JP2007215302A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、外力に対する耐久性を向上したインバータ装置を提供することにある。
【解決手段】放熱板２２の表面に、正側導体３３、負側導体３７及び交流側導体３５を接合し、正側導体３３と交流側導体３５との間に接合されたＩＧＢＴ及びダイオードと、負側導体３７と交流側導体３５との間に接合されたＩＧＢＴ及びダイオードと、正側導体３３に設けられた正極端子３９と、負側導体３７に設けられた負極端子４０と、交流側導体３５に設けられた出力端子４１，４２とを有し、正極端子３９、負極端子４０及び出力端子４１，４２は、放熱板２２の表面に対して平行にする方向に曲げられたインバータ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ装置に関する。

一般的に、例えば電気自動車では、電力用半導体素子及びそれを用いたインバータ装置の小型化、高信頼性化及び冷却効率の向上が要求されている。

そこで、半導体チップであるＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)及びダイオードを平面形状とし、これらの半導体チップを導体に接合し、この導体を冷却器に、セラミックスを含有した絶縁樹脂シートを介在させて加圧及び過熱接着することで、冷却効率を高めたインバータ装置が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。また、複数の半導体チップを導体の一方の面に接合し、他方の面にセラミックを含有した絶縁樹脂シートで放熱用金属板を接着し、この放熱用金属板を熱伝導グリースを介して、冷却器に加圧接触することで、冷却効率を高めたインバータ装置が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００３−１５３５５４号公報 特開２００４−２８８７５５号公報

しかしながら、上述したインバータ装置には、実装時における外力に対する対策については触れられていない。例えば、電気自動車等に搭載する場合には、走行時における振動などの外力により、ＩＧＢＴ、ダイオード及びこれらを接合した接合部にダメージを継続的に受ける可能性がある。特に、外部の機器等と配線などにより接続されている端子は、この外力を直接的に受け、さらにインバータ装置全体にこの外力を伝える部分となる。このような外力により、インバータ装置及びこれらに実装されている素子等の寿命を短くする恐れがある。

そこで、本発明の目的は、外力に対する耐久性を向上したインバータ装置を提供することにある。

本発明の観点に従ったインバータ装置は、熱を放熱するための放熱部と、前記放熱部の表面に接合された正側導体と、前記正側導体と対向するように前記放熱部の表面に接合された交流側導体と、前記正側導体の前記交流側導体と対向する側の面に接合され、直流電力の正極側が印加される正極端子と、前記交流側導体の前記正側導体と対向する側の面に接合され、交流電力が出力される出力部が前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられた第１の出力端子と、前記正極端子と正極側が接合され、前記第１の出力端子と負極側が接合された第１の半導体チップと、前記交流側導体と対向するように前記放熱部の表面に接合された負側導体と、前記負側導体の前記交流側導体と対向する側の面に接合され、前記直流電力の負極側が印加される負極端子と、前記交流側導体の前記負側導体と対向する側の面に接合され、前記交流電力が出力される出力部が前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられた第２の出力端子と、前記第２の出力端子と正極側が接合され、前記負極端子と負極側が接合された第２の半導体チップとを備えた構成である。

本発明によれば、外力に対する耐久性を向上したインバータ装置を提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明するが、始めに各実施形態で共通する事項について説明する。

図１９を参照して、各実施形態に係るインバータ装置の回路について説明する。

各実施形態に係るインバータ装置を構成する電力用半導体素子は、図１９に示すように、回路１０と等価の回路を基本に構成されている。

回路１０は、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)１７１，１７２と、ダイオード１８１，１８２とからなる。回路１０は、出力する交流電力の１つの相を構成している。ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１は、１つの相の上アームを構成している。ＩＧＢＴ１７２及びダイオード１８２は、１つの相の下アームを構成している。

回路１０は、直流電源１から供給される直流電力の正極及び負極がそれぞれ正極端子３９及び負極端子４０に印加される。コンデンサ４を利用して、ＩＧＢＴ１７１，１７２のそれぞれのゲートを制御することにより、直流電力を交流電力に変換して、出力部２に出力する。

コンデンサ４は、例えば電源平滑用コンデンサであり、アルミ電解コンデンサなどである。

３つの本電力用半導体素子を使用し、図１９に示す構成とすることにより、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ装置とすることができる。また、２つの本電力用半導体素子を使用し、図１９に示す構成のうち１つの回路１０を削除した構成とすることにより、直流電力を単相交流電力に変換するインバータ装置とすることができる。

以下、各実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体素子について説明する。

（第１の実施形態）
図１，２を参照して、本実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体素子について説明する。図１９と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分について主に述べる。なお、以下の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

本電力用半導体素子は、図２に示すように、放熱板２２と、正側導体３３と、交流側導体３５と、負側導体３７と、正極端子３９と、負極端子４０と、出力端子４１，４２と、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃと、ダイオード１８１Ａ，１８１Ｂ，１８２Ａ，１８２Ｂと、熱緩衝板３４と、絶縁樹脂シート３６とからなり、以下のように構成されている。

