JP2008004953A - 半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
平滑用コンデンサを内蔵することができると共に、小型化及び低コスト化を図ることができる半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置を提供する。
【解決手段】
上記課題は、モジュールケース７と、モジュールケース７に設けられたベース１と、ベース１に載置され、表面に配線部材を有するセラミックス基板２と、セラミックス基板２上に載置され、配線部材に電気的に接続されたパワー半導体素子３と、パワー半導体素子３に電気的に接続されたリードフレーム６と、パワー半導体素子３に電気的に接続された出力側導電性部材と、リードフレーム６に電気的に接続された平滑用コンデンサ６４とを有するものにおいて、平滑用コンデンサ６４を、モジュールケース７に固定されたコンデンサ素子１０と、コンデンサ素子１０とリードフレーム６とを電気的に接続する複数のコンデンサ端子１１とを有するものから構成することにより解決することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置に関する。

電源から供給された電力を所定の電力に変換する電力変換装置には、直流電力の変動を抑制するための平滑用コンデンサが電気的に並列接続されている。平滑用コンデンサには一般的に電解コンデンサが用いられている。電解コンデンサは内部抵抗が大きく、インバータ装置の出力電流に比例して流れるリップル電流によって内部発熱が大きくなるので、半導体モジュール部のヒートシンク上に実装される。また、平滑用コンデンサには、特許文献１に記載されているようにセラミックスコンデンサを用いるものもある。

特開２０００−３５０４７４号公報

電気自動車やハイブリッド電気自動車などの電動車両に用いられる電力変換装置、例えばバッテリから供給された直流電力を交流電力に変換し、電機負荷である交流電動機に供給するインバータ装置には、電動車両の低価格化，一充電あたりの走行距離の向上，燃費向上，実装スペースの縮小化などから小型化及び低価格化が要求されている。このため、特許文献１に記載されているように、平滑用コンデンサを半導体モジュール内に内蔵するなどの手段を講じ、電力変換装置の小型化を図ることが好ましい。

しかし、特許文献１に記載されたものでは、表面に導電パターンが施された平滑用コンデンサ基板にセラミックスコンデンサを実装し、導電パターンと正極入力配線及び負極入力配線とを専用配線で電気的に接続するというように、セラミックスコンデンサを半導体モジュールに内蔵するにあたって、コンデンサを構成する部品及び半導体モジュールを構成する部品以外の部品が必要になるので、その分コストが増加する。また、特許文献１に記載されたものでは、平滑用コンデンサ基板上の導体パターンに電流を通電するので、大電流を通電するインバータ装置への適用は不向きである。さらに、特許文献１に記載されたものでは、コモンモードノイズを除去するためのフィルタコンデンサの内蔵まで考慮しているものではなかった。

本発明は、平滑用コンデンサを内蔵することができると共に、小型化及び低コスト化を図ることができる半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置を提供する。平滑用コンデンサを半導体モジュールに内蔵するにあたっては、小電流から高電流まで広範囲にわたって適用できるように平滑用コンデンサを構成することが好ましい。また、平滑用コンデンサを半導体モジュールに内蔵するにあたっては、半導体モジュールを簡単に搭載することができるように平滑用コンデンサを構成することが好ましい。

上記半導体モジュールは、ケースと、このケースに設けられたベースと、このベースに載置され、表面に配線部材を有する絶縁基板と、この絶縁基板上に載置され、配線部材に電気的に接続された半導体素子と、この半導体素子に電気的に接続された複数の入力側導電性部材と、半導体素子に電気的に接続された複数の出力側導電性部材と、複数の入力側導電性部材に電気的に接続された平滑用コンデンサとを有するものにおいて、平滑用コンデンサを、ケースに固定されたコンデンサ素子と、コンデンサ素子と複数の入力側導電性部材とを電気的に接続する複数のコンデンサ端子とを有するものから構成することにより達成することができる。

上記半導体モジュールによれば、平滑用コンデンサを構成するコンデンサ素子をケース内部に配置してケースに固定し、コンデンサ素子と複数の入力側導電性部材とをコンデンサ端子によって電気的に接続しているので、半導体モジュール及び平滑用コンデンサを構成する部品を用いて（半導体モジュール及び平滑用コンデンサを構成する部品以外の部品を用いることなく）平滑用コンデンサを半導体モジュールの内部に内蔵することができる。しかも、上記半導体モジュールによれば、コンデンサ素子と複数の入力側導電性部材とをコンデンサ端子によって電気的に接続しているので、小電流から高電流まで広範囲にわたって適用することができる。

