JP3635012B2 - Inverter control module - Google Patents

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    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相モータ等を制御するためのインバータ制御モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３相モータ等を制御するためのインバータ制御モジュールは、一般に、セラミック基板の一主面に直流電源が供給される２本のパワーライン及び３相交流電源を出力する３本の出力ラインを被着形成したセラミック回路基板と、前記一方のパワーラインと各出力ライン上に搭載されている複数のスイッチング素子と、前記一方のパワーライン上に搭載された各スイッチング素子と各出力ラインとを電気的接続する金属細線よりなる第１の接続手段と、各出力ライン上に搭載された各スイッチング素子と他方のパワーラインとを電気的接続する金属細線よりなる第２の接続手段とにより構成されている。
【０００３】
かかるインバータ制御モジュールは、前記２本のパワーラインを外部電源に、出力ラインを３相モータ等に接続し、外部電源より２本のパワーライン間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子のオン・オフを少しずつずらせながら繰り返し行なわせることによって出力ラインを介し３相モータ等に３相交流電源が供給されることとなる。
【０００４】
なお、前記スイッチング素子としてはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌｏｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が一般に用いられている。
【０００５】
また前記インバータ制御モジュールに使用されるセラミック回路基板は、一般に酸化アルミニウム質焼結体から成るセラミック基板の表面にメタライズ金属層を所定パターンに被着させるとともに該メタライズ金属層にパワーラインや出力ラインとなる銅等の金属回路板を銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けすることによって形成されており、具体的には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形技術を採用して複数のセラミックグリーンシートを得、次に前記セラミックグリーンシート上にタングステンやモリブデン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して得た金属ペーストをスクリーン印刷法等の印刷技術を採用することによって所定パターンに印刷塗布し、次に前記金属ペーストが所定パターンに印刷塗布されたセラミックグリーンシートを必要に応じて上下に積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成し、セラミックグリーンシートと金属ペーストを焼結一体化させて表面にメタライズ金属層を有する酸化アルミニウム質焼結体から成るセラミック基板を形成し、最後に前記セラミック基板に被着されているメタライズ金属層上にパワーラインや出力ラインとなる銅等の金属回路板を間に銀ロウ等のロウ材を挟んで載置させるとともにこれを還元雰囲気中、約９００℃の温度に加熱してロウ材を溶融させ、該溶融したロウ材でメタライズ金属層と金属回路板とを接合することによって製作されている。
【０００６】
しかしながら、この従来のインバータ制御モジュールにおいては、２本のパワーラインがインダクタンスを有しており、２本のパワーライン間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子のオン・オフを少しずつずらせて出力ラインを介して３相モータ等に３相交流電源を供給する際、前記パワーラインのインダクタンスによってスイッチング素子のオン・オフ時に定格電圧より高いサージ電圧が発生してしまい、その結果、前記サージ電圧によってスイッチング素子に過電圧がかかり、スイッチング素子を破壊してインバータ制御モジュールを安定して信頼性よく作動させることができないという欠点を有していた。
【０００７】
そこで２本のパワーラインを近接配置させるとともに各々のパワーラインに流れる電流の方向を逆とし、２本のパワーライン間に相互インダクタンスを発生させるとともに該相互インダクタンスによって２本のパワーラインが有するインダクタンスを低減することが提案されている。
【０００８】
しかしながら、２本のパワーラインを近接配置させた場合、パワーラインには２０Ａ以上という非常に大きな電流が流れ６００Ｖ以上の電圧がかかることから、パワーライン間に放電が発生し、セラミック回路基板にショートが発生してインバータ制御モジュールの作動信頼性を損なうという欠点が誘発されてしまう。
【０００９】
また上記欠点を解消するためにインバータ制御モジュールを図３、図４に示すようにセラミック基板３２と、該セラミック基板３２の両主面に対向配置され、流れる電流の方向が逆である２本のパワーライン３３ａ、３３ｂと、前記セラミック基板３２の一方主面に配置された３本の出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃと、前記セラミック基板３２の一方主面に形成されているパワーライン３３ａ及び各出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃに搭載されている複数個のスイッチング素子３５と、前記パワーライン３２ａ上のスイッチング素子３５を各出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃに接続する第１の接続手段３６と、前記セラミック基板３２に設けた貫通孔３８内を通過し、各出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃ上に搭載されているスイッチング素子３５をセラミック基板３２の他方主面に形成されているパワーライン３３ｂに接続する第２の接続手段３７とで形成することが考えられる。
【００１０】
かかるインバータ制御モジュールによれば、２本のパワーライン３３ａ、３３ｂを間にセラミック基板３２を挟んで対向配置させるとともに各々のパワーライン３３ａ、３３ｂに流れる電流の方向を逆としたことから２本のパワーライン３３ａ、３３ｂ間に相互インダクタンスを効率良く発生させるとともに該相互インダクタンスによって２本のパワーライン３３ａ、３３ｂが有するインダクタンスを大きく低減させることができ、これによって２本のパワーライン３３ａ、３３ｂ間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子３５のオン・オフを少しずつずらせて出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃより３相モータ等に３相交流電源を供給する際、スイッチング素子３５のオン・オフ時に前記２本のパワーライン３３ａ、３３ｂが有するインダクタンスに起因して定格電圧より高いサージ電圧が発生することはなく、その結果、スイッチング素子３５に過電圧がかかり、スイッチング素子３５が破壊するのを有効に防止してインバータ制御モジュールを安定、かつ信頼性よく作動させることが可能となる。
【００１１】
また同時に２本のパワーライン３３ａ、３３ｂはその間に絶縁性に優れたセラミック基板３２が介在していることからパワーライン３３ａ、３３ｂに２０Ａ以上という非常に大きな電流を流し６００Ｖ以上の電圧がかかったとしてもパワーライン３３ａ、３３ｂ間には放電が発生し、パワーライン３３ａ、３３ｂ間にショートを発生させることはなく、これによってインバータ制御モジュールの作動を高信頼性となすことが可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のインバータ制御モジュールは、セラミック基板３２が酸化アルミニウム質焼結体からなり、その熱膨張係数が約６．５×１０−６／℃であるのに対し、パワーライン３３ａ、３３ｂ及び出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃは銅等からなり、熱膨張係数が約１８×１０−６／℃で、大きく相違することからスイッチング素子３５が作動時に熱を発生し、この熱がセラミック基板３２とパワーライン３３ａ、３３ｂ及び出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃに作用した場合、セラミック基板３２とパワーライン３３ａ、３３ｂ及び出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃとの間に両者の熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応力が発生するとともにこれがセラミック基板３２に設けた貫通孔３８の周囲に集中して作用し、その結果、セラミック基板３２の貫通孔３８周囲にクラックや割れが発生してインバータ制御モジュールとしての信頼性が大きく低下してしまうという解決すべき課題を有していた。