正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７は、絶縁樹脂シート３６を介して、放熱板２２の上に接合されている。正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７と放熱板２２とが接合した面積は、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃなどから発生する熱が放熱板２２に効率的に伝熱するための一定以上の面積を有している。

交流側導体３５は、正側導体３３と対向するように配置されている。負側導体３７は、正側導体３３と反対側に、交流側導体３５と対向するように配置されている。正側導体３３と交流側導体３５とが対向する面及び負側導体３７と交流側導体３５と対向する面は、放熱板２２の表面に対して垂直になる。

正極端子３９は、正側導体３３の交流側導体３５と対向する側の面に接合されている。出力端子４１は、交流側導体３５の正側導体３３と対向する側の面に接合されている。出力端子４２は、交流側導体３５の負側導体３７と対向する側の面に接合されている。負極端子４０は、負側導体３７の交流側導体３５と対向する側の面に接合されている。

ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂは、コレクタ側（正極側）が、正極端子３９の交流側導体３５（又は、出力端子４１）と対向する側の面に接合されている。また、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂは、エミッタ側（負極側）が、出力端子４１の正側導体３３（又は、正極端子３９）と対向する側の面に、熱緩衝板３４を介して、接合されている。従って、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂは、放熱板２２の表面に対して垂直になる。

ＩＧＢＴ１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８２Ａ，１８２Ｂは、コレクタ側（正極側）が、出力端子４２の負側導体３７（又は、負極端子４０）と対向する側の面に接合されている。また、ＩＧＢＴ１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８２Ａ，１８２Ｂは、エミッタ側（負極側）が、負極端子４０の交流側導体３５（又は、出力端子４２）と対向する側の面に、熱緩衝板３４を介して、接合されている。従って、ＩＧＢＴ１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８２Ａ，１８２Ｂは、放熱板２２の表面に対して垂直になる。

ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂ，１８２Ａ，１８２Ｂと熱緩衝板３４との接合や、正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７と熱緩衝板３４との接合は、例えばはんだを用いて接合している。はんだは、Ｓｎ−Ｐｂ合金などの低融点はんだ、又はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金などの高融点はんだである。なお、銀ペーストなどの導電性接着剤を用いて接合してもよい。

次に、本電力用半導体素子を構成する各部品について説明する。

正側導体３３、交流側導体３５、負側導体３７、及び放熱板２２は、銅を材質としている。

正側導体３３は、正極端子３９を介して、直流電力の正極側が印加される導体である。

負側導体３７は、負極端子４０を介して、直流電力の負極側が印加される導体である。

交流側導体３５は、出力端子４１，４２を介して、直流電力から変換された交流電力を出力する導体である。

正極端子３９、負極端子４０及び出力端子４１，４２は、電気の良導体である、銅またはアルミニウムなどの金属を材質としている。

正極端子３９は、直流電源から直流電力の正極側が印加されるために、配線等を接続するための端子である。正極端子３９は、正側導体３３と交流側導体３５との対向する部分から側面の方向にはみ出した部分を有している。正極端子３９は、はみ出した部分が放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている。正極端子３９は、配線を接続し易くするために、例えば穴が空けられている。

負極端子４０は、直流電源から直流電力の負極側が印加されるために、配線等を接続するための端子である。負極端子４０は交流側導体３５と負側導体３７との対向する部分から側面の方向（正極端子３９のはみ出し部分と同一方向）にはみ出した部分を有している。負極端子４０は、はみ出した部分が放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている。負極端子４０は、配線を接続し易くするために、例えば穴が空けられている。

出力端子４１，４２は、直流電力から変換された交流電力を負荷へ供給するために、負荷との配線等を接続するための端子である。

出力端子４１は、正側導体３３と交流側導体３５との対向する部分から側面の方向（正極端子３９及び負極端子４０のはみ出し部分と反対側の方向）にはみ出した部分を有している。出力端子４１は、はみ出した部分が放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている。出力端子４１は、配線を接続し易くするために、例えば穴が空けられている。

出力端子４２は、交流側導体３５と負側導体３７との対向する部分から側面の方向（出力端子４１のはみ出し部分と同一方向）にはみ出した部分を有している。出力端子４２は、はみ出した部分が放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている。出力端子４２は、配線を接続し易くするために、例えば穴が空けられている。

絶縁樹脂シート３６は、例えば絶縁樹脂に窒化ホウ素などのセラミックフィラ−を充填したものであり、熱伝導率は２〜４Ｗ／ｍＫ、厚みは０．０５〜０．１５ｍｍ程度である。

ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃは、一辺の長さが１０ｍｍ以下の正方形のサイズになる半導体チップである。ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃは、直流電力から交流電力に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃは、３並列に接続されることにより、図１９に示すＩＧＢＴ１７１に相当する役割を果たす。ＩＧＢＴ１７２Ａ〜１７２Ｃは、３並列に接続されることにより、図１９に示すＩＧＢＴ１７２に相当する役割を果たす。