上記半導体モジュールにおいて、コンデンサ素子は、複数のコンデンサ端子をケースに固定することによってケースに固定されている。複数のコンデンサ端子はそれぞれ複数の接続部を有していると共に、複数の接続部を介してケース及び対応する入力側導電性部材に接続されている。接続部は貫通孔である。このため、複数のコンデンサ端子はそれぞれ、貫通孔に挿通されたボルトの締付力によってケース及び対応する入力側導電性部材に固定されている。このような構成によれば、半導体モジュールを組み立てた後、複数のコンデンサ端子をそれぞれ複数の接続部を介してケース及び対応する入力側導電性部材に接続することによって、平滑用コンデンサをケースに固定することができると共に、入力側導電性部材に電気的に接続することができ、平滑用コンデンサを簡単に半導体モジュールに搭載することができる。

また、上記半導体モジュールにおいて、複数の入力側導電性部材は入力端子部材と、この入力端子部材及び半導体素子に電気的に接続された引込配線部材から構成されており、複数のコンデンサ端子はそれぞれ複数の接続部を有していると共に、複数の接続部を介して、対応する引込配線部材及び対応する入力端子部材に接続されている。接続部は貫通孔である。このため、複数のコンデンサ端子はそれぞれ、貫通孔に挿通されたボルトの締付力によって、対応する引込配線部材及び対応する入力端子部材に接続されている。このような構成によれば、半導体モジュールの構成分品の一部をコンデンサ端子で兼ねることができ、半導体モジュールのコストを低減することができる。

また、上記半導体モジュールにおいて、複数のコンデンサ端子は平板状のものであって、絶縁部材を介して積層され、ケースに固定されたものであり、コンデンサ端子は、積層されたコンデンサ端子間に挟持されている。このような構成によれば、コンデンサ端子をケースに固定することができると共に、ラミネート構造によってコンデンサ端子のインダクタンスを低減でき、半導体モジュールの性能を向上させることができる。

また、上記半導体モジュールにおいて、複数のコンデンサ端子はそれぞれ、対応する入力側導電性部材にワイヤボンディング部材によって電気的に接続されている。このような構成によれば、コンデンサ端子が入力側導電性部材に固定される際に生じる応力がかかることがないので、平滑用コンデンサの機械的信頼性を向上することができる。

また、上記半導体モジュールにおいて、ベースは熱伝導性を有している。コンデンサ素子又は複数のコンデンサ端子は、ベースとの間において電気的に絶縁された状態でベースに放熱部材を介して熱的に接触している。このような構成によれば、平滑用コンデンサで発生した熱をベースに効率よく放熱することができるので、高リップル電流を許容可能とすることができる平滑用コンデンサを内蔵した半導体モジュールを提供することができる。

また、上記半導体モジュールにおいて、入力側導電性部材に電気的に接続されたフィルタコンデンサを有している。フィルタコンデンサはコモンモードノイズ除去用のためのものであり、ベース上に載置されてベースに電気的に接続されている。ベースは電力変換装置のケースに固定されており、電力変換装置のケースと同じ電位である。このような構成によれば、フィルタコンデンサを半導体モジュールの内部に内蔵することができ、電力変換装置をさらに小型化することができる。

また、上記電力変換装置は、電力変換用の半導体素子を有する半導体モジュール部と、半導体素子の駆動を制御する制御部とを有するものにおいて、半導体モジュール部を、上記いずれかに記載された半導体モジュールによって構成することにより達成することができる。

本発明によれば、平滑用コンデンサを内蔵することができると共に、小型化及び低コスト化を図ることができる半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。まず、本発明の第１実施例を図１乃至図３に基づいて説明する。図３は本実施例のインバータ装置の回路構成を示す。本実施例のインバータ装置は、電動機を車両の唯一の駆動源とする電気自動車や、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源とするハイブリッド自動車などの電動車両に搭載されるものであって、車載電源であるバッテリから供給された直流電力を三相交流電力に変換して電動機に供給する電力変換装置である。

