JP2009021445A - インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却性能や製造性を高めるとともに、使用条件に対応して重量軽減をも可能にするインバータ装置を提供する。
【解決手段】インバータ装置は、熱を放熱するための放熱部22と、放熱部の表面に絶縁状態で接合された正側第1導体33Aと、正側第1導体に接合された正側第2導体33Bと、放熱部の表面に絶縁状態で接合された負側第1導体35Aと、負側第1導体に接合された負側第2導体35Bと、正側第2導体に正極側が接合されるとともに、負側第2導体に負極側が接合された半導体チップ17A、17Bと、を備えている。
【選択図】 図3
【解決手段】インバータ装置は、熱を放熱するための放熱部22と、放熱部の表面に絶縁状態で接合された正側第1導体33Aと、正側第1導体に接合された正側第2導体33Bと、放熱部の表面に絶縁状態で接合された負側第1導体35Aと、負側第1導体に接合された負側第2導体35Bと、正側第2導体に正極側が接合されるとともに、負側第2導体に負極側が接合された半導体チップ17A、17Bと、を備えている。
【選択図】 図3
Description
本発明は、電力用半導体装置を用いたインバータ装置に関する。
一般に、例えば、電気自動車では、電力用半導体装置を有したインバータ装置が用いられている。近年、このようなインバータ装置および電力用半導体装置は、小型化、軽量化、高信頼性化、冷却効率の向上、および製造性の向上が要求されている。
例えば、特許文献1に開示されたインバータ装置は、第1導体および第2導体と、両導体に接合された接合面を有する冷却器と、を備えている。第1および第2導体には、半導体チップであるIGBT(insulated gate bipolar transistor)及びダイオードが接合されている。そして、両導体は、半導体チップとの接合面が、冷却器と導体との間の接合面と非平行になるように、冷却器に配置されている。このような構成により、冷却効率および製造性を高めたインバータ装置が提供される。
特開2005−348529号公報
しかしながら、上述したインバータ装置では、第1導体および第2導体を銅などの大きな熱容量を有する導体で構成しなければならない。そのため、装置の重量を軽減することが難しい。上述のインバータ装置は、仮に冷却性能に余裕がある場合でも、装置重量軽減の要望がより大きい用途に対しては、その要望を満たすことが困難となる。
そこで、本発明の目的は、冷却性能や製造性を高めるとともに、使用条件に対応して重量軽減をも可能にするインバータ装置を提供することにある。
本発明の態様に係るインバータ装置は、熱を放熱するための放熱部と、前記放熱部の表面に絶縁状態で接合された正側第1導体と、前記正側第1導体に接合された正側第2導体と、前記放熱部の表面に絶縁状態で接合された負側第1導体と、前記負側第1導体に接合された負側第2導体と、前記正側第2導体に正極側が接合されるとともに、前記負側第2導体に負極側が接合された半導体チップと、を備えている。
上記構成によれば、冷却性能や製造性を高めるとともに、使用条件に対応して重量を軽減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、本発明の実施形態に係るインバータ装置について説明する。始めに各実施形態で共通する事項について説明する。
図13は、インバータ装置の等価回路を示している。図13に示すように、インバータ装置50は、複数の電力用半導体素子を備えている。図13において、各電力用半導体素子は、等価の回路10として示されている。各回路10は、IGBT(insulated gate bipolar transistor)17と、ダイオード18とを有し、インバータブリッジ回路のいわゆる1アームを構成している。本実施形態において、インバータ回路は、3相インバータ回路であり、回路10を6個組み合わせて3相ブリッジ回路を構成している。
図13は、インバータ装置の等価回路を示している。図13に示すように、インバータ装置50は、複数の電力用半導体素子を備えている。図13において、各電力用半導体素子は、等価の回路10として示されている。各回路10は、IGBT(insulated gate bipolar transistor)17と、ダイオード18とを有し、インバータブリッジ回路のいわゆる1アームを構成している。本実施形態において、インバータ回路は、3相インバータ回路であり、回路10を6個組み合わせて3相ブリッジ回路を構成している。
インバータ回路は、直流電源1、コンデンサ4、および出力部2を備えている。6個の回路10は、それぞれ正側端子37および負側端子38を有している。6個の回路10は、例えば、3個ずつ2列に並んで配置され、向い合う2個の回路10を1組として、3組の回路を構成している。各回路10は、直流電源1から供給される直流電力の正極または負極のいずれかが、それぞれ正側端子37または負側端子38のいずれかに印加される。
