JP2016092970A - 電力変換モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】サージ電圧によるパワー導体素子の破損を防止し、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大を防止し、パワー半導体駆動用基板の耐振性を確保し、さらに、バスバーとパワー半導体素子との接合部付近の耐振性を確保すること。【解決手段】電力変換モジュールは、複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃと、少なくとも一つの半導体素子１ａ，１ｂとを備えており、第１のバスバーと、第２のバスバーとが、層状に重ねられており、複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃを、樹脂部材８ｅでモールドし、半導体素子１ａ，１ｂと、複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃとが、直接接合されている。【選択図】図１

Description

この発明は、電力変換モジュールに関する。
従来、インバーター等に搭載されるパワー半導体モジュールにおいては、パワー半導体素子の接続にはリード線が用いられ、パワー半導体素子の周りを樹脂壁で覆い、壁内をゲルで封止する構造が知られている（例えば特許文献１参照）。
また、リード自体の温度Ｔ１は、式（７）で表される通りである。
Ｔ１＝｛Ｌ／（Ｓ１×λ１）＋１／（ｈ×Ｓ２）｝×Ｐ＋Ｔ２・・・式（７）
式（７）は次のようにして得られる。
ΔＴ＝Ｒｔ×Ｐ・・・式（１）
Ｒｔ＝Ｒ１＋Ｒ２・・・式（２）
Ｒ１＝Ｌ／（Ｓ１×λ１）・・・式（３）
Ｒ２＝１／（ｈ×Ｓ２）・・・式（４）
ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２・・・式（５）
としたとき、
式（２）に、式（３）および式（４）を代入し、
Ｒｔ＝Ｌ／（Ｓ１×λ１）＋１／（ｈ×Ｓ２）・・・式（６）を得る。
さらに、式（１）に、式（５）および式（６）を代入し、式（７’）を得て、
Ｔ１−Ｔ２＝｛Ｌ／（Ｓ１×λ１）＋１／（ｈ×Ｓ２）｝×Ｐ・・・式（７’）
この式（７’）を変形すれば、式（７）が得られる。
Ｔ１＝｛Ｌ／（Ｓ１×λ１）＋１／（ｈ×Ｓ２）｝×Ｐ＋Ｔ２・・・式（７）
なお、上記式（１）〜式（７）の各符号の意味は以下のとおりである。
Ｒｔ：熱抵抗（Ｋ／Ｗ）
Ｐ：発熱量（Ｗ）
Ｔ１：リードの温度（Ｋ）
Ｔ２：リード周囲雰囲気の温度（Ｋ）
Ｒ１：リードの熱抵抗（Ｋ／Ｗ）
Ｒ２：周囲（空気等）の熱抵抗（Ｋ／Ｗ）
Ｌ：リード長さ（ｍ）
Ｓ１：リード断面積（ｍ２）
λ１：リードの材料の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）
ｈ：周囲（空気等）の熱伝達率（Ｗ／ｍ２・Ｋ）
Ｓ２：リード周囲の表面積（ｍ２）
上記の式（７）から分かるように、リードの温度Ｔ１は、リードの断面積Ｓ１に反比例し且つリードの長さＬに比例する項と、リードの表面積Ｓ２に反比例する項との和に、発熱量Ｐを乗ずることになる。この為、リードの断面積Ｓ１を拡大することで、もしくは、リードの長さＬを短くすることで、あるいは、リードの表面積Ｓ２を拡大することで、リードの温度を抑える方法がある。
特許第３９０３８５０号公報
従来のモジュール構造では、大電流を流すことを想定すると、リードの断面積が小さい為、リードが発熱し、溶断する問題があった。
また、従来のモジュール構造で、例えば、リードの表面積拡大の為またはリードの断面積拡大の為、リード本数を増やすと、パワー半導体素子の電極の面積を拡大する必要があり、パワー半導体素子自体が大きくなり、装置全体の大型化につながる問題があった。
さらに、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）等の良品率が低い半導体を使用する場合、パワー半導体素子自体を大きくすると、さらに良品率が低くなり、半導体素子が非常に高価なものとなり、装置全体のコストアップにつながる問題があった。
近年ＳｉＣ（シリコンカーバイト）等の開発により、パワー半導体素子には、大電流を流す傾向にあり、半導体素子に繋がるリードにも大電流が流れるため、リード自体の発熱も当然大きくなり、溶断の可能性も大きくなる。
また、大電力の電力変換装置例えば、インバーターにおいては、パワー半導体素子から平滑コンデンサ、及び、三相コネクタ間をバスバーで接続する必要があり、接続するバスバーの距離に比例し、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）が増大し、パワー半導体素子のスイッチング時に大きなサージ電圧が発生する。
パワー半導体素子の許容電圧を超えるサージ電圧が発生し、その発生したサージ電圧がパワー半導体素子に流れると、パワー半導体素子の破損につながる。
また、サージ電圧が大きいと、放射ノイズ、伝導ノイズの増大にもつながる。
ここで、上記の解決策として、正極（Ｐ）のバスバーと負極（Ｎ）のバスバーとを層状に重ねあわせることで、ＥＳＬを低減させる必要がある。また、バスバーが重ならない部分においてもバスバー長さを最短で接続する必要がある。
ＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の素子が２並列以上に搭載されたインバーターにおいては、各素子間の電流の分流ばらつきが大きいとチップ間の温度分布の均一性に影響を及ぼす為、素子毎に電流を均等に配分する必要がある。
また、近年、車載用インバーターは、トランスミッション等の振動環境の厳しい箇所に設置される傾向にある。この為、パワー半導体の直近にあるパワー半導体素子駆動用の基板の耐振性を確保する必要や、バスバー自体の振動により、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を確保する必要がある。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、リード（バスバー）自体の発熱を抑え、サージ電圧を低減し、サージ電圧によるパワー導体素子の破損を防止することと、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大を防止することとを目的とする。
また、同時に、振動環境が厳しい箇所に搭載されても、パワー半導体駆動用基板の耐振性を確保することと、バスバー自体の振動による、バスバーとパワー半導体素子との接合部付近の耐振性を確保することとを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明の電力変換モジュールは、複数のバスバーと、少なくとも一つの半導体素子とを備え、第１の前記バスバーと第２の前記バスバーとが層状に重ねられ、前記複数のバスバーを樹脂部材でモールドし、前記半導体素子と前記複数のバスバーとが直接接合されている。
本発明によれば、サージ電圧によるパワー導体素子の破損を防止し、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大を防止し、パワー半導体駆動用基板の耐振性を確保し、さらに、バスバーとパワー半導体素子との接合部付近の耐振性を確保することができる。
実施の形態１及び実施の形態２の電力変換モジュールを示す平面図である。 実施の形態１の電力変換モジュールを示す斜視図である。 実施の形態１の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。 実施の形態１〜４の電力変換モジュールのインサート成形部品を示す斜視図である。 実施の形態１〜４の電力変換モジュールの負極側のバスバー接続を示す斜視図である。 図５の電力変換モジュールを示す平面図である。 実施の形態１〜４の電力変換モジュールの正極側のバスバー接続を示す斜視図である。 図７の電力変換モジュールを示す平面図である。 実施の形態１〜４の電力変換モジュールの３相交流のバスバー接続を示す斜視図である。 図９の電力変換モジュールを示す平面図である。 実施の形態２の電力変換モジュールを示す斜視図である。 実施の形態２の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。 実施の形態３及び実施の形態４の電力変換モジュールを示す平面図である。 実施の形態３の電力変換モジュールを示す斜視図である。 実施の形態３の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。 実施の形態４の電力変換モジュールを示す斜視図である。 実施の形態４の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。 実施の形態５及び実施の形態６の電力変換モジュールを示す平面図である。 実施の形態５の電力変換モジュールを示す斜視図である。 実施の形態５の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。 実施の形態５〜８の電力変換モジュールのインサート成形部品を示す斜視図である。 実施の形態５〜８の電力変換モジュールの負極側のバスバー接続を示す斜視図である。 図２２の電力変換モジュールを示す平面図である。 実施の形態５〜８の電力変換モジュールの正極側のバスバー接続を示す斜視図である。 図２４の電力変換モジュールを示す平面図である。 実施の形態５〜８の電力変換モジュールの３相交流のバスバー接続を示す斜視図である。 図２６の電力変換モジュールを示す平面図である。 実施の形態６の電力変換モジュールを示す斜視図である。 実施の形態６の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。 実施の形態７及び実施の形態８の電力変換モジュールを示す平面図である。 実施の形態７の電力変換モジュールを示す斜視図である。 実施の形態７の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。 実施の形態８の電力変換モジュールを示す斜視図である。 実施の形態８の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換モジュールを示す平面図である。また、図２は、図１の電力変換モジュールを示す斜視図である。さらに、図３は図１の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。図４は、実施の形態１の電力変換モジュールのインサート成形部品を示す斜視図である。なお、電力変換モジュールは、具体例を挙げると、車載用電力変換モジュール、インバーター用変換モジュールまたは車載インバーター用モジュールである。