図３において１００はインバータ装置を示す。インバータ装置１００は、変換回路（電動機を駆動するための回路の主回路）を構成する複数のパワー半導体素子（電力変換用半導体素子）６３を有する半導体モジュール部６２と、パワー半導体素子６３の動作を制御する制御部（図示省略）から構成されている。パワー半導体素子６３としては、ＭＯＳ形電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）や絶縁型ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチング素子が用いられている。変換回路は、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とを直列接続した１相分のアームを３相分、電気的に並列接続したものである。

変換回路の上アームの一端（パワー半導体素子６３のコレクタ）には、車載電源であるバッテリ６６の正極側が電気的に接続されている。変換回路の下アームの一端（上アームとの接続側とは反対側であり、パワー半導体素子６３のエミッタ）にはバッテリ６６の負極側が電気的に接続されている。各相のアームの出力端（上アーム側パワー半導体素子６３のエミッタと、下アーム側パワー半導体素子６３のコレクタとの間）には、電動機６１の対応する相の入力端が電気的に接続されている。電動機６１は誘導電動機や同期電動機などの交流機である。変換回路には、直流電力の変動を抑制するための平滑用コンデンサ６４が電気的に並列接続されている。

また、変換回路には、コモンモードノイズを除去するためのフィルタコンデンサ６５を２つ（一端が正極側に電気的に接続されたフィルタコンデンサ６５の他端と、一端が負極側に電気的に接続されたフィルタコンデンサ６５の他端を）電気的に直列接続したものが電気的に並列接続されている。一端が正極側に電気的に接続されたフィルタコンデンサ６５の他端と、一端が負極側に電気的に接続されたフィルタコンデンサ６５の他端はインバータ装置１００のケースに電気的に接続されている（インバータ装置１００のケースと同電位）。バッテリ６６，インバータ装置１００，電動機６１によって電気自動車やハイブリッド自動車の電機システムが構成されている。

図１及び図２は、図３に示す回路を構成する実際のインバータ装置の実装構成を示す。図において１は半導体モジュール部６２のベースである。ベース１は銅製であって、導電性及び熱伝導性を有する（放熱部材を兼ねる）ものであり、モジュールケース７の底壁としてモジュールケース７に設けられている。モジュールケース７は、電気的に絶縁性を有する樹脂成形品である。ベース１上には、絶縁性を有するセラミックス基板２が半田（図示省略）によって固着されている。セラミックス基板２の両面には、前述した変換回路を構成する半導体素子間を電気的に接続するための導体（配線）パターン（図示省略）が設けられている。セラミックス基板２（ベース１に固着された面とは反対側の面）に設けられた導体パターン上には電力制御用のチップ状のパワー半導体素子３が三相分（６個）、半田（図示省略）によって固着されている。パワー半導体素子３の導体パターンに固着された面とは反対側の面）と導電パターンはアルミワイア４によって電気的に接続されている。

モジュールケース７には、直流正極側（直流負極側）のバスバー２２に接続された直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６，交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のバスバー（図示省略）に接続された交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のリードフレーム（図示省略）がそれぞれ設けられている。直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６の一端は、モジュールケース７の周縁部に延びてモジュールケース７の外部に露出しており、半導体モジュール部６２及び制御部などを収納するインバータケース（図示省略）から外部に突出した直流正極側（直流負極側）のコネクタ端子（図示省略）に直流正極側（直流負極側）のバスバー２２を介して接続されている。直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６の他端は、モジュールケース７の内部に延びてモジュールケース７の内部に露出しており、アルミワイヤ４を介してセラミックス基板２上の導体パターンに電気的に接続されている。

一方、交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のリードフレーム（図示省略）の一端は、モジュールケース７の周縁部に延びてモジュールケース７の外部に露出しており、半導体モジュール部６２及び制御部などを収納するインバータケース（図示省略）から外部に突出した交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のコネクタ端子（図示省略）に交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のブスバー（図示省略）を介して接続されている。交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のリードフレーム（図示省略）の他端は、モジュールケース７の内部に延びてモジュールケース７の内部に露出しており、アルミワイヤ４を介してセラミックス基板２上の導体パターンに電気的に接続されている。

