JP2006303375A - 電力変換装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない電力変換装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、基板を放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置において、フレーム14は、フレーム14を放熱器13に固定する固定部14bと、フレーム下端に形成され、放熱器13に載置した基板12の半導体素子配置面に接し、半導体素子配置面の裏面を放熱器13に密着させ固定する複数の突起部16と、各突起部16を結んで設けられ、半導体素子配置面に接合する袴部17と、フレーム14の固定時、実装作業可能に半導体素子配置面を露出させるフレーム開口とを有する。
【選択図】図1

Description

この発明は、電力変換装置及びその製造方法に関し、特に、半導体素子が実装された基板と放熱器の固定構造を有する電力変換装置及びその製造方法に関する。
従来、電力変換を行う電力変換装置として、「半導体組立ユニット」(特許文献1参照)や「パワーモジュール型インバータ装置」(特許文献2参照)或いは「半導体装置」(特許文献3参照)等が知られている。この電力変換装置は、一般に、パワーモジュールとして形成される。
「半導体組立ユニット」は、放熱器として機能する支持体の上方に、順次、金属被膜(銅箔:放熱用)、絶縁板、金属被膜(銅箔:配線用)、半導体ペレット、電流導体が積層された構成を有している。ここで、金属被膜(銅箔:放熱用)、絶縁板、金属被膜(銅箔:配線用)を総称して基板と称する。この基板は、半導体素子を載置した状態で、絶縁ハウジングに支持された電流端子要素により押圧され、支持体(放熱器)上に固定される。
「パワーモジュール型インバータ装置」は、ヒートシンク上に絶縁シートを介して配置したパワーモジュールを、モジュール押さえ部材によりヒートシンク上に押圧固定すると共に、モジュール押さえ部材に固定された信号線とパワーモジュールに固定された信号端子を接触させて、導電性を確保した構成を有している。
「半導体装置」は、放熱体上に絶縁シートを介してマウント用導電体(上部に半導体及び半導体同士を接続するボンディングワイヤを備える)を配置し、このマウント用導電体と外装ケースに配置された外部接続端子を、ボンディングワイヤによって接続した構成を有している。
また、放熱体(ベースプレートに相当)上に電力変換装置を形成した後に、放熱体を冷却器上に固定する構成も知られている(特許文献3の従来技術(図10)参照)。
特公平6−44600号公報 特開2002−320392号公報 特開2004−87735号公報
しかしながら、「半導体組立ユニット」(特許文献1参照)や「半導体装置」(特許文献3参照)においては、基板(半導体及び配線基板)を放熱器(冷却器)に固定するに当たり、フレームに配置されたバスバ電極若しくは信号端子と基板上の電極を、押圧して接触させることによって、電気的導電性を確保している。このため、例えば、押圧・接触箇所に振動等が加わった場合、電気的接触が途切れたり抵抗が変化したりしてしまう虞がある。
また、「パワーモジュール型インバータ装置」(特許文献2参照)においては、放熱器上に配置された基板とフレーム上に配置されたバスバ電極若しくは信号端子を、ワイヤボンディングにより結線しているので、振動等が加わった場合に電気的接触が途切れたり抵抗が変化したりすることはないが、基板やフレームを装着した後の放熱器をボンディングマシンに搬入する必要があり、製造工程において作業性が悪くなるのが避けられない。
これに対し、一旦、放熱板上に基板やフレームを配置し、その後、ボンディングを行って、放熱板を冷却器に固定するようにすれば(特許文献3の従来技術(図10)参照)、電気的接触が途切れたり抵抗が変化したりすることや製造工程において作業性が悪化することは無いものの、放熱板を冷却器に固定した後、両者の熱膨張係数の差異によって放熱器が反ってしまう虞が生じる。
この発明の目的は、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない電力変換装置及びその製造方法を提供することである。
上記目的を達成するため、この発明に係る電力変換装置は、半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、前記基板を前記放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置において、前記フレームは、該フレームを前記放熱器に固定する固定部と、フレーム下端に形成され、前記放熱器に載置した前記基板の半導体素子配置面に接し、前記半導体素子配置面の裏面を前記放熱器に密着させ固定する複数の押圧部と、前記各押圧部を結んで設けられ、前記半導体素子配置面に接合する接合部と、前記フレームの固定時、実装作業可能に前記半導体素子配置面を露出させるフレーム開口とを有することを特徴としている。
また、この発明に係る電力変換装置の製造方法は、半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、前記基板を前記放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置の製造方法において、先ず、前記基板の半導体素子配置面の上方から前記フレームを押圧して、前記フレームの下端に形成された接合部により前記フレームを前記半導体素子配置面に接合し仮止めするステップと、次に、前記フレームのフレーム開口から、前記基板と外部バスバ電極を接続する接続手段を配置するステップと、その後、前記フレームを前記放熱器に固定するステップとを有している。
この発明によれば、半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、基板を放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置は、フレームが、フレームを放熱器に固定する固定部と、フレーム下端に形成され、放熱器に載置した基板の半導体素子配置面に接し、半導体素子配置面の裏面を放熱器に密着させ固定する複数の押圧部と、各押圧部を結んで設けられ、半導体素子配置面に接合する接合部と、フレームの固定時、実装作業可能に半導体素子配置面を露出させるフレーム開口とを有するので、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない。
また、この発明に係る電力変換装置の製造方法により、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない電力変換装置を実現することができる。
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
(第1実施の形態)
図1は、この発明の第1実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。図2は、図1のA−A線に沿う断面図であり、図3は、図1のB−B線に沿う断面説明図である。図1〜3に示すように、電力変換装置10は、半導体素子11、半導体素子11を実装する基板12、半導体素子11を冷却する放熱器13、及び基板12を放熱器13に保持するフレーム14を有している。