【００１３】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的はサージ電圧印加によるスイッチング素子の破壊、２本のパワーライン間での放電及びセラミック基板の割れ等を有効に防止し、直流電源を３相交流電源に確実、かつ長期間にわたって変換することができるインバータ制御モジュールを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のインバータ制御モジュールは、セラミック基板と、該セラミック基板の両主面に対向配置される２本のパワーラインと、前記セラミック基板の一方主面に配置された３本の出力ラインと、前記セラミック基板の一方主面に形成されているパワーライン及び各出力ラインに搭載されている複数個のスイッチング素子と、前記パワーライン上のスイッチング素子を各出力ラインに接続する第１のワイヤと、前記セラミック基板の一方主面に形成されているパワーラインと前記各出力ラインとの間の領域で前記セラミック基板に設けた貫通孔内を通過し、各出力ライン上に搭載されているスイッチング素子をセラミック基板の他方主面に形成されているパワーラインに接続する第２のワイヤとから成り、前記セラミック基板の一方主面に配置されているパワーラインもしくは出力ラインの一部が貫通孔周囲に枠状に導出されているとともに該枠状導出部の表面を絶縁膜で被覆したことを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明のインバータ制御モジュールは、前記２本のパワーラインを流れる電流の方向が逆であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明のインバータ制御モジュールによれば、２本のパワーラインを間にセラミック基板を挟んで対向配置させるとともに各々のパワーラインに流れる電流の方向を逆としたことから２本のパワーライン間に相互インダクタンスを効率良く発生させるとともに該相互インダクタンスによって２本のパワーラインが有するインダクタンスを大きく低減させることができ、これによって２本のパワーライン間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子のオン・オフを少しずつずらせて出力ラインより３相モータ等に３相交流電源を供給する際、スイッチング素子のオン・オフ時に前記２本のパワーラインが有するインダクタンスに起因して定格電圧より高いサージ電圧が発生することはなく、その結果、スイッチング素子に過電圧がかかり、スイッチング素子が破壊するのを有効に防止してインバータ制御モジュールを安定、かつ信頼性よく作動させることが可能となる。
【００１７】
また同時に２本のパワーラインはその間に絶縁性に優れたセラミック基板が介在していることからパワーラインに２０Ａ以上という非常に大きな電流を流し６００Ｖ以上の電圧がかかったとしてもパワーライン間に放電が発生し、セラミック回路基板にショートを発生させることはなく、これによってインバータ制御モジュールの作動を高信頼性となすことが可能となる。
【００１８】
更に本発明のインバータ制御モジュールによれば、セラミック基板に貫通孔を設け、該貫通孔内にセラミック基板の一方主面に配置された各出力ラインに搭載されているスイッチング素子とセラミック基板の他方主面に形成されているパワーラインとを接続する第２の接続手段を通過させたことからスイッチング素子とパワーラインとを接続する第２の接続手段がセラミック基板の外周より外側に大きくはみ出してインバータ制御モジュールを大型化させることはなく、その結果、インバータ制御モジュールを小型のものとなすことが可能となる。
【００１９】
また更に本発明のインバータ制御モジュールによれば、セラミック基板の一方主面に配置された各出力ラインに搭載されているスイッチング素子とセラミック基板の他方主面に形成されているパワーラインとを接続する第２の接続手段が通過するセラミック基板に設けた貫通孔周囲にパワーラインもしくは出力ラインの一部を枠状に導出させたことから貫通孔周囲の機械的強度が枠状に導出された出力ラインやパワーラインによって補強され、その結果、スイッチング素子が作動時に熱を発生し、この熱によってセラミック基板とパワーライン及び出力ラインとの間に大きな熱応力が発生するとともにこれがセラミック基板に設けた貫通孔の周囲に集中作用したとしてもセラミック基板の貫通孔周囲にクラックや割れが発生することはなく、これによってインバータ制御モジュールの信頼性を大幅に向上させることができ、インバータ制御モジュールを長期間にわたり安定に作動させることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。図１および図２は、本発明のインバータ制御モジュールの一実施例を示し、セラミック基板２の両主面に２本のパワーライン３ａ、３ｂを対向配置させるとともに一方主面に３本の出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃを配置したセラミック回路基板１とスイッチング素子５とから構成されており、セラミック基板２の一方主面に形成されているパワーライン３ａ及び各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上にスイッチング素子５を搭載し、パワーライン３ａ上のスイッチング素子５を各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃに第１の接続手段（第１のワイヤ）６を介して接続するとともに各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されているスイッチング素子５をセラミック基板２の他方主面に形成されているパワーライン３ｂに第２の接続手段（第２のワイヤ）７を介して接続することによって形成されている。
【００２２】
前記セラミック回路基板１のセラミック基板２はパワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ及びパワーライン３ａ、出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されるスイッチング素子５を支持する支持部材として作用し、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、アルミニウム質焼結体等のセラミック絶縁体で形成されている。
【００２３】
前記セラミック基板２は、例えば、窒化珪素質焼結体から成る場合、窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに該泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、次に前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに必要に応じて複数枚を積層して成形体となし、しかる後、これを窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中、１６００乃至２０００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００２４】
また前記セラミック基板２は、その一方主面に１本のパワーライン３ａと３本の出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃが、他方主面に１本のパワーライン３ｂが活性金属ロウ材等の接着材を介してロウ付け取着されている。
【００２５】
前記パワーライン３ａは外部電源から供給される直流電源をスイッチング素子５に供給する作用をなし、また出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃはスイッチング素子５のオン・オフにより変換された３相交流電源を外部の３相モータ等に供給する作用をなす。
【００２６】
前記２本のパワーライン３ａ、３ｂ及び３本の出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃは銅やアルミニウム等の金属材料から成り、銅やアルミニウム等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって、例えば、厚さが５００μｍで、所定パターン形状に製作される。
【００２７】
更に前記２本のパワーライン３ａ、３ｂ及び３本の出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃのセラミック基板２への接着は、例えば、銀ロウ材（銀：７２重量％、銅：２８重量％）やアルミニウムロウ材（アルミニウム：８８重量％、シリコン：１２重量％）等にチタンやタングステン、ハフニウム及び／またはその水素化物の少なくとも１種を２乃至５重量％添加した活性ロウ材を使用することによって行なわれ，具体的にはセラミック基板２の表面に間に活性金属ロウ材を挟んでパワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃを載置させ、次にこれを真空中もしくは中性、還元雰囲気中、所定温度（銀ロウ材の場合は約９００℃、アルミニウムロウ材の場合は約６００℃）で加熱処理し、活性金属ロウ材を溶融せしめるとともにセラミック基板２の表面とパワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃの下面とを接合させることによって行われる。
【００２８】