モジュールケース７の内部にあってパワー半導体素子３の上方には、直流電力の変動を抑制するための平滑用コンデンサが配置されている。平滑用コンデンサは、コンデンサ素子１０と、コンデンサ素子１０の正極側電極（負極側電極）に電気的に接続された正極側（負極側）のコンデンサ端子１１から構成されたものである。コンデンサ素子１０は直方体状のセラミック系コンデンサである。コンデンサ素子１０の長側面の一方側には正極側電極（図示省略）が、その長側面の他方側には負極側電極（図示省略）が設けられている。尚、本実施例では、コンデンサ素子１０としてセラミック系コンデンサを用いたが、フィルム系コンデンサを用いてもよい。

正極側（負極側）のコンデンサ端子１１は平板状のものであって、コンデンサ素子１０の長側面一方側（長側面他方側）の一方端から他方端に亘って延び、コンデンサ素子１０の長側面一方側（長側面他方側）の全面或いは一部分を覆うようにコンデンサ素子１０の長側面一方側（長側面他方側）に面して配置され、コンデンサ素子１０の正極側電極（負極側電極）に半田（図示省略）によって固着されている。

正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の一方には、コンデンサ素子１０の正極側電極（負極側電極）に接続される平板部分に対して直交する（９０度捩れる）ように接続された平板部が形成されている。正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の一方のモジュールケース７と対向する部位には、接続部であって、ボルト２３ｂを挿通させるための貫通孔（図示省略）が形成されている。モジュールケース７に形成されているボルト穴（図示省略）の位置と正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の一方に形成された貫通孔の位置とが合致するように、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の一方をモジュールケース７の上に乗せ、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の一方に形成された貫通孔にボルト２３ｂを挿通し、モジュールケース７に形成されているボルト穴にボルト２３ｂを螺入して螺合することにより、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の一方をモジュールケース７に固定することができる。

正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の他方には、コンデンサ素子１０の正極側電極（負極側電極）に接続される平板部分に対して直交する（９０度捩れる）ように接続された平板部が形成されている。正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の他方の直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６と対向する部位には、接続部であって、ボルト２３ａを挿通させるための貫通孔１１ａが形成されている。

直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６に形成されているボルト孔（図示省略）の位置と正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の他方に形成された貫通孔１１ａの位置とが合致するように、直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６の上に正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の他方を乗せると共に、直流正極側（直流負極側）のバスバー２２に形成されているボルト通孔（図示省略）の位置と正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の他方に形成された貫通孔１１ａの位置とが合致するように、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の他方の上に直流正極側（直流負極側）のバスバー２２を乗せ、直流正極側（直流負極側）のバスバー２２に形成されているボルト孔，正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の他方の先端部に形成された貫通孔１１ａ，直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６に形成されているボルト孔にボルト２３ａを挿通し、モジュールケース７に形成されているボルト穴にボルト２３ａを螺入して螺合することにより、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の他方をモジュールケース７に固定することができる。また、ボルト２３ａの螺合によって、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の他方と、直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６と、直流正極側（直流負極側）のバスバー２２とを接続することができる。

このように、本実施例では、正極側及び負極側のコンデンサ端子１１の両先端部をモジュールケース７に固定することによってコンデンサ素子１０をモジュールケース７に固定している。また、モジュールケース７の一部分に形成された固定部７ａにコンデンサ素子１０の一部分を接着剤（図示省略）で固定しているので、耐振動性を向上させることができる。尚、本実施例では、コストを低減するために、コンデンサ素子１０を絶縁樹脂によってモールドすることなく絶縁距離を確保しているが、コンデンサ素子１０を絶縁樹脂によってモールドして絶縁距離を確保するようにしてもよい。

２０は、パワー半導体素子６３の駆動を制御する複数の電子部品が実装された制御基板であり、制御部を構成している。制御基板２０は、制御基板固定板２１にネジなどの固定手段（図示省略）によって固定されている。制御基板固定板２１はボルトなどの固定手段（図示省略）によってモジュールケース７に固定されている。制御基板２０上には、パワー半導体素子３の駆動（スイッチング動作）を制御（オン／オフ）するための３相ＰＷＭ信号を生成するＣＰＵ（マイクロコンピュータから構成された中央処理装置）が実装されている。ＣＰＵで生成されて出力された３相ＰＷＭ信号は、ベース１上のセラミックス基板２上に実装されたプリドライバ回路５を介してパワー半導体素子３に入力される。尚、本実施例では、制御基板固定板２１を半導体モジュール部６２のモジュールケース７に固定した場合について説明したが、制御基板固定板２１は、インバータケースに固定してもよい。