半導体素子11は、基板12の表面側に配置され(図1参照)、基板12の表面に形成された金属箔15のパターンに、はんだ付けにより接合されている。従って、半導体素子実装部は、放熱器13の上に、シリコングリス(図示しない)、基板12、金属箔15(即ち、はんだ付けによる接合部)、半導体素子11が記載順に積層された、5層構造となる(図3参照)。
フレーム14は、基盤12の周縁に略一致する大きさ及び形状を有する、平面が長方形状の枠体からなり、各角部下端から長辺延長方向下方に延びる脚部14aを有している(図1,2参照)。このフレーム14は、放熱器13或いは電力変換装置10を収容するケース等(図示しない)の表面(フレーム載置面)に載置され、脚部14a先端に形成した固定部14bの丸孔(図1参照)等を介して、例えばねじ止めにより固定される。
フレーム14の下端には、全周に渡って略等間隔に配置された複数の棒状の突起部16、及び隣接する突起部16の間を結ぶ縦壁状の袴部17が形成されている(図2参照)。袴部17は、突起部16より柔軟な材質、例えば、接着部材等の粘着性のある材質を用いて、突起部16と略同じ長さに形成されており、基板12にフレーム14を仮止め(接合)することができる。フレーム載置面、即ち、半導体素子11が実装された半導体素子配置面にフレーム14を載置した状態で、突起部16は半導体素子配置面に点状に接触し、袴部17は半導体素子配置面に線状に接触して、周縁に沿って基板12を取り囲む。
従って、フレーム14の脚部14aを、放熱器13の表面に固定することにより、枠体内部空間であるフレーム開口から、半導体素子11が搭載された基板12の表面、即ち、半導体素子配置面が露出する(図1参照)と共に、突起部16及び袴部17が基板12の表面を押圧して基板12の裏面を放熱器13に密着させる(図2参照)。
つまり、フレーム14は、フレーム14を放熱器13に固定する固定部14bと、フレーム下端に形成され、基板12の半導体素子配置面に接し、半導体素子配置面の裏面を放熱器13に密着させ固定する複数の押圧部(突起部16)と、各押圧部を結んで設けられ、半導体素子配置面に接合する接合部(袴部17)と、フレーム12の固定時、実装作業可能に半導体素子配置面を露出させるフレーム開口とを有している。
なお、基板12は、例えば、セラミック基板が用いられるが、その他、導体である金属板を電極として金属板上に半導体素子を配置したバスバ電極基板、バスバ電極基板に接続される金属板、若しくは半導体素子をレイアウトする剛体として機能するベースプレート等でもよい。また、放熱器13と半導体素子11の距離や熱伝導性の観点から、放熱器13と半導体素子11の間に配置される構成部品等は少ない程好ましい。
フレーム14の上面には、半導体素子配置面を覆うように、共に平板状のP電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19が、P電位側バスバ電極18の上にN電位側バスバ電極19を積層した状態で、配置されている(図2,3参照)。また、基板12には、各短辺側に沿って、P電位側立ち上げバスバ電極20及びN電位側立ち上げバスバ電極21が配置されている(図1,3参照)。これらP電位側立ち上げバスバ電極20及びN電位側立ち上げバスバ電極21により、半導体素子11とP電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19が電気的に接続されることで、P電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19を介して、半導体素子11が外部電源に接続される。
なお、積層されている2個のバスバ電極の上側のバスバ電極と、この上側のバスバ電極に対応する立ち上げバスバ電極を接続する場合、下側のバスバ電極の一部に孔を開け、この孔を立ち上げバスバ電極が貫通するようにすれば良い(図3参照)。孔には、電気絶縁用のスペーサ等(図示しない)を装着する。
フレーム14には、半導体素子11へ制御信号を送るゲート配線基板22が配置されている。ゲート配線基板22は、フレーム14の短辺に沿って両長辺間に掛け渡された梁部(図示しない)の上に装着され、或いは装着された梁部と共に、フレーム14の上面に形成した切り込み部23に収容される(図2参照)。この梁部は、ゲート配線基板22と一体化して形成され、補強材として機能する。
このように、電力変換装置10は、半導体素子11を搭載した基板12の表面に、フレーム14の底面(突起部16及び袴部17)を押圧密着して、基板12をフレーム14により機械的に保持しているので、従来の支持基板や支持構造体としてのベースプレートを必要としない。
また、電力変換装置10は、フレーム14に保持された基板12の半導体素子搭載部分がフレーム14に覆われることなくフレーム開口から露出しているので、半導体素子11の製造に際し、基板12をフレーム14に保持したまま、実装装置に載せてワイヤボンディングを行ったり超音波接合によるバスバ電極の接続を行う等の各種実装作業が可能である。
即ち、基板12をフレーム14に接続する前に、基板12上に半導体素子11をはんだ付けする作業を行い、基板12をフレーム14に接続した後に、その後の各種接続実装作業(基板12上のワイヤボンディング、或いは基板12とフレーム14に配置されたバスバ電極18,19及びゲート配線基板22のワイヤボンディング等)を行なえば良い。
図4は、図1の電力変換装置を適用したインバータの一例を示す平面図である。図4に示すように、フレーム14を縦横に拡張し共通部分を一体化した形状を有するフレーム24の複数のフレーム開口毎に、基板12を一体的に配置することにより、例えば3相インバータを形成する場合や電流容量を大きくするために半導体素子11を多数個用いる場合等に対応することができる。
フレーム24は、例えば、フレーム14を平面上に縦3列横2列配置したように、縦横に並設された6個のフレーム開口を有しており、ゲート配線基板22も、3列に渡って共通配置されている。各フレーム開口にそれぞれ配置された基板12は、隣接する基板12同士が接触しないように、各基板12の間に空間を有している。複数個配置された各基板12間の電気的な接続、例えば出力端子への接続等は、フレームを跨ぐ形状の接続線(図示せず)等によりバスバ電極と併せて行なえば良い。
また、フレーム24の各角部には、フレーム14の脚部14aと同様の脚部24aが形成されているが、脚部24aは、必ずしも各基板12に対応して設ける必要は無い。このようにすることで、半導体素子11を複数用いる場合等においても好適に行える。
上記構成を有することにより、半導体素子11から放熱器13までの積層構造を簡素化することができる。即ち、従来の半導体素子実装部は、例えば、放熱器の上に、シリコングリス、ベースプレート(金属板)、はんだ付け接合部、基板(両面に金属箔パターン有り)、はんだ付け接合部、半導体素子からなる構造、或いは放熱器の上に、シリコングリス、ベースプレート、絶縁層、金属板(バスバ電極に接続される)、はんだ付け接合部、半導体素子からなる構造と、7層構造であったのに対し、電力変換装置10にあっては、放熱器13の上に、シリコングリス(図示しない)、基板12、金属箔15(即ち、はんだ付けによる接合部)、半導体素子11からなる5層構造となる(図3参照)。