なお、前記セラミック回路基板１はセラミック基板２を窒化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体等の熱伝達率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミック絶縁体で形成しておくとスイッチング素子５が作動時に多量の熱を発生した際、その熱をセラミック基板２が効率良く吸収するとともに大気中に良好に放出してスイッチング素子５を常に適温となし、スイッチング素子５を常に安定、かつ正常に作動させることが可能となる。従って、前記セラミック基板２は窒化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体等の熱伝達率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミック絶縁体で形成しておくことが好ましい。
【００２９】
また前記パワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃはこれを無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなく活性金属ロウ材との濡れ性が良好となり、セラミック基板２への活性金属ロウ材を介しての接合が強固となる。従って、前記パワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃはこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【００３０】
更に前記パワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃはその表面にニッケルから成る良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材に対する濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、パワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃの酸化腐蝕を有効に防止しつつパワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃにスイッチング素子５や外部電源、外部の３相モータ等を半田等のロウ材を介して極めて強固に接続させることができる。従って、前記前記パワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃはその表面にニッケルから成る良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材に対する濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくことが好ましい。
【００３１】
前記セラミック回路基板１はまたセラミック基板２の一方主面に配置されたパワーライン３ａ及び各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に複数のスイッチング素子５が搭載されており、かつパワーライン３ａ上に搭載されたスイッチング素子５はワイヤ等からなる第１の接続手段６を介して各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃに、また出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されたスイッチング素子５はワイヤ等からなる第２の接続手段７を介してセラミック基板２の他方主面に配置されたパワーライン３ｂに電気的に接続されている。
【００３２】
前記スイッチング素子５はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌｏｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の素子が用いられており、電流のオン、オフを制御し、各スイッチング素子５のオン・オフを少しずつずらせることによってパワーライン３ａ、３ｂより供給された直流電源を３相の交流電源に変換し出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃに供給する作用をなす。
【００３３】
また前記第１の接続手段６及び第２の接続手段７は、アルミニウムやアルミニウム−珪素合金からなる、例えば直径が３００μｍの金属細線（ワイヤ）からなり、従来周知のワイヤーボンディング法等の接合技術を用いることによって、パワーライン３ａ上に搭載されたスイッチング素子５と各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃに、また出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されたスイッチング素子５とセラミック基板２の他方主面に配置されたパワーライン３ｂに接続される。
【００３４】
本発明のインバータ制御モジュールにおいては、２本のパワーライン３ａ、３ｂを間にセラミック基板２を挟んで対向配置させるとともにパワーライン３ａ、３ｂに流れる電流の方向を逆としておくことが重要である。
【００３５】
前記２本のパワーライン３ａ、３ｂを間にセラミック基板２を挟んで対向配置させるとともにパワーライン３ａ、３ｂに流れる電流の方向を逆としておくと２本のパワーライン３ａ、３ｂ間に相互インダクタンスが効率良く発生し、この発生した相互インダクタンスによって２本のパワーライン３ａ、３ｂの各々が有するインダクタンスを大きく低減させ、その結果、２本のパワーライン３ａ、３ｂ間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子５のオン・オフを少しずつずらせて出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃより３相モータ等に３相交流電源を供給する際、スイッチング素子５のオン・オフ時に前記２本のパワーライン３ａ、３ｂが有するインダクタンスに起因して定格電圧より高いサージ電圧が発生することはなく、これによってスイッチング素子５に過電圧がかかり、スイッチング素子５が破壊するのを有効に防止してインバータ制御モジュールを安定、かつ信頼性よく作動させることが可能となる。
【００３６】
また同時に２本のパワーライン３ａ、３ｂはその間に絶縁性に優れたセラミック基板２が介在していることからパワーライン３ａ、３ｂに２０Ａ以上という非常に大きな電流を流し６００Ｖ以上の電圧がかかったとしてもパワーライン３ａ、３ｂ間に放電が発生し、セラミック回路基板１にショートを発生させることはなく、これによってインバータ制御モジュールの作動を高信頼性となすことが可能となる。
【００３７】
なお、前記セラミック基板２はその厚みが２ｍｍを超えると２本のパワーライン３ａ、３ｂ間に相互インダクタンスを効率良く発生させるのが困難となり、また０．２ｍｍ未満となるとセラミック基板２の機械的強度が劣化してインバータ制御モジュールとしての信頼性が低下してしまう危険性がある。従って、前記セラミック基板２はその厚みを０．２ｍｍ乃至２ｍｍの範囲としておくことが好ましい。
【００３８】
また前記セラミック基板２はその絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍｍ未満となるとセラミック基板２の厚みが、例えば、０．２ｍｍの薄いものとなったときにパワーライン３ａ、３ｂ間に放電が生じ、セラミック回路基板１にショートが発生してしまう危険性がある。従って、前記セラミック基板２はその耐電圧を１０ｋＶ／ｍｍ以上としておくことが好ましい。
【００３９】
更に本発明のインバータ制御モジュールにおいては、セラミック基板２に貫通孔８を形成しておくこと、前記貫通孔８内に各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されているスイッチング素子５とセラミック基板２の他方主面に形成されているパワーライン３ｂとを接続する第２の接続手段７を通過させること、前記貫通孔８の周囲にパワーライン３ａもしくは出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃの一部を枠状に導出させること及び該枠状導出部の表面を絶縁膜で被覆することも重要である。
【００４０】
前記セラミック基板２に貫通孔８を形成し、該貫通孔８内に各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されているスイッチング素子５とセラミック基板２の他方主面に形成されているパワーライン３ｂとを接続する第２の接続手段７を通過させた場合、スイッチング素子５とパワーライン３ｂとを接続する第２の接続手段７がセラミック基板２の外周より外側に大きくはみ出してインバータ制御モジュールを大型化させることはなく、その結果、インバータ制御モジュールを小型のものとなすことが可能となる。
【００４１】
前記貫通孔８は、例えば、セラミック基板２の一方主面に配置されたパワーライン３ａと出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃとの間で出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃに近接した位置に形成され、その直径は３ｍｍ以上で、前述のセラミック基板２となるセラミックグリーンシートに予め打ち抜き加工法により所定の大きさの孔をあけておくことによって形成される。