本実施例によれば、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の一方をモジュールケース７に固定し、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部の他方を直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６と、直流正極側（直流負極側）のバスバー２２と共にモジュールケース７に固定しているので、コンデンサ素子１０をモジュールケース７に固定すると共に、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１と、直流正極側（直流負極側）のバスバー２２と、直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６とを接続することができる。従って、本実施例によれば、半導体モジュール部６２及び平滑用コンデンサの構成部品を用いて（半導体モジュール部６２及び平滑用コンデンサの構成部品以外の構成部品を用いることなく）平滑用コンデンサを半導体モジュール部６２に簡単に内蔵（搭載）することができる。しかも、本実施例によれば、コンデンサ素子１０の正極側電極（負極側電極）と、直流正極側（直流負極側）のバスバー２２と、直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６とを正極側（負極側）のコンデンサ端子１１によって電気的に接続しているので、インバータ装置１００を小電流から高電流まで広範囲にわたって適用することができる。

次に、本発明の第２実施例を図４に基づいて説明する。図４は、本実施例のインバータ装置の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例であり、第１実施例とは平滑コンデンサと制御基板２０の搭載の仕方が異なっている。まず、本実施例では、平滑用コンデンサと制御基板２０の搭載位置を逆転させ、パワー半導体素子３の上方に制御基板２０を配置して、モジュールケース７の一部分に形成された固定部７ａに制御基板２０を固定し、制御基板２０の上方に平滑用コンデンサを配置してモジュールケース７にコンデンサ素子１０を固定している。コンデンサ素子の下面には磁気遮蔽用のシールド材１２を設け、平滑用コンデンサで発生する電磁ノイズの制御基板２０への影響を抑え、制御基板２０に搭載された電子部品の誤動作を防止している。

また、本実施例では、コンデンサ素子１０の一端部（リードフレーム６側とは反対側端部）の下面を接着剤（図示省略）でモジュールケース７の周縁部に固着している。

さらに、本実施例では、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端をさらに延伸させ、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１と、直流正極側（直流負極側）のコネクタ端子３１とをボルト２３ｃによって接続している。このため、正極側（負極側）のコンデンサ端子１１の先端部には、ボルト２３ａを挿通させるための貫通孔１１ａ（接続部）が形成されている。尚、３２，３３は、インバータケースを示す。

このような構成された本実施例のインバータ装置１００によれば、第１実施例と同様の効果を達成することができると共に、半導体モジュール部６２の構成部品をコンデンサ端子１１で兼ねることができるので、インバータ装置１００のコストを低減することができる。

次に、本発明の第３実施例を図５に基づいて説明する。図５は、本実施例のインバータ装置の構成を示す。本実施例は第２実施例の改良例であり、第２実施例とはコンデンサ端子１１の構成が異なっている。本実施例では、コンデンサ素子１０の上面側に正極側のコンデンサ端子１１を、コンデンサ素子１０の下面側に負極側のコンデンサ端子１１をそれぞれ配置し（コンデンサ端子１１の配置は正極側と負極側がその反対であってもよい）、コンデンサ素子１０を挟み込むようにしている。コンデンサ素子１０の部分を除く他の部分であって、正極側のコンデンサ端子１１と負極側のコンデンサ端子が重なり合う部分には絶縁部材１６を介在させ電気的に絶縁している。すなわち本実施例では、コンデンサ端子１１を平板化してラミネート構造としている。

コンデンサ端子１１の先端部の一方はモジュールケース７の周縁部まで延伸しており、負極側がモジュールケース７の周縁部に接着剤（図示省略）で固定されている。コンデンサ端子１１の先端部の他方はモジュールケース７の周縁部を超えてコネクタ端子３１部分まで延伸されていると共に、ボルト２３ａによってモジュールケース７に固定され、ボルト２３ｃによってコネクタ端子３１に固定されている。これにより、コンデンサ素子１０をモジュールケース７に固定することができる。

