JP2010178523A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は組立が容易かつ組立良品率が向上する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に設けられた正側電極３９と、負側導体３７に設けられた負側電極４０と、交流側導体３５に設けられた第１の出力電極４１、第２の出力電極４２とを有し、さらに、正側電極３３には正側端子５０が設けられ、負側電極４０には負側端子５１が設けられ、第１の出力電極４１、第２の出力電極４２にはそれぞれ第１の出力端子５２、第２の出力端子５３が設けられた半導体素子ユニット１０を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップを搭載した半導体素子ユニットを用いて構成されるインバータ装置に関する。

例えば、電気自動車では半導体チップを用いたインバータ装置の小型化や高信頼性化が要求され、また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)及びダイオードで１つのレグを構成する半導体素子ユニットが開発されている。

電力用半導体素子の冷却効率を向上させ、通電容量の向上及び小型化に対応し、製造性に優れたインバータ装置として、インバータの１つのアームを構成する半導体チップの正極側と接合する第１の導体と、当該半導体チップの負極側と接合する第２の導体とを備え、半導体チップの正極側電極と第１の導体との接合面及び半導体チップの負極側電極と第２の導体との接合面がそれぞれ半導体チップを冷却する冷却器の表面に対して非平行となるように、第１の導体及び第２の導体を冷却器の上方に配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、放熱板の上に、各相の電力用半導体素子が絶縁樹脂シートを用いて接着され、Ｗ相正側導体とＷ相第１の交流側導体との間に接合された半導体チップは、この半導体チップから発生する熱をＷ相正側導体とＷ相第１の交流側導体を介することにより、両面から放熱板により冷却されるものがある（例えば、特許文献２参照）。

さらに、放熱板の表面に、正側導体、負側導体及び交流側導体を接合し、正側導体と交流側導体との間に接合されたＩＧＢＴ及びダイオードと、負側導体と交流側導体との間に接合されたＩＧＢＴ及びダイオードと、正側導体に設けられた正極端子と、負側導体に設けられた負極端子と、交流側導体に設けられた出力端子とを有し、正極端子、負極端子及び出力端子は、放熱板の表面に対して平行にする方向に曲げられたものがある（例えば、特許文献３参照）。

特許文献１および特許文献２に記載の従来技術を用いれば、半導体チップの冷却効率を向上することができるので、インバータ装置の通電容量の向上と小形化が可能となる。さらに、特許文献３に記載の従来技術を用いれば、電気自動車搭載時の振動などの外力に対する耐久性を向上させることができ信頼性向上が可能となる。

特開２００５−３４８５２９号公報 特開２００７−０６７２２０号公報 特開２００７−２１５３０２号公報

しかしながら、特許文献１〜３ものでは、複雑な形状の部品を多数接合する必要があり、組立の難度が高く組立の良品率向上が難しい嫌いがある。

図１０は、従来のインバータ装置の回路図である。インバータ装置は、２つのアームを有したレグからなる３つの半導体素子ユニット１０を備えて構成されている。

半導体素子ユニット１０は、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)１７１、１７２と、ダイオード１８１、１８２とからなる。半導体素子ユニット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。そして、半導体素子ユニット１０は上下アームからなるレグを構成している。

半導体素子ユニット１０は、直流電源１から供給される直流電力の正側及び負側がそれぞれ正側端子３９及び負側端子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第１の出力端子４１を介して出力部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、プラスチックフィルムコンデンサなどである。

３つの半導体素子ユニット１０を使用し、図１０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している。また、２つの半導体素子ユニット１０を使用し、図１０に示す構成のうち１つの半導体素子ユニット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になる。

図１１は半導体素子ユニット１０の組立状態を示す斜視図、図１２は半導体素子ユニット１０の分解状態を示す分解斜視図である。図１１において、半導体素子ユニット１０は、放熱板２２と、正側導体３３と、交流側導体３５と、負側導体３７と、正側端子３９と、負側端子４０と、第１の出力端子４１、第２の出力端子４２とを有し、さらに、図１２に示すように、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とを有している。