図において、パワー半導体素子（半導体素子）１ａ，１ｂと絶縁基板３とは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。さらに、絶縁基板３は冷却器（冷却用部材）４にもはんだにより接合されている。すなわち、パワー半導体素子と冷却器との間には、絶縁放熱用の基板である絶縁基板３が設けられている。また、一例を挙げると、パワー半導体素子は、ＳｉＣ半導体素子である。
また、パワー半導体素子１ａ，１ｂとインサートモールド成形部材８の複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃとは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。
正極（Ｐ）または第１のバスバー８ａ、および、負極（Ｎ）または第２のバスバー８ｂは、図４のように層状に重ねられ、インサートモールド成形で樹脂部材８ｅと一体化されている。また、樹脂部材８ｅには、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、および、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃ部とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、があいている。
また、パワー半導体素子１ａとパワー半導体素子１ｂを２並列以上並べ、それぞれのパワー半導体素子１ａ，１ｂに接続するバスバー８ａ，８ｂの長さを、図５〜図１０のように同じ長さとする。図５は、実施の形態１の電力変換モジュールの負極側のバスバー接続を示す斜視図である。図６は、図５の電力変換モジュールを示す平面図である。図７は、実施の形態１の電力変換モジュールの正極側のバスバー接続を示す斜視図である。図８は、図７の電力変換モジュールを示す平面図である。図９は、実施の形態１の電力変換モジュールの３相交流のバスバー接続を示す斜視図である。図１０は、図９の電力変換モジュールを示す平面図である。
また、バスバー８ａ，８ｂ，８ｃにインサート成形された樹脂部材８ｅはリブ形状８ｇを備える。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）で結合している。
さらに、樹脂部材８ｅはパワー半導体素子１ａ，１ｂ全体の周りを囲む形状の壁８ｈを備える。壁の底面８ｉと冷却器４を接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）で結合している。また、前記壁８ｈ内はゲル封止材を充填している。
また、前記樹脂部材８ｅと前記パワー半導体信号ピン８ｄをインサートモールドで一体化し、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂをワイヤー６でワイヤーボンディングし、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板（電子回路基板）２をはんだでそれぞれ電気的に接続している。
なお、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３は金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、絶縁基板３と冷却器４ははんだによる接合としているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、絶縁基板３と冷却器４が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃが接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は接着剤による結合としているが、これに限定されるものではない。接着剤に限らず、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、壁の底面８ｉと冷却器４は接着剤による結合としているが、これに限定されるものではない。接着剤限らず、壁の底面８ｉと冷却器４が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂはワイヤーボンディングにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。ワイヤーボンディングに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂが電気的に接続可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２ははんだにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２が電気的に接続可能であれば工法は問わない。
以上のように構成された本実施の形態１の構造によれば、前記パワー半導体素子同士をリードではなくバスバーで直接接続する為、断面積が増え、大電流を流すことができる。電力変換装置、例えば、インバーターにおいては、パワー半導体素子同士のバスバーを層状に重ねることで、サージ電圧を低減し、パワー半導体素子の破損防止と、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大の防止を図ることができる。
また、複数のバスバーをインサート成形で樹脂部材と一体化し、取扱いを容易にすることで、組立性を向上することができる。また、バスバーの接続部品、例えば、平滑コンデンサ端子とバスバーを溶接等の工法で接続する際の作業性向上につながる。
また、前記樹脂部材にリブを成形し、前記パワー半導体素子駆動用基板と前記樹脂部材を結合することで、パワー半導体素子駆動用基板の耐振性を確保することができる。
また、複数のバスバーをモールドで一体化し、冷却器と結合することで、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を確保することができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子を囲む形状の壁を備えることで、部品点数を増やすことなく、ゲル封止する際のゲルの流れ止めの機能を持たすことができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子駆動用信号ピンも同時にインサートモールド成形で一体化することで、パワー半導体素子からパワー半導体駆動用基板までの接続が部品点数を増やすことなくできる。
実施の形態２．
次に、図１および図４〜図１２に示される本発明の実施の形態２について説明する。図１は、この発明の実施の形態２による電力変換モジュールを示す平面図である。図１１は、実施の形態２の電力変換モジュールを示す斜視図である。図１２は、実施の形態２の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。
さらに、図４は、実施の形態２の電力変換モジュールのインサート成形部品を示す斜視図である。図５は、実施の形態２の電力変換モジュールの負極側のバスバー接続を示す斜視図である。図６は、図５の電力変換モジュールを示す平面図である。図７は、実施の形態２の電力変換モジュールの正極側のバスバー接続を示す斜視図である。図８は、図７の電力変換モジュールを示す平面図である。図９は、実施の形態２の電力変換モジュールの３相交流のバスバー接続を示す斜視図である。図１０は、図９の電力変換モジュールを示す平面図である。なお、電力変換モジュールは、具体例を挙げると、車載用電力変換モジュール、インバーター用変換モジュールまたは車載インバーター用モジュールである。
図において、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３とは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。さらに、絶縁基板３は冷却器４にもはんだにより接合されている。すなわち、パワー半導体素子と冷却器との間には、絶縁放熱用の基板である絶縁基板３が設けられている。また、一例を挙げると、パワー半導体素子は、ＳｉＣ半導体素子である。
また、パワー半導体素子１ａ，１ｂとインサートモールド成形部材８の複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃとは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。
正極のバスバー８ａおよび負極のバスバー８ｂは、図４のように層状に重ねられ、インサートモールド成形で樹脂部材８ｅと一体化されている。また、樹脂部材８ｅには、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、および、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃ部とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、があいている。
また、パワー半導体素子１ａとパワー半導体素子１ｂを２並列以上並べ、それぞれのパワー半導体素子１ａ，１ｂに接続するバスバー８ａ，８ｂの長さを図５〜図１０のように同じ長さとする。