そして、基板12の表面端部をフレーム14に結合し機械的に保持するので、従来の支持構造体としてのベースプレートが不要になり、喩え、基板が複数有ったとしてもそれぞれをフレーム12で固定することができる。また、半導体素子11を実装している基板の中央部はフレーム開口から露出しているので、フレーム14で保持されている基板12を実装を行なう製造装置に載せて、ワイヤボンディングや超音波接合によるバスバ電極18,19の接続等の諸実装工程を実施することができる。即ち、基板12をフレーム14に接合する前に、基板12上への半導体素子11のはんだ付け等を行って、フレーム14の接続後に、各種接続実装工程を行なえば良い。
このように、電力変換装置10の製造は、先ず、基板12の半導体素子配置面の上方からフレーム14を押圧して、フレーム14の下端に形成された接合部(袴部17)によりフレーム14を半導体素子配置面に接合し仮止めして、次に、フレーム14のフレーム開口から、基板12とバスバ電極18,19を接続する接続手段(P電位側立ち上げバスバ電極20及びN電位側立ち上げバスバ電極21)を配置し、その後、フレーム14を放熱器13に固定する、という一連の処理手順を経て行う。
その結果、以下の効果を得ることができる。
第1に、積層構造の簡素化(従来の7層から5層)により、熱抵抗を低減することができる。特に、ベースプレートは、低熱膨張材料としての銅合金等を用いると比較的熱抵抗が大きくなるが、電力変換装置10にあってはベースプレート自体が不要である。
第2に、基板とベースプレートのはんだ付け接合部のような、熱膨張係数の異なる材料を広い面積で接合する部位が無い。このため、はんだ付け接合部にクラックや反りが生じないので、熱抵抗が増加する懸念が無い。
第3に、コストを低くすることができる。ベースプレート、特に低熱膨張材料を用いた銅合金による高価なベースプレートを用いない。
第4に、ベースプレートと放熱器の間で空隙が発生する等による熱抵抗増加が無い。つまり、ベースプレート自体が無いこともあるが、基板を直接ネジ等で放熱器に固定していないので、熱膨張が生じても、それによる変形はフレームの微小な撓みとして吸収され、基板と放熱器は密着したままである。
第5に、サイズを小さくすることができる。例えば、個々のベースプレートをその端部のネジ穴を介してネジにより放熱器に固定した場合、基板間隔が開いてしまう。特に、電流容量を増やすために電力変換装置を多数個並列接続すると、ベースプレートを覆うケース肉厚もあって更に間隔が開き大型化する。これに対し、電力変換装置10にあっては、個々の基板を十分近接して配置することができ、その上、フレーム端部で放熱器に固定するので基板毎に固定用のネジ穴等を設ける必要も無く、小型化が可能である。
また、フレーム14に突起部16及び袴部17を設けたことにより、以下の効果を得ることができる。
半導体素子11が実装された基板12は、その表面をフレーム14の底面に接合させた状態になるが、そのとき、突起部16で基板12をピンポイント的に押圧することにより、基板12の表面に確実に圧力を加えることができる。即ち、フレーム14の底面と基板12の表面を広い範囲(例えば全面同士)で接触させようとすると、接触面の当たりの不均一さで基板12の四辺を押圧できない場合がある。しかしながら、突起部16でピンポイント的に押圧するので、フレーム14自体の撓みによって基板12の四辺を確実に押圧することができる。更に、大きな押圧力も得られるので、より確実に基板12を放熱器13に密着させることができる。
電力変換装置10の製造工程中、基板12と放熱器13を密着させる前は、基板12をフレーム14に対し確実に接合させている必要があるが、袴部17を設けたことにより、基板12をフレーム14に広い面積で確実に接合できるので、製造工程中の剥がれを防止することができる。この袴部17は、突起部16から延伸しているので、フレーム14と基板12の接合時に邪魔になることは無く、更に、軟らかい材料により形成されており、基板12に押圧して放熱器13に密着させる際には潰れるので、突起部17による押圧時に邪魔になることもない。
また、半導体素子11と外部電源及び負荷を接続する、外部バスバ電極及び立ち上げ電極を、フレーム14によって保持することにより、以下の効果を得ることができる。
バスバ電極は、低インダクタンス化のために幅広形状で形成されることが多く、特に、外部電源に接続されるP電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19は、低インダクタンス化のために積層させる場合が多い。これらP電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19を、フレーム14の上に載せる形態で保持させることにより、大きく、且つ、幅広いP電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19を容易に形成することができる。更に、半導体素子11及び基板12の実装工程を終えた後に、P電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19を被せるようにフレーム14に載せて、電気的に接続することができるので、電力変換装置10の製造工程に支障を及ぼすことはない。
また、半導体素子11と、P電位側バスバ電極18、N電位側バスバ電極19、P電位側立ち上げバスバ電極20、及びN電位側立ち上げバスバ電極21との接続距離、特に、積層形状のP電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19との接続距離を、短くすることができる。即ち、積層したP電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19を、半導体素子11の直上に配置することもできるので、低インダクタンス化することが容易である。
加えて、半導体素子11の直上に幅広いバスバ電極20、21を配置することができることから、特に、半導体素子11を多数並列接続する場合は、低インダクタンス化のみならず各半導体素子11の電流バランスを均一化し易く、電流バランスも改善することができる。このため、電力変換装置10の電流容量を大きくすることも、容易に、且つ、低コストでできる。
また、フレーム開口を跨ぐ梁の上に、半導体素子11への制御信号を送るゲート配線基板22を配置し、フレーム14上面の切り込み部23に、梁とゲート配線基板22を配置することにより、以下の効果を得ることができる。
ゲート配線基板22を、各半導体素子11の直近又は直上にも配置することができるため、ゲート配線を低インダクタンス化できると共に、前述したバスバ電極と同様に、半導体素子11を多数並列接続する場合もゲート配線長を略同一にすることができ、安定した電気的な動作を容易に得ることができる。更に、梁の上にゲート配線基板22を載せるため、この梁が補強材となって、ワイヤボンディング等の接続作業も容易に、且つ、確実に実施することができる。
また、フレーム14上面の切り込み部23に、梁とゲート配線基板22を積層して配置することにより、以下の効果を得ることができる。
先ず、ゲート配線基板22を、フレーム14の表面とは別の高さに容易に配置することができるので、ゲート配線基板22が、P電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19をフレーム14の表面に配置する際の障害にならない。