1組を構成する2個の回路10は、直流電力が供給されていない負側端子38と正側端子37とが互いに連結され、かつ、出力部2に接続されている。そして、インバータ回路は、6個のIGBT17の各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、アルミニウム電解コンデンサなどである。
上記のように、6個の電力用半導体素子を使用し、図13に示す回路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が得られる。また、4個の電力用半導体素子を使用し、図13に示すインバータ回路のうち2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が得られる。
以下、各実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
(第1の実施形態)
図1および図2を参照して、第1の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。図13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。
(第1の実施形態)
図1および図2を参照して、第1の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。図13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。
図1および図2に示すように、電力用半導体装置は、放熱部としての放熱板22と、正側第1導体33Aと、正側第2導体33Bと、負側第1導体35Aと、負側第2導体35Bと、IGBT17A、17Bと、ダイオード18A、18Bと、シート状の絶縁材36と、を備えている。正側第1導体33A、正側第2導体33B、負側第1導体35A、負側第2導体35Bは、それぞれ矩形板状に形成されている。
IGBT17A、17Bはコレクタ側(正極側)が正側第2導体33Bの一方の表面、つまり、接合面33D、上に接合され正側第2導体に電気的に導通しているとともに、エミッタ側(負極側)が負側第2導体35Bの一方の表面、つまり、接合面35D、上に接合され負側第2導体に電気的に導通している。同時にダイオード18A、18Bは、IGBTと同じ形態で、カソード側(負極側)が正側第2導体33Bに接合されるとともに、アノード側(正極側)が負側第2導体35Bに接合されている。これにより、IGBT17A、17B、ダイオード18A、18Bは、正側第2導体33Bの接合面33Dと負側第2導体35Bの接合面35Dとの間に挟まれた状態で配置され、また、正側第2導体33B、負側第2導体35Bの長手方向に沿って並んで配設されている。
正側第2導体33Bの側縁部は正側第1導体33Aの表面端部に接合されている。それにより、正側第2導体33Bおよび正側第1導体33Aは、全体としてL字形状をなしている。同様に、負側第2導体35Bの側縁部は負側第1導体35Aの上面端部に接合されている。これにより、負側第2導体35Bおよび負側第1導体35Aは、全体としてL字形状をなしている。
正側第1導体33Aの、正側第2導体33Bが接合されていない面は絶縁材36を介して、放熱板22に接合されている。同様に、負側第1導体35Aの、負側第2導体35Bが接合されていない面は、絶縁材36を介して、放熱板22に接合されている。これにより、正側第2導体33Bの接合面33Dおよび負側第2導体35Bの接合面35Dは、互いに対向して位置しているとともに、放熱板22の表面に対して交差する方向、ここでは、直交する方向に延びている。
IGBT17A、17Bおよびダイオード18A、18Bから発生した熱は、正側第2導体33Bと正側第1導体33A、および負側第2導体35B、負側第1導体35Aを経たうえ、絶縁材36を通過して放熱板22に伝熱され、放熱板22から放熱される。
放熱板22は、矩形状に形成され、正側第1導体33Aおよび負側第1導体33Bの両方よりも充分に大きい面積を有している。正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aと放熱板22とが接合する接合面の面積は、IGBT17A、17B、ダイオード18A、18B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。
各々の部材をこのような配置形態とすることにより、IGBT17A,17B、ダイオード18A、18Bと、正側第2導体33B、または負側第2導体35Bとの2つの接合面は、放熱板22の表面に対して垂直になる。
IGBT17A、17B及びダイオード18A、18Bと正側第2導体33B、負側第2導体35Bとは、ハンダなどの軟ろうを用いて接合されている。ここで使用可能なハンダは、スズー鉛合金やスズ−銀−銅合金などのハンダであり、銀ペーストなどの導電性接着剤を用いて接合することも可能である。