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り、３並列に接続されることにより、図１０に示すＩＧＢＴ１７１に相当する役割を果たす。同様に、ＩＧＢＴ１７２Ａ〜１７２Ｃは、３並列に接続されることにより、図１０に示すＩＧＢＴ１７２に相当する役割を果たす。また、ダイオード１８１Ａ、１８１Ｂ、１８２Ａ、１８２Ｂは、２並列に接続されることにより、図１０に示すＩＧＢＴ１８１に相当する役割を果たし、ダイオード１８２Ａ、１８２Ｂは、２並列に接続されることにより、図１０に示すＩＧＢＴ１８２に相当する役割を果たす。

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。

正側端子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。第１の出力端子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。負側端子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。

各端子は、図１０では回路図上の１点を示しており、図１１や図１２との各端子と厳密な対応はしていないが、これは、回路図と構造図との表現上の差によるものである。また、第１の出力端子４１及び第２の出力端子４２の２個の出力端子を使用するのも構成上の都合によるものである。

ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ及びダイオード１８１Ａ、１８１Ｂは、コレクタ側（正側側）が、正側端子３９の交流側導体３５（又は、第１の出力端子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、第１の出力端子４１の正側導体３３（又は、正側端子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（正側側）が、第２の出力端子４２の負側導体３７（又は、負側端子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、負側端子４０の交流側導体３５（又は、第２の出力端子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、半導体素子ユニット１０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、正側端子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、負側端子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、第１の出力端子４１や第２の出力端子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。

正側端子３９、負側端子４０及び第１の出力端子４１、第２の出力端子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。

正側端子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。正側端子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。正側端子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。正側端子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。

負側端子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。負側端子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（正側端子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。負側端子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。負側端子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。

第１の出力端子４１、第２の出力端子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。

第１の出力端子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及び負側端子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。第１の出力端子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。第１の出力端子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。

第２の出力端子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。第２の出力端子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。第２の出力端子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。前述したように、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃは、３並列に接続されることにより、図１０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１０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。前述したように、ダイオード１８１Ａ、１８１Ｂは、２並列に接続されることにより、図１０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１０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。

以上説明したように構成した半導体素子ユニット１０には、次のような課題が残っている。半導体素子ユニット１０は構成する部品の点数が多く、構成部品は、比較的体格が小さいものから、比較的体格が大きいものまであり大きさの差が顕著である。このように大きさの差がある多数の部品相互をすべて接合して組立している。当然のことながら、部品点数に比例して接合箇所も増えている。接合部材として、導電部には、はんだ材、絶縁部には絶縁樹脂シートが使用されている。はんだ材は当然のことながら、絶縁樹脂シートもセラミックフィラーを充填するなどの配慮により、熱伝導特性を改善してそれぞれの部材に応じた良好な熱伝導が期待されている。

このような半導体素子ユニット１０を構成するうえで、重要なことは接合部の厚さを所定の大きさに管理することである。材料の熱伝導率とともに、接合部の厚さも接合部の熱抵抗を左右する。接合部の厚さのばらつきが大きくなると、それに応じて接合部の熱抵抗のばらつきも大きくなる。接合部材は名称が示すとおり、部品相互の結合を第１の目的としており、期待する機械的強度を確保するためには、最適な厚さがあり、大きなばらつきは許容されない。絶縁の機能に対しても同様のことが言える。