また、バスバー８ａ，８ｂ，８ｃにインサート成形された樹脂部材８ｅはリブ形状８ｇを備える。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２との間には、低弾性率部材５（弾性率１０ＭＰａ以下）が設けられている。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は、低弾性率部材５を介し、接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）で結合している。
さらに、樹脂部材８ｅはパワー半導体素子１ａ，１ｂ全体の周りを囲む形状の壁８ｈを備える。壁の底面８ｉと冷却器４との間には、低弾性率部材５（弾性率１０ＭＰａ以下）が設けられている。壁の底面８ｉと冷却器４は低弾性率部材５を介し、接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）で結合している。また、前記壁８ｈ内はゲル封止材を充填している。
また、前記樹脂部材８ｅと前記パワー半導体信号ピン８ｄをインサートモールドで一体化し、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂをワイヤー６でワイヤーボンディングし、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２をはんだでそれぞれ電気的に接続している。
なお、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３は金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合限らず、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、絶縁基板３と冷却器４ははんだによる接合としているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、絶縁基板３と冷却器４が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃが接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は低弾性率部材を介し、接着剤で結合しているが、これに限定されるものではない。接着剤に限らず、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、壁の底面８ｉと冷却器４は低弾性率部材５を介し、接着剤で結合しているが、これに限定されるものではない。接着剤限らず、壁の底面８ｉと冷却器４が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂはワイヤーボンディングにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。ワイヤーボンディングに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂが電気的に接続可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２ははんだにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２が電気的に接続可能であれば工法は問わない。
以上のように構成された本実施の形態２の構造によれば、前記パワー半導体素子同士をリードではなくバスバーで直接接続する為、断面積が増え、大電流を流すことができる。電力変換装置、例えば、インバーターにおいては、パワー半導体素子同士のバスバーを層状に重ねることで、サージ電圧を低減し、パワー半導体素子の破損防止と、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大の防止を図ることができる。
また、複数のバスバーをインサート成形で樹脂部材と一体化し、取扱いを容易にすることで、組立性を向上することができる。また、バスバーの接続部品、例えば、平滑コンデンサ端子とバスバーを溶接等の工法で接続する際の作業性向上につながる。
また、前記樹脂部材にリブを成形し、前記パワー半導体素子駆動用基板と前記樹脂部材を結合することで、パワー半導体素子駆動用基板の耐振性を確保することができる。さらに、前記結合部に低弾性率部材（弾性率１０ＭＰａ以下）を用いることで基板の耐振性を向上させることができる。
また、複数のバスバーをモールドで一体化し、冷却器と結合することで、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を確保することができる。さらに、前記結合部に低弾性率部材（弾性率１０ＭＰａ以下）を用いることで、さらに、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を向上させることができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子を囲む形状の壁を備えることで、部品点数を増やすことなく、ゲル封止する際のゲルの流れ止めの機能を持たすことができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子駆動用信号ピンも同時にインサートモールド成形で一体化することで、パワー半導体素子からパワー半導体駆動用基板までの接続が部品点数を増やすことなくできる。
実施の形態３．
次に、図４〜図１０および図１３〜図１５に示される本発明の実施の形態３について説明する。図１３は、実施の形態３の電力変換モジュールを示す平面図である。図１４は、実施の形態３の電力変換モジュールを示す斜視図である。図１５は、実施の形態３の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。
さらに、図４は、実施の形態３の電力変換モジュールのインサート成形部品を示す斜視図である。図５は、実施の形態３の電力変換モジュールの負極側のバスバー接続を示す斜視図である。図６は、図５の電力変換モジュールを示す平面図である。図７は、実施の形態３の電力変換モジュールの正極側のバスバー接続を示す斜視図である。図８は、図７の電力変換モジュールを示す平面図である。図９は、実施の形態３の電力変換モジュールの３相交流のバスバー接続を示す斜視図である。図１０は、図９の電力変換モジュールを示す平面図である。なお、電力変換モジュールは、具体例を挙げると、車載用電力変換モジュール、インバーター用変換モジュールまたは車載インバーター用モジュールである。
図において、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３とは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。さらに、絶縁基板３は冷却器４にもはんだにより接合されている。すなわち、パワー半導体素子と冷却器との間には、絶縁放熱用の基板である絶縁基板３が設けられている。また、一例を挙げると、パワー半導体素子は、ＳｉＣ半導体素子である。
また、パワー半導体素子１ａ，１ｂとインサートモールド成形部材３０８の複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。
正極のバスバー８ａおよび負極のバスバー８ｂは、図４のように層状に重ねられ、インサートモールド成形で樹脂部材８ｅと一体化されている。また、樹脂部材８ｅには、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３と金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、および、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃ部とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、があいている。
また、パワー半導体素子１ａとパワー半導体素子１ｂを２並列以上並べ、それぞれのパワー半導体素子１ａ，１ｂに接続するバスバー８ａ，８ｂの長さを図５〜図１０のように同じ長さとする。
また、バスバー８ａ，８ｂ，８ｃにインサート成形された樹脂部材８ｅはリブ形状８ｇを備える。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は、接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）と、複数のボルト７とによって結合している。
さらに、樹脂部材８ｅはパワー半導体素子１ａ，１ｂ全体の周りを囲む形状の壁３０８ｈを備え、さらに、壁３０８ｈの底面８ｉにシール構造を備え、冷却器４と壁３０８ｈ間をシールしている。また、壁の底面８ｉと冷却器４を複数のボルト７とで結合している。また、前記壁３０８ｈ内はゲル封止材を充填している。
ボルト７は、パワー半導体駆動用基板３０２、インサートモールド成形部材３０８、パワー半導体素子１ａ，１ｂ、絶縁基板３および冷却器４の積層方向から投影的にみて、それぞれのパワー半導体信号ピン８ｄの両側に配置されている。換言すると、上記の積層方向から投影的にみて、対応する一対のボルト７の間に、対応するパワー半導体信号ピン８ｄが位置するように構成されている。
また、前記樹脂部材８ｅと前記パワー半導体信号ピン８ｄをインサートモールドで一体化し、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂをワイヤー６でワイヤーボンディングし、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２をはんだでそれぞれ電気的に接続している。