次に、隣接する半導体素子11或いは半導体素子11を実装している基板12の間の接続部分(例えばワイヤボンディング)の上に、ゲート配線基板22を置くことができる。つまり、この接続工程を経た後に、ゲート配線基板22を載せてゲート配線に関する工程に進むことができるため、電力変換装置10を小型化することができる上に、接続長の短縮や接続長均一化により、電気的な特性を更に改善することができ、電力変換装置10の大容量化を図ることもできる。
加えて、バスバーやゲート信号端子は、はんだ付け或いはワイヤボンディング等で接続することができるので、例えば、車両の振動等により外れてしまうという懸念が無く、基板12をフレーム14で保持することにより、基板12や半導体素子11間の電気的な接続も可能となる。
また、一つのフレーム24(図4参照)により、半導体素子11を実装した基板12を複数個配置して、各基板12の半導体素子11を電力変換装置10の同一の出力端子に接続し、更に、基板12同士或いは半導体素子11同士の電気的な接続を行なうことで、以下の効果を得ることができる。
電力変換装置、例えば3相インバータの電力容量を大きくする場合、一般的に各相或いは各アームの半導体素子を多数並列接続するが、この電力変換装置10では、前述したように各相或いは各アームの半導体素子11を同一の基板12に実装する必要が無く、各相のハイサイド側とローサイド側のアームを、それぞれ別の基板12に実装することができる。
従って、これらの基板12の四辺をフレームで必ず保持する必要も無い。つまり、基板12をフレームで保持するのは、実装工程中での基板12の保持が主たる目的であり、実装工程が終了すると、基板12はフレームからの圧力で放熱器13に密着することになる。フレームは、脚部24aが放熱器13に固定されているので、基板12に対し圧力を加え続ける。
また、実装工程中でワイヤボンディングを行なう場合、基板12はワイヤボンディング装置による真空引き吸着で同装置に固定されるので、各基板12間を跨ぐ或いは繋ぐ形状でのワイヤボンディング工程等の実装工程において邪魔になることは無い。
よって、フレームの同じ開口部にハイサイド側とローサイド側の基板12を配置でき、且つ、電気的な接続ができることから、基板12間の接続に必要な距離を短くすることができ、大電流容量の場合或いは電位が異なる電極を用いる場合でも、電力変換装置を小型に形成することができる。更に、それぞれの基板12の小型化が可能になって、各基板当たりの半導体素子はんだ付け接合面積を低減することができるので、はんだ付け部の熱応力を起因とする基板12の反りも防止することができる。
また、フレーム開口に、半導体素子11を実装した基板12を複数個配置して、各基板12の半導体素子11を電力変換装置10の同一の出力端子に接続し、更に、各基板12同士或いは各半導体素子11同士の電気的な接続を行なうことで、以下の効果を得ることができる。
電力変換装置、例えば3相インバータの電力容量を大きくする場合、一般的に各相或いは各アームの半導体素子11を多数並列接続するが、各相のハイサイド側、ローサイド側の半導体素子11を多くした場合、これらを同一の基板12に実装すると、半導体素子11と基板12のはんだ付け面積が大きくなり過ぎ、はんだ付け部の熱応力を起因として基板12が反ってしまう懸念が生じかねない。電力変換装置10では、ハイサイド側、ローサイド側の基板12を分割しても、これら基板12の間隔を短くすることができ、且つ、基板12間或いは半導体素子11間の電気的な接続もワイヤーボンディングや超音波接合等による電極溶接で容易に行なえる。このため、電力変換装置10の電流容量を増やすことも容易にできる。
また、突起部17の先端に、樹脂材料或いはゴム材料等の圧力変形部材を装着しても良い。これにより、突起部17を基板12に押圧すると、圧力変形部材に潰れが生じるため、基板12の四辺で突起部17との当たりにバラツキがあっても一様に押圧することができる。更に、フレームの若干の撓り変形と相俟って、基板12の四辺を確実に押圧することができる。
また、フレームが下側に突出するように反っている形状を有する構成としても良い。これにより、フレームの脚部を放熱器13に固定しフレームに下向きの圧力が加わると、フレームが平らになるように変形して、フレームの中央部から端部に圧力が加わることになり、基板12を一様に押圧することができる。この結果、フレームと基板12の接触部分の当たりが不均一なため、基板12と放熱器13の密着が不十分になってしまう事態を防止することができる。
(第2実施の形態)
図5は、この発明の第2実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。図6は、図5のA―A線に沿う断面図であり、図7は、図5のB―B線に沿う断面説明図である。図5〜7に示すように、電力変換装置30は、半導体素子11を、基板(セラミック基板)12でなく、金属板、即ち、バスバ電極31,32或いはバスバ電極に接続される金属板(図示しない)に実装している。そして、電力変換装置30の冷却を行なう放熱器13、或いは電力変換装置30を収容するケースの筐体(図示しない)に、フレーム14の脚部14aを固定することにより、基板としてのバスバ電極31,32或いは金属板の裏面と、放熱器13或いはケース筐体とを密着させている。
その他の構成及び作用は、電力変換装置10と同様であり、図5は図1に、図6は図2に、図7は図3に、それぞれ対応している。なお、半導体素子11は、電位の相違から、バスバ電極(P電位側)31とバスバ電極(出力電位側)32に、それぞれ実装される。
この電力変換装置30において、半導体素子実装部は、放熱器13の上に、絶縁層33、基板(バスバ電極或いは金属板)31,32、はんだ付け接合部(図示しない)、半導体素子11が記載順に積層された、5層構造となる(図7参照)。ここで、絶縁層33は、基板31,32と放熱器13の絶縁を図るが、絶縁性能を確実に果たすため絶縁接着剤が主に用いられる。
図8は、図5の電力変換装置を適用したインバータの一例を示す平面図である。図8に示すように、例えば、3相インバータを形成する場合や電流容量を大きくするために半導体素子11を多数個用いる場合、フレーム14を縦横に拡張し共通部分を一体化した形状を有するフレーム24の複数のフレーム開口毎に、基板31,32を一体的に配置すればよい。その他の構成及び作用は、図4における場合と同様であり、図8は、図4に対応している。
このチップオンバスバ構造の電力変換装置30においても、電力変換装置10の基板12をバスバ電極等の半導体素子11を実装している金属板に置き換えれば、前述した電力変換装置10における第1から第5の効果を、同様に得ることができる。その上、次に示す第6の効果を得ることができる。
電力変換装置30は、絶縁層とシリコングリスという高熱抵抗の領域を2重に持つ必要が無い。一般に、シリコングリスより絶縁接着剤の方が熱抵抗を低減し易いため、熱抵抗を顕著に低減することができる。また、通常、インバータ等の電力変換装置を構成する場合、半導体素子11を実装しているバスバ電極の電位は一つでなく複数になるが、これら電位の異なるバスバ電極を保持するため、従来は、ベースプレートを必要としていた。
これに対し、電力変換装置30は、これら電位の異なるバスバ電極をフレームで上方から保持するので、ベースプレートを必要としない。更に、基板31,32の表面端部を、フレームに結合し機械的に保持するので、ベースプレートが不要になる。即ち、基板31,32が複数個あったとしても、各々をフレームで固定することができ、且つ、後述するように実装も問題なく行なえるので、支持基板或いは支持構造体としてのベースプレートを必要としない。