正側第2導体33Bと正側第1導体33Aとの接合、および負側第2導体35Bと負側第1導体35との接合にも、ハンダなどの軟ろうを用いることができる。IGBTやダイオードを接合する前に、正側第2導体33Bと正側第1導体33A、および負側第2導体35Bと負側第1導体35Aを、硬ろう付けにより予め接合しておいても良い。
次に、電力用半導体装置を構成する各部品の材料について説明する。
正側第2導体33Bおよび負側第2導体35Bは、熱と電気の良導体である銅を材質とすることができる。正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aは、熱と電気の良導体である銅、真鍮などの銅合金、またはアルミニウム合金を材質とすることができる。正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aと、正側第2導体33Bおよび負側第2導体35Bとは、必ずしも同一の材料にする必要はない。
放熱板22は、熱の良導体である銅、真鍮などの銅合金、またはアルミニウム合金を材質とすることができる。
正側第2導体33Bおよび負側第2導体35Bは、熱と電気の良導体である銅を材質とすることができる。正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aは、熱と電気の良導体である銅、真鍮などの銅合金、またはアルミニウム合金を材質とすることができる。正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aと、正側第2導体33Bおよび負側第2導体35Bとは、必ずしも同一の材料にする必要はない。
放熱板22は、熱の良導体である銅、真鍮などの銅合金、またはアルミニウム合金を材質とすることができる。
以下、本実施形態の作用・効果について説明する。
電力用半導体素子であるIGBT17A、17Bおよびダイオード18A、18Bは、その接合面を通して、発生した熱の約半分を、正側第2導体33Bを経て正側第1導体33Aに熱伝導し、残りの約半分の熱を、負側第2導体35Bを経て負側第1導体35Aに熱伝導し、各々絶縁材36を介して放熱板22に熱伝導して冷却される。放熱板22には、図示しない冷却器が搭載され、伝達された熱を冷却する。
電力用半導体素子であるIGBT17A、17Bおよびダイオード18A、18Bは、その接合面を通して、発生した熱の約半分を、正側第2導体33Bを経て正側第1導体33Aに熱伝導し、残りの約半分の熱を、負側第2導体35Bを経て負側第1導体35Aに熱伝導し、各々絶縁材36を介して放熱板22に熱伝導して冷却される。放熱板22には、図示しない冷却器が搭載され、伝達された熱を冷却する。
特許文献1で開示されているインバータ装置においては、正側導体および負側導体は、各々一つの面がIGBTおよびダイオードと接合すると同時に、別の面が放熱板に接合されている。このような構成においては、正側導体と負側導体は大きな熱容量を有するので、非常に効率的な冷却をすることができる。
それに対して本実施形態によれば、正側導体は正側第2導体33Bと正側第1導体33Aとの2つの部材で構成され、また、負側導体は負側第2導体35Bと負側第1導体35Aとの2つの部材で構成されている。そのため、正側導体および負側導体ともに、第2導体と第1導体との間に接合部が存在し、この接合部の材料の熱伝導率は、通常、導体自身の材料の熱伝導率より低い。そのため、本実施形態の正側導体および負側導体の熱容量は、特許文献1の正側導体および負側導体の熱容量より相対的に小さくなる。
しかしながら、本実施形態では、正側第2導体33B、正側第1導体33A、負側第2導体35B、負側第2導体35Aの各々の断面形状や材質を、IGBTおよびダイオードの発熱量などの使用条件に対応した最適な形状および材質を選択することができる。
例えば、IGBTおよびダイオードの発熱量が中程度の場合、正側第2導体33Bと負側第2導体35Bとを厚板状の銅材で形成し、正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aは厚板状のアルミニウム合金材で形成し、さらに放熱板22は厚板状のアルミニウム合金材で形成することができる。
このような形態で構成した場合、一体構造の正側導体および負側導体、放熱板をすべて銅材で形成した場合と比較して、正側導体および負側導体の部材の総容積をより小さくでき、さらに正側第1導体33A、負側第1導体33Aおよび放熱板22の比重を小さくできるので、電力用半導体装置全体の重量を軽減することができる。また、使用材料の軽減により製造コストの低減を図ることが可能となる。
これにより、本実施形態によれば、冷却性能や製造性を高めるとともに、使用条件に対応して重量軽減をも可能にするインバータ装置を提供するができる。