【００４２】
また前記貫通孔８の周囲にパワーライン３ａもしくは出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃの一部を枠状に導出させ枠状導出部８ａを形成しておくと、貫通孔８周囲の機械的強度が補強され、その結果、スイッチング素子５が作動時に熱を発生し、この熱によってセラミック基板２とパワーライン３ａ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃとの間に大きな熱応力が発生するとともにこれがセラミック基板２に設けた貫通孔８の周囲に集中作用したとしてもセラミック基板２の貫通孔８周囲にクラックや割れが発生することはなく、これによってインバータ制御モジュールの信頼性を大幅に向上させることができ、インバータ制御モジュールを長期間にわたり安定に作動させることが可能となる。
【００４３】
前記枠状導出部８ａはパワーライン３ａもしくは出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃの一部をセラミック基板２に設けた貫通孔８の周囲に枠状に導出させることによって形成されており、銅やアルミニウム等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによってパワーライン３ａや出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃを形成する際に、例えば、打ち抜き金型等に円環状の型を付加しておくことによってパワーライン３ａや出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃと同時に所定位置に形成される。
【００４４】
また前記枠状導出部８ａはその幅が０．５ｍｍ未満であると貫通孔８周囲の機械的強度を十分に補強することができずセラミック基板２とパワーライン３ａ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃとの間に発生する大きな熱応力によってクラックや割れ等が発生してしまう危険性がある。従って、前記枠状導出部８ａはその幅を０．５ｍｍ以上としておくことが好ましい。
【００４５】
更に前記枠状導出部８ａの表面を絶縁膜９で被覆しておくと貫通孔８内に各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されているスイッチング素子５とパワーライン４ｂとを接続する第２の接続手段７を通過させた際、第２の接続手段７が貫通孔８周囲で枠状導出部８ａに接触するのが前記絶縁膜９によって有効に防止され、その結果、スイッチング素子５がパワーライン３ａもしくは出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃに電気的に接触短絡することはなく、第２の接続手段７を介して各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されているスイッチング素子５とパワーライン３ｂとを確実に電気的接続することができ、これによってインバータ制御モジュールを安定、かつ正常に作動させることが可能となる。
【００４６】
前記絶縁膜９はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレン樹脂、メラミン樹脂の少なくとも１種よりなり、例えば、枠状導出部８ａの表面に液状のエポキシ樹脂前駆体をスクリーン印刷法等により所定厚みに印刷塗布し、しかる後、前記エポキシ樹脂前駆体を熱処理し、所定の重合反応を起こさせ熱硬化させることによって枠状導出部８ａの表面に被着形成される。
【００４７】
かくして上述のインバータ制御モジュールによれば、２本のパワーライン３ａ、３ｂを外部電源に、出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃを３相モータ等に接続し、外部電源より２本のパワーライン３ａ、３ｂ間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子５のオン・オフを少しずつずらせながら繰り返し行なわせることによって出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃから３相の交流電源が導出され、これによってインバータ制御モジュールとして機能する。
【００４８】
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明のインバータ制御モジュールによれば、２本のパワーラインを間にセラミック基板を挟んで対向配置させるとともに各々のパワーラインに流れる電流の方向を逆としたことから２本のパワーライン間に相互インダクタンスを効率良く発生させるとともに該相互インダクタンスによって２本のパワーラインが有するインダクタンスを大きく低減させることができ、これによって２本のパワーライン間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子のオン・オフを少しずつずらせて出力ラインより３相モータ等に３相交流電源を供給する際、スイッチング素子のオン・オフ時に前記２本のパワーラインが有するインダクタンスに起因して定格電圧より高いサージ電圧が発生することはなく、その結果、スイッチング素子に過電圧がかかり、スイッチング素子が破壊するのを有効に防止してインバータ制御モジュールを安定、かつ信頼性よく作動させることが可能となる。
【００５０】
また同時に２本のパワーラインはその間に絶縁性に優れたセラミック基板が介在していることからパワーラインに２０Ａ以上という非常に大きな電流を流し６００Ｖ以上の電圧がかかったとしてもパワーライン間に放電が発生し、セラミック回路基板にショートを発生させることはなく、これによってインバータ制御モジュールの作動を高信頼性となすことが可能となる。
【００５１】
更に本発明のインバータ制御モジュールによれば、セラミック基板に貫通孔を設け、該貫通孔内にセラミック基板の一方主面に配置された各出力ラインに搭載されているスイッチング素子とセラミック基板の他方主面に形成されているパワーラインとを接続する第２の接続手段を通過させたことからスイッチング素子とパワーラインとを接続する第２の接続手段がセラミック基板の外周より外側に大きくはみ出してインバータ制御モジュールを大型化させることはなく、その結果、インバータ制御モジュールを小型のものとなすことが可能となる。
【００５２】
また更に本発明のインバータ制御モジュールによれば、セラミック基板の一方主面に配置された各出力ラインに搭載されているスイッチング素子とセラミック基板の他方主面に形成されているパワーラインとを接続する第２の接続手段が通過するセラミック基板に設けた貫通孔周囲にパワーラインもしくは出力ラインの一部を枠状に導出させたことから貫通孔周囲の機械的強度が枠状に導出された出力ラインやパワーラインによって補強され、その結果、スイッチング素子が作動時に熱を発生し、この熱によってセラミック基板とパワーライン及び出力ラインとの間に大きな熱応力が発生するとともにこれがセラミック基板に設けた貫通孔の周囲に集中作用したとしてもセラミック基板の貫通孔周囲にクラックや割れが発生することはなく、これによってインバータ制御モジュールの信頼性を大幅に向上させることができ、インバータ制御モジュールを長期間にわたり安定に作動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインバータ制御モジュールの一実施例を示す平面図である。
【図２】図１に示すインバータ制御モジュールの断面図である。
【図３】従来のインバータ制御モジュールを示す平面図である。
【図４】図３に示すインバータ制御モジュールの断面図である。
【符号の説明】
２・・・・・・・・・セラミック基板
３ａ、３ｂ・・・・・パワーライン
４ａ、４ｂ、４ｃ・・出力ライン
５・・・・・・・・・スイッチング素子
６・・・・・・・・・第１の接続手段
７・・・・・・・・・第２の接続手段
８・・・・・・・・・貫通孔
８ａ・・・・・・・・枠状導出部
９・・・・・・・・・絶縁膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter control module for controlling a three-phase motor or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an inverter control module for controlling a three-phase motor or the like generally includes two power lines for supplying DC power to one main surface of a ceramic substrate and three output lines for outputting three-phase AC power. The formed ceramic circuit board, the plurality of switching elements mounted on the one power line and each output line, and each switching element and each output line mounted on the one power line are electrically connected. A first connecting means made of a fine metal wire to be electrically connected, and a second connecting means made of a fine metal wire to electrically connect each switching element mounted on each output line and the other power line. Yes.
