JP2016158358A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーを簡素な構造にでき、かつバスバーを冷却できる半導体モジュールを提供すること。
【解決手段】本体部２１と、パワー端子２２と、素子用放熱板２３と、バスバー用放熱板２４とを備える。本体部２１には、半導体素子２０が内蔵されている。パワー端子２２は、本体部２１から突出しており、バスバー３に接続している。素子用放熱板２３は、半導体素子２０およびパワー端子２２に電気的に接続されている。素子用放熱板２３は、半導体素子２０から発生した熱を放熱する。バスバー用放熱板２４は、素子用放熱板２３の厚さ方向から見たときに半導体素子２０と重ならない位置に設けられている。バスバー用放熱板２４は、パワー端子２２に接続しており、バスバー３からパワー端子２２を介して伝わる熱を放熱する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体素子と、該半導体素子を内蔵した本体部と、該本体部から突出したパワー端子とを備える半導体モジュールに関する。

電力変換装置等に用いられる半導体モジュールとして、半導体素子と、該半導体素子を内蔵した本体部と、該本体部から突出したパワー端子とを備えるものが知られている（下記特許文献１参照）。上記パワー端子は、バスバーに接続される。このバスバーを介して、パワー端子を、平滑コンデンサやリアクトル等の電子部品に電気的に接続するよう構成されている。

電力変換装置を稼働させると、半導体モジュールが発熱する。そのため、上記電力変換装置では、半導体モジュールを、冷却器によって冷却している。また、電力変換装置を稼働させると、上記電子部品も発熱する。そのため、上記電力変換装置では、バスバーを冷却器に接触させている。これにより、冷却器を用いてバスバーを冷却し、該バスバーに接続した上記電子部品を冷却するよう構成されている。また、電子部品を冷却器に接触させ、該冷却器によって電子部品を直接、冷却することもある。

特開２０１０−２５２４６１号公報

しかしながら、上記電力変換装置では、バスバーを冷却器に接触させているため、バスバーの形状が複雑になりやすい。そのため、バスバーを製造しにくいという問題がある。また、バスバーの形状が複雑なため、電力変換装置の製造時に、バスバーとパワー端子とを接続する工程を行いにくい。また、電子部品を冷却器に接触させる場合には、電子部品の配置位置が制約を受けやすいという問題もある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、バスバーを簡素な構造にでき、かつバスバーを冷却できる半導体モジュールを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、半導体素子を内蔵する本体部と、
該本体部から突出しバスバーに接続されるパワー端子と、
上記半導体素子および上記パワー端子に電気的に接続され、上記半導体素子から発生した熱を放熱する素子用放熱板と、
該素子用放熱板の厚さ方向から見たときに上記半導体素子と重ならない位置に設けられ、上記パワー端子に接続し、上記バスバーから上記パワー端子を介して伝わる熱を放熱するバスバー用放熱板とを備えることを特徴とする半導体モジュールにある。

上記半導体モジュールは、上記バスバー用放熱板を備える。バスバー用放熱板は、上記パワー端子に接続している。このパワー端子に、上記バスバーが接続している。
そのため、バスバー用放熱板によって、パワー端子を介して、上記バスバーを冷却することができる。これにより、バスバーに接続した電子部品を冷却することが可能となる。したがって、従来のように、バスバーを冷却器に接触させる必要がなくなり、バスバーの構造を簡素にすることができる。そのため、バスバーを容易に製造することができる。また、バスバーとパワー端子とを接続する作業を容易に行うことができる。

また、上記構成にすると、従来のように電子部品を冷却器に接触させなくても、電子部品を冷却できる。そのため、電子部品の配置位置に制約が生じにくく、電子部品を最適な位置に配置することが可能となる。

以上のごとく、本発明によれば、バスバーを簡素な構造にでき、かつバスバーを冷却できる半導体モジュールを提供することができる。

実施例１における、電力変換装置の断面図であって、図１０のI-I断面図。 実施例１における、半導体モジュールの一部透視平面図。 実施例１における、半導体モジュールの斜視図。 実施例１における、負バスバー用放熱板と負素子用放熱板との平面図。 実施例１における、正バスバー用放熱板と正素子用放熱板との平面図。 図２のVI-VI断面図。 図２のVII-VII断面図。 図２のVIII-VIII断面図。 図２のIX-IX断面図。 図１のX-X断面図。 図１のXI-XI断面図。 図１のXII-XII断面図。 実施例１における、電力変換装置の回路図。 実施例１における、昇圧回路を備えない電力変換装置の回路図。 実施例２における、半導体モジュールの一部透視平面図。 実施例２における、正バスバー用放熱板と正素子用放熱板との平面図。 実施例２における、正バスバー用放熱板と正素子用放熱板と平面図であって、熱伝導制限部として貫通孔を形成したもの。 実施例２における、正バスバー用放熱板と正素子用放熱板との平面図であって、熱伝導制限部として湾曲板部を形成したもの。 図１８のXIX-XIX断面図。 実施例２における、正バスバー用放熱板と正素子用放熱板と断面図であって、熱伝導制限部として薄肉部を形成したもの。 実施例３における、電力変換装置の部分断面図であって、図２２のXXI-XXI断面図。 図２１のXXII-XXII断面図。 実施例４における、電力変換装置の部分断面図。 図２３のXXIV-XXIV断面図。 図２３のXXV-XXV断面図。 実施例５における、電力変換装置の部分断面図であって、図２７のXXVI-XXVI断面図。 図２６のXXVII-XXVII断面図。 実施例６における、電力変換装置の部分断面図。 図２８のXXIX-XXIX断面図。 実施例７における、電力変換装置の部分断面図。 図３０のXXXI-XXXI断面図。 実施例８における、電力変換装置の部分断面図。 図３２のXXXIII-XXXIII断面図。 図３２のXXXIV-XXXIV断面図。 図３２のXXXV-XXXV断面図。 実施例９における、電力変換装置の部分断面図。 図３６のXXXVII-XXXVII断面図。 図３６のXXXVIII-XXXVIII断面図。 実施例１０における、電力変換装置の部分断面図。 図３９のXL-XL断面図。 実施例１１における、半導体モジュールの一部透視平面図。 実施例１２における、半導体モジュールの一部透視平面図。