また、半導体素子11を実装している基板31,32の中央部は、フレーム自体で覆われていないため、フレームで保持されている基板31,32を実装用製造装置に載せて、ワイヤボンディング等或いは超音波接合によるバスバ電極の接続等の各種実装工程を実施することが可能である。即ち、基板31,32をフレーム14に接合する前に、基板31,32上に半導体素子11をはんだ付けし、基板31,32をフレーム14に接続した後に、各種接続実装を行なえば良い。
なお、第1及び第2の実施の形態においては、ベースプレートを用いていないが、この発明に係る電力変換装置にあっては、ペースプレートを用いた場合でも所定の効果を得ることができる。
図9は、第1実施の形態に係る電力変換装置の他の例を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のA―A線に沿う断面図である。図9に示すように、電力変換装置35は、放熱器13に固定することなくベースプレート36を載置し、そのベースプレート36上に基板(セラミック基板)14を配置した、積層構造を有している。
このように、ベースプレート36を、直接、放熱器13に固定していないので、ベースプレート36と放熱器13の間で、熱膨張係数の相違によりはがれ等が生じて空隙が発生してしまうのを防止することができる。また、複数のベースプレート36を用いる場合も間隔を狭めることが可能なので、小型化できる。また、半導体素子11を実装したバスバ電極を、絶縁領域を介してベースプレート36上に配置しても、同様の効果を得ることができる。
(第3実施の形態)
図10は、この発明の第3実施の形態に係る、複数のインバータを組み合わせた電力変換装置の回路図である。図11は、図10の電力変換装置における一相部分の平面図であり、図12は、図11のA―A線に沿う断面図であり、図13は、図11のB―B線に沿う断面図である。この実施の形態に係る電力変換装置40は、第1実施の形態の電力変換装置10(図1参照)の構造を基にして、2個のインバータを組み合わせたものである。この第1実施の形態の構造を基にした場合の他、マトリックスコンバータの場合、マトリックスコンバータとインバータを組み合わせ或いは一体化した構造の場合、更に、DC/DCコンバータ等他の電力変換装置の場合にも、以下に述べる効果を同様に得ることができる。
図10に示すように、電力変換装置40は、U相、V相、W相の各相毎に、2個の直流電源から交流電力を得る2個のインバータを複合して形成されている。例えば、U相は、2個の半導体素子41,42で一方のインバータのハイサイド側を構成し、2個の半導体素子43,44で他方のインバータのハイサイド側を構成する。ここで、2個の電源の大小関係は任意であるので、従来のダイオードに代えて、逆方向耐圧を有する半導体素子42,44を用いる。また、2個の半導体素子45,46で2個のインバータのローサイド側を構成する。
図11に示すように、第2実施の形態の電力変換装置30の構成に基づき、半導体素子41を、基板としての第1バスバ電極(P電位側)47に、半導体素子42,44,45,46を、基板としての第2バスバ電極(出力端子側)48に、半導体素子43を、基板としての第3バスバ電極(P電位側)49に、それぞれ実装する。第1バスバ電極47に第1P電位側立ち上げバスバ電極50を、第2バスバ電極48にN電位側立ち上げバスバ電極51を絶縁領域を介して、第3バスバ電極49に第2P電位側立ち上げバスバ電極52を、それぞれ接続する。
基板としての第1バスバ電極(P電位側)47と基板としての第2バスバ電極(出力端子側)48の間、及び基板としての第2バスバ電極(出力端子側)48と基板としての第3バスバ電極(P電位側)49の間には、それぞれゲート配線基板53が、電力変換装置10(図2参照)と同様に、梁54(図12,13参照)の上に載せた状態で配置されている。
図12及び図13に示すように、フレーム14上に、第1バスバ電極(P電位側)55、第2バスバ電極(N電位側)56、及び第3バスバ電極(P電位側)57を積層して配置する。そして、第1バスバ電極(P電位側)55と第1P電位側立ち上げバスバ電極50を、第2バスバ電極(N電位側)56とN電位側立ち上げバスバ電極51を、第3バスバ電極(P電位側)57と第2P電位側立ち上げバスバ電極52を、それぞれ接続する。
この電力変換装置40においても、上述した第2実施の形態におけるのと同様の効果を得ることができる。特に、半導体素子と外部電源及び負荷を接続する、外部バスバ電極及び立ち上げ電極を、フレーム14によって保持することによって得られる効果に加え、例えば、2個のインバータを複合し二組のPNバスバを有する場合でも、各バスバを低インダクタンスに、且つ、各半導体素子への接続長をほぼ同一にすることができる。このため良好な電気特性を容易に得ることができる。
なお、これまでの説明は、電力変換装置として、主にインバータを例に挙げて行なったが、前述のように、インバータに限らずマトリックスコンバータのような交流電力間の電力変換装置にも適用することができる。更に、複数の電源や負荷との間で電力変換を行なう、例えば複数のインバータやマトリクスコンバータを組み合わせた複合型の電力変換装置にも、適用することができる。特に、これら複数の電力変換装置を複合した構成の場合は、半導体素子が多くなるばかりでなくバスバ電極も多くなるが、このような場合も、熱抵抗を下げると共に、低インダクタンス化や電流バランス改善等の電気特性も良好にすることができる。よって、小型化を図ることが可能となり低コスト化することができる。
構成については、第2実施の形態に基づいて説明したが、第1実施の形態において説明した構成に適用しても、上述した効果と第1実施の形態において述べた効果を同様に得ることができる。
また、梁とゲート配線基板を積層してフレームに配置した構成においても、第1及び第2実施の形態におけるものと同様の効果も得ることができる。更に、半導体素子が多い或いはバスバ電極が多い構成の場合、半導体素子の表面電極へのワイヤボンディング等の接続線(図示せず)の上に、ゲート信号線を配置すれば、特に小型化への寄与が大きい。この構成では、半導体素子の表面電極の接続線を設けた後に、ゲート配線基板を接続線直上に配置すると共に同基板への接続ができるので、容易に小型化することができる。
なお、ここで述べた、ゲート配線基板の配置場所や配置順序に関する小型化効果は、第3実施の形態において説明した内容に限るものでなく、この発明の全ての実施の形態に対し同様に得ることができる。
(第4実施の形態)
図14は、この発明の第4実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。図15は、図14の電力変換装置から上部フレームを外した状態の平面図であり、図16は、図14の電力変換装置におけるフレーム結合部分の断面図であり、図17は、図14のA−A線に沿う断面図であり、図18は、図14のB−B線に沿う断面説明図である。
図14〜18に示すように、電力変換装置60は、第1実施の形態における電力変換装置10を、フレーム14の高さ方向途中の平面で上下に二分割して形成した構造を有しており、フレーム14に代えて、上部フレーム61と下部フレーム62を有している。その他の構成及び作用は、電力変換装置10と同様である。