本発明の目的は、組立が容易かつ組立良品率が向上する半導体素子ユニットを用いて構成されるインバータ装置を提供することにある。

本発明に係わ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た正側電極と、前記正側電極に片側を接合されるとともに反対側に端子接続部を設けられた正側端子と、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た第１の出力電極と、前記第１の出力電極に片側を接合されるとともに反対側に端子接続穴を設けられた第１の出力端子と、前記正側電極と前記第１の出力電極との間に挟まれて前記正側電極と正極側が接合され前記第１の出力電極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た負側電極と、前記負側電極に片側を接合されるとともに反対側に端子接続穴を設けられた負側端子と、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た第２の出力電極と、前記第２の出力電極に片側を接続されるとともに反対側に端子接続穴を設けられた第２の出力端子と、前記第２の出力電極と前記負側電極との間に挟まれて前記第２の出力電極と正極側が接合され前記負側電極と負極側が接合された第２の半導体チップとを備えた半導体素子ユニットを用いて構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、組立が容易かつ組立良品率が向上する半導体素子ユニットを用いて構成されるインバータ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニットの組立状態を示す斜視図。 本発明の第１の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニットの分解図。 本発明の第１の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニットの第１の組立工程の説明図。 本発明の第１の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニットの第２の組立工程の説明図。 本発明の第２の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニットの第２の組立工程の説明図。 本発明の第３の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニットの第２の組立工程の説明図。 本発明の第５の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニットの第２の組立工程の説明図。 本発明の第５の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニットの断面図。 本発明の第６の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニットの組立途上の第２の組立工程の説明図。 従来のインバータ装置の回路図。 従来のインバータ装置の半導体素子ユニットの組立状態を示す斜視図。 従来のインバータ装置の半導体素子ユニットの分解図。

（第１の実施の形態）
図１は本発明実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニット１０の組立状態を示す斜視図、図２は分解状態を示す分解図、図３は半導体素子ユニット１０の第１の組み立て工程の説明図、図４は半導体素子ユニット１０の第２の組み立て工程の説明図である。図１０乃至図１２に示した従来例のものと同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図１に示すように、半導体素子ユニット１０は、放熱板２２と、正側導体３３と、交流側導体３５と、負側導体３７と、正側電極３９と、負側電極４０と、第１の出力電極４１と、第２の出力電極４２と、正側端子５０と、負側端子５１と、第１の出力端子５２と、第２の出力端子５３とを有し、さらに、図２に示すように、半導体チップであるＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ、１７２Ａ〜１７２Ｃと、半導体チップであるダイオード１８１Ａ、１８１Ｂ、１８２Ａ、１８２Ｂと、熱緩衝板３４と、絶縁樹脂シート３６とを備えている。これらは、以下のような順序で組立されている。

図３は第１の組立工程の説明図であり、図３（ａ）は組み立て後の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）の矢印Ｘ１方向から見た底面図、図３（ｃ）は図３（ａ）の矢印Ｘ２方向から見た平面図、図３（ｄ）は矢印Ｘ３方向から見た側面図である。図３（ｂ）に示すように、半導体チップであるＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ及びダイオード１８１Ａ、１８１Ｂは、コレクタ側（正極側）が正側電極３９に接合され、エミッタ側（負極側）が熱緩衝板３４を介して第１の出力電極４１に接合される。正側電極３９および第１の出力電極４１は各々平坦な帯状の部材であり、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。接合には、はんだ材などの接合材料が用いられる。

第１の組立工程の図示は省略するが、半導体チップであるＩＧＢＴ１７２Ａ〜１７２Ｃ及びダイオード１８２Ａ、１８２Ｂも同様に、コレクタ側（正極側）が第２の出力電極４２に接合され、エミッタ側（負極側）が熱緩衝板３４を介して負側側電極４０に接合される。第２の出力電極４２と負側電極４０も各々平坦な帯状の部材であり、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。接合には、はんだ材などの接合材料が用いられる。

図４は、第２の組立工程の説明図であり、組立前の状態を示している。正側電極３９は、正側導体３３と正側端子５０とに接合される。第１の出力電極４１は、交流側導体３５と第１の出力端子５２とに接合される。同時に、負側電極４０は、負側導体３７と負側端子５１とに接合される。第２の出力電極４２は、交流側導体３５と第２の出力端子５３とに接合される。