上記半導体モジュールは、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載される、車載用電力変換装置に用いることができる。

（実施例１）
上記半導体モジュールに係る実施例について、図１〜図１４を用いて説明する。図１〜図３に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、本体部２１と、パワー端子２２と、素子用放熱板２３と、バスバー用放熱板２４とを備える。本体部２１には、半導体素子２０が内蔵されている。パワー端子２２は、本体部２１から突出しており、バスバー３に接続している。

素子用放熱板２３は、半導体素子２０およびパワー端子２２に電気的に接続されている。素子用放熱板２３は、半導体素子２０から発生した熱を放熱する。
バスバー用放熱板２４は、素子用放熱板２３の厚さ方向（ｘ方向）から見たときに半導体素子２０と重ならない位置に設けられている。バスバー用放熱板２４は、パワー端子２２に接続しており、バスバー３からパワー端子２２を介して伝わる熱を放熱する。

本例の半導体モジュール２は、車載用の電力変換装置１に用いられる。電力変換装置１は、図１、図１０に示すごとく、冷却器４を備える。この冷却器４によって、素子用放熱板２３及びバスバー用放熱板２４を冷却するよう構成されている。

図１１に示すごとく、バスバー用放熱板２４は、ｘ方向において冷却器４と隣り合う位置に配されている。バスバー用放熱板２４は、バスバー３からパワー端子２２を介して伝わる熱を冷却器４に放熱している。

図２に示すごとく、素子用放熱板２３とバスバー用放熱板２４との間には、熱伝導制限部２８が形成されている。熱伝導制限部２８は、素子用放熱板２３からバスバー用放熱板２４への熱伝導を制限している。本例では、本体部２１を構成する樹脂の一部を、素子用放熱板２３とバスバー用放熱板２４との間に介在させ、これを熱伝導制限部２８としている。

また、本例の半導体モジュール２は、図２、図４、図５に示すごとく、伝熱用連結部２５と、電流用連結部２６とを備える。伝熱用連結部２５は、本体部２１内を通り、パワー端子２２とバスバー用放熱板２４とを連結している。伝熱用連結部２５は、パワー端子２２からバスバー用放熱板２４への熱の伝導経路をなしている。

電流用連結部２６は、本体部２１内を通り、伝熱用連結部２５と素子用放熱板２３とを連結している。電流用連結部２６は、パワー端子２２と素子用放熱板２３との間の電流経路をなしている。

図１に示すごとく、半導体モジュール２は、上記パワー端子２２として、直流電圧が加わる正パワー端子２２ｐ及び負パワー端子２２ｎと、三相交流モータ８１等に接続される交流パワー端子２２ｃとを備える。また、半導体モジュール２は、制御端子２７を備える。制御端子２７は、制御回路基板１７に接続している。制御回路基板１７は、半導体素子２０のスイッチング動作を制御する。

図１３に示すごとく、電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２を備える。個々の半導体モジュール２は、半導体素子２０として、ＩＧＢＴ素子２００と、該ＩＧＢＴ素子２００に逆並列接続されたフリーホイールダイオード２０１とを備える。半導体素子２０には、上アーム半導体素子２０ｐと下アーム半導体素子２０ｎとがある。上記交流パワー端子２２ｃ（図２参照）は、上アーム半導体素子２０ｐと下アーム半導体素子２０ｎとの双方に接続している。

図１３に示すごとく、バスバー３には、正パワー端子２２ｐに接続される正バスバー３ｐと、負パワー端子２２ｎに接続される負バスバー３ｎと、交流パワー端子２２ｃに接続される交流バスバー３ｃとがある。これらのバスバー３（３ｐ，３ｎ，３ｃ）には、複数の電子部品５が接続している。電子部品５には、平滑コンデンサ５_Ｃ、フィルタコンデンサ５_Ｆ、リアクトル５_Ｌ、電流センサ５_Ｓがある。電子部品５のうち、電流センサ５_Ｓだけは、非接触タイプのものが用いられるため、バスバー３ｃに電気的に接続していない。ただし、電流センサ５_Ｓはバスバー３ｃに取り付けられる為、バスバー３ｃから発生する熱の影響を受ける。電流センサ５_Ｓ以外の電子部品５は、バスバー３に電気的に接続される。

本例では、リアクトル５_Ｌと半導体モジュール２ａとによって、直流電源８の電圧を昇圧する昇圧回路１０１を形成してある。また、平滑コンデンサ５_Ｃと複数の半導体モジュール２ｂとによって、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１０２を形成してある。このインバータ回路１０２によって得られた交流電力を用いて、三相交流モータ８１を駆動し、上記車両を走行させている。