なお、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３は金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、絶縁基板３と冷却器４ははんだによる接合としているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、絶縁基板３と冷却器４が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃが接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板３０２はボルト７と接着剤とによる結合としているが、これに限定されるものではない。ボルト７と共に用いる手段は接着剤に限らず、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板３０２が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、壁の底面８ｉと冷却器４はボルト７による結合としているが、これに限定されるものではない。壁の底面８ｉと冷却器４が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂはワイヤーボンディングにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。ワイヤーボンディングに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂが電気的に接続可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２ははんだにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板３０２が電気的に接続可能であれば工法は問わない。
以上のように構成された本実施の形態３の構造によれば、前記パワー半導体素子同士をリードではなくバスバーで直接接続する為、断面積が増え、大電流を流すことができる。電力変換装置、例えば、インバーターにおいては、パワー半導体素子同士のバスバーを層状に重ねることで、サージ電圧を低減し、パワー半導体素子の破損防止と、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大の防止を図ることができる。
また、複数のバスバーをインサート成形で樹脂部材と一体化し、取扱いを容易にすることで、組立性を向上することができる。また、バスバーの接続部品、例えば、平滑コンデンサ端子とバスバーを溶接等の工法で接続する際の作業性向上につながる。
また、前記樹脂部材にリブを成形し、前記パワー半導体素子駆動用基板と前記樹脂部材を結合することで、パワー半導体素子駆動用基板の耐振性を確保することができる。
また、複数のバスバーをモールドで一体化し、冷却器と結合することで、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を確保することができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子を囲む形状の壁を備えることで、部品点数を増やすことなく、ゲル封止する際のゲルの流れ止めの機能を持たすことができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子駆動用信号ピンも同時にインサートモールド成形で一体化することで、パワー半導体素子からパワー半導体駆動用基板までの接続が部品点数を増やすことなくできる。
実施の形態４．
次に、図４〜図１０、図１３、図１６および図１７に示される本発明の実施の形態４について説明する。図１３は、実施の形態４の電力変換モジュールを示す平面図である。図１６は、実施の形態４の電力変換モジュールを示す斜視図である。図１７は、実施の形態４の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。
さらに、図４は、実施の形態４の電力変換モジュールのインサート成形部品を示す斜視図である。図５は、実施の形態４の電力変換モジュールの負極側のバスバー接続を示す斜視図である。図６は、図５の電力変換モジュールを示す平面図である。図７は、実施の形態４の電力変換モジュールの正極側のバスバー接続を示す斜視図である。図８は、図７の電力変換モジュールを示す平面図である。図９は、実施の形態４の電力変換モジュールの３相交流のバスバー接続を示す斜視図である。図１０は、図９の電力変換モジュールを示す平面図である。なお、電力変換モジュールは、具体例を挙げると、車載用電力変換モジュール、インバーター用変換モジュールまたは車載インバーター用モジュールである。
図において、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３とは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。さらに、絶縁基板３は冷却器４にもはんだにより接合されている。すなわち、パワー半導体素子と冷却器との間には、絶縁放熱用の基板である絶縁基板３が設けられている。また、一例を挙げると、パワー半導体素子は、ＳｉＣ半導体素子である。
また、パワー半導体素子１ａ，１ｂと複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。
正極のバスバー８ａおよび負極のバスバー８ｂは、図４のように層状に重ねられ、インサートモールド成形で樹脂部材８ｅと一体化されている。また、樹脂部材８ｅにはパワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、および、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃ部とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、があいている。
また、パワー半導体素子１ａとパワー半導体素子１ｂを２並列以上並べ、それぞれのパワー半導体素子１ａ，１ｂに接続するバスバー８ａ，８ｂの長さを図５〜図１０のように同じ長さとする。
また、バスバー８ａ，８ｂ，８ｃにインサート成形された樹脂部材８ｅはリブ形状８ｇを備える。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板４０２との間には、低弾性率部材４０５（弾性率１０ＭＰａ以下）が設けられている。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板４０２は、低弾性率部材４０５を介し、接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）と、複数のボルト７とで結合している。
さらに、樹脂部材８ｅはパワー半導体素子１ａ，１ｂ全体の周りを囲む形状の壁３０８ｈを備える。壁の底面８ｉと冷却器４との間には、低弾性率部材４０５（弾性率１０ＭＰａ以下）が設けられている。壁の底面８ｉと冷却器４は低弾性率部材４０５を介し、接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）と、複数のボルト７とで結合している。また、前記壁８ｈ内はゲル封止材を充填している。
ボルト７は、パワー半導体駆動用基板４０２、上側の低弾性率部材４０５、インサートモールド成形部材、パワー半導体素子１ａ，１ｂ、絶縁基板３、下側の低弾性率部材４０５および冷却器４の積層方向から投影的にみて、それぞれのパワー半導体信号ピン８ｄの両側に配置されている。換言すると、上記の積層方向から投影的にみて、対応する一対のボルト７の間に、対応するパワー半導体信号ピン８ｄが位置するように構成されている。
また、前記樹脂部材８ｅと前記パワー半導体信号ピン８ｄをインサートモールドで一体化し、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂをワイヤー６でワイヤーボンディング、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板４０２をはんだでそれぞれ電気的に接続している。
なお、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３は金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａ，１ｂと絶縁基板３が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、絶縁基板３と冷却器４ははんだによる接合としているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、絶縁基板３と冷却器４が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａ，１ｂとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃが接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は低弾性率部材４０５を介し、ボルト７と接着剤で結合しているが、これに限定されるものではない。ボルト７と共に用いる手段は接着剤に限らず、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板４０２が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、壁の底面８ｉと冷却器４は低弾性率部材４０５を介し、ボルト７と接着剤で結合しているが、これに限定されるものではない。ボルト７と共に用いる手段は接着剤に限らず、壁の底面８ｉと冷却器４が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂはワイヤーボンディングにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。ワイヤーボンディングに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａ，１ｂが電気的に接続可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２ははんだにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２が電気的に接続可能であれば工法は問わない。