正側端子５０、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３、負側端子５１は、いずれも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た、板状部品である。いずれの部品も、端部に外部配線を締結するための配慮がされている。例えば締結用のネジを挿入するための穴が設けられる。なお、接合には、はんだ材などの接合材料が用いられる。

図１は最終の第３の組立工程を経て組立完成した状態を示す。第３の組立工程では、第２の組立工程で組立した組立半成品の正側導体３３と交流側導体３５と負側導体３６の各接合面と、放熱板２２の接合面とを、絶縁樹脂シート３６を介して接合する。

次に、第１の実施の形態の作用・効果について説明する。第１の組立工程において、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ、１７２Ａ〜１７２Ｃおよびダイオード１８１Ａ、１８１Ｂ、１８２Ａ、１８２Ｂは、正側電極３９、負側電極４０および第１の出力電極４１、第２の出力電極４２とに、熱緩衝板３４を介して挟んで接合される。

ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｃ、１７２Ａ〜１７２Ｃ、ダイオード１８１Ａ、１８１Ｂ、１８２Ａ、１８２Ｂ、および熱緩衝板３４の各々のはんだの接合部面積は小さい。そのため、接合部の厚さのばらつきが十分小さくなるように管理する必要がある。厚さのわずかな増加が、熱抵抗の増加を招くので、期待した特性の確保が困難になる。

第１の実施の形態では、ＩＧＢＴおよびダイオードと、正側電極３９、負側電極４０、第１の出力電極４１、第２の出力電極４２との接合のみを第１の組立工程で実施している。さらに、正側電極３９および負側電極４０および第１の出力電極４１、第２の出力電極４２は各々平坦な帯状部材としている。

第１の組立工程で、はんだ接合を実施する際、正側電極３９および負側電極４０または第１の出力電極４１、第２の出力電極４２を熱板に搭載し加熱することで、はんだを加熱溶解させた後に冷却して接合部を形成することができる。各電極を平板状に形成しているので、熱板による加熱が可能になり、複数の接合箇所を均等に加熱させることができる。

さらに、ＩＧＢＴおよびダイオードを挟む片方の電極を加熱する際、直接熱板と接しない他方の電極の高さを容易に治具で規制できる。はんだ接合部を均等に加熱し、電極の高さを治具で規制することで、はんだ接合部の厚さのばらつきを小さくすることができる。

次に、第２の組立工程では、正側電極３９と、正側導体３３および正側端子５０との接合、第１の出力電極４１と、交流側導体３５および第１の出力端子５２との接合、第２の出力電極４２と、交流側導体３５および第２の出力端子５３との接合、負側電極４０と、負側導体３７および負側端子５１との接合が実施される。各はんだ接合箇所は、第１の組立工程とは異なり接合部面積が比較的大きい。ＩＧＢＴ、ダイオード、熱緩衝板のはんだ接合は、第１の組立工程で形成済みであるので、第２の組立工程では、大きな接合面積のはんだ接合に適した接合条件を選択することができる。接合はんだの品種を使い分けることで、第１の組立工程で使用したはんだを再溶融させることなく、第２のはんだ接合を実施できる。

第１の実施の形態によれば、冷却効率を向上させるとともに、組立が容易かつ組立良品率が向上するインバータ装置を提供することができる。

（第２の実施の形態）
図５は第２の実施の形態における第２の組立工程の説明図である。第２の実施の形態では、第２の組立工程において、まず正側電極３９と正側導体３３との接合、第１の出力電極４１と交流側導体３５との接合、第２の出力電極４２と交流側導体３５との接合、負側電極４０と負側導体３７との接合が実施される。各接合は、はんだ接合により実施される。図５は各部材が接合された状態を示す。

