付けられ、上記の実施の形態２においては、ブラケット３０Ａ，３０Ｂがそれぞれ絶縁機能部５４，５４Ａを含むものとしたが、絶縁部材４０，４０Ａが取付けられる部品または絶縁機能を有する部品は、このようなブラケットに限定されるものではない。

この発明の適用範囲は、ＩＰＭ１０とそれに近接するケース２０との間の要絶縁部の近傍に固設されている既設部品に絶縁部材が取付けられ、または、ＩＰＭ１０とそれに近接するケース２０との間の要絶縁部の近傍に固設されている部品に絶縁機能を持たせる場合全てに及ぶものである。

また、上記においては、この発明による半導体装置の一例としてインバータ装置が示されたが、この発明の適用範囲は、インバータ装置に限られるものではなく、コンバータ装置などにも適用できる。

また、この発明による半導体装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）に好適である。すなわち、ハイブリッド自動車や電気自動車には、インバータやコンバータなどのパワー半導体素子を用いた電力変換装置が搭載され、低コスト化、小型化、高信頼性などが強く要求される。そして、この発明による半導体装置によれば、省コスト化（低コスト化）および省スペース化を阻害しないので、車両の低コスト化および小型化に寄与することができる。また、省スペース化を図ったうえで確実に半導体装置の絶縁が確保できるので、車両の信頼性向上にも寄与することができる。

なお、上記において、ケース２０は、この発明における「筐体」に対応し、ＩＰＭ１０は、この発明における「パワーモジュール部」に対応する。また、ブラケット３０，３０Ａ，３０Ｂは、この発明における「部品」に対応し、バスバー１５は、この発明における「パワーモジュール部の非絶縁部」に対応する。

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。

この発明の実施の形態１による半導体装置の一例として示されるインバータ装置を側面方向から見たときの断面図である。図１に示すインバータ装置の断面ＩＩ−ＩＩの断面図である。図１に示す絶縁部材の構成を示す外形図である。図１に示す絶縁部材の他の構成を示す外形図である。この発明の実施の形態２による半導体装置の一例として示されるインバータ装置の断面図である。図５に示すブラケットの構成を示す外形図である。図５に示すブラケットの他の構成を示す外形図である。

符号の説明

１０ＩＰＭ、１５バスバー、２０ケース、３０，３０Ａ，３０Ｂブラケット、３５被支持部材、４０，４０Ａ絶縁部材、４２，５６絶縁紙、４４支持部材、４６，５０取付部、４８絶縁部、５２，５２Ａ固有機能部、５４，５４Ａ絶縁機能部、５８支持部、１００，１００Ａインバータ装置。

Claims

導電性の筐体と、
前記筐体内に収納され、前記筐体に近接した非絶縁部を有するパワーモジュール部と、
前記非絶縁部の近傍において前記筐体内部で固設され、所定の機能を有する部品と、
前記パワーモジュール部の前記非絶縁部と前記筐体との間に配設され、前記部品に取付けられる絶縁部材とを備える半導体装置。
前記絶縁部材は、
前記部品に取付けられる支持部材と、
前記支持部材に巻付けられる絶縁紙とを含む、請求項１に記載の半導体装置。
前記絶縁部材は、絶縁性を有する樹脂からなる、請求項１に記載の半導体装置。
導電性の筐体と、
前記筐体内に収納され、前記筐体に近接した非絶縁部を有するパワーモジュール部と、
前記非絶縁部の近傍において前記筐体内部で固設され、所定の機能を有する部品とを備え、
前記部品は、
前記所定の機能を有する固有機能部と、
前記固有機能部に接続される絶縁機能部とを含み、
前記絶縁機能部は、前記パワーモジュール部の前記非絶縁部と前記筐体との間に配設されるように形成される、半導体装置。
前記絶縁機能部は、
前記固有機能部と一体成型される支持部と、
前記支持部に巻付けられる絶縁紙とからなる、請求項４に記載の半導体装置。
前記絶縁機能部は、前記固有機能部と一体成型され、かつ、絶縁性を有する樹脂からなる、請求項４に記載の半導体装置。