[0003]
In this inverter control module, the two power lines are connected to an external power source, the output line is connected to a three-phase motor or the like, and a DC power source of 20 A or more is supplied between the two power lines from the external power source and each switching element. The three-phase alternating current power is supplied to the three-phase motor or the like through the output line by repeatedly turning on / off of the two.
[0004]
As the switching element, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like is generally used.
[0005]
The ceramic circuit board used in the inverter control module generally has a metallized metal layer deposited in a predetermined pattern on the surface of a ceramic substrate made of an aluminum oxide sintered body, and a power line and an output line on the metallized metal layer. It is formed by brazing a metal circuit board such as copper through a brazing material such as silver brazing. Specifically, it is suitable for raw material powders such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, calcium oxide and the like. A binder, a plasticizer, a solvent, and the like are added and mixed to form a slurry, and this is applied to a tape forming technique such as a doctor blade method or a calender roll method, so that a plurality of ceramic green sheets are obtained. Suitable for refractory metal powders such as tungsten and molybdenum on green sheets A ceramic paste obtained by printing and applying a metal paste obtained by adding and mixing a machine binder and a solvent in a predetermined pattern by adopting a printing technique such as a screen printing method, and then applying the metal paste to the predetermined pattern. It consists of an aluminum oxide sintered body that is laminated as needed and fired in a reducing atmosphere at a temperature of about 1600 ° C., and a ceramic green sheet and a metal paste are sintered and integrated to have a metallized metal layer on the surface. A ceramic substrate is formed, and finally, a metal circuit board such as copper serving as a power line or an output line is placed on a metallized metal layer attached to the ceramic substrate with a brazing material such as silver solder interposed therebetween. At the same time, this is heated to a temperature of about 900 ° C. in a reducing atmosphere to melt the brazing material, and the molten brazing material is used for metallization. It is fabricated by bonding a metal layer and a metal circuit plate.
[0006]
However, in this conventional inverter control module, two power lines have inductance, and a DC power source of 20 A or more is supplied between the two power lines, and each switching element is turned on and off little by little. When a three-phase AC power is supplied to a three-phase motor or the like via an output line, a surge voltage higher than the rated voltage is generated when the switching element is turned on / off due to the inductance of the power line. The overvoltage is applied to the switching element due to the surge voltage, and the inverter control module cannot be stably and reliably operated by destroying the switching element.
[0007]
Therefore, the two power lines are arranged close to each other, the directions of the currents flowing through the respective power lines are reversed, and a mutual inductance is generated between the two power lines, and the inductance of the two power lines is generated by the mutual inductance. It has been proposed to reduce.
[0008]
However, when two power lines are arranged close to each other, a very large current of 20 A or more flows through the power line and a voltage of 600 V or more is applied. Therefore, a discharge occurs between the power lines, and the ceramic circuit board is short-circuited. This causes a disadvantage that the operation reliability of the inverter control module is impaired.