これにより、本実施形態によれば、冷却性能や製造性を高めるとともに、使用条件に対応して重量軽減をも可能にするインバータ装置を提供するができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態によれば、前述した第1の実施形態において、正側第1導体33Aと放熱板22との間の絶縁、および負側第1導体35Aと放熱板22との間の絶縁に用いる絶縁材36を、セラミック絶縁基板により構成している。セラミック絶縁基板は、セラミック板と、このセラミック板の両面上にあらかじめ形成された金属パターンとを有している。セラミック絶縁基板と、正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aとはハンダなどの軟ろうで接合することができる。同様にセラミック絶縁基板36と放熱板22ともハンダなどの軟ろうで接合することができる。
第2の実施形態によれば、前述した第1の実施形態において、正側第1導体33Aと放熱板22との間の絶縁、および負側第1導体35Aと放熱板22との間の絶縁に用いる絶縁材36を、セラミック絶縁基板により構成している。セラミック絶縁基板は、セラミック板と、このセラミック板の両面上にあらかじめ形成された金属パターンとを有している。セラミック絶縁基板と、正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aとはハンダなどの軟ろうで接合することができる。同様にセラミック絶縁基板36と放熱板22ともハンダなどの軟ろうで接合することができる。
第2の実施形態によれば、第1の実施形態による作用・効果に加え、すべての接合材料を同じハンダを選択することも可能になる、すなわち同一の工程ですべての接合をすることができるので、より製造性を向上させることができる。
(第3の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態において、正側第1導体33Aと放熱板22との間の絶縁、および負側第1導体35Aと放熱板22との間の絶縁に用いる絶縁材36として、シート状の有機材料、例えば、エポキシ樹脂などの有機材料の樹脂シートを用いている。樹脂シートは、窒化ホウ素などのセラミックフィラーを充填して、熱伝導率を大きくしたシートを用いる。絶縁材36としての樹脂シートと正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aとは、並びに、樹脂シートと放熱板22とは、同時に接着方式で接合される。また、第3の実施形態によれば、正側第1導体および負側第1導体と放熱板22とは同じ材料により形成されている。
本実施形態では、第1の実施形態において、正側第1導体33Aと放熱板22との間の絶縁、および負側第1導体35Aと放熱板22との間の絶縁に用いる絶縁材36として、シート状の有機材料、例えば、エポキシ樹脂などの有機材料の樹脂シートを用いている。樹脂シートは、窒化ホウ素などのセラミックフィラーを充填して、熱伝導率を大きくしたシートを用いる。絶縁材36としての樹脂シートと正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aとは、並びに、樹脂シートと放熱板22とは、同時に接着方式で接合される。また、第3の実施形態によれば、正側第1導体および負側第1導体と放熱板22とは同じ材料により形成されている。
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、正側第1導体および負側第1導体と放熱板22とを同じ材料にすることで、接着接合による放熱板22の変形量を極小なものとすることができるという利点がある。放熱板の変形量が極小であれば、長期間通電時による放熱板の繰り返し変形量も小さく抑制でき、接着接合部の信頼性をより向上させることができる。また、樹脂シートを用いた場合、セラミック絶縁基板を使用した場合と比較して接合箇所が少なく済み、絶縁部の弾性率が小さい、すなわち柔軟性が大きく、接合部の信頼性をより向上させることができる。
(第4の実施形態)
図3および図4を参照して、第4の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
電力用半導体装置において、正側第1導体と正側第1導体とを共通の正側導体33により一体に形成され、また、負側第1導体と負側第2導体とは共通の負側導体35により一体に形成されている。正側導体33および負側導体35は、それぞれ銅などの厚板をL字形状に曲げ加工して形成されている。他の構成は、前述した第1の実施形態と同一であり、同一の部分の説明は省略する。
図3および図4を参照して、第4の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
電力用半導体装置において、正側第1導体と正側第1導体とを共通の正側導体33により一体に形成され、また、負側第1導体と負側第2導体とは共通の負側導体35により一体に形成されている。正側導体33および負側導体35は、それぞれ銅などの厚板をL字形状に曲げ加工して形成されている。他の構成は、前述した第1の実施形態と同一であり、同一の部分の説明は省略する。
本実施形態によれば、正側導体および負側導体の総容積を小さくすることによる容積低減効果により重量軽減を可能にすることができる。また、正側、負側各々の第2導体と第1導体との接合が不要であるため、製造性の面で他の実施形態よりも有利となる。