以上のように構成された本実施の形態４の構造によれば、前記パワー半導体素子同士をリードではなくバスバーで直接接続する為、断面積が増え、大電流を流すことができる。電力変換装置、例えば、インバーターにおいては、パワー半導体素子同士のバスバーを層状に重ねることで、サージ電圧を低減し、パワー半導体素子の破損防止と、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大の防止を図ることができる。
また、複数のバスバーをインサート成形で樹脂部材と一体化し、取扱いを容易にすることで、組立性を向上することができる。また、バスバーの接続部品、例えば、平滑コンデンサ端子とバスバーを溶接等の工法で接続する際の作業性向上につながる。
また、前記樹脂部材にリブを成形し、前記パワー半導体素子駆動用基板と前記樹脂部材を結合することで、パワー半導体素子駆動用基板の耐振性を確保することができる。さらに、前記結合部に低弾性率部材（弾性率１０ＭＰａ以下）を用いることで基板の耐振性を向上させることができる。
また、複数のバスバーをモールドで一体化し、冷却器と結合することで、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を確保することができる。さらに、前記結合部に低弾性率部材（弾性率１０ＭＰａ以下）を用いることで、さらに、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を向上させることができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子を囲む形状の壁を備えることで、部品点数を増やすことなく、ゲル封止する際のゲルの流れ止めの機能を持たすことができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子駆動用信号ピンも同時にインサートモールド成形で一体化することで、パワー半導体素子からパワー半導体駆動用基板までの接続が部品点数を増やすことなくできる。
実施の形態５．
次に、図１８〜図２７に示される本発明の実施の形態５について説明する。図１８は、実施の形態５の電力変換モジュールを示す平面図である。図１９は、実施の形態５の電力変換モジュールを示す斜視図である。図２０は、実施の形態５の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。
図２１は、実施の形態５の電力変換モジュールのインサート成形部品を示す斜視図である。図２２は、実施の形態５の電力変換モジュールの負極側のバスバー接続を示す斜視図である。図２３は、図２２の電力変換モジュールを示す平面図である。図２４は、実施の形態５の電力変換モジュールの正極側のバスバー接続を示す斜視図である。図２５は、図２４の電力変換モジュールを示す平面図である。図２６は、実施の形態５の電力変換モジュールの３相交流のバスバー接続を示す斜視図である。図２７は、図２６の電力変換モジュールを示す平面図である。なお、電力変換モジュールは、具体例を挙げると、車載用電力変換モジュール、インバーター用変換モジュールまたは車載インバーター用モジュールである。
図において、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３とは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。さらに、絶縁基板３は冷却器４にもはんだにより接合されている。すなわち、パワー半導体素子と冷却器との間には、絶縁放熱用の基板である絶縁基板３が設けられている。また、一例を挙げると、パワー半導体素子は、ＳｉＣ半導体素子である。
また、パワー半導体素子１ａとインサートモールド成形部材８の複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃとは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。
正極のバスバー８ａおよび負極のバスバー８ｂは、図２１のように層状に重ねられ、インサートモールド成形で樹脂部材８ｅと一体化されている。また、樹脂部材８ｅには、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、および、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃ部とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、があいている。
また、パワー半導体素子１ａに接続するバスバー８ａ，８ｂの長さを図２２〜図２７のように最短の長さとする。
また、バスバー８ａ，８ｂ，８ｃにインサート成形された樹脂部材８ｅはリブ形状８ｇを備える。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）で結合している。
さらに、樹脂部材８ｅはパワー半導体素子１ａ全体の周りを囲む形状の壁８ｈを備える。壁の底面８ｉと冷却器４を接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）で結合している。また、前記壁８ｈ内はゲル封止材を充填している。
また、前記樹脂部材８ｅと前記パワー半導体信号ピン８ｄをインサートモールドで一体化し、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａをワイヤー６でワイヤーボンディングし、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２をはんだでそれぞれ電気的に接続している。
なお、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３は金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、絶縁基板３と冷却器４ははんだによる接合としているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、絶縁基板３と冷却器４が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃが接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は接着剤による結合としているが、これに限定されるものではない。接着剤に限らず、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、壁の底面８ｉと冷却器４は接着剤による結合としているが、これに限定されるものではない。接着剤限らず、壁の底面８ｉと冷却器４が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａはワイヤーボンディングにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。ワイヤーボンディングに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａが電気的に接続可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２ははんだにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２が電気的に接続可能であれば工法は問わない。
以上のように構成された本実施の形態５の構造によれば、前記パワー半導体素子同士をリードではなくバスバーで直接接続する為、断面積が増え、大電流を流すことができる。電力変換装置、例えば、インバーターにおいては、パワー半導体素子同士のバスバーを層状に重ねることで、サージ電圧を低減し、パワー半導体素子の破損防止と、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大の防止を図ることができる。
また、複数のバスバーをインサート成形で樹脂部材と一体化し、取扱いを容易にすることで、組立性を向上することができる。また、バスバーの接続部品、例えば、平滑コンデンサ端子とバスバーを溶接等の工法で接続する際の作業性向上につながる。
また、前記樹脂部材にリブを成形し、前記パワー半導体素子駆動用基板と前記樹脂部材を結合することで、パワー半導体素子駆動用基板の耐振性を確保することができる。
また、複数のバスバーをモールドで一体化し、冷却器と結合することで、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を確保することができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子を囲む形状の壁を備えることで、部品点数を増やすことなく、ゲル封止する際のゲルの流れ止めの機能を持たすことができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子駆動用信号ピンも同時にインサートモールド成形で一体化することで、パワー半導体素子からパワー半導体駆動用基板までの接続が部品点数を増やすことなくできる。
実施の形態６．
次に、図１８および図２１〜図２９に示される本発明の実施の形態６について説明する。図１８は、実施の形態６の電力変換モジュールを示す平面図である。図２８は、実施の形態６の電力変換モジュールを示す斜視図である。図２９は、実施の形態６の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。
さらに、図２１は、実施の形態６の電力変換モジュールのインサート成形部品を示す斜視図である。図２２は、実施の形態６の電力変換モジュールの負極側のバスバー接続を示す斜視図である。図２３は、図２２の電力変換モジュールを示す平面図である。図２４は、実施の形態６の電力変換モジュールの正極側のバスバー接続を示す斜視図である。図２５は、図２４の電力変換モジュールを示す平面図である。図２６は、実施の形態６の電力変換モジュールの３相交流のバスバー接続を示す斜視図である。図２７は、図２６の電力変換モジュールを示す平面図である。なお、電力変換モジュールは、具体例を挙げると、車載用電力変換モジュール、インバーター用変換モジュールまたは車載インバーター用モジュールである。