[0009]
In order to eliminate the above-mentioned drawbacks, the inverter control module is arranged so as to face the ceramic substrate 32 and both main surfaces of the ceramic substrate 32 as shown in FIGS. Power lines 33a, 33b, three output lines 34a, 34b, 34c arranged on one main surface of the ceramic substrate 32, a power line 33a formed on one main surface of the ceramic substrate 32, and each output A plurality of switching elements 35 mounted on the lines 34a, 34b, 34c, first connection means 36 for connecting the switching elements 35 on the power line 32a to the output lines 34a, 34b, 34c, and the ceramic A switch that passes through a through hole 38 provided in the substrate 32 and is mounted on each output line 34a, 34b, 34c. It is conceivable to form at the second connecting means 37 for connecting the ring element 35 to the power line 33b formed on the other main surface of the ceramic substrate 32.
[0010]
According to such an inverter control module, the two power lines 33a and 33b are arranged opposite to each other with the ceramic substrate 32 therebetween, and the direction of the current flowing through each of the power lines 33a and 33b is reversed. The mutual inductance can be efficiently generated between the power lines 33a and 33b, and the inductance of the two power lines 33a and 33b can be greatly reduced by the mutual inductance, and thereby, between the two power lines 33a and 33b. When supplying a DC power of 20 A or more and shifting the ON / OFF of each switching element 35 little by little to supply the three-phase AC power to the three-phase motor or the like from the output lines 34a, 34b, 34c, the switching element 35 is turned ON / OFF. The two power lines 33a when off A surge voltage higher than the rated voltage is not generated due to the inductance of 33b, and as a result, an overvoltage is applied to the switching element 35 and the switching element 35 is effectively prevented from being destroyed to stabilize the inverter control module. And can be operated with high reliability.
[0011]
At the same time, since the ceramic substrate 32 having excellent insulating properties is interposed between the two power lines 33a and 33b, a very large current of 20 A or more was applied to the power lines 33a and 33b, and a voltage of 600 V or more was applied. However, a discharge is generated between the power lines 33a and 33b, and no short circuit is generated between the power lines 33a and 33b. This makes it possible to make the operation of the inverter control module highly reliable.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the inverter control module described above, the ceramic substrate 32 is made of an aluminum oxide sintered body, and its thermal expansion coefficient is about 6.5 × 10. -6 The power lines 33a, 33b and the output lines 34a, 34b, 34c are made of copper or the like and have a thermal expansion coefficient of about 18 × 10. -6 Since the switching element 35 generates heat at the time of operation because it is greatly different at / ° C., and this heat acts on the ceramic substrate 32 and the power lines 33a and 33b and the output lines 34a, 34b and 34c, A large thermal stress is generated between the lines 33a, 33b and the output lines 34a, 34b, 34c due to the difference in thermal expansion coefficient between them, and this is concentrated around the through hole 38 provided in the ceramic substrate 32. As a result, there is a problem to be solved that cracks and cracks occur around the through holes 38 of the ceramic substrate 32 and the reliability of the inverter control module is greatly reduced.
[0013]
The present invention has been devised in view of the above disadvantages, and its purpose is to effectively prevent the destruction of the switching element due to the application of surge voltage, the discharge between two power lines and the crack of the ceramic substrate, etc. An object of the present invention is to provide an inverter control module that can be reliably converted into a three-phase AC power source over a long period of time.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The inverter control module of the present invention includes a ceramic substrate, two power lines arranged opposite to both main surfaces of the ceramic substrate, three output lines arranged on one main surface of the ceramic substrate, A power line formed on one main surface of the ceramic substrate and a plurality of switching elements mounted on each output line; a first wire for connecting the switching elements on the power line to each output line; A switching element mounted on each output line passes through a through hole provided in the ceramic substrate in a region between the power line formed on one main surface of the ceramic substrate and each output line. A second wire connected to a power line formed on the other main surface of the substrate, and is arranged on the one main surface of the ceramic substrate. Has been that a portion of the power line or output line is characterized in the surface of the frame-shaped outlet portion with are led in a frame shape around a through hole that has been coated with an insulating film.
[0015]
The inverter control module of the present invention is characterized in that the directions of currents flowing through the two power lines are opposite.
[0016]
According to the inverter control module of the present invention, the two power lines are disposed opposite to each other with the ceramic substrate interposed therebetween, and the direction of the current flowing through each power line is reversed. Inductance can be generated efficiently and the inductance of the two power lines can be greatly reduced by the mutual inductance, so that a DC power supply of 20 A or more can be supplied between the two power lines and each switching element can be turned on.・ When supplying three-phase AC power to the three-phase motor, etc. from the output line by gradually turning off, surge voltage higher than the rated voltage due to the inductance of the two power lines when the switching element is turned on / off As a result, the switching element A voltage is applied, a stable and it is possible to reliably operate the inverter control module to effectively prevent the switching element is broken.
[0017]
At the same time, since the two power lines have a ceramic substrate with excellent insulation between them, even if a very large current of 20 A or more is applied to the power line and a voltage of 600 V or more is applied, the power line is discharged. This does not cause a short circuit in the ceramic circuit board, which makes it possible to make the operation of the inverter control module highly reliable.
[0018]
Furthermore, according to the inverter control module of the present invention, the ceramic substrate is provided with a through hole, and the switching element mounted on each output line disposed on one main surface of the ceramic substrate in the through hole and the other main substrate of the ceramic substrate. Since the second connecting means for connecting the power line formed on the surface is passed, the second connecting means for connecting the switching element and the power line protrudes greatly outside the outer periphery of the ceramic substrate and is controlled by the inverter. The module is not increased in size, and as a result, the inverter control module can be made smaller.