(第5の実施形態)
図5および図6を参照して、第5の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
本実施形態によれば、電力用半導体装置の正側導体33および負側導体35は、第4の実施形態と同様に、第1および第2導体とが一体に形成され、L字形状に形成されている。また、正側導体33の第2導体部分に正側端子37が一体に形成され、負側導体35の第2導体部分に負側端子38が一体に形成されている。正側端子37および負側端子38は、電力用半導体装置をインバータ装置の他の部品と配線接続するための接続端子を構成している。本実施形態において、正側端子37を含む正側導体33、および負側端子38を含む負側導体35は、それぞれ銅などの厚板を曲げ加工して形成されている。
図5および図6を参照して、第5の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
本実施形態によれば、電力用半導体装置の正側導体33および負側導体35は、第4の実施形態と同様に、第1および第2導体とが一体に形成され、L字形状に形成されている。また、正側導体33の第2導体部分に正側端子37が一体に形成され、負側導体35の第2導体部分に負側端子38が一体に形成されている。正側端子37および負側端子38は、電力用半導体装置をインバータ装置の他の部品と配線接続するための接続端子を構成している。本実施形態において、正側端子37を含む正側導体33、および負側端子38を含む負側導体35は、それぞれ銅などの厚板を曲げ加工して形成されている。
本実施形態によれば、正側端子37および負側端子38を別部品で形成して正側導体もしくは負側導体と接合する構成に比べて製造が容易である。このような実施形態によれば、上述の各実施形態による作用・効果に加え、より製造性を向上させることができる。
(第6の実施形態)
図7および図8を参照して、第6の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
本実施形態の電力用半導体装置は、正側導体および負側導体にそれぞれ接合された複数のブロック状の熱拡散部材41を備えている。正側導体は、正側第1導体33Aおよび正側第2導体33Bを互いに接合してL字形状に形成されている。同様に、負側第1導体35Aおよび負側第2導体35Bを互いに接合してL字形状に形成されている。
図7および図8を参照して、第6の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
本実施形態の電力用半導体装置は、正側導体および負側導体にそれぞれ接合された複数のブロック状の熱拡散部材41を備えている。正側導体は、正側第1導体33Aおよび正側第2導体33Bを互いに接合してL字形状に形成されている。同様に、負側第1導体35Aおよび負側第2導体35Bを互いに接合してL字形状に形成されている。
正側導体において、各熱拡散部材41は、正側第1導体33Aおよび正側第2導体33Bに接合されている。負側導体において、各熱拡散部材41は、負側第1導体35Aおよび負側第2導体35Bに接合されている。
本実施形態では、正側第2導体33Bの、IGBT17A、17B及びダイオード18A、18Bが搭載された部位の反対面の同じ位置に熱拡散部材41がそれぞれ配置され、同様に、負側第2導体35Bの、IGBT17A、17B及びダイオード18A、18Bが搭載された部位の反対面の同じ位置に、熱拡散部材41がそれぞれ配置され、合計8個の同じ形状の熱拡散部材が設けられている。
熱拡散部材41は、熱の良導体である材料が要求され、銅、アルミニウムなどの金属材、セラミックなど絶縁材料を使用可能である。熱拡散部材41の接合方法は、硬ろう、軟ろう、接着など、種々の接合方法を用いることができる。
正側第1および第2導体33A、33B間に設けられた熱拡散部材41は、IGBT17A、17B及びダイオード18A、18Bからの発生熱を正側第2導体33Bから正側第1導体33Aへ伝熱する経路の面積を増加させ、熱の拡散する効果がある。同様に、負側第1および第2導体35A、35B間に設けた熱拡散部材41は、負側第2導体35Bから負側第1導体35Aへの伝熱経路の面積を増させ、熱を拡散する効果がある。
熱拡散部材41は、IGBT17A、17B及びダイオード18A、18Bからの発生熱を正側第1導体33Aおよび負側第1導体35Aへ効果的に拡散するうえで必要十分な体積を有していれば良い。熱拡散部材41を含む正側導体全体の体積と、熱拡散部材41を含む負側導体全体の体積とは、正側導体および負側導体を一体で構成した場合と比較して小さくでき、重量を軽減できる。また、熱拡散部材41をアルミニウム合金やセラミックなどの比重が小さい材料で形成することにより、電力用半導体装置の重量をさらに軽減することができる。
(第7の実施形態)
図9および図10を参照して、第7の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