ボルト２３ａ，２３ｃの固定によって負極側のコンデンサ端子１１は直流負極側のリードフレーム６及び直流負極側のコネクタ端子３１と直接接続される。ここで、本実施例では、負極側のコンデンサ端子１１と直流負極側のリードフレーム６とを接続する部位に用いられるボルト２３ａには絶縁性を持たせ、正極側のコンデンサ端子１１と直流負極側のリードフレーム６との電気的な絶縁を図っている。また、本実施例では、負極側のコンデンサ端子１１と直流負極側のコネクタ端子３１とを接続する部位に用いられるボルト２３ｃに絶縁性を持たせ、正極側のコンデンサ端子１１と直流負極側のコネクタ端子３１との電気的な絶縁を図っている。

また、ボルト２３ａ，２３ｃの固定によって正極側のコンデンサ端子１１は直流正極側のリードフレーム６及び直流正極側のコネクタ端子３１と電気的に接続される。ここで、本実施例では、正極側のコンデンサ端子１１と直流正極側のリードフレーム６とを接続する部位に用いられるボルド２３ａに導電性を持たせ、正極側のコンデンサ端子１１と直流正極側のリードフレーム６との電気的な接続を図っている。正極側のコンデンサ端子１１と直流正極側のリードフレーム６とを接続する部位に対応する負極側のコンデンサ端子１１と直流正極側のリードフレーム６との間には絶縁物を設け、負極側のコンデンサ端子１１と直流正極側のリードフレーム６との電気的な絶縁を図っている。また、本実施例では、正極側のコンデンサ端子１１と直流正極側のコネクタ端子３１とを接続する部位に用いられるボルト２３ｃに導電性を持たせ、正極側のコンデンサ端子１１と直流正極側のコネクタ端子３１との電気的な接続を図っている。正極側のコンデンサ端子１１と直流正極側のコネクタ端子３１とを接続する部位に対応する負極側のコンデンサ端子１１と直流正極側のコネクタ端子３１との間には絶縁物を設け、負極側のコンデンサ端子１１と直流正極側のコネクタ端子３１との電気的な絶縁を図っている。

このように構成された本実施例のインバータ装置１００によれば、第２実施例と同様の効果を達成することができると共に、コンデンサ端子１１を平板化してラミネート構造としているので、コンデンサ端子１１のインダクタンスを低減することができ、低インダクタンス化によるインバータ装置１００の性能向上を図ることができる。

次に、本発明の第４実施例を図６，図７に基づいて説明する。図６，図７は、本実施例のインバータ装置の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例であり、半導体モジュール部６２の構成，コンデンサ素子１０の固定及びコンデンサ端子１１の接続の仕方が第１実施例とは異なっている。本実施例では、モジュールケース７の内部を仕切り、モジュールケース７の内部を各アーム毎、すなわちＵ相，Ｖ相，Ｗ相毎に構成している。制御基板２０は、モジュールケース７の上蓋７ｂの上に設けられている。

モジュールケース７には、直流正極側（直流負極側）のバスバー２２に接続された直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６，交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のバスバー（図示省略）に接続された交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のリードフレーム３４がそれぞれ設けられている。直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６の一端は、モジュールケース７の周縁部の１辺の中央に延びてモジュールケース７の外部に露出しており、半導体モジュール部６２及び制御部などを収納するインバータケース（図示省略）から外部に突出した直流正極側（直流負極側）のコネクタ端子（図示省略）に直流正極側（直流負極側）のバスバー２２を介して接続されている。直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６の他端は、途中で分岐して各アーム毎にモジュールケース７の内部に延びてモジュールケース７の内部に露出しており、各アーム毎にアルミワイヤ４を介してセラミックス基板２上の導体パターンに電気的に接続されている。直流正極側のリードフレーム６と直流負極側のリードフレーム６とが重なる部分は絶縁部材１６によって電気的に絶縁が図られている。

一方、交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のリードフレーム３４の一端は、モジュールケース７の周縁部の一辺（直流側のリードフレーム６が露出するモジュールケースの周縁部の一辺と対向する辺）に延びてモジュールケース７の外部に露出しており、半導体モジュール部６２及び制御部などを収納するインバータケース（図示省略）から外部に突出した交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のコネクタ端子（図示省略）に交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のブスバー（図示省略）を介して接続されている。交流Ｕ相（交流Ｖ相，交流Ｗ相）のリードフレーム３４の他端は、モジュールケース７の内部に延びてモジュールケース７の内部に露出しており、アルミワイヤ４を介してセラミックス基板２上の導体パターンに電気的に接続されている。