即ち、電力変換装置60は、半導体素子11を実装した基板12を備えた下部フレーム62(図15参照)と、下部フレーム62の上に配置される上部フレーム61から構成されており、上部フレーム61は、枠体長辺部間を連結する連結部61a(図14参照)を有している。この上部フレーム61の側面に形成された、フレーム14の脚部14aと同様の脚部61bを、放熱器13に固着することにより、基板12を放熱器13に密着させることができる。
図16に示すように、上部フレーム61の底面に、例えば突部63を形成し、下部フレーム62の上面に、突部63を嵌めこむことができる凹部64を形成して、突部63を凹部64に嵌め込むことにより、上部フレーム61と下部フレーム62を結合することができる。この結合構造は、上部フレーム61に突部63、下部フレーム62に凹部64の組み合わせに限るものではなく、上部フレーム61に凹部64、下部フレーム62に突部63の組み合わせでも良い。
なお、上部フレーム61の下面或いは下部フレーム62の上面に配置した、ゴム材やバネ等からなる弾性構造体(図示しない)を介して、上部フレーム61と下部フレーム62を嵌め合わせる構成としても良い。これにより、上部フレーム61から下部フレーム62に、より均一に圧力を加えることができる。
また、半導体素子11を実装した基板12の表面には、上端が上部フレーム61の連結部61aに接触する支柱65が、複数本突設されている(図15,18参照)。支柱65の上端面と、この上端面が接触する連結部61aの下面には、上部フレーム61と下部フレーム62に形成した突部63(或いは凹部)及び凹部64(或いは凸部)と同様に、嵌め合わせ可能な凸部(或いは凹部)及び凹部(或いは凸部)が形成されている。この凸部(或いは凹部)及び凹部(或いは凸部)により、支柱65を連結部61aに結合することができる。
上述した電力変換装置60により、第1実施の形態における効果を得ることができるのに加え、基板12が下部フレーム62と接合していることによって、次の効果を得ることができる。
先ず、下部フレーム62の高さが抑えられるので、電力変換装置60の製造工程中においてフレームが作業の妨げになる懸念が更に低下する。つまり、フレーム側面部の高さは、脚部61bを有する上部フレーム61によって形成されるので、下部フレーム62は基板12を保持するために必要な構造のみでよい。次に、複数ある基板12の全てを同じフレームで保持する必要が無い。即ち、全ての基板12の内の一部枚数を、個々の下部フレーム62で保持し、これら下部フレーム62を複数個合わせて上部フレーム61により纏めて押圧することができるので、製造工程中に扱うフレームの大きさを小さくすることができ、製造が更に容易になる。
また、支柱65を設けることで、以下の効果が新たに得られる。フレームが接触する基板12の表面端部以外の箇所である、基板12の中央部近傍等も押圧することができる。つまり、基板12の表面端部の、下部フレーム62が当接する箇所以外に、支柱65が設置され、嵌合状態に接続されるので、基板12のサイズが大きい場合でも、基板12全体を確実に放熱器13に密着させることができる。特に、基板12の中央部近傍は、電力変換装置製造工程においてワイヤボンディング等が行われることが多いが、製造工程中は単に支柱65が立っているだけなので、作業の邪魔にはならない。
また、フレーム14が下側に突出するように反っている形状を有する構成とすることにより、第1実施の形態における効果を得ることができる。特に、フレームを上部フレーム61と下部フレーム62に分けて、上部フレーム61を下側に突出するような形状にした場合、基板12を保持する下部フレーム62は平坦なままで上部フレーム61により均一に加圧することができるため、基板12に悪影響を与えることなく確実に押圧することができる。
なお、第4実施の形態の構成を、第3実施の形態に適用すれば、第3実施の形態及び第4実施の形態において得られるそれぞれ効果を何れも得ることができる。
(第5実施の形態)
図19は、この発明の第5実施の形態に係る電力変換装置の平面図であり、図20は、図19のA−A線に沿う断面図である。図19,20に示すように、電力変換装置70は、第2実施の形態の構成に第4実施の形態の構成を併せて適用したものである。
つまり、半導体素子11を、バスバ電極31,32等に実装し、基板としてのバスバ電極31,32等の裏面と放熱器13等を密着させている構成(図5〜7参照)と、フレーム14に代えて、上部フレーム61と下部フレーム62を有する構成(図14〜18参照)とを併せたものである。
この第5実施の形態に係る電力変換装置70により、第2実施の形態において得られる効果と第4実施の形態において得られる効果を併せて得ることができる。また、電力変換装置70を、第3実施の形態に適用すれば、第3実施の形態において得られる効果と第5実施の形態において得られる効果を併せて得ることができる。
(第6実施の形態)
図21は、この発明の第6実施の形態に係る電力変換装置の基板と放熱器の接合部分の断面図である。この実施の形態に係る電力変換装置は、半導体素子を、バスバ電極31,32或いはバスバ電極に接続される金属板(図示しない)に実装し、基板としてのバスバ電極31,32或いは金属板の裏面と、放熱器13或いはケース筐体(図示しない)を密着させている(第2実施の形態、図5参照)。この図21は、図5のB−B線に沿う断面と同様位置での断面を示す。なお、以下の説明において、フレーム14の短辺方向を縦方向、長辺方向を横方向(図面、左右方向)とする。
図21に示すように、この実施の形態に係る電力変換装置の放熱器13は、裏面側に形成された、縦方向に沿って延びると共に横方向に沿って略等間隔で並設された複数の放熱フィン75を有している。また、放熱器13は、表面の横方向両端部と略中央部の3箇所に、縦方向に沿って延び、且つ、基板側である上方に開口する溝76を有し、これら各溝76に対応する裏面側に、溝76の幅より太い幅の幅広放熱フィン75aを有している。
そして、基板としてのバスバ電極31,32は、その横方向辺が放熱フィン75に対し略直交するように、且つ、その縦方向辺のそれぞれが各溝76に臨むように、配置されており、更に、絶縁性接着剤によって放熱器13に接続されている。この絶縁性接着剤は、溝76の内部にも塗布され、基板としてのバスバ電極31,32と放熱器13の接着力を高めている。
このように、電力変換装置の基板と放熱器の接合部分の構成として、半導体素子を実装し、基板でもあるバスバ電極31,32を放熱器13に絶縁接着剤によって接着することにより、バスバ電極31,32と放熱器13の接合と同時に両者間の電気絶縁状態も確保することもできる。しかしながら、一般に、バスバ電極31,32は銅又は銅合金で形成され、放熱器13はアルミ系の材料で形成されるため、両者の熱膨張率の違いから熱応力が生じるが、この熱応力は、基板端部、特に長辺の端部側、即ち、短辺に沿って集中する。そこで、この短辺部分の絶縁接着剤領域を厚くし、大きな熱応力に対して絶縁接着剤が変形することにより応力を緩和できるように、溝76を設けて絶縁接着剤の体積を大きくしている。
また、この溝76が、放熱器13の放熱フィン75と並行になるように位置していることから、以下の効果も得ることができる。先ず、この溝76を、放熱器13の裏面の幅広放熱フィン75a形成位置に対応する表面に形成するので、放熱器13に穴を開け対することなく充分大きい溝76を設けることができる。このため、更に大きな応力緩和効果を得ることができる。次に、この溝76を設ける部分、即ち、幅広放熱フィン75a形成位置には、発熱源としての半導体素子は無い。このため、半導体素子の放熱性能に悪影響を与えることが無い上に、熱応力による放熱器13の変形に対し幅広放熱フィン75aが補強材としても機能する。