ダイオード１８１Ａ，１８１Ｂ，１８２Ａ，１８２Ｂは、一辺の長さが１０ｍｍ以下の正方形のサイズになる平面形状の半導体チップである。ダイオード１８１Ａ，１８１Ｂは、２並列に接続されることにより、図１９に示すＩＧＢＴ１８１に相当する役割を果たす。ダイオード１８２Ａ，１８２Ｂは、２並列に接続されることにより、図１９に示すＩＧＢＴ１８２に相当する役割を果たす。

熱緩衝板３４は、例えばモリブデン（Ｍｏ）などの低熱膨張金属材料である。モリブデンは、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂ，１８２Ａ，１８２Ｂの材質であるシリコンと、正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７の材質である銅とのおおよそ中間の線膨張係数をもつ。

以下、本実施形態の作用・効果について説明する。

ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂ，１８２Ａ，１８２Ｂは、材質がシリコンであり、正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７は、材質が銅である。これらの材質の間には、線膨張係数に違いがある。これにより、インバータ装置の作動及び停止により、ＩＧＢＴ等から発生する熱の温度サイクルが負荷されることで、接合に用いられているはんだに、せん断応力が発生し、非線型ひずみが発生する。この非線型ひずみの値が大きくなると、径時的にはんだにクラックを生じさせる原因となる。

そこで、上述の構成により、熱緩衝板３４を設けることにより、せん断応力を軽減することができる。さらに、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂ，１８２Ａ，１８２Ｂのチップサイズを一辺の長さを約１０ｍｍ以下とすることで、はんだの非線型ひずみを減少させることができる。これらにより、熱の温度サイクルによる耐久性を向上させることができる。

また、チップサイズを小さくすると、通電容量が小さくなる。このため、これらの半導体チップを並列に接続することで、大容量のインバータ装置、例えば電気自動車用の数１０ｋＷのインバータ装置に対応させることができる。

ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂは、接合面を通して、発生した熱の約半分を正側導体３３に熱伝導し、残りの約半分の熱を交流側導体３５に熱伝導し、図示されていない冷却器に搭載された放熱板２２に熱伝導して冷却される。同様にして、ＩＧＢＴ１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８２Ａ，１８２Ｂも、交流側導体３５及び負側導体３７に、それぞれ約半分ずつの熱が熱伝導して冷却される。よって、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂ，１８２Ａ，１８２Ｂは、正極側の面と負極側の面の両面から、大きな熱容量を持つ各導体３３，３５，３７に伝熱することで、効率的な冷却をすることができる。

絶縁部材として絶縁基板を使用せず、正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７と放熱板２２とを、いずれも銅やアルミニウムなどの金属、又はＡｌ−ＳｉＣなどの金属基複合材料を用いて形成し、両者を絶縁樹脂シート３６で接着している。被接合部材が金属又は金属基複合材料同士であるため、線膨張係数の差が小さく、接合時に生じるそりを小さい値に抑制することができる。そのため、放熱板２２の裏面の平面度は、良好な状態を保持でき、放熱板２２を冷却器に搭載した場合、両者の間の空隙は小さくなる。その結果、放熱板２２と冷却器の接触面に要する熱伝導グリースの層の厚さを小さくすることができ、放熱板２２と冷却器との間の接触熱抵抗を大幅に低減できる。

正側導体３３、交流側導体３５、負側導体３７、及び半導体チップ等を、各々はんだにより接合すれば、主回路の電気的配線を行うことができるため、ボンディングワイヤ等の配線部材を用いることなく製造することができる。よって、配線部材を配線する工程がなくなり、製造時間の短縮をすることができる。

正極端子３９、負極端子４０、出力端子４１，４２は、放熱板２２の表面と垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられた部分を有することにより、この電力用半導体素子が適用されたインバータ装置は、特に垂直方向に加わる外力を緩衝し、耐久性を向上させることができる。

本実施形態によれば、温度サイクルによる耐久性を向上させ、大容量化に対応でき、冷却効率を向上させ、製造時間を短縮し、外力に対する耐久性を向上させたインバータを提供することができる。

（第２の実施形態）
図３を参照して、本実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体素子について説明する。

本電力用半導体素子は、図２に示す電力用半導体素子の負極端子４０及び出力端子４１にそれぞれ熱緩衝材３４を一体形成し、それぞれ負極端子４０Ａ及び出力端子４１Ａとした点以外は、図２と同じである。

本実施形態によれば、第１の実施形態による作用・効果に加え、負極端子４０及び出力端子４１に熱緩衝材３４を接合する必要がないため、接合部材が要らなくなる。このため、冷却効率をより向上させることができる。また、接合箇所を減らすことにより、外力による耐久性をより向上させることができる。

（第３の実施形態）
図４，５を参照して、本実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体素子について説明する。