インバータ回路１０２に接続した交流バスバー３ｃには、上記電流センサ５_Ｓが取り付けられている。この電流センサ５_Ｓを用いて、交流バスバー３ｃを流れる電流を測定している。電流の測定値は、制御回路基板１７に送信される。制御回路基板１７は、電流の測定値を、半導体モジュール２のスイッチング動作にフィードバックしている。

図２に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、バスバー用放熱板２４として、正パワー端子２２ｐに接続した正バスバー用放熱板２４ｐと、負パワー端子２２ｎに接続した負バスバー用放熱板２４ｎとを備える。また、素子用放熱板２３として、正パワー端子２２ｐに接続した正素子用放熱板２３ｐと、負パワー端子２２ｎに接続した負素子用放熱板２３ｎと、交流パワー端子２２ｃに接続した２枚の交流素子用放熱板２３ｃ（２３１，２３２）とを備える。

図５に示すごとく、本例では、正パワー端子２２ｐと、正バスバー用放熱板２４ｐと、正素子用放熱板２３ｐとを、伝熱用連結部２５ｐ及び電流用連結部２６ｐと共に、一枚の金属板によって形成してある。同様に、図４に示すごとく、本例では、負パワー端子２２ｎと、負バスバー用放熱板２４ｎと、負素子用放熱板２３ｎとを、伝熱用連結部２５ｎ及び電流用連結部２６ｎと共に、一枚の金属板によって形成してある。

図２、図３に示すごとく、正パワー端子２２ｐと負パワー端子２２ｎとは、ｘ方向において互いに隣り合っている。また、図２、図６に示すごとく、正バスバー用放熱板２４ｐと負バスバー用放熱板２４ｎとは、ｘ方向から見たときに互いに重なり合う位置に配されている。

図２に示すごとく、上アーム半導体素子２０ｐは、パワー端子２２の突出方向（ｚ方向）とｘ方向との双方に直交する幅方向（ｙ方向）において、バスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）に相対的に近い位置に配されている。また、下アーム半導体素子２０ｎは、上アーム半導体素子２０ｐよりも、ｙ方向においてバスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）から遠い位置に配されている。

図７に示すごとく、正素子用放熱板２３ｐは、上アーム半導体素子２０ｐを構成するフリーホイールダイオード２０１のカソード電極Ｋと、ＩＧＢＴ素子２００のコレクタ電極Ｃとに接続している。また、２枚の交流素子用放熱板２３ｃのうち一方の交流素子用放熱板２３１は、上記フリーホイールダイオード２０１のアノード電極Ａと、ＩＧＢＴ素子２００のエミッタ電極Ｅとに接続している。

図８に示すごとく、他方の交流素子用放熱板２３２は、下アーム半導体素子２０ｎを構成するフリーホイールダイオード２０１のカソード電極Ｋと、ＩＧＢＴ素子２００のコレクタ電極Ｃとに接続している。また、負素子用放熱板２３ｎは、上記フリーホイールダイオードのアノード電極Ａと、ＩＧＢＴ素子２００のエミッタ電極Ｅとに接続している。

図３、図６〜図９に示すごとく、素子用放熱板２３（２３ｐ，２３ｎ，２３ｃ）とバスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ，２４ｃ）とは、その表面が、本体部２１から露出している。

また、図２、図７に示すごとく、本例では、正パワー端子２２ｐに接続した電流用連結部２６ｐと、負パワー端子２２ｎに接続した電流用連結部２６ｎとを、ｘ方向から見たときに互いに重なり合うよう構成してある。

一方、図１０に示すごとく、本例では、複数の半導体モジュール２と複数の冷却器４とをｘ方向に積層して、積層体１０を形成してある。冷却器４は金属製であり、管状に形成されている。半導体モジュール２と冷却器４との間には、素子用放熱板２３及びバスバー用放熱板２４と、冷却器４とを絶縁するための絶縁板１８が介在している。絶縁１８は例えばセラミックからなる。

また、ｘ方向に隣り合う２つの冷却器４は、ｙ方向における両端にて、連結管１５によって連結されている。複数の冷却器４のうち、ｘ方向における一端に位置する端部冷却器４ａには、冷媒１４を導入するための導入管１２と、冷媒を導出する導出管１３とが接続している。導入管１２から冷媒１４を導入すると、冷媒１４は連結管１５を通って全ての冷却器４内を流れ、導出管１３から導出する。これにより、素子用放熱板２３を介して半導体素子２０を冷却すると共に、バスバー用放熱板２４を介して正バスバー３ｐ及び負バスバー３ｎを冷却している。また、これらのバスバー３ｐ，３ｎを冷却することにより、このバスバー３ｐ，３ｎに接続した電子部品５（平滑コンデンサ５_Ｃ，フィルタコンデンサ５_Ｆ）をも冷却している。

また、図１０に示すごとく、ｘ方向において積層体１０に隣り合う位置には、リアクトル５_Ｌが配されている。リアクトル５_Ｌと積層体１０との間には、加圧部材１６（板ばね）が介在している。この加圧部材１６によって、積層体１０をケース１１の壁部１１０に向けて加圧している。これにより、冷却器４と半導体モジュール２との接触圧を確保しつつ、積層体１０をケース１１内に固定している。