また、この溝76の側面を、開口側が広がる傾斜面により形成しているため、溝76内部の絶縁接着剤領域における角部(面交差部)が鈍角によって構成されることになり、熱応力が角部に過度に集中することがなく、熱応力の緩和効果が大きくなる。
図22は、図21の基板と放熱器の接合部分の他の例を示し、(a)は溝に段差部を形成した例の図21と同様の断面図、(b)は溝に絶縁材料を装着した例の図21と同様の断面図である。図22に示すように、放熱器13の溝76に段差部76aを設け((a)参照)、或いは、この段差部76aに絶縁材料77を配置((b)参照)している。
段差部76aは、各溝76のバスバ電極31,32にかかる斜面、即ち、バスバ電極31,32の裏面に対向する放熱器13表面の、横方向両端部の溝76では内側斜面、略中央部の溝76では両側斜面の各上部に、放熱器13表面から一段下がって形成されている。つまり、この段差部76aは、基板の半導体素子を実装した部分以外の部分の略直下に位置することになる。
このように、段差部76aを、溝76に繋がって溝76の一部を形成するように設けて、絶縁接着剤の厚さが段階的に薄くなるようにしているので、溝76と一体化して絶縁接着剤の応力緩和領域を形成することができる。このため、絶縁接着剤の厚さが急に薄くなる部分が形成されてそこに応力が集中するのを防止することができる。なお、段差部76aには半導体素子が実装されないので、放熱性能に悪影響を与えることは無い。
また、段差部76aに、例えば絶縁テープ等の絶縁材料77を配置することにより、半導体素子を実装した基板と放熱器13を絶縁接着剤により接合する際に絶縁性能が低下してしまう懸念を、無くすことができる。つまり、絶縁接着剤により接合する際に、基板としてのバスバ電極31,32が傾いて配置された場合、接合面における絶縁接着剤の厚さが薄くなって絶縁性能が低下してしまう懸念があるが、段差部76aに配置した絶縁材料77がスペーサとしての機能を有するので、このような懸念が生じることはない。
更に、この絶縁材料77は、段差部76aに配置されており、絶縁材料77が接着剤塗布面である放熱器13表面に突出することが無いので、絶縁接着剤を塗布した際に接着剤層が厚くなって熱抵抗が増大してしまうのを防止することができる。即ち、段差部76aを設けずに放熱器13表面に絶縁材料77を配置した場合、接着剤領域は熱抵抗低減のためできるだけ薄くしたいことも相俟って、接着剤領域の表面を均一な高さにすることは困難であるが、絶縁材料77の有無に拘わらず接着剤領域を薄く、且つ、その表面を均一な高さにすることが容易にできる。
上記構成を有することにより、基板であるバスバ電極の表面に導電性の接合材料を介して半導体素子を実装する構成とすれば、半導体素子から放熱器までの絶縁領域を1層のみで形成することが可能となる。この結果、熱抵抗を大幅に低減することができる。
なお、この第6実施の形態に係る構成を、第1実施の形態における基板(セラミック基板)を用いる構成に適用しても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。また、第3実施の形態から第5実施の形態において第6実施の形態の構成を適用すれば、第3実施の形態から第5実施の形態において得られる効果に加えて、第6実施の形態において得られる効果も得ることができる。
このように、この発明に係る電力変換装置の構成は、例えば、個々のパワーモジュールを連結板のような押さえ部材で放熱器に押圧する構造とは根本的に異なっている。つまり、個々のパワーモジュールを押圧するだけでは、半導体素子から放熱器までの範囲における熱抵抗を低減することができず、また、モジュール外側でバスバ電極等の接続を行なうことから小型化することも困難である。
また、この発明に係る電力変換装置の構成は、例えば、電子回路基板を単にフレームに固定する構造とも根本的に異なっており、発熱源である半導体素子から放熱器への熱抵抗を下げることを容易化すると共に、大電流での安定的な動作を可能にすることを実現している。
つまり、この発明によれば、半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、基板を放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置は、フレームが、フレームを放熱器に固定する固定部と、フレーム下端に形成され、放熱器に載置した基板の半導体素子配置面に接し、半導体素子配置面の裏面を放熱器に密着させ固定する複数の押圧部と、各押圧部を結んで設けられ、半導体素子配置面に接合する接合部と、フレームの固定時、実装作業可能に半導体素子配置面を露出させるフレーム開口とを有するので、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない。
また、この発明に係る電力変換装置の製造方法により、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない電力変換装置を実現することができる。
この発明の第1実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。 図1のA−A線に沿う断面図である。 図1のB−B線に沿う断面説明図である。 図1の電力変換装置を適用したインバータの一部を示す平面図である。 この発明の第2実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。 図5のA―A線に沿う断面図である。 図5のB―B線に沿う断面説明図である。 図5の電力変換装置を適用したインバータの一例を示す平面図である。 第1実施の形態に係る電力変換装置の他の例を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のA―A線に沿う断面図である。 この発明の第3実施の形態に係る、複数のインバータを組み合わせた電力変換装置の回路図である。 図10の電力変換装置における一相部分の平面図である。 図11のA―A線に沿う断面図である。 図11のB―B線に沿う断面図である。 この発明の第4実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。 図14の電力変換装置から上部フレームを外した状態の平面図である。 図14の電力変換装置におけるフレーム結合部分の断面図である。 図14のA−A線に沿う断面図である。 図14のB−B線に沿う断面説明図である。 この発明の第5実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。 図19のA−A線に沿う断面図である。 この発明の第6実施の形態に係る電力変換装置の基板と放熱器の接合部分の断面図である。 図21の基板と放熱器の接合部分の他の例を示し、(a)は溝に段差部を形成した例の図21と同様の断面図、(b)は溝に絶縁材料を装着した例の図21と同様の断面図である。
符号の説明
10,30,35,40,60,70 電力変換装置
11,41,42,43,44,45,46 半導体素子
12 基板
13 放熱器
14,24 フレーム
14a,24a,61b 脚部
14b 固定部
15 金属箔
16 突起部
17 袴部
18 P電位側バスバ電極
19 N電位側バスバ電極
20 P電位側立ち上げバスバ電極