本電力用半導体素子は、図２に示す電力用半導体素子の正極端子３９及び負極端子４０の代わりに、正極端子３９Ｂ、負極端子４０Ｂを設け、出力端子４１及び出力端子４２の代わりに、出力端子４１Ｂを設けた点以外は、図２と同じである。

正極端子３９Ｂは、正側導体３３の交流側導体３５と対向する面に対して垂直な側面に設けられている。正極端子３９Ｂは、正側導体３３と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ、放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている。

負極端子４０Ｂは、負側導体３７の交流側導体３５と対向する面に対して垂直な側面に設けられている。負極端子４０Ｂは、正極端子３９Ｂと同一方向に位置する面に設けられている。負極端子４０Ｂは、負側導体３７と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ、放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている。

出力端子４１Ｂは、交流側導体３５の正側導体３３（又は、負側導体３７）と対向する面に対して垂直な側面に設けられている。出力端子４１Ｂは、正極端子３９Ｂ又は負極端子４０Ｂと反対側に位置する面に設けられている。出力端子４１Ｂは、交流側導体３５と正側導体３３（又は、負側導体３７）と対向する面に対して平行にする方向に曲げられ、放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている。

ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂは、コレクタ側（正極側）が、正側導体３３の交流側導体３５と対向する側の面に接合されている。また、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂは、エミッタ側（負極側）が、交流側導体３５の正側導体３３と対向する側の面に、熱緩衝板３４を介して、接合されている。従って、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ及びダイオード１８１Ａ，１８１Ｂは、放熱板２２の表面に対して垂直になる。

ＩＧＢＴ１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８２Ａ，１８２Ｂは、コレクタ側（正極側）が、交流側導体３５の負側導体３７と対向する側の面に接合されている。また、ＩＧＢＴ１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８２Ａ，１８２Ｂは、エミッタ側（負極側）が、負側導体３７の交流側導体３５と対向する側の面に、熱緩衝板３４を介して、接合されている。従って、ＩＧＢＴ１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８２Ａ，１８２Ｂは、放熱板２２の表面に対して垂直になる。

本実施形態によれば、第１の実施形態による作用・効果に加え、正極端子３９Ｂ、負極端子４０Ｂ及び出力端子４１Ｂが、放熱板２２の表面と垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられた部分を有し、さらに、正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７のそれぞれが対向する面に対して平行にする方向に曲げられた部分を有する。これにより、この電力用半導体素子が適用されたインバータ装置は、特に、垂直方向及び水平方向に加わる外力を緩衝し、耐久性を向上させることができる。

（第４の実施形態）
図６〜９を参照して、本実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体素子について説明する。

本電力用半導体素子は、図４に示す電力用半導体素子の正極端子３９Ｂ、負極端子４０Ｂ及び出力端子４１Ｂの形状を変えて、それぞれ正極端子３９Ｃ、負極端子４０Ｃ及び出力端子４１Ｃとした点以外は、図４と同じである。

正極端子３９Ｃは、正側導体３３の交流側導体３５と対向する面に対して垂直な側面に設けられている。正極端子３９Ｃは、正側導体３３と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ、この曲げられた箇所から短い距離のところで、正極端子３９Ｃが設けられている側面に対して平行にする方向に曲げられている。この短い距離は、正極端子３９Ｃと交流側導体３５との絶縁をとるための絶縁距離を有している。これにより、正極端子３９Ｃは、段差の形状を有している。

また、正極端子３９Ｃは、交流側導体３５の真中付近で、正側導体３３（又は、負側導体３７）と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ（以下、「第１の曲げ部」という。）、放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている（以下、「第２の曲げ部」という）。正極端子３９Ｃは、第１の曲げ部と第２の曲げ部との間にある平面は、負側導体３７側に面している。

負極端子４０Ｃは、負側導体３７の交流側導体３５と対向する面に対して垂直な側面に設けられている。負極端子４０Ｃは、正極端子３９Ｃと同一方向に位置する面に設けられている。負極端子４０Ｃは、負側導体３７と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ、この曲げられた箇所から短い距離のところで、負極端子４０Ｃが設けられている側面に対して平行にする方向に曲げられている。この短い距離は、負極端子４０Ｃと交流側導体３５との絶縁をとるための絶縁距離を有している。これにより、負極端子４０Ｃは、段差の形状を有している。

また、負極端子４０Ｃは、交流側導体３５の真中付近で、負側導体３７（又は、正側導体３３）と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ（以下、「第１の曲げ部」という。）、放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている（以下、「第２の曲げ部」という）。負極端子４０Ｃは、第１の曲げ部と第２の曲げ部との間にある平面は、正側導体３３側に面している。