[0019]
Furthermore, according to the inverter control module of the present invention, the switching element mounted on each output line disposed on one main surface of the ceramic substrate is connected to the power line formed on the other main surface of the ceramic substrate. An output line in which the mechanical strength around the through hole is derived in a frame shape because a part of the power line or the output line is derived in a frame shape around the through hole provided in the ceramic substrate through which the second connecting means passes. As a result, the switching element generates heat during operation, and this heat generates a large thermal stress between the ceramic substrate, the power line and the output line, and this is a through hole provided in the ceramic substrate. Even if it concentrates around the periphery of the ceramic substrate, cracks and cracks do not occur around the through hole of the ceramic substrate. Les reliability of the inverter control module can be significantly improved by, it is possible to stably operate the inverter control module for a long period of time.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings. 1 and 2 show an embodiment of an inverter control module according to the present invention, in which two power lines 3a and 3b are arranged opposite to each other on both main surfaces of a ceramic substrate 2, and three output lines are provided on one main surface. 4a, 4b, and 4c are arranged on the ceramic circuit board 1 and the switching element 5, and switching is performed on the power line 3a and the output lines 4a, 4b, and 4c formed on one main surface of the ceramic board 2. The element 5 is mounted, and the switching element 5 on the power line 3a is connected to each output line 4a, 4b, 4c via the first connecting means (first wire) 6 and each output line 4a, 4b, 4c. The switching element 5 mounted thereon is connected to a power line 3b formed on the other main surface of the ceramic substrate 2 with a second connecting means (second wire) 7. It is formed by connecting through.
[0022]
The ceramic substrate 2 of the ceramic circuit board 1 acts as a support member for supporting the switching elements 5 mounted on the power lines 3a, 3b and the output lines 4a, 4b, 4c and the power lines 3a, the output lines 4a, 4b, 4c. Further, it is formed of a ceramic insulator such as a silicon nitride sintered body, an aluminum nitride sintered body, a silicon carbide sintered body, or an aluminum sintered body.
[0023]
For example, when the ceramic substrate 2 is made of a silicon nitride-based sintered body, a suitable organic binder, a plasticizer, and a solvent are added to and mixed with raw material powders such as silicon nitride, aluminum oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, etc. The ceramic green sheet (ceramic green sheet) is formed by adopting a conventionally well-known doctor blade method or calendar roll method, and then, the ceramic green sheet is subjected to an appropriate punching process to obtain a predetermined shape. At the same time, if necessary, a plurality of sheets are laminated to form a molded body, which is then fired at a high temperature of 1600 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere.
[0024]
The ceramic substrate 2 has one power line 3a and three output lines 4a, 4b and 4c on one main surface, and one power line 3b on the other main surface and an adhesive such as an active metal brazing material. It is attached by brazing.
[0025]
The power line 3a serves to supply a DC power source supplied from an external power source to the switching element 5, and the output lines 4a, 4b, 4c externally supply a three-phase AC power source converted by turning on / off the switching element 5. To supply the three-phase motor.
[0026]
The two power lines 3a, 3b and the three output lines 4a, 4b, 4c are made of a metal material such as copper or aluminum, and a rolling process, a punching process, etc. By applying a conventionally known metal processing method, for example, the thickness is 500 μm, and a predetermined pattern shape is produced.
[0027]
Further, the two power lines 3a, 3b and the three output lines 4a, 4b, 4c are bonded to the ceramic substrate 2 by, for example, silver brazing material (silver: 72% by weight, copper: 28% by weight) or aluminum. This is performed by using an active brazing material in which at least one of titanium, tungsten, hafnium and / or a hydride thereof is added to a brazing material (aluminum: 88 wt%, silicon: 12 wt%) or the like. Specifically, the power lines 3a, 3b and the output lines 4a, 4b, 4c are placed on the surface of the ceramic substrate 2 with the active metal brazing material sandwiched between them, and then placed in a vacuum or in a neutral, reducing atmosphere. Heat treatment at a predetermined temperature (about 900 ° C. for silver brazing material, about 600 ° C. for aluminum brazing material) to melt the active metal brazing material and Surface power line 3a of the substrate 2, 3b and output lines 4a, 4b, is performed by bonding the lower surface of 4c.
[0028]
In the ceramic circuit board 1, the ceramic substrate 2 is formed of a ceramic insulator having a heat transfer coefficient of 60 W / m · K or more, such as a silicon nitride sintered body, an aluminum nitride sintered body, or a silicon carbide sintered body. In other words, when the switching element 5 generates a large amount of heat during operation, the ceramic substrate 2 efficiently absorbs the heat and releases it well into the atmosphere so that the switching element 5 is always kept at an appropriate temperature. Can be operated stably and normally. Therefore, the ceramic substrate 2 may be formed of a ceramic insulator having a heat transfer coefficient of 60 W / m · K or more, such as a silicon nitride sintered body, an aluminum nitride sintered body, or a silicon carbide sintered body. preferable.
[0029]
The power lines 3a and 3b and the output lines 4a, 4b and 4c are made of oxygen-free copper. When the oxygen-free copper is brazed, the copper surface is oxidized by oxygen present in the copper. The wettability with the active metal brazing material is improved and the bonding to the ceramic substrate 2 through the active metal brazing material is strengthened. Therefore, the power lines 3a and 3b and the output lines 4a, 4b and 4c are preferably formed of oxygen-free copper.
[0030]
Further, the power lines 3a and 3b and the output lines 4a, 4b and 4c are coated with a metal having good conductivity made of nickel and having good corrosion resistance and wettability to the brazing material. , While effectively preventing oxidative corrosion of the power lines 3a, 3b and the output lines 4a, 4b, 4c, the power lines 3a, 3b and the output lines 4a, 4b, 4c have a switching element 5, an external power supply, an external three-phase motor, etc. Can be connected very firmly through a brazing material such as solder. Accordingly, the power lines 3a, 3b and the output lines 4a, 4b, 4c are coated with a metal having good conductivity made of nickel and having good corrosion resistance and wettability to the brazing material. It is preferable to keep it.