図9および図10を参照して、第7の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
本実施形態によれば、電力用半導体装置は、上述した第6の実施形態の熱拡散部材41に代えて、複数の熱拡散導体42を備えている。図11に示すように、各熱拡散導体42は、銅、アルミウム等の金属、あるいは、セラミックにより矩形シート状に形成され、L字状に折り曲げ加工されている。熱拡散導体42は内部に複数の冷媒流路43を有し、これらの冷媒流路にHFC(Hydro Fluoro Carbon)等の冷媒が封入されている。
複数の熱拡散導体42は、前述した熱拡散部材41と同様に、正側第1および第2導体33A、33Bに接合され、また、負側第1および第2導体35A、35Bに接合されている。合計8個の熱拡散導体42が設けられ、これらは、IGBT17A、17B及びダイオード18A、18Bが搭載された部位の反対面の同じ位置にそれぞれ配置されている。
上記のように構成された電力用半導体装置によれば、熱拡散導体42内部の封入冷媒の蒸発〜凝縮により、大きな熱輸送量が期待できる。これにより、放熱性が向上し、電力用半導体装置の冷却性能を上げることができる。また、第6の実施形態と比較して、熱拡散部材41に相当する部分を、より体積の小さい熱拡散導体42で構成でき、電力用半導体装置の重量をより軽減することが可能となる。
(第8の実施形態)
図12を参照して、第8の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
本実施形態では、前述した第4ないし第5の実施形態、たとえば、図3および図4に示した第4の実施形態において、負側導体35の内部に複数の冷媒流路35Cが形成され、これらの冷媒流路内にHFC等の冷媒が封入されている。同様に、正側導体33の内部に複数の冷媒流路が形成され、その内部に冷媒が封入されている。
図12を参照して、第8の実施形態に係るインバータ装置の電力用半導体装置について説明する。
本実施形態では、前述した第4ないし第5の実施形態、たとえば、図3および図4に示した第4の実施形態において、負側導体35の内部に複数の冷媒流路35Cが形成され、これらの冷媒流路内にHFC等の冷媒が封入されている。同様に、正側導体33の内部に複数の冷媒流路が形成され、その内部に冷媒が封入されている。
このような構成によれば、第4ないし第5の実施形態と比較して、IGBT17A、17B及びダイオード18A、18Bからの発生熱を、放熱板22まで熱輸送する効率がより向上する。これにより、電力用半導体装置の冷却性能を向上することができる。冷媒は凝縮時には液体であり、比重は小さいので、冷媒を含む正側導体33、負側導体35の重量を小さくすることができるので、電力用半導体装置の重量をさらに軽減することができる。
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。
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。
例えば、上述した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、IGBT及びダイオードを実装する個数は4つに限らず、必要に応じて増減可能である。半導体チップは、大容量化したものを選択すると接合部の寿命が短くなる。また、あまり小容量化のものを選択すると、並列接続する個数が増え、それに応じて配線量が増加し、体格を大きくする恐れがある。従って、インバータ装置を適用する対象物(例えば、電気自動車)の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。
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4つに限らず、必要に応じて増減可能である。半導体チップは、大容量化したものを選択すると接合部の寿命が短くなる。また、あまり小容量化のものを選択すると、並列接続する個数が増え、それに応じて配線量が増加し、体格を大きくする恐れがある。従って、インバータ装置を適用する対象物(例えば、電気自動車)の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。
各実施形態では、電力用半導体素子10の1回路分を放熱板22に搭載した形態を説明したが、電力用半導体素子10を2回路分、または4回路分、または6回路分を同時に1個の放熱板22に搭載する形態としてもよい。
1…直流電源、2…出力部、4…コンデンサ、10…電力用半導体素子、
17、17A、17B…IGBT、18、18A、18B…ダイオード、
22…放熱板、33…正側導体、33A…正側第1導体、33B…正側第2導体、
35…負側導体、35A…負側第1導体、35B…負側第2導体、35C…冷媒流路、
36…絶縁材、37…正側端子、38…負側端子、41…熱拡散部材、
42…熱拡散導体