正極端子３９Ｃ及び負極端子４０Ｃは、それぞれの第１の曲げ部と第２の曲げ部との間にある平面が互いに近接して対向している。

出力端子４１Ｃは、交流側導体３５の正側導体３３（又は、負側導体３７）と対向する面に対して垂直な側面に設けられている。出力端子４１Ｃは、正極端子３９Ｃ又は負極端子４０Ｃと反対側に位置する面に設けられている。出力端子４１Ｃは、交流側導体３５の正側導体３３と対向する面に対して平行にする方向に曲げられ、この曲げられた箇所から短い距離のところで、負極端子４０Ｃが設けられている側面に対して平行にする方向に曲げられている。この短い距離は、出力端子４１Ｃと正側導体３３又は負側導体３７との絶縁をとるための絶縁距離を有している。これにより、出力端子４１Ｃは、段差の形状を有している。

また、出力端子４１Ｃは、交流側導体３５と正側導体３３（又は、負側導体３７）と対向する面に対して平行にする方向に曲げられ、さらに放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている。

本実施形態によれば、第３の実施形態による作用・効果に加え、正極端子３９Ｃ、負極端子４０Ｃ及び出力端子４１Ｃは、それぞれに段差の形状を有することにより、加わる外力を緩衝し、より耐久性を向上させることができ、電位の異なる他の各導体３３，３５，３７との絶縁距離を保つことができる。また、正極端子３９Ｃ及び負極端子４０Ｃは、それぞれ互いに近接して対向する面により、相互インダクタンスの相殺効果が生じ、全体の配線インダクタンスを抑制することができる。

（第５の実施形態）
図１０〜図１３を参照して、本実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体素子について説明する。

本電力用半導体素子は、図６に示す電力用半導体素子の正極端子３９Ｃ、負極端子４０Ｃ及び出力端子４１Ｃのそれぞれの段差を無くして、それぞれ正極端子３９Ｄ、負極端子４０Ｄ及び出力端子４１Ｄとし、正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７の放熱板２２に接合された位置を変えた点以外は、図６と同じである。

正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７は、絶縁樹脂シート３６を介して、放熱板２２の上に接合されている。

交流側導体３５は、正側導体３３と対向するように配置されている。負側導体３７は、正側導体３３と反対側に、交流側導体３５と対向するように配置されている。正側導体３３と交流側導体３５とが対向する面及び負側導体３７と交流側導体３５と対向する面は、放熱板２２の表面に対して垂直になる。

正極端子３９Ｄは、正側導体３３の交流側導体３５と対向する面に対して垂直な側面に設けられている。正極端子３９Ｄは、交流側導体３５の真中付近で、正側導体３３（又は、負側導体３７）と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ（以下、「第１の曲げ部」という。）、放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている（以下、「第２の曲げ部」という）。正極端子３９Ｄは、第１の曲げ部と第２の曲げ部との間にある平面は、負側導体３７側に面している。

負極端子４０Ｄは、負側導体３７の交流側導体３５と対向する面に対して垂直な側面に設けられている。負極端子４０Ｄは、正極端子３９Ｄと同一方向に位置する面に設けられている。負極端子４０Ｄは、交流側導体３５の真中付近で、負側導体３７（又は、正側導体３３）と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ（以下、「第１の曲げ部」という。）、放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている（以下、「第２の曲げ部」という）。負極端子４０Ｄは、第１の曲げ部と第２の曲げ部との間にある平面は、正側導体３３側に面している。

正極端子３９Ｄ及び負極端子４０Ｄは、それぞれの第１の曲げ部と第２の曲げ部との間にある平面が互いに近接して対向している。

出力端子４１Ｄは、交流側導体３５の正側導体３３（又は、負側導体３７）と対向する面に対して垂直な側面に設けられている。出力端子４１Ｄは、正極端子３９Ｄ又は負極端子４０Ｄと反対側に位置する面に設けられている。出力端子４１Ｄは、交流側導体３５と正側導体３３（又は、負側導体３７）と対向する面に対して平行にする方向に曲げられ、さらに放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている。

正側導体３３及び負側導体３７の両側の側面は、同一平面上に位置するように、揃えられている。

交流側導体３５は、出力端子４１Ｄが設けられていない側面、即ち交流側導体３５の正極端子３９Ｄ及び負極端子４０Ｄが設けられている方向の側面が、正側導体３３及び負側導体３７のそれぞれの側面が含まれる平面よりも出力端子４１Ｄが設けられている側の方向に位置している。即ち、正極端子３９Ｄ及び負極端子４０Ｄが設けられている側から見ると、交流側導体３５は、正側導体３３及び負側導体３７の側面に対して、凹んだ状態に位置する。

一方、交流側導体３５は、出力端子４１Ｄが設けられている側面が、正側導体３３及び負側導体３７のそれぞれの側面が含まれる平面よりも、出力端子４１Ｄが設けられている側の方向に位置している。即ち、出力端子４１Ｄが設けられている側から見ると、出力端子４１Ｄは、正側導体３３及び負側導体３７の側面に対して、突き出た状態に位置する。