平滑用コンデンサは、第１実施例と同様に、コンデンサ素子１０と正極側（負極側）のコンデンサ端子１１から構成されたものであり、各アーム（各相）毎に設けられている。各アームのコンデンサ素子１０は、その下面が、モジュールケース７の一部分に形成された固定部７ａに接着剤（図示省略）によって固着されており、モジュールケース７に固定されている。各アームの正極側（負極側）のコンデンサ端子１１は、直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６とアルミワイヤ４のボンディングによって電気的に接続されている。このため、各アームの正極側（負極側）のコンデンサ端子１１には、アルミワイヤ４がボンディング可能な電極１１ａが形成されている。

このように構成された本実施例のインバータ装置１００によれば、各アームの正極側（負極側）のコンデンサ端子１１が、直流正極側（直流負荷側）のリードフレーム６にアルミワイヤ４によって電気的に接続されているので、モジュールケース７や直流正極側（直流負荷側）のリードフレーム６にコンデンサ端子１１のボルト固定の際に生じる応力がかかることがなく、インバータ装置１００の機械的信頼性を向上させることができる。

次に、本発明の第５実施例を図８に基づいて説明する。図８は、本実施例のインバータ装置の構成を示す。本実施例は第４実施例の改良例であり、モジュールケース７の一部分をアルミニウム製の高熱伝導体５３で構成している。高熱伝導体５３の一部分には固定部５３ａが形成されている。固定部５３ａにはコンデンサ素子１０の一端部（リードフレーム６側とは反対側端部）の下面が、絶縁性を有する放熱シート５４を介して固定されている。これにより、本実施例では、平滑用コンデンサの発熱を放熱シート５４，高熱伝導体５３を介して、ヒートシンクを兼ねるベース１に放熱している。尚、本実施例では、高熱伝導体５３としてアルミニウム製のものを採用したが、銅製のもの或いは高熱伝導性を有するプラスチック類の成形体であっても構わない。

また、本実施例では、制御基板２０を高熱伝導体５３にネジ５１で固定し、制御基板２０に実装された電子部品のうち、発熱する発熱体５０の発熱もヒートシンクを兼ねるベース１に放熱している。さらに、本実施例では、コンデンサ素子１０の上面には、磁気遮蔽用のシールド材１２を設け、平滑用コンデンサで発生する電磁ノイズの制御基板２０への影響を抑え、制御基板２０に搭載された電子部品の誤動作を防止している。

このように構成された本実施例のインバータ装置１００によれば、第４実施例と同様の効果を達成することができると共に、コンデンサ素子１０の固定部を含むモジュールケース７の一部分を高熱伝導体５３で構成し、これに固定部５３ａを形成し、これにコンデンサ素子１０を放熱シート５４を介して固定しているので、平滑用コンデンサの発熱を放熱シート５４，高熱伝導体５３を介して、ヒートシンクを兼ねるベース１に放熱することができ、平滑用コンデンサの高リップル電流を許容可能なものとすることができる。従って、本実施例によれば、インバータ装置１００の信頼性を向上させることができる。

次に、本発明の第６実施例を図９に基づいて説明する。図９は、本実施例のインバータ装置の構成を示す。本実施例は第４実施例の改良例であり、コモンモードノイズ除去用のフィルタコンデンサ６５（直流正極側用と直流負極側用）を半田７０によってベース１上に固定している。直流正極側（直流負極側）のフィルタコンデンサ６５はアルミワイヤ４を介して直流正極側（直流負極側）のリードフレーム６に電気的に接続されている。ベース１は、半導体モジュール部６２及び制御部が収納されるインバータケース（図示省略）にネジなどの固定手段によって固定されているので、インバータケースと同電位になっている。これにより、インバータ装置１００で発生し、直流正極側及び直流負極側のリードフレーム６及び直流正極側及び直流負極側のバスバー２２などを介してインバータ装置１００の外部に放出されるコモンモードノイズは、直流正極側及び直流負極側のフィルタコンデンサ６５で除去され、インバータ装置１００から外部への放出が低減される。