また、ケース１１内には、コンデンサモジュール５０が収納されている。コンデンサモジュール５０は、図１に示すごとく、コンデンサケース５１と、該コンデンサケース５１に収納されたコンデンサ素子５３と、該コンデンサ素子５３をコンデンサケース５１内に封止する封止部材５２とを備える。上記コンデンサ素子５３とコンデンサケース５１と封止部材５２とによって、平滑コンデンサ５_Ｃ及びフィルタコンデンサ５_Ｆが形成されている。平滑コンデンサ５_Ｃには、正バスバー３ｐ及び負バスバー３ｎが接続している。図１０に示すごとく、平滑コンデンサ５_Ｃは、ｙ方向において積層体１０に隣り合う位置に配されている。

また、ケース１１内には、端子台１９が配されている。この端子台１９に、交流バスバー３ｃの端子３９を載置してある。端子台１９において、端子３９を図示しないコネクタに締結するよう構成されている。このコネクタを介して、交流バスバー３ｃを三相交流モータ８１（図１３参照）に電気接続している。

また、図１０に示すごとく、昇圧回路１０１（図１３参照）用の半導体モジュール２ａに取り付けられた交流バスバー３ｃは、リアクトル５_Ｌに接続している。

本例の作用効果について説明する。図２に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、バスバー用放熱板２４を備える。バスバー用放熱板２４は、上記パワー端子２２に接続している。このパワー端子２２に、バスバー３が接続している。
そのため、バスバー用放熱板２４によって、パワー端子２２を介して、バスバー３を冷却することができる。これにより、バスバー３に接続した電子部品５を冷却することが可能となる。したがって、従来のように、バスバー３を冷却器４に接触させる必要がなくなり、バスバー３の構造を簡素にすることができる。そのため、バスバー３を容易に製造できると共に、バスバーとパワー端子とを接続する作業を容易に行うことができる。

また、上記構成にすると、従来のように電子部品５を冷却器４に接触させなくても、電子部品５を冷却できる。そのため、電子部品５の配置位置に制約が生じにくく、電子部品５を最適な位置に配置することが可能となる。

また、本例の構成を採用すると、コンデンサ５_Ｃ，５_Ｆを、内部から効率的に冷却することができる。すなわち、図１に示すごとく、平滑コンデンサ５_Ｃやフィルタコンデンサ５_Ｆは、上記コンデンサ素子５３を備える。コンデンサ素子５３は、例えば、絶縁樹脂からなるフィルムにアルミニウム等の金属層を形成し、これを巻回することにより形成される。金属層にはリップル電流が流れるため、この金属層が主に発熱する。金属層は、上記バスバー３に電気的に接続している。金属層をコンデンサ５_Ｃ，５_Ｆの外部から冷却しようとしても、熱伝導率が低い樹脂製の上記フィルム、封止部材５２、コンデンサケースによって熱伝導が阻害されるため、冷却効率が低い。しかしながら、本例のようにバスバー３を冷却すれば、金属層から発生した熱をバスバー３に効果的に伝えることができる。そのため、コンデンサ５_Ｃ，５_Ｆの冷却効率を高めることができる。

また、図２に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、素子用放熱板２３からバスバー用放熱板２４への熱伝導を制限する熱伝導制限部２８を備える。熱伝導制限部２８は、素子用放熱板２３とバスバー用放熱板２４との間に介在している。
そのため、半導体素子２０から素子用放熱板２３に移動した熱が、バスバー用放熱板２４に伝わりにくい。したがって、バスバー用放熱板２４の温度を低くしやすくなり、バスバー３及び電子部品５をより効果的に冷却することができる。

また、図２〜図５に示すごとく、本例のバスバー用放熱板２４と素子用放熱板２３とは、これらの間に介在した上記熱伝導制限部２８により、互いに分離されている。
例えば図１５、図１６に示すごとく、バスバー用放熱板２４と素子用放熱板２３とを、これらの間に熱伝導制限部２８を介在させつつ、部分的に連結することも可能であるが、この場合、素子用放熱板２３からバスバー用放熱板２４へ熱が伝わり、バスバー用放熱板２４の温度が上昇しやすくなることがある。これに対して、本例のように、バスバー用放熱板２４と素子用放熱板２３とを分離すれば、素子用放熱板２３からバスバー用放熱板２４へ伝わる熱の量を最小限にすることができ、バスバー用放熱板２４の温度上昇を抑制できる。そのため、バスバー３の冷却効率をより高めることができる。

また、本例の半導体モジュール２は、図２に示すごとく、バスバー用放熱板２４として、正パワー端子２２ｐに接続した正バスバー用放熱板２４ｐと、負パワー端子２２ｎに接続した負バスバー用放熱板２４ｎとを備える。
そのため、これらのバスバー用放熱板２４ｐ，２４ｎによって、正パワー端子２２ｐに接続された正バスバー３ｐと、負パワー端子２２ｎに接続された負バスバー３ｎとをそれぞれ冷却できる。したがって、これら２つのバスバー３ｐ，３ｎに接続した電子部品５（平滑コンデンサ５_Ｃ）を、より効率的に冷却することができる。

また、図２、図６に示すごとく、本例では、正バスバー用放熱板２４ｐと負バスバー用放熱板２４ｎとを、ｘ方向において互いに重なり合う位置に配置してある。
そのため、半導体モジュール２が大型化することを抑制できる。

また、図１０に示すごとく、本例では、平滑コンデンサ５０を、ｙ方向において積層体１０に隣り合う位置に配置してある。
そのため、全ての半導体モジュール２について、平滑コンデンサ５０までのｙ方向距離を等しくすることができる。したがって、正バスバー３ｐ及び負バスバー３ｎのｙ方向長さを均等にすることができ、平滑コンデンサ５０を均等に冷却することができる。