本実施形態によれば、第３の実施形態による作用・効果に加え、交流側導体３５を、正側導体３３及び負側導体３７に対して、ずらして放熱板２２上に接合することにより、正極端子３９Ｄ、負極端子４０Ｄ及び出力端子４１Ｄは、電位の異なる他の各導体３３，３５，３７と確実に絶縁距離を保つことができる。また、正極端子３９Ｄ及び負極端子４０Ｄは、それぞれ互いに近接して対向する面により、相互インダクタンスの相殺効果が生じ、全体の配線インダクタンスを抑制することができる。

（第６の実施形態）
図１４〜図１７を参照して、本実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体素子について説明する。

本電力用半導体素子は、図４に示す電力用半導体素子の正極端子３９Ｂ、負極端子４０Ｂ及び出力端子４１Ｂの形状を変えて、それぞれ正極端子３９Ｅ、負極端子４０Ｅ及び出力端子４１Ｅとした点以外は、図４と同じである。

正極端子３９Ｅは、正側導体３３と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ（第１の曲げ部）、折り返すように約１８０度に曲げられ（第２の曲げ部）、放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている（第３の曲げ部）。正極端子３９Ｅは、第１の曲げ部と第２の曲げ部との間にある平面と、第２の曲げ部と第３の曲げ部との間にある平面とが近接して対向している。

負極端子４０Ｅは、負側導体３７と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ（第１の曲げ部）、折り返すように約１８０度に曲げられ（第２の曲げ部）、放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている（第３の曲げ部）。負極端子４０Ｅは、第１の曲げ部と第２の曲げ部との間にある平面と、第２の曲げ部と第３の曲げ部との間にある平面とが近接して、対向している。

出力端子４１Ｅは、正側導体３３（又は、負側導体３７）と交流側導体３５とが対向する面に対して平行にする方向に曲げられ（第１の曲げ部）、折り返すように約１８０度に曲げられ（第２の曲げ部）、放熱板２２の表面に対して垂直方向に伸び、放熱板２２の表面と平行にする方向に曲げられている（第３の曲げ部）。出力端子４１Ｅは、第１の曲げ部と第２の曲げ部との間にある平面と、第２の曲げ部と第３の曲げ部との間にある平面とが近接して、対向している。

本実施形態によれば、第３の実施形態による作用・効果に加え、正極端子３９Ｅ、負極端子４０Ｅ及び出力端子４１Ｅは、曲げ部を３つ有することにより、加わる外力を緩衝し、より耐久性を向上させることができ、また、正極端子３９Ｅ、負極端子４０Ｅ及び出力端子４１Ｅは、近接した対向する一組の平面を各々に有することにより、相互インダクタンスの相殺効果が生じ、全体の配線インダクタンスを抑制することができる。

（第７の実施形態）
図１８を参照して、本実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体素子について説明する。

本電力用半導体素子は、図８に示す電力用半導体素子に、外囲器５０を加え、外囲器５０と、正極端子３９Ｃ、負極端子４０Ｃ及び出力端子４１Ｃとの間を、絶縁樹脂６０を充填して、正極端子３９Ｃ、負極端子４０Ｃ及び出力端子４１Ｃを外囲器５０に固定した点以外は、図８と同じである。

外囲器５０は、本電力用半導体素子の適用されたインバータ装置全体を外部からの衝撃から守るためのケースである。

絶縁樹脂６０は、樹脂を原材料とした絶縁部材である。

本実施形態によれば、第４の実施形態による作用・効果に加え、外囲器５０を有することにより、外力からの直接的な衝撃からインバータ装置を保護することができる。また、絶縁樹脂６０を用いて、正極端子３９Ｃ、負極端子４０Ｃ及び出力端子４１Ｃを、外囲器５０に固定することで、各端子３９Ｃ，４０Ｃ，４１Ｃに受けた外力を、絶縁樹脂６０の弾力性により吸収し、さらに、外囲器５０に外力を伝えて、衝撃を分散することで、インバータ装置の主要な部分（例えば、ＩＧＢＴ、ダイオード及びこれらを接合した接合部）への外力による衝撃を軽減させ、外力に対する耐久性を向上させることができる。

なお、各実施形態において、正極端子３９、負極端子４０及び出力端子４１（４２）は、曲げる箇所及び回数を増減させてもよい。例えば、ある１箇所の曲げられた部分を更に複数回折り返して曲げることにより、蛇腹状にしてもよい。これにより、外力による衝撃をさらに軽減することができる。

各実施形態において、正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７は、半導体チップの冷却作用の観点からすると、材質を銅にすることが望ましいが、アルミニウムなどの他金属や、Ａｌ−ＳｉＣなどの金属基複合材料としてもよい。同様にして、放熱板２２も、半導体チップの冷却作用の観点からすると、材質を銅にすることが望ましいが、アルミニウムなどの他金属や、Ａｌ−ＳｉＣなどの金属基複合材料としてもよい。また、放熱板２２は、正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７と同じ材質になるように選択してもよい。同じ材質にすることで製造コストを削減することができる。