図において、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３とは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。さらに、絶縁基板３は冷却器４にもはんだにより接合されている。すなわち、パワー半導体素子と冷却器との間には、絶縁放熱用の基板である絶縁基板３が設けられている。また、一例を挙げると、パワー半導体素子は、ＳｉＣ半導体素子である。
また、パワー半導体素子１ａとインサートモールド成形部材８の複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃとは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。
正極のバスバー８ａおよび負極のバスバー８ｂは、図２１のように層状に重ねられ、インサートモールド成形で樹脂部材８ｅと一体化されている。また、樹脂部材８ｅには、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、および、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃ部とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、があいている。
また、パワー半導体素子１ａに接続するバスバー８ａ，８ｂの長さを図２２〜図２７のように最短の長さとする。
また、バスバー８ａ，８ｂ，８ｃにインサート成形された樹脂部材８ｅはリブ形状８ｇを備える。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２との間には、低弾性率部材５（弾性率１０ＭＰａ以下）が設けられている。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は、低弾性率部材５を介し、接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）で結合している。
さらに、樹脂部材８ｅはパワー半導体素子１ａ全体の周りを囲む形状の壁８ｈを備える。壁の底面８ｉと冷却器４との間には、低弾性率部材５（弾性率１０ＭＰａ以下）が設けられている。壁の底面８ｉと冷却器４は低弾性率部材５を介し、接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）で結合している。また、前記壁８ｈ内はゲル封止材を充填している。
また、前記樹脂部材８ｅと前記パワー半導体信号ピン８ｄをインサートモールドで一体化し、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａをワイヤー６でワイヤーボンディングし、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２をはんだでそれぞれ電気的に接続している。
なお、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３は金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合限らず、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、絶縁基板３と冷却器４ははんだによる接合としているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、絶縁基板３と冷却器４が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃが接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は低弾性率部材を介し、接着剤で結合しているが、これに限定されるものではない。接着剤に限らず、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、壁の底面８ｉと冷却器４は低弾性率部材５を介し、接着剤で結合しているが、これに限定されるものではない。接着剤限らず、壁の底面８ｉと冷却器４が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａはワイヤーボンディングにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。ワイヤーボンディングに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａが電気的に接続可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２ははんだにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２が電気的に接続可能であれば工法は問わない。
以上のように構成された本実施の形態の構造によれば、前記パワー半導体素子同士をリードではなくバスバーで直接接続する為、断面積が増え、大電流を流すことができる。電力変換装置、例えば、インバーターにおいては、パワー半導体素子同士のバスバーを層状に重ねることで、サージ電圧を低減し、パワー半導体素子の破損防止と、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大の防止を図ることができる。
また、複数のバスバーをインサート成形で樹脂部材と一体化し、取扱いを容易にすることで、組立性を向上することができる。また、バスバーの接続部品、例えば、平滑コンデンサ端子とバスバーを溶接等の工法で接続する際の作業性向上につながる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子を囲む形状の壁を備えることで、部品点数を増やすことなく、ゲル封止する際のゲルの流れ止めの機能を持たすことができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子駆動用信号ピンも同時にインサートモールド成形で一体化することで、パワー半導体素子からパワー半導体駆動用基板までの接続が部品点数を増やすことなくできる。
加えて、前記樹脂部材にリブを成形し、前記パワー半導体素子駆動用基板と前記樹脂部材を結合することで、電力変換モジュールが、振動環境の厳しい箇所に搭載されても、パワー半導体素子駆動用基板の耐振性を確保することができる。前記結合部に低弾性率部材（弾性率１０ＭＰａ以下）を用いることで基板の耐振性を向上させることができる。
また、複数のバスバーをモールドで一体化し、冷却器と結合することで、バスバーとパワー半導体素子との接合部付近の耐振性を確保することができる。前記結合部に低弾性率部材（弾性率１０ＭＰａ以下）を用いることで、さらに、バスバーとパワー半導体素子との接合部付近の耐振性を向上させることができる。
以上のように構成された本実施の形態６の構造によれば、前記パワー半導体素子同士をリードではなくバスバーで直接接続する為、断面積が増え、大電流を流すことができる。電力変換装置、例えば、インバーターにおいては、パワー半導体素子同士のバスバーを層状に重ねることで、サージ電圧を低減し、パワー半導体素子の破損防止と、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大の防止を図ることができる。
また、複数のバスバーをインサート成形で樹脂部材と一体化し、取扱いを容易にすることで、組立性を向上することができる。また、バスバーの接続部品、例えば、平滑コンデンサ端子とバスバーを溶接等の工法で接続する際の作業性向上につながる。
また、前記樹脂部材にリブを成形し、前記パワー半導体素子駆動用基板と前記樹脂部材を結合することで、パワー半導体素子駆動用基板の耐振性を確保することができる。さらに、前記結合部に低弾性率部材（弾性率１０ＭＰａ以下）を用いることで基板の耐振性を向上させることができる。
また、複数のバスバーをモールドで一体化し、冷却器と結合することで、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を確保することができる。さらに、前記結合部に低弾性率部材（弾性率１０ＭＰａ以下）を用いることで、さらに、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を向上させることができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子を囲む形状の壁を備えることで、部品点数を増やすことなく、ゲル封止する際のゲルの流れ止めの機能を持たすことができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子駆動用信号ピンも同時にインサートモールド成形で一体化することで、パワー半導体素子からパワー半導体駆動用基板までの接続が部品点数を増やすことなくできる。
実施の形態７．
次に、図２１〜図３２に示される本発明の実施の形態７について説明する。図３０は、実施の形態７の電力変換モジュールを示す平面図である。図３１は、実施の形態７の電力変換モジュールを示す斜視図である。図３２は、実施の形態７の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。
さらに、図２１は、実施の形態７の電力変換モジュールのインサート成形部品を示す斜視図である。図２２は、実施の形態７の電力変換モジュールの負極側のバスバー接続を示す斜視図である。図２３は、図２２の電力変換モジュールを示す平面図である。図２４は、実施の形態７の電力変換モジュールの正極側のバスバー接続を示す斜視図である。図２５は、図２４の電力変換モジュールを示す平面図である。図２６は、実施の形態７の電力変換モジュールの３相交流のバスバー接続を示す斜視図である。図２７は、図２６の電力変換モジュールを示す平面図である。なお、電力変換モジュールは、具体例を挙げると、車載用電力変換モジュール、インバーター用変換モジュールまたは車載インバーター用モジュールである。