また、図２に示すごとく、本例では、正パワー端子２２ｐに接続される電流用連結部２６ｐと、負パワー端子２２ｎに接続される電流用連結部２６ｎとを、ｘ方向において互いに重なり合う位置に配置してある。
２つの電流用連結部２６ｐ，２６ｎを流れる電流の向きは互いに逆向きである。そのため、上記構成にすることにより、２つの電流用連結部２６ｐ，２６ｎを互いに接近させることができ、これら２つの電流用連結部２６ｐ，２６ｎの間に寄生する相互インダクタンスを低減することができる。したがって、半導体素子２０をスイッチング動作させたときに大きなサージが発生することを抑制できる。

同様に、本例では、図２、図６に示すごとく、正パワー端子２２ｐに接続した伝熱用連結部２５ｐと、負パワー端子２２ｎに接続した伝熱用連結部２５ｎとを、ｘ方向において互いに重なり合う位置に配置してある。
そのため、２つの伝熱用連結部２５ｐ，２５ｎを接近させることができ、これらの間に寄生する相互インダクタンスを低減することができる。したがって、大きなサージが発生することをより効果的に抑制できる。

また、図１に示すごとく、本例では、冷却器４内を流れる冷媒１４の上流側にバスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）を配置し、これよりも下流側に素子用放熱板２３（２３ｐ，２３ｎ，２３ｃ）を配置してある。
そのため、温度の低い冷媒１４によって、バスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）を冷却することができる。したがって、バスバー用放熱板２４の温度をより低減でき、バスバー３、及びこれに接続した電子部品５をより効果的に冷却することができる。

以上のごとく、本例によれば、バスバーを簡素な構造にでき、かつバスバーを冷却できる半導体モジュールを提供することができる。

なお、図１３に示すごとく、本例では昇圧回路１０１を形成しているが、本発明はこれに限るものではなく、図１４に示すごとく、昇圧回路１０１を備えない電力変換装置１にすることもできる。また、電力変換装置１は、図１３に示すごとく、複数の三相交流モータ８１に接続していても良く、図１４に示すごとく、１個の三相交流モータ８１に接続していても良い。

（実施例２）
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。図１５、図１６に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、素子用放熱板２３とバスバー用放熱板２４との２種類の放熱板からなる放熱板対２９を複数個備える。そして、これら複数の放熱板対２９のうち一部の放熱板対２９を、連結放熱板対２９ａとしてある。連結放熱板対２９ａは、２枚の放熱板２３，２４が互いに隣り合い、これらの間に、素子用放熱板２３からバスバー用放熱板２４への熱伝導を制限する熱伝導制限部２８を介在させた状態で、少なくとも一部が連結されている。本例では、素子用放熱板２３とバスバー用放熱板２４との間にスリットを形成し、ここに、本体部２１を構成する樹脂の一部を介在させることにより、熱伝導制限部２８を構成している。

本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、金属板を流れる電流Ｉの密度を低減しやすくなる。すなわち、電流Ｉを、パワー端子２２から電流用連結部２６を通って素子用放熱板２３へ流れる経路と、バスバー用放熱板２４を通って素子用放熱板２３へ流れる経路との、２つの経路に分けて流すことができる。そのため、実施例１のように、電流Ｉが電流用連結部２６のみを流れる場合と比べて、電流用連結部２６の電流密度を低減でき、電流用連結部２６から発生する抵抗熱を低減することができる。

また、本例のように、素子用放熱板２３とバスバー用放熱板２４を連結すると、これらの放熱板２３，２４の剛性を高めることができる。そのため、半導体モジュール２の製造時に、放熱板２３，２４のハンドリングが容易になる。また、半導体素子２０や放熱板２３，２４等を、絶縁樹脂によって成型して本体部２１を形成する際に、放熱板２３，２４が曲がることを抑制しやすくなる。そのため、半導体モジュール２を製造しやすくなる。なお、上記熱伝導制限部２８は、発熱量が大きいＩＧＢＴ素子２００の近傍に形成することが好ましい。このようにすると、ＩＧＢＴ素子２００から発生した熱がバスバー用放熱板２４に伝わることを、熱伝導制限部２８によって効果的に抑制できる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

なお、本例では、２枚の放熱板２３，２４の間に上記スリットを形成したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、図１７に示すごとく、２枚の放熱板２３，２４の間に貫通孔を形成し、ここに上記樹脂を充填してもよい。また、図１８、図１９に示すごとく、熱伝導制限部２８として、金属板を湾曲させた湾曲部を形成してもよい。さらに、図２０に示すごとく、熱伝導制限部２８として、バスバー用放熱板２４及び素子用放熱板２３よりも厚さが薄い薄肉部を形成してもよい。

（実施例３）
本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。図２１、図２２に示すごとく、本例では、バスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）を、本体部２１に埋設している。そのため、バスバー用放熱板２４の表面２４９は、本体部２１によって被覆されている。実施例１と同様に、本体部２１は絶縁性樹脂からなる。また、素子用放熱板２３（２３ｐ，２３ｎ，２３ｃ）の表面２３９は、本体部２１から露出している。素子用放熱板２３の表面２３９は、セラミック製の絶縁板１８に覆われている。そして、実施例１と同様に、半導体モジュール２と冷却器４とを積層し、冷却器４によって半導体モジュール２を冷却するよう構成されている。