それに続いて、正側電極３９と正側端子５０との接合、第１の出力電極４１と第１の出力端子５２との接合、第２の出力電極４２と第２の出力端子５３との接合、負側電極４０と負側端子５１との接合が実施される。これらの接合箇所は、溶接接続により実施される。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態による作用・効果に加え、正側電極３９と正側端子５０、第１の出力電極４１と第１の出力端子５２、第２の出力電極４２と第２の出力端子５３、負側電極４０と負側端子５１の各接合箇所をより強固に接合することができる。各々の接合部には、正側端子５０、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３、負側端子５１に接続された外部配線部材からの外力が付加される。各接合箇所は強固に溶接されるので、外力に対する強度をより大きくすることができる。

（第３の実施の形態）
図６は第３の実施の形態における第２の組立工程の説明図である。第３の実施の形態では、半導体素子ユニット１０の正側電極３９に対して正側端子５０の厚さを大きくし、第１の出力電極４１、第２の出力電極４２に対して第１の出力端子５２、第２の出力端子５３の厚さを大きくし、負側電極４０に対して負側端子５１の厚さを大きくしたことを特徴としている。それらの点以外は、図４に示した第１の実施の形態と同じ構成である。

正側電極３９、負側電極４０及び第１の出力電極４１、第２の出力電極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。いずれもＩＧＢＴまたはダイオードから発生した熱を、放熱板２２へ伝導する経路となっており、厚さは許される範囲内で薄い方が望ましい。

一方、正側端子５０、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３、負側端子５１は、上記第の実施例でも説明したように、各端子に接続された外部配線部材からの外力が付加されるので、各端子自身に必要な強度を保有していることが望ましい。

半導体素子ユニット１０は、正側端子５０、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３、負側端子５１について、各端子の厚さを大きくしているので、各端子の強度を容易に向上させることができ、外力に対する強度をより大きくすることができる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、例えば第１の実施の形態において、正側電極３９と、第１の出力電極４１、第２の出力電極４２と、負側電極４０とを銅などの良熱伝導性の材料で形成し、正側端子５０と、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３と、負側端子５１とを、りん青銅材などの弾性材料で形成したことを特徴としている。それらの点以外は、第１の実施の形態と同じ構成である。

半導体素子ユニット１０は、正側端子５０と、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３と、負側端子５１とを、りん青銅材などの弾性材料で形成したことにより、各端子に接続された外部配線部材からの外力が付加された場合や、温度変化が発生した場合でも、各端子を弾性材料で形成しているため、発生する応力を低減することができ、各端子自身および接合部の信頼性をより向上させることができる。

（第５の実施の形態）
図７、図８を参照して、第５の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニット１０について説明する。図７は第５の実施の形態における第２の組立工程の説明図、図８は第５の実施の形態に係わるインバータ装置の半導体素子ユニットの断面図である。

図７に示すように、半導体素子ユニット１０は、正側端子５０、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３、負側端子５１各々に、突起５５ａが設けられたことを特徴としている。それらの点以外は、図４に示した第１の実施の形態と同じ構成である。

半導体素子ユニット１０は、絶縁性能を確保するため、電気絶縁性樹脂で封止する場合が多い。図８はそのように構成した場合の半導体素子ユニット１０の断面図である。放熱板２２の片面と、正側端子５０、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３、負側端子５１との外線接続部とが外部に露出するように、電気絶縁性材の箱状のケース６０が装着されている。ケース６０の内側の空間には、電気絶縁性の封止材６１が充填され、内部に収納された部品を保護している。

封止材６１は、エポキシ樹脂のように加熱することで硬化する材料が多用される。硬化後の封止材６１は、絶縁面での部品保護とともに、部品の機械的な強度向上の役割を有する。半導体素子ユニット１０は、正側端子５０、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３、負側端子５１各々に、突起５５ａを設けることにより、封止材６１との接合面積が増し、突起５５ａを設けない場合と比較して、より強固に各端子が封止材６１で保持固定されることになる。その結果、各端子自身および接合部の信頼性をより向上させることができる。