図において、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３とは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。さらに、絶縁基板３は冷却器４にもはんだにより接合されている。すなわち、パワー半導体素子と冷却器との間には、絶縁放熱用の基板である絶縁基板３が設けられている。また、一例を挙げると、パワー半導体素子は、ＳｉＣ半導体素子である。
また、パワー半導体素子１ａとインサートモールド成形部材３０８の複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。
正極のバスバー８ａおよび負極のバスバー８ｂは、図２１のように層状に重ねられ、インサートモールド成形で樹脂部材８ｅと一体化されている。また、樹脂部材８ｅには、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３と金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、および、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃ部とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、があいている。
また、パワー半導体素子１ａに接続するバスバー８ａ，８ｂの長さを図２２〜図２７のように最短の長さとする。
また、バスバー８ａ，８ｂ，８ｃにインサート成形された樹脂部材８ｅはリブ形状８ｇを備える。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は、接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）と、複数のボルト７とによって結合している。
さらに、樹脂部材８ｅはパワー半導体素子１ａ全体の周りを囲む形状の壁３０８ｈを備え、さらに、壁３０８ｈの底面８ｉにシール構造を備え、冷却器４と壁３０８ｈ間をシールしている。また、壁の底面８ｉと冷却器４を複数のボルト７とで結合している。また、前記壁３０８ｈ内はゲル封止材を充填している。
ボルト７は、パワー半導体駆動用基板３０２、インサートモールド成形部材３０８、パワー半導体素子１ａ、絶縁基板３および冷却器４の積層方向から投影的にみて、それぞれのパワー半導体信号ピン８ｄの両側に配置されている。換言すると、上記の積層方向から投影的にみて、対応する一対のボルト７の間に、対応するパワー半導体信号ピン８ｄが位置するように構成されている。
また、前記樹脂部材８ｅと前記パワー半導体信号ピン８ｄをインサートモールドで一体化し、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａをワイヤー６でワイヤーボンディングし、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２をはんだでそれぞれ電気的に接続している。
なお、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３は金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、絶縁基板３と冷却器４ははんだによる接合としているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、絶縁基板３と冷却器４が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃが接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板３０２はボルト７と接着剤とによる結合としているが、これに限定されるものではない。ボルト７と共に用いる手段は接着剤に限らず、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板３０２が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、壁の底面８ｉと冷却器４はボルト７による結合としているが、これに限定されるものではない。壁の底面８ｉと冷却器４が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａはワイヤーボンディングにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。ワイヤーボンディングに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａが電気的に接続可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２ははんだにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板３０２が電気的に接続可能であれば工法は問わない。
以上のように構成された本実施の形態７の構造によれば、前記パワー半導体素子同士をリードではなくバスバーで直接接続する為、断面積が増え、大電流を流すことができる。電力変換装置、例えば、インバーターにおいては、パワー半導体素子同士のバスバーを層状に重ねることで、サージ電圧を低減し、パワー半導体素子の破損防止と、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大の防止を図ることができる。
また、複数のバスバーをインサート成形で樹脂部材と一体化し、取扱いを容易にすることで、組立性を向上することができる。また、バスバーの接続部品、例えば、平滑コンデンサ端子とバスバーを溶接等の工法で接続する際の作業性向上につながる。
また、前記樹脂部材にリブを成形し、前記パワー半導体素子駆動用基板と前記樹脂部材を結合することで、パワー半導体素子駆動用基板の耐振性を確保することができる。
また、複数のバスバーをモールドで一体化し、冷却器と結合することで、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を確保することができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子を囲む形状の壁を備えることで、部品点数を増やすことなく、ゲル封止する際のゲルの流れ止めの機能を持たすことができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子駆動用信号ピンも同時にインサートモールド成形で一体化することで、パワー半導体素子からパワー半導体駆動用基板までの接続が部品点数を増やすことなくできる。
実施の形態８．
次に、図２１〜図２７、図３０、図３３および図３４に示される本発明の実施の形態８について説明する。図３０は、実施の形態８の電力変換モジュールを示す平面図である。図３３は、実施の形態８の電力変換モジュールを示す斜視図である。図３４は、実施の形態８の電力変換モジュールを示す分解斜視図である。
さらに、図２１は、実施の形態８の電力変換モジュールのインサート成形部品を示す斜視図である。図２２は、実施の形態８の電力変換モジュールの負極側のバスバー接続を示す斜視図である。図２３は、図２２の電力変換モジュールを示す平面図である。図２４は、実施の形態８の電力変換モジュールの正極側のバスバー接続を示す斜視図である。図２５は、図２４の電力変換モジュールを示す平面図である。図２６は、実施の形態８の電力変換モジュールの３相交流のバスバー接続を示す斜視図である。図２７は、図２６の電力変換モジュールを示す平面図である。なお、電力変換モジュールは、具体例を挙げると、車載用電力変換モジュール、インバーター用変換モジュールまたは車載インバーター用モジュールである。
図において、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３とは、金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。さらに、絶縁基板３は冷却器４にもはんだにより接合されている。すなわち、パワー半導体素子と冷却器との間には、絶縁放熱用の基板である絶縁基板３が設けられている。また、一例を挙げると、パワー半導体素子は、ＳｉＣ半導体素子である。
また、パワー半導体素子１ａと複数のバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは金属粒子焼結結合により接合されている。例えば金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合であってもよい。
正極のバスバー８ａおよび負極のバスバー８ｂは、図２１のように層状に重ねられ、インサートモールド成形で樹脂部材８ｅと一体化されている。また、樹脂部材８ｅにはパワー半導体素子１ａと絶縁基板３とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、および、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃ部とを金属粒子焼結結合するための加圧用の窓（穴）、があいている。
また、パワー半導体素子１ａに接続するバスバー８ａ，８ｂの長さを図２２〜図２７のように最短の長さとする。
また、バスバー８ａ，８ｂ，８ｃにインサート成形された樹脂部材８ｅはリブ形状８ｇを備える。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板４０２との間には、低弾性率部材４０５（弾性率１０ＭＰａ以下）が設けられている。樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板４０２は、低弾性率部材４０５を介し、接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）と、複数のボルト７とで結合している。