このように構成された本実施例のインバータ装置１００によれば、半導体モジュール部６２の内部にコモンモードノイズ除去用のフィルタコンデンサ６５を内蔵したので、インバータ装置１００を小型化することができる。しかも、本実施例によれば、従来と変わりなく、インバータ装置１００で発生するコモンモードノイズを除去することができる。

本発明の第１実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。 本発明の第１実施例であるインバータ装置の構成を示す図面であって、図１から制御基板を除いたときの上面平面図。 本発明の第１実施例であるインバータ装置の回路構成を示す回路図。 本発明の第２実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。 本発明の第３実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。 本発明の第４実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。 本発明の第４実施例であるインバータ装置の構成を示す図面であって、図６から制御基板を除いたときの上面平面図。 本発明の第５実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。 本発明の第６実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。

符号の説明

１…ベース、２…セラミックス基板、３…パワー半導体素子、６…リードフレーム、７…モジュールケース、１０…コンデンサ素子、１１…コンデンサ端子、１６…絶縁部材、２０…制御基板、２２…バスバー、６２…半導体モジュール部、６４…平滑用コンデンサ、６５…フィルタコンデンサ。

Claims (11)

1. ケースと、前記ケースに設けられたベースと、前記ベースに載置され、表面に配線部材を有する絶縁基板と、前記絶縁基板上に載置され、前記配線部材に電気的に接続された半導体素子と、前記半導体素子に電気的に接続された複数の入力側導電性部材と、前記半導体素子に電気的に接続された複数の出力側導電性部材と、前記複数の入力側導電性部材に電気的に接続された平滑用コンデンサとを有し、前記平滑用コンデンサは、前記ケースに固定されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子と前記複数の入力側導電性部材とを電気的に接続する複数のコンデンサ端子とを有してなることを特徴とする半導体モジュール。
2. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、前記コンデンサ素子は、前記複数のコンデンサ端子を前記ケースに固定することによって前記ケースに固定されていることを特徴とする半導体モジュール。
3. 請求項２に記載の半導体モジュールにおいて、前記複数のコンデンサ素子はそれぞれ複数の接続部を有していると共に、前記複数の接続部を介して前記ケース及び対応する前記入力側導電性部材に接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
4. 請求項３に記載の半導体モジュールにおいて、前記複数の接続部は貫通孔であり、前記複数のコンデンサ端子はそれぞれ、前記貫通孔に挿通されたボルトの締付力によって、対応する前記入力側導電性部材及び前記ケースに接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
5. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、前記複数の入力側導電性部材は入力端子部材と、前記入力端子部材及び前記半導体素子に電気的に接続された引込配線部材から構成されており、前記複数のコンデンサ端子はそれぞれ複数の接続部を有していると共に、前記複数の接続部を介して、対応する前記引込配線部材及び対応する前記入力端子部材に接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
6. 請求項５に記載の半導体モジュールにおいて、前記複数の接続部は貫通孔であり、前記複数のコンデンサ端子はそれぞれ、前記貫通孔に挿通されたボルトの締付力によって、対応する前記引込配線部材及び対応する前記入力端子部材に接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
7. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、前記複数のコンデンサ端子は平板状のものであって、絶縁部材を介して積層され、前記ケースに固定されたものであり、前記コンデンサ端子は、積層された前記コンデンサ端子間に挟持されていることを特徴とする半導体モジュール。
8. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、前記複数のコンデンサ端子はそれぞれ、対応する前記入力側導電性部材にワイヤボンディング部材によって電気的に接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
9. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、前記ベースは熱伝導性を有しており、前記コンデンサ素子又は前記複数のコンデンサ端子は、前記ベースとの間において電気的に絶縁された状態で前記ベースに放熱部材を介して熱的に接触していることを特徴とする半導体モジュール。
10. 請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、前記入力側導電性部材に電気的に接続されたフィルタコンデンサを有しており、前記フィルタコンデンサは、前記ベース上に載置されて前記ベースに電気的に接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
11. 電力変換用の半導体素子を有する半導体モジュール部と、前記半導体素子の駆動を制御する制御部とを有し、前記半導体モジュール部は、請求項１乃至１０のいずれかに記載された半導体モジュールによって構成されていることを特徴とする電力変換装置。

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