各実施形態において、正側導体３３、交流側導体３５及び負側導体３７は、直方体として図示しているが、これに限らない。例えば、立方体や直方体の折れ曲がっている形状であってもよいし、曲面、突起、窪みなどを有していてもよい。本インバータ装置を適用する対象物や目的に応じて、適当な変形をすることができる。

各実施形態において、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた構成としたが、他の種類のトランジスタやサイリスタなどを用いた構成としてもよい。

各実施形態において、導体及び半導体チップ等の接合に、はんだを用いることとして説明したが、これに限らない。例えば、銀ペーストを用いて接合することにより、接触熱抵抗を低減することもできる。

各実施形態において、各端子は、直流電源１、コンデンサ４及び交流電力の供給先などとの配線をし易くするために、穴が空いていたり、ネジ状の取り付け部を有していたり、その他の特別な形状を有していてもよい。

各実施形態において、ＩＧＢＴ及びダイオードを実装する個数はいくつであってもよい。半導体チップは、大容量化したものを選択すると寿命が短くなる。また、あまり小容量化のものを選択すると、並列接続する個数を増やす必要がある。このため、装置全体が大きくし、配線も増え、自己インダクタンスを増やす恐れがある。従って、適用する対象物（例えば、電気自動車）に適用する目的や用途などにより適宜変更し、最適な電力容量等を選ぶことができる。

第２の実施形態において、負極端子４０Ａ及び出力端子４１Ａにそれぞれ熱緩衝材３４を一体形成したが、正極端子３９又は出力端子４２に熱緩衝材３４を一体形成してもよい。半導体チップの少なくとも片側に熱緩衝材３４が介在する組合せであれば、任意の端子の組合せを、熱緩衝材３４と一体形成することで、同様の作用・効果を得ることができる。

第７の実施形態において、他の実施形態の構成と組み合わせることにより、第７の実施形態による効果に、組み合わせた他の実施形態による効果を加えた効果を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る電力用半導体素子の斜視図。 第１の実施形態に係る電力用半導体素子の分解立体図。 第２の実施形態に係る負極端子及び出力端子の立体図。 第３の実施形態に係る電力用半導体素子の斜視図。 第３の実施形態に係る電力用半導体素子の分解立体図。 第４の実施形態に係る電力用半導体素子の斜視図。 第４の実施形態に係る電力用半導体素子の上面図。 第４の実施形態に係る電力用半導体素子の正面図。 第４の実施形態に係る電力用半導体素子の側面図。 第５の実施形態に係る電力用半導体素子の斜視図。 第５の実施形態に係る電力用半導体素子の上面図。 第５の実施形態に係る電力用半導体素子の正面図。 第５の実施形態に係る電力用半導体素子の側面図。 第６の実施形態に係る電力用半導体素子の斜視図。 第６の実施形態に係る電力用半導体素子の上面図。 第６の実施形態に係る電力用半導体素子の正面図。 第６の実施形態に係る電力用半導体素子の側面図。 第７の実施形態に係る電力用半導体素子の透視図。 各実施形態に係るインバータ装置の回路図。

符号の説明

１…直流電源、２…出力部、４…コンデンサ、１０…電力用半導体素子、２２…放熱板、３３…正側導体、３５…交流側導体、３６…絶縁樹脂シート、３７…負側導体、３９Ａ〜３９Ｅ…正極端子、４０Ａ〜４０Ｅ…負極端子、４１Ａ〜４１Ｅ，４２…出力端子、１７１，１７１Ａ〜１７１Ｃ，１７２Ａ〜１７２Ｃ…ＩＧＢＴ、１８１，１８１Ａ，１８１Ｂ，１８２Ａ，１８２Ｂ…ダイオード。

Claims (12)