さらに、樹脂部材８ｅはパワー半導体素子１ａ全体の周りを囲む形状の壁３０８ｈを備える。壁の底面８ｉと冷却器４との間には、低弾性率部材４０５（弾性率１０ＭＰａ以下）が設けられている。壁の底面８ｉと冷却器４は低弾性率部材４０５を介し、接着剤（弾性率１０ＭＰａ以下）と、複数のボルト７とで結合している。また、前記壁８ｈ内はゲル封止材を充填している。
ボルト７は、パワー半導体駆動用基板４０２、上側の低弾性率部材４０５、インサートモールド成形部材、パワー半導体素子１ａ、絶縁基板３、下側の低弾性率部材４０５および冷却器４の積層方向から投影的にみて、それぞれのパワー半導体信号ピン８ｄの両側に配置されている。換言すると、上記の積層方向から投影的にみて、対応する一対のボルト７の間に、対応するパワー半導体信号ピン８ｄが位置するように構成されている。
また、前記樹脂部材８ｅと前記パワー半導体信号ピン８ｄをインサートモールドで一体化し、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａをワイヤー６でワイヤーボンディング、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板４０２をはんだでそれぞれ電気的に接続している。
なお、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３は金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａと絶縁基板３が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、絶縁基板３と冷却器４ははんだによる接合としているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、絶縁基板３と冷却器４が接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃは金属粒子焼結結合による接合としているが、これに限定されるものではない。金属粒子焼結結合に限らず、パワー半導体素子１ａとバスバー８ａ，８ｂ，８ｃが接合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板２は低弾性率部材４０５を介し、ボルト７と接着剤で結合しているが、これに限定されるものではない。ボルト７と共に用いる手段は接着剤に限らず、樹脂部材８ｅとパワー半導体駆動用基板４０２が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、壁の底面８ｉと冷却器４は低弾性率部材４０５を介し、ボルト７と接着剤で結合しているが、これに限定されるものではない。ボルト７と共に用いる手段は接着剤に限らず、壁の底面８ｉと冷却器４が結合可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａはワイヤーボンディングにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。ワイヤーボンディングに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体素子１ａが電気的に接続可能であれば工法は問わない。
また、この実施態様としては、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２ははんだにより、電気的に接続しているが、これに限定されるものではない。はんだに限らず、パワー半導体信号ピン８ｄとパワー半導体駆動用基板２が電気的に接続可能であれば工法は問わない。
以上のように構成された本実施の形態８の構造によれば、前記パワー半導体素子同士をリードではなくバスバーで直接接続する為、断面積が増え、大電流を流すことができる。電力変換装置、例えば、インバーターにおいては、パワー半導体素子同士のバスバーを層状に重ねることで、サージ電圧を低減し、パワー半導体素子の破損防止と、放射ノイズ及び伝導ノイズの増大の防止を図ることができる。
また、複数のバスバーをインサート成形で樹脂部材と一体化し、取扱いを容易にすることで、組立性を向上することができる。また、バスバーの接続部品、例えば、平滑コンデンサ端子とバスバーを溶接等の工法で接続する際の作業性向上につながる。
また、前記樹脂部材にリブを成形し、前記パワー半導体素子駆動用基板と前記樹脂部材を結合することで、パワー半導体素子駆動用基板の耐振性を確保することができる。さらに、前記結合部に低弾性率部材（弾性率１０ＭＰａ以下）を用いることで基板の耐振性を向上させることができる。
また、複数のバスバーをモールドで一体化し、冷却器と結合することで、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を確保することができる。さらに、前記結合部に低弾性率部材（弾性率１０ＭＰａ以下）を用いることで、さらに、バスバーとパワー半導体素子接合部付近の耐振性を向上させることができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子を囲む形状の壁を備えることで、部品点数を増やすことなく、ゲル封止する際のゲルの流れ止めの機能を持たすことができる。
また、前記樹脂部材にパワー半導体素子駆動用信号ピンも同時にインサートモールド成形で一体化することで、パワー半導体素子からパワー半導体駆動用基板までの接続が部品点数を増やすことなくできる。
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
１ａ，１ｂ パワー半導体素子、２、３０２、４０２ パワー半導体駆動用基板（電子回路基板）、５ 低弾性率部材、７ ボルト、８ａ，８ｂ，８ｃ バスバー、８ｄ 信号ピン、８ｅ 樹脂部材、８ｇ リブ形状。

Claims (23)

  1. 複数のバスバーと、
    少なくとも一つの半導体素子とを備え、
    第１の前記バスバーと第２の前記バスバーとが層状に重ねられ、
    前記複数のバスバーを樹脂部材でモールドし、
    前記半導体素子と前記複数のバスバーとが直接接合されている、
    電力変換モジュール。
  2. 前記樹脂部材は、電子回路基板と接着されている、
    請求項１の電力変換モジュール。
  3. 前記電子回路基板は、前記半導体素子を駆動するためのパワー半導体駆動用基板である、
    請求項２の電力変換モジュール。
  4. 前記樹脂部材は、リブ形状を備えている、
    請求項２または３の電力変換モジュール。
  5. 前記電子回路基板と前記樹脂部材とは、接着剤及びボルトのいずれか一方又は両方で接着されている、
    請求項２〜４のいずれか一項の電力変換モジュール。
  6. 前記電子回路基板と前記樹脂部材とは、弾性率１０ＭＰａ以下の接着剤で接着されている、
    請求項２〜５のいずれか一項の電力変換モジュール。
  7. 前記電子回路基板と前記樹脂部材が弾性率１０ＭＰａ以下の部材を介し接着されている請求項２〜５のいずれか一項の電力変換モジュール。
  8. 前記樹脂部材が前記半導体素子の周りを取り囲む壁を備え、前記半導体素子を冷却するための冷却用部材と壁底面にシール構造を備えたことを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の電力変換モジュール。
  9. 前記樹脂部材は、前記半導体素子の周りを取り囲む壁を備え、
    前記壁の底面は、前記半導体素子を冷却するための冷却用部材に結合されている、
    請求項１〜８のいずれか一項の電力変換モジュール。
  10. 前記壁の底面は、接着剤及びボルトのいずれか一方又は両方により、前記冷却用部材に結合されている、
    請求項９の電力変換モジュール。
  11. 前記樹脂壁と前記冷却部材とは、弾性率１０ＭＰａ以下の接着剤で接着されている、
    請求項８〜１０のいずれか一項の電力変換モジュール。
  12. 前記樹脂壁と前記冷却部材とは、弾性率１０ＭＰａ以下の部材を介し接着されている、請求項８〜１０のいずれか一項の電力変換モジュール。
  13. 前記壁内にはゲル封止材が充填されている、
    請求項８〜１２のいずれか一項の電力変換モジュール。
  14. 前記半導体素子を駆動するための電子回路基板と前記半導体素子とを電気的に接続する信号ピンを、前記樹脂部材と一緒にモールドしている、
    請求項１〜１３のいずれか一項の電力変換モジュール。
  15. ２並列以上の前記半導体素子を備え、
    前記半導体素子それぞれに接続するバスバー長さが同じ長さである、
    請求項１〜１４のいずれか一項の電力変換モジュール。
  16. 前記半導体素子と前記冷却部材間との間には絶縁放熱用の基板が設けられている、
    請求項１〜１５のいずれか一項の電力変換モジュール。
  17. 前記半導体素子と前記絶縁放熱用の基板との接合部は、金属粒子焼結結合により接合されており、
    前記樹脂部材に金属粒子焼結結合加圧用の穴を備えている、
    請求項１６の電力変換モジュール。
  18. 前記半導体素子のバスバーと該半導体素子との接合部は、金属粒子焼結結合により接合されており、
    前記樹脂部材に金属粒子焼結結合加圧用の穴を備えている、
    請求項１〜１７のいずれか一項の電力変換モジュール。
  19. 前記金属粒子焼結結合は銀シンターによる接合である、
    請求項１８の電力変換モジュール。
  20. 前記半導体素子はＳｉＣ半導体素子である、
    請求項１〜１９のいずれか一項の電力変換モジュール。
  21. 前記電力変換モジュールが車載用電力変換モジュールである、
    請求項１〜２０のいずれか一項の電力変換モジュール。
  22. 前記電力変換モジュールがインバーター用変換モジュールである、
    請求項１〜２１のいずれか一項の電力変換モジュール。
  23. 前記電力変換モジュールが車載インバーター用モジュールである、
    請求項１〜２２のいずれか一項の電力変換モジュール。
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