本例の作用効果について説明する。半導体素子２０は高温になりやすい。したがって、素子用放熱板２３の冷却効率を高めるため、素子用放熱板２３と冷却器４との間には、熱伝導率が高いセラミック製の絶縁板１８を介在させる必要がある。これに対して、電子部品５（５_Ｃ，５_Ｆ）やバスバー３は、半導体素子２０ほど高温になりにくい。そのため、バスバー用放熱板２４は、素子用放熱板２３ほど冷却効率を高める必要がない。したがって、本例のように、バスバー用放熱板２４と冷却器４との間に、本体部２１を構成する絶縁樹脂の一部を介在させておくだけで、バスバー用放熱板２４は充分に冷却できる。そのため、実施例１のように、バスバー用放熱板２４をセラミック製の絶縁板１８によって被覆する必要がなくなり、絶縁板１８の面積を低減することができる。これにより、電力変換装置１の製造コストを低減することができる。

なお、半導体素子２０の発熱量が少ない場合は、素子用放熱板２３（２３ｐ，２３ｎ，２３ｃ）の表面２３９を、本体部２１を構成する絶縁樹脂によって被覆し、素子用放熱板２３と冷却器４との間に絶縁板１８を介在させないようにすることも可能である。このようにすれば、セラミック製の絶縁板１８を用いないため、電力変換装置１の製造コストを更に低減することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例４）
本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。図２３〜図２５に示すごとく、本例では、正バスバー用放熱板２４ｐと負バスバー用放熱板２４ｎとを、ｘ方向から見たときに互いに重ならない位置に配置してある。そして、ｘ方向における各バスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）の厚さを、実施例１よりも厚くしてある。また、実施例１と同様に、半導体モジュール２と冷却器４とを交互に積層して積層体１０を形成してある（図１０参照）。つまり、個々の半導体モジュール２を、２個の冷却器４によって挟持している。これにより、バスバー３からパワー端子２２（２２ｐ，２２ｎ）を介してバスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）に伝わる熱を、バスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）の両面から、冷却器４に放熱するよう構成してある。

本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、バスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）の冷却効率を高めることができる。そのため、バスバー３をより冷却でき、このバスバー３に接続した電子部品５（５_Ｃ，５_Ｆ）の冷却効率をより高めることができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

なお、本例では、バスバー用放熱板２４の表面２４９を本体部２１から露出させているが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、上記表面２４９を、本体部２１を構成する樹脂の一部によって被覆してもよい。

（実施例５）
本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。図２６、図２７に示すごとく、本例では、実施例４と同様に、正バスバー用放熱板２４ｐと負バスバー用放熱板２４ｎとを、ｘ方向から見たときに互いに重ならない位置に配置してある。そして、半導体モジュール２と冷却器４とを交互に積層してある（図１０参照）。つまり、個々の半導体モジュール２を、２つの冷却器４によって挟持している。

図２７に示すごとく、各バスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）は、ｘ方向における両側に配された２枚の放熱部２４１，２４２と、これら２枚の放熱部２４１，２４２を、ｙ方向における一端において接続する接続板部２４３とを備える。そして、２枚の放熱部２４１，２４２の間を、本体部２１を構成する樹脂によって充填してある。

本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、実施例４と同様に、バスバー３からパワー端子２２（２２ｐ，２２ｎ）を介してバスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）に伝わる熱を、バスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）の両面から、冷却器４に放熱することができる。そのため、バスバー３の冷却効率を高めることができ、該バスバー３に接続した電子部品５の冷却効率を高めることができる。また、本例では、バスバー用放熱板２４の内部を、本体部２１を構成する樹脂によって充填しているため、バスバー用放熱板２４を少ない金属材料によって形成することができる。そのため、バスバー用放熱板２４を軽量化でき、ひいては電力変換装置１を軽量化することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

（実施例６）
本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。図２８、図２９に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、バスバー用放熱板２４として、交流パワー端子２２ｃに接続した交流バスバー用放熱板２４ｃを備える。また、実施例１と同様に、正パワー端子２２ｐ及び負パワー端子２２ｎにも、それぞれバスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｎ）を接続してある。

交流バスバー用放熱板２４ｃは、伝熱用連結部２５ｃによって、交流パワー端子２２に連結されている。また、交流素子用放熱板２３ｃは、電流用連結部２６ｃを介して、交流パワー端子２２に電気接続されている。

交流パワー端子２２ｃには、交流バスバー３ｃが接続される。実施例１と同様に、交流バスバー３ｃには、リアクトル５_Ｌや電流センサ５_Ｓ等の電子部品５が接続している。本例の電流センサ５_Ｓは、交流バスバー３ｃに近接して用いられる、ＧＭＲ型の電流センサである。

リアクトル５_Ｌは、例えば、絶縁樹脂製のリアクトルケース（図示しない）と、該リアクトルケースに収納されたコイルと、該コイルを封止するダストコアとを備える。コイルは、交流バスバー３ｃ（図１０参照）を介して、昇圧用の半導体モジュール２ａに接続される。

本例の作用効果について説明する。本例の半導体モジュール２は交流バスバー用放熱板２４ｃを備えるため、この交流バスバー用放熱板２４ｃによって、交流バスバー３ｃ、及びこれに接続した電子部品５（リアクトル５_Ｌ、電流センサ５_Ｓ）を冷却することができる。特に本例の電流センサ５_Ｓは、交流バスバー３ｃに近接して用いられるＧＭＲ型の電流センサであるため、交流バスバー３ｃの熱を受けやすい。そのため、交流バスバー用放熱板２４ｃによって交流バスバー３ｃを冷却するようにした効果は大きい。