1. 熱を放熱するための放熱部と、
   前記放熱部の表面に接合された正側導体と、
   前記正側導体と対向するように前記放熱部の表面に接合された交流側導体と、
   前記正側導体の前記交流側導体と対向する側の面に接合され、直流電力の正極側が印加される正極端子と、
   前記交流側導体の前記正側導体と対向する側の面に接合され、交流電力が出力される出力部が前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられた第１の出力端子と、
   前記正極端子と正極側が接合され、前記第１の出力端子と負極側が接合された第１の半導体チップと、
   前記交流側導体と対向するように前記放熱部の表面に接合された負側導体と、
   前記負側導体の前記交流側導体と対向する側の面に接合され、前記直流電力の負極側が印加される負極端子と、
   前記交流側導体の前記負側導体と対向する側の面に接合され、前記交流電力が出力される出力部が前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられた第２の出力端子と、
   前記第２の出力端子と正極側が接合され、前記負極端子と負極側が接合された第２の半導体チップと
   を具備することを特徴とするインバータ装置。
2. 熱を放熱するための放熱部と、
   前記放熱部の表面に接合された正側導体と、
   前記正側導体と対向するように前記放熱部の表面に接合された交流側導体と、
   前記正側導体の前記交流側導体と対向する側の面に接合され、直流電力の正極側が印加される印加部が前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられた正極端子と、
   前記交流側導体の前記正側導体と対向する側の面に接合され、交流電力が出力される第１の出力端子と、
   前記正極端子と正極側が接合され、前記第１の出力端子と負極側が接合された第１の半導体チップと、
   前記交流側導体と対向するように前記放熱部の表面に接合された負側導体と、
   前記負側導体の前記交流側導体と対向する側の面に接合され、前記直流電力の負極側が印加される印加部が前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられた負極端子と、
   前記交流側導体の前記負側導体と対向する側の面に接合され、前記交流電力が出力される第２の出力端子と、
   前記第２の出力端子と正極側が接合され、前記負極端子と負極側が接合された第２の半導体チップと
   を具備することを特徴とするインバータ装置。
3. 前記第１の出力端子は、前記交流電力が出力される出力部が前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられ、
   前記第２の出力端子は、前記交流電力が出力される出力部が前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられたこと
   を特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
4. 前記正極端子、前記負極端子、前記第１の出力端子、及び前記第２の出力端子のうち少なくとも１つに熱緩衝部を設けたこと
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインバータ装置。
5. 熱を放熱するための放熱部と、
   前記放熱部の表面に接合された正側導体と、
   前記正側導体に設けられ、直流電力の正極側が印加される正極端子と、
   前記正側導体と対向するように前記放熱部の表面に接合された交流側導体と、
   前記交流側導体に設けられ、交流電力が出力される出力部が前記交流側導体と前記正側導体との対向面に対して平行にする方向に曲げられ、前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられた出力端子と、
   前記正側導体と前記交流側導体との間に設けられ、前記正側導体と正極側が接合され、前記交流側導体と負極側が接合された第１の半導体チップと、
   前記交流側導体と対向するように前記放熱部の表面に接合された負側導体と、
   前記負側導体に設けられ、直流電力の負極側が印加される負極端子と、
   前記交流側導体と前記負側導体との間に設けられ、前記交流側導体と正極側が接合され、前記負側導体と負極側が接合された第２の半導体チップと
   を具備することを特徴とするインバータ装置。
6. 熱を放熱するための放熱部と、
   前記放熱部の表面に接合された正側導体と、
   前記正側導体と対向するように前記放熱部の表面に接合された交流側導体と、
   前記正側導体に設けられ、直流電力の正極側が印加される印加部が前記交流側導体と前記正側導体との接合面に対して平行にする方向に曲げられ、前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられた正極端子と、
   前記交流側導体に設けられ、交流電力が出力される出力端子と、
   前記正側導体と前記交流側導体との間に設けられ、前記正側導体と正極側が接合され、前記交流側導体と負極側が接合された第１の半導体チップと、
   前記交流側導体と対向するように前記放熱部の表面に接合された負側導体と、
   前記負側導体に設けられ、直流電力の負極側が印加される印加部が前記交流側導体と前記負側導体との接合面に対して平行にする方向に曲げられ、前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられた負極端子と、
   前記交流側導体と前記負側導体との間に設けられ、前記交流側導体と正極側が接合され、前記負側導体と負極側が接合された第２の半導体チップと
   を具備することを特徴とするインバータ装置。
7. 前記出力端子は、交流電力が出力される出力部が前記交流側導体と前記正側導体との対向面に対して平行にする方向に曲げられ、前記放熱部の表面に対して平行にする方向に曲げられたこと
   を具備することを特徴とする請求項６に記載のインバータ装置。
8. 前記正極端子の前記交流側導体と前記正側導体との接合面に対して平行な面と、前記負極端子の前記交流側導体と前記負側導体との接合面に対して平行な面とが対向すること
   を特徴とする請求項６又は請求項７に記載のインバータ装置。
9. 前記正極端子は、前記交流側導体との絶縁距離を確保するための曲げ部を有し、
   前記負極端子は、前記交流側導体との絶縁距離を確保するための曲げ部を有すること
   を特徴とする請求項６に記載のインバータ装置。
10. 前記正側導体の前記正極端子を設けた面と、前記交流側導体の前記正極端子に最短距離にある面とを、前記交流側導体と前記正極端子との絶縁距離を確保するように、非同一平面上に配置し、
    前記負側導体の前記負極端子を設けた面と、前記交流側導体の前記負極端子に最短距離にある面とを、前記交流側導体と前記負極端子との絶縁距離を確保するように、非同一平面上に配置したこと
    を特徴とする請求項６に記載のインバータ装置。
11. 前記正極端子は、１対の対向する面を形成するように曲げられ、
    前記負極端子は、１対の対向する面を形成するように曲げられたこと
    を特徴とする請求項１、請求項２、請求項５、又は請求項６のいずれか１項に記載のインバータ装置。
12. ケースを有し、
    前記正極端子及び前記負極端子は、前記ケースに絶縁部材で固定されたこと
    を特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のインバータ装置。

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