21 N電位側立ち上げバスバ電極
22,53 ゲート配線基板
23 切り込み部
31,32 バスバ電極
33 絶縁層
36 ベースプレート
47,55 第1バスバ電極(P電位側)
48 第2バスバ電極(出力端子側)
49,57 第3バスバ電極(P電位側)
50 第1P電位側立ち上げバスバ電極
51 N電位側立ち上げバスバ電極
52 第2P電位側立ち上げバスバ電極
54 梁
56 第2バスバ電極(N電位側)
61 上部フレーム
61a 連結部
62 下部フレーム
63 突部
64 凹部
65 支柱
75 放熱フィン
75a 幅広放熱フィン
76 溝
76a 段差部
77 絶縁材料

Claims (19)

  1. 半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、前記基板を前記放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置において、
    前記フレームは、
    該フレームを前記放熱器に固定する固定部と、
    フレーム下端に形成され、前記放熱器に載置した前記基板の半導体素子配置面に接し、前記半導体素子配置面の裏面を前記放熱器に密着させ固定する複数の押圧部と、
    前記各押圧部を結んで設けられ、前記半導体素子配置面に接合する接合部と、
    前記フレームの固定時、実装作業可能に前記半導体素子配置面を露出させるフレーム開口と
    を有することを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記基板は、複数個に分割されており、
    分割された前記各基板に実装された各半導体素子を同一の出力端子に接続すると共に、前記各基板及び前記各半導体素子のそれぞれが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記フレームは、前記基板を個別に配置する複数のフレーム開口を有し、
    前記各フレーム開口毎に配置された基板に実装された各半導体素子を同一の出力端子に接続すると共に、前記各基板及び前記各半導体素子のそれぞれが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
  4. 前記基板は、前記半導体素子を実装したセラミック基板、或いは前記半導体素子を実装したバスバ電極基板であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 前記基板は、前記セラミック基板或いは前記バスバ電極基板とベースプレートの積層構造を有することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。
  6. 前記押圧部は、離間して配置された複数の突起部からなり、前記接合部は、前記突起部より柔軟な材料で、且つ、前記突起部より下方まで延びて形成され、隣接する前記各突起部を連結する袴部からなることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  7. 前記突起部は、先端に樹脂材料或いはゴム材料からなる圧力変形部材を装着していることを特徴とする請求項6に記載の電力変換装置。
  8. 前記フレームの上端に配置した、前記半導体素子を外部電源に接続する外部バスバ電極、及び前記半導体素子と前記外部バスバ電極を電気的に接続する立ち上げ電極を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  9. 前記フレームに、前記フレームの上端から突出しないように、前記フレーム開口を跨ぐ梁或いは前記フレームの上端部に形成した切り込みを介して、前記半導体素子への制御信号を送るゲート配線基板を配置したことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  10. 前記フレームが、下側に突出するように反っている形状を有することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  11. 前記放熱器の裏面側に形成された、前記フレームの短辺方向に沿って延びると共に前記フレームの長辺方向に沿って略等間隔で並設された複数の放熱フィンと、
    前記放熱器の表面に形成された、前記フレームの短辺方向に沿って延び、且つ、前記基板側に開口する複数の溝と、
    前記各溝に対応する前記放熱器の裏面側に形成された、溝幅より太い幅の幅広放熱フィンとを有し、
    前記基板が、前記フレームの長辺方向辺が前記放熱フィンに対し略直交するように、且つ、前記フレームの短辺方向辺のそれぞれが前記各溝に臨むように配置され、絶縁性接着剤によって前記放熱器に接続されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  12. 前記溝の側面を、開口側が広がる傾斜面により形成したことを特徴とする請求項11に記載の電力変換装置。
  13. 前記溝に、前記放熱器の表面から一段下がって形成され、前記基板の前記半導体素子を実装した部分以外の部分の下に位置する段差部を設けたことを特徴とする請求項11または12に記載の電力変換装置。
  14. 前記段差部に、スペーサとして機能する絶縁材料を配置したことを特徴とする請求項13に記載の電力変換装置。
  15. 前記基板がバスバ電極であり、前記バスバ電極の表面に導電性の接合材料を介して前記半導体素子を実装することを特徴とする請求項11から14のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  16. 前記フレームは、
    結合部を有し、前記基板に接合する下部フレームと、前記結合部に嵌め合わされ結合する被結合部を有すると共に前記放熱部に固着する脚部を有し、前記下部フレームの上に配置される上部フレームからなる二分割構造を有することを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  17. 前記上部フレームと前記下部フレームの少なくとも一方に弾性構造体を配置し、前記弾性構造体を介在させて嵌め合わせることを特徴とする請求項16に記載の電力変換装置。
  18. 前記基板の表面に突設され、上端に、前記上部フレームの結合部に結合する被結合部が形成された支柱を有することを特徴とする請求項16または17に記載の電力変換装置。
  19. 半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、前記基板を前記放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置の製造方法において、
    先ず、前記基板の半導体素子配置面の上方から前記フレームを押圧して、前記フレームの下端に形成された接合部により前記フレームを前記半導体素子配置面に接合し仮止めするステップと、
    次に、前記フレームのフレーム開口から、前記基板と外部バスバ電極を接続する接続手段を配置するステップと、
    その後、前記フレームを前記放熱器に固定するステップと
    を有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。

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