また、リアクトル５_Ｌは、上記コイルが主に発熱する。リアクトル５_Ｌを外部から冷却しようとしても、ダストコアやリアクトルケースによって熱伝導が阻害され、効率的に冷却できない。しかしながら、本例のように、交流バスバー３ｃを冷却すれば、コイルから発生した熱を交流バスバー３ｃに効率的に伝えることができ、リアクトル５_Ｌを、内部から効果的に冷却することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

（実施例７）
本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。図３０、図３１に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、実施例６と同様に、交流バスバー用放熱板２４ｃを備える。交流バスバー用放熱板２４ｃは、ｘ方向における厚さが、交流素子用放熱板２３ｃよりも厚い。この半導体モジュール２と冷却器４とを交互に複数個、積層して、積層体１０（図１０参照）を形成してある。つまり、個々の半導体モジュール２を２個の冷却器４によって挟持している。これにより、交流バスバー３ｃから交流パワー端子２２ｃを介して交流バスバー用放熱板２４ｃへ伝わる熱を、交流バスバー用放熱板２４ｃの両面から、冷却器４に放熱するよう構成してある。

本例の作用効果について説明する。本例では、交流バスバー用放熱板２４ｃの冷却効率を向上できるため、交流バスバー３ｃ、及びこれに接続した電子部品５（リアクトル５_Ｌ、電流センサ５_Ｓ）をより効率的に冷却することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

なお、本例では、交流バスバー用放熱板２４ｃを中実にしたが、本発明はこれに限るものではなく、交流バスバー用放熱板２４ｃの内部を空洞にして、ここに、本体部２１を構成する樹脂を充填してもよい。

（実施例８）
本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。図３２〜図３５に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、バスバー用放熱板２４として、正パワー端子２２ｐに接続した正バスバー用放熱板２４ｐと、負パワー端子２２ｎに接続した負バスバー用放熱板２４ｎとを備える。正バスバー用放熱板２４ｐは、ｚ方向において、正素子用放熱板２３ｐに隣り合う位置に配されている。負バスバー用放熱板２４ｎは、ｚ方向において、負素子用放熱板２３ｎに隣り合う位置に配されている。

本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、半導体モジュール２のｙ方向長さが増大することを抑制できる。そのため、電力変換装置１のｙ方向長さを短くする必要が特にある場合に、有効である。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例９）
本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。本例では、図３６に示すごとく、上アーム半導体素子２０ｐと下アーム半導体素子２０ｎとを別々の半導体モジュール２（２ｐ，２ｎ）に内蔵している。これら２種類の半導体モジュール２ｐ，２ｎを組み合わせて、電力変換回路（図１３、図１４参照）を構成してある。

図３６〜図３８に示すごとく、上アーム用の半導体モジュール２ｐは、正パワー端子２２ｐと、交流パワー端子２２ｃとを備える。正パワー端子２２ｐには正バスバー用放熱板２４ｐが接続し、交流パワー端子２２ｃには交流バスバー用放熱板２４ｃが接続している。

同様に、図３６に示すごとく、下アーム用の半導体モジュール２ｎは、負パワー端子２２ｎと、交流パワー端子２２ｃとを備える。負パワー端子２２ｎには負バスバー用放熱板２４ｎが接続し、交流パワー端子２２ｃには交流バスバー用放熱板２４ｎが接続している。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例１０）
本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。図３９、図４０に示すごとく、本例では、実施例９と同様に、上アーム用の半導体モジュール２ｐと下アーム用の半導体モジュール２ｎ（図３６参照）とを分けてある。上アーム用の半導体モジュール２ｐは、正パワー端子２２ｐに接続した正バスバー用放熱板２４ｐと、交流パワー端子２２ｃに接続した交流バスバー用放熱板２４ｃとを備える。正バスバー用放熱板２４ｐは、ｚ方向において、正素子用放熱板２３ｐに隣り合う位置に配されている。正バスバー用放熱板２４ｐと正素子用放熱板２３ｐとの、ｙ方向長さは略同一である。

また、交流バスバー用放熱板２４ｃは、ｚ方向において、交流素子用放熱板２３ｃに隣り合う位置に配されている。交流バスバー用放熱板２４ｃと交流素子用放熱板２３ｃとの、ｙ方向長さは略同一である。また、正バスバー用放熱板２４ｐと交流バスバー用放熱板２４ｃとは、ｘ方向から見たときに、互いに重なり合う位置に配されている。

また、図示しないが、下アーム用の半導体モジュール２ｎも、正アーム用の半導体モジュール２ｐと同様の構造に形成されている。

本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、実施例１と比べて、正バスバー用放熱板２４ｐと交流バスバー用放熱板２４ｃとの面積を、それぞれ大きくすることができる。そのため、これらのバスバー用放熱板２４（２４ｐ，２４ｃ）に接続したバスバー３（３ｐ，３ｃ）の冷却効率を高めることができる。