（第６の実施の形態）
図９は第６の実施の形態における第２の組立工程の説明図である。図９において、正側電極３９と、第１の出力電極４１、第２の出力電極４２と、負側電極４０とに、貫通穴５６ａを設けている。正側端子５０と、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３と負側端子５１との対応する各電極に設けた貫通穴５６ａに対応する位置に、貫通穴５６ａに勘合する突起５７ａを設けたことを特徴としている。それらの点以外は、第１の実施の形態と同じ構成である。

半導体素子ユニット１０においては、対応する突起５７ａを貫通穴５６ａに挿入することにより、各電極と各端子の位置関係を正確に決定することが出来る。各電極と各端子をはんだ接合する際に、位置ずれが生じる可能性が極めて小さくなる。そのため、組立を容易にでき、かつ良品率を向上させることができる。

以上の述べた各実施の形態において、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。また、各実施の形態において、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、これに限らず、例えば、銀ペーストを用いて接合することもできる。

また、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。さらに、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、装置全体が大きくなり、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。

なお、本発明は上記実施の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、上記実施の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、実施の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、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…直流電源、２…出力部、４…コンデンサ、１０…半導体素子ユニット１０、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、３９…正側電極、４０…負側電極、４１…第１の出力電極、４２…第２の出力電極、５０…正側端子、５１…負側端子、５２…第１の出力端子、５３…第２の出力端子、５５ａ…突起、５６ａ…貫通穴、５７ａ…突起部、６０…ケース、６１…封止材、１７１、１７１Ａ〜１７１Ｃ、１７２Ａ〜１７２Ｃ…ＩＧＢＴ、１８１、１８１Ａ、１８１Ｂ、１８２Ａ、１８２Ｂ…ダイオード

Claims (6)

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た正側電極と、前記正側電極に片側を接合されるとともに反対側に端子接続部を設けられた正側端子と、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た第１の出力電極と、前記第１の出力電極に片側を接合されるとともに反対側に端子接続穴を設けられた第１の出力端子と、前記正側電極と前記第１の出力電極との間に挟まれて前記正側電極と正極側が接合され前記第１の出力電極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た負側電極と、前記負側電極に片側を接合されるとともに反対側に端子接続穴を設けられた負側端子と、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た第２の出力電極と、前記第２の出力電極に片側を接続されるとともに反対側に端子接続穴を設けられた第２の出力端子と、前記第２の出力電極と前記負側電極との間に挟まれて前記第２の出力電極と正極側が接合され前記負側電極と負極側が接合された第２の半導体チップとを備えた半導体素子ユニットを用いて構成されたことを特徴とするインバータ装置。
2. 前記正側電極と前記正側端子、前記第１の出力電極と前記第１の出力端子、前記負側電極と前記負側端子、前記第２の出力電極と前記第２の出力端子が、各々溶接で接合されたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記正側電極に対して前記正側端子の厚さを大きくし、前記第１の出力電極に対して前記第１の出力端子の厚さを大きくし、前記負側電極に対して前記負側端子の厚さを大きくし、前記第２の出力電極に対して前記第２の出力端子の厚さを大きくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ装置。
4. 前記正側電極と前記第１の出力電極と前記負側電極と前記第２の出力電極とを良熱伝導性の材料で形成し、前記正側端子と前記第１の出力端子と前記負側端子と前記第２の出力端子とを、弾性材料で形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインバータ装置。
5. 前記正側端子と前記第１の出力端子と前記負側端子と前記第２の出力端子とに、突起部を設け、前記半導体素子ユニットをケース内に封止する封止材に前記突起部を係止させたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のインバータ装置。
6. 前記正側電極と前記第１の出力電極と前記負側電極と前記第２の出力電極とに貫通穴を設け、前記正側端子と前記第１の出力端子と前記負側端子と前記第２の出力端子との前記各電極に設けた貫通穴に対応する位置に前記貫通穴に勘合する突起を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインバータ装置。

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