17、17A、17B…IGBT、18、18A、18B…ダイオード、
22…放熱板、33…正側導体、33A…正側第1導体、33B…正側第2導体、
35…負側導体、35A…負側第1導体、35B…負側第2導体、35C…冷媒流路、
36…絶縁材、37…正側端子、38…負側端子、41…熱拡散部材、
42…熱拡散導体
Claims (10)
- 熱を放熱するための放熱部と、
前記放熱部の表面に絶縁状態で接合された正側第1導体と、
前記正側第1導体に接合された正側第2導体と、
前記放熱部の表面に絶縁状態で接合された負側第1導体と、
前記負側第1導体に接合された負側第2導体と、
前記正側第2導体に正極側が接合されるとともに、前記負側第2導体に負極側が接合された半導体チップと、
を具備するインバータ装置。 - 前記放熱板と前記正側第1導体との間、および前記放熱板と前記負側第1導体との間に設けられた絶縁部材を備え、前記絶縁部材は、セラミック絶縁基板を用いて構成されている請求項1に記載のインバータ装置。
- 前記放熱板と前記正側第1導体との間、および前記放熱板と前記負側第1導体との間に設けられた絶縁部材を備え、前記絶縁部材は、シート状の有機材料により形成されている請求項1に記載のインバータ装置。
- 前記正側第1導体と前記正側第2導体とを一体形成した正側導体で構成され、前記負側第1導体と前記負側第2導体とを一体形成した負側導体で構成されている請求項1ないし3のいずれか1項に記載のインバータ装置。
- 前記正側第2導体に一体的に形成された正側端子と、前記負側第2導体に一体的に形成された負側端子とを備えている請求項1ないし4のいずれか1項に記載のインバータ装置。
- 前記正側第1導体および前記正側第2導体に接合された熱拡散部材と、前記負側第1導体および前記負側第2導体に接合された熱拡散部材と、を備えている請求項1ないし5のいずれか1項に記載のインバータ装置。
- 前記熱拡散部材は、冷媒が封入された熱拡散導体で形成されている請求項6に記載のインバータ装置。
- 前記正側導体は、冷媒が封入された冷媒流路を内部に有し、前記負側導体は冷媒が封入された冷媒流路を内部に有している請求項4ないし5に記載のインバータ装置。
- 前記正側第2導体は、前記半導体チップが接合されているとともに前記放熱部の表面に対して交差する方向に延びた接合面を有し、前記負側第2導体は、前記半導体チップが接合されているとともに前記放熱部の表面に対して交差する方向に延びた接合面を有している請求項1ないし8のいずれか1項に記載のインバータ装置。
- 前記正側第2導体および負側第2導体は、前記接合面が互いに対向した状態で配設され、前記半導体チップは、前記正側第2導体および負側第2導体の接合面間に挟持されている請求項9に記載のインバータ装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007183603A JP2009021445A (ja) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | インバータ装置 |
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Family Applications (1)
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JP2007183603A Pending JP2009021445A (ja) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | インバータ装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010270607A (ja) * | 2009-05-19 | 2010-12-02 | Denso Corp | バルブリフト可変機構用駆動装置 |
CN102693966A (zh) * | 2011-03-23 | 2012-09-26 | 株式会社东芝 | 电力用半导体装置以及逆变器装置 |
JP2013106421A (ja) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | インバータ一体型電動圧縮機 |
JP2013222886A (ja) * | 2012-04-18 | 2013-10-28 | Toshiba Corp | 半導体モジュール |
WO2022264864A1 (ja) | 2021-06-14 | 2022-12-22 | 株式会社明電舎 | バスバー放熱構造及びインバータ装置 |
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2007
- 2007-07-12 JP JP2007183603A patent/JP2009021445A/ja active Pending
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