同様に、下アーム用の半導体モジュール２ｎに形成された負バスバー用放熱板２４ｎと交流バスバー用放熱板２４ｃとの面積も、大きくすることができる。そのため、これらのバスバー用放熱板２４（２４ｎ，２４ｃ）に接続したバスバー３（３ｎ，３ｃ）の冷却効率を高めることができる。
その他、実施例９と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例１１）
本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。図４１に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、正パワー端子２２ｐと、負パワー端子２２ｎと、交流パワー端子２２ｃとの３本のパワー端子２２を備える。また、バスバー用放熱板２４として、正パワー端子２２ｐに接続した正バスバー用放熱板２４ｐと、負パワー端子２２ｎに接続した負バスバー用放熱板２４ｎとを備える。正パワー端子２２ｐと負パワー端子２２ｎとは、本体部２１から同一方向に突出している。また、交流パワー端子２２ｃは、本体部２１から、正パワー端子２２ｐ及び負パワー端子２２ｎの突出側とは反対側に突出している。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例１２）
本例は、半導体モジュール２の構造を変更した例である。図４２に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、正パワー端子２２ｐと、負パワー端子２２ｎと、交流パワー端子２２ｃとの３本のパワー端子２２を備える。また、正バスバー用放熱板２４ｐと負バスバー用放熱板２４ｎとの２枚のバスバー用放熱板２４を備える。

正パワー端子２２ｐと負パワー端子２２ｎとは、本体部２１から同一方向に突出している。交流パワー端子２２ｃは、本体部２１から、正パワー端子２２ｐ及び負パワー端子２２ｎの突出側とは反対側に突出している。また、上アーム半導体素子２０ｐと下アーム半導体素子２０ｎとは、ｚ方向において互いに隣り合う位置に配されている。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

２ 半導体モジュール
２０ 半導体素子
２１ 本体部
２２ パワー端子
２３ 素子用放熱板
２４ バスバー用放熱板
２８ 熱伝導制限部
３ バスバー
４ 冷却器

Claims (9)

1. 半導体素子（２０）を内蔵する本体部（２１）と、
   該本体部（２１）から突出しバスバー（３）に接続されるパワー端子（２２）と、
   上記半導体素子（２０）および上記パワー端子（２２）に電気的に接続され、上記半導体素子（２０）から発生した熱を放熱する素子用放熱板（２３）と、
   該素子用放熱板（２３）の厚さ方向から見たときに上記半導体素子（２０）と重ならない位置に設けられ、上記パワー端子（２２）に接続し、上記バスバー（３）から上記パワー端子（２２）を介して伝わる熱を放熱するバスバー用放熱板（２４）とを備えることを特徴とする半導体モジュール（２）。
2. 上記素子用放熱板（２３）と上記バスバー用放熱板（２４）との間に介在し、上記素子用放熱板（２３）から上記バスバー用放熱板（２４）への熱伝導を制限する熱伝導制限部（２８）を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール（２）。
3. 上記素子用放熱板（２３）と上記バスバー用放熱板（２４）とは、これらの間に介在する上記熱伝導制限部（２８）により、互いに分離されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール（２）。
4. 上記素子用放熱板（２３）と上記バスバー用放熱板（２４）との２種類の放熱板（２３，２４）からなる放熱板対（２９）を複数備え、上記複数の放熱板対（２９）のうち少なくとも一部の上記放熱板対（２９）は、上記２種類の放熱板（２３，２４）が互いに隣り合い、これらの間に上記熱伝導制限部（２８）を介在させた状態で、少なくとも一部が連結した連結放熱板対（２９ａ）であることを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール（２）。
5. 上記パワー端子（２２）として、直流電圧が加わる正パワー端子（２２ｐ）及び負パワー端子（２２ｎ）を備え、上記バスバー用放熱板（２４）として、上記正パワー端子（２２ｐ）に接続した正バスバー用放熱板（２４ｐ）と、上記負パワー端子（２２ｎ）に接続した負バスバー用放熱板（２４ｎ）とを備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の半導体モジュール（２）。
6. 上記正バスバー用放熱板（２４ｐ）と上記負バスバー用放熱板（２４ｎ）とは、上記厚さ方向において互いに重なり合う位置に配されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール（２）。
7. 上記半導体モジュール（２）は２個の冷却器（４）に挟まれており、上記正バスバー用放熱板（２４ｐ）と上記負バスバー用放熱板（２４ｎ）とは、それぞれ、上記正パワー端子（２２ｐ）又は上記負パワー端子（２２ｎ）を介して上記バスバー（３）から伝わる熱を、正バスバー用放熱板（２４ｐ）及び負バスバー用放熱板（２４ｎ）の両面から放熱するよう構成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール（２）。
8. 上記半導体素子（２０）には、上記正パワー端子（２２ｐ）に電気接続した上アーム半導体素子（２０ｐ）と、上記負パワー端子（２２ｎ）に電気接続した下アーム半導体素子（２０ｎ）とがあり、上記パワー端子（２２）として、上記上アーム半導体素子（２０ｐ）と上記下アーム半導体素子（２０ｎ）との双方に電気接続した交流パワー端子（２２ｃ）を備え、上記バスバー用放熱板（２４）として、上記交流パワー端子（２２ｃ）に接続した交流バスバー用放熱板（２４ｃ）を備えることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の半導体モジュール（２）。
9. 上記半導体モジュール（２）は２個の冷却器（４）に挟まれており、上記交流バスバー用放熱板（２４ｃ）は、上記交流パワー端子（２２ｃ）を介して上記バスバー（３）から伝わる熱を、上記交流バスバー用放熱板（２４ｃ）の両面から放熱するよう構成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体モジュール（２）。

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