[0031]
The ceramic circuit board 1 has a power line 3a disposed on one main surface of the ceramic board 2 and a plurality of switching elements 5 on the output lines 4a, 4b, 4c, and is mounted on the power line 3a. The switching element 5 is connected to each output line 4a, 4b, 4c via the first connecting means 6 made of wire or the like, and the switching element 5 mounted on the output line 4a, 4b, 4c is made of wire or the like. It is electrically connected to the power line 3b disposed on the other main surface of the ceramic substrate 2 via the second connecting means 7.
[0032]
The switching element 5 is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like, and controls the on / off of the current, and the power lines 3a, 3b are shifted by turning each switching element 5 on and off little by little. The supplied DC power is converted into a three-phase AC power and supplied to the output lines 4a, 4b and 4c.
[0033]
The first connecting means 6 and the second connecting means 7 are made of a thin metal wire (wire) made of aluminum or an aluminum-silicon alloy, for example, having a diameter of 300 μm. By using the switching element 5 mounted on the power line 3a and the output lines 4a, 4b, and 4c, and the switching element 5 mounted on the output lines 4a, 4b, and 4c and the other main surface of the ceramic substrate 2 Connected to the power line 3b.
[0034]
In the inverter control module of the present invention, it is important that the two power lines 3a and 3b are arranged opposite to each other with the ceramic substrate 2 therebetween, and the direction of the current flowing through the power lines 3a and 3b is reversed.
[0035]
If the two power lines 3a and 3b are arranged opposite to each other with the ceramic substrate 2 therebetween, and the direction of the current flowing through the power lines 3a and 3b is reversed, a mutual inductance is generated between the two power lines 3a and 3b. The generated mutual inductance greatly reduces the inductance of each of the two power lines 3a and 3b. As a result, a DC power supply of 20 A or more is supplied between the two power lines 3a and 3b. In addition, when the three-phase AC power is supplied to the three-phase motor or the like from the output lines 4a, 4b, and 4c by slightly shifting the on / off of each switching element 5, the two power lines are turned on when the switching element 5 is turned on / off. A surge voltage higher than the rated voltage does not occur due to the inductance of 3a and 3b, It takes overvoltage to the switching element 5 by Les, stabilizing the inverter control module to effectively prevent the switching element 5 is broken, and it is possible to reliably operate.
[0036]
At the same time, since the ceramic substrate 2 having excellent insulating properties is interposed between the two power lines 3a and 3b, a very large current of 20 A or more was applied to the power lines 3a and 3b, and a voltage of 600 V or more was applied. However, a discharge is generated between the power lines 3a and 3b, and a short circuit is not generated in the ceramic circuit board 1, thereby making the operation of the inverter control module highly reliable.
[0037]
When the thickness of the ceramic substrate 2 exceeds 2 mm, it is difficult to efficiently generate a mutual inductance between the two power lines 3a and 3b. When the thickness is less than 0.2 mm, the mechanical strength of the ceramic substrate 2 is reduced. There is a risk that the reliability of the inverter control module will deteriorate due to deterioration. Therefore, it is preferable that the thickness of the ceramic substrate 2 be in the range of 0.2 mm to 2 mm.
[0038]
When the dielectric breakdown voltage of the ceramic substrate 2 is less than 10 kV / mm, discharge occurs between the power lines 3a and 3b when the thickness of the ceramic substrate 2 is as thin as 0.2 mm, for example. There is a risk of short circuit in 1. Therefore, the ceramic substrate 2 preferably has a withstand voltage of 10 kV / mm or more.
[0039]
Further, in the inverter control module of the present invention, the through hole 8 is formed in the ceramic substrate 2, and the switching element 5 and the ceramic substrate mounted on the output lines 4a, 4b and 4c in the through hole 8 respectively. 2 is allowed to pass through the second connecting means 7 for connecting to the power line 3b formed on the other main surface, and a part of the power line 3a or the output lines 4a, 4b, 4c is formed around the through hole 8. It is also important to lead out into a frame shape and to coat the surface of the frame-shaped lead-out portion with an insulating film.
[0040]
A through hole 8 is formed in the ceramic substrate 2, and the switching element 5 mounted on each output line 4 a, 4 b, 4 c in the through hole 8 and a power line formed on the other main surface of the ceramic substrate 2. When the second connecting means 7 for connecting 3b is passed, the second connecting means 7 for connecting the switching element 5 and the power line 3b protrudes greatly outside the outer periphery of the ceramic substrate 2, and the inverter control module is As a result, the inverter control module can be made smaller.
[0041]
The through-hole 8 is formed, for example, at a position close to the output lines 4a, 4b, 4c between the power line 3a arranged on one main surface of the ceramic substrate 2 and the output lines 4a, 4b, 4c. The diameter is 3 mm or more, and the ceramic green sheet to be the ceramic substrate 2 is formed by punching holes of a predetermined size in advance by a punching method.
[0042]
Further, if a part of the power line 3a or the output lines 4a, 4b, 4c is led out in the shape of a frame around the through hole 8 to form a frame-like lead part 8a, the mechanical strength around the through hole 8 is reinforced. As a result, the switching element 5 generates heat during operation, and this heat generates a large thermal stress between the ceramic substrate 2 and the power line 3a and the output lines 4a, 4b, 4c. Even if it concentrates on the periphery of the provided through-hole 8, no cracks or cracks are generated around the through-hole 8 of the ceramic substrate 2, which can greatly improve the reliability of the inverter control module. It becomes possible to operate the control module stably over a long period of time.
[0043]
The frame-shaped lead-out portion 8a is formed by leading a part of the power line 3a or the output lines 4a, 4b, 4c around the through hole 8 provided in the ceramic substrate 2 in a frame shape, such as copper or aluminum. When forming the power line 3a and the output lines 4a, 4b, 4c by applying a conventionally known metal processing method such as a rolling method or a punching method to the ingot (lumps) of, for example, a circle on the punching die By adding an annular mold, the power line 3a and the output lines 4a, 4b, and 4c are formed at predetermined positions.
[0044]
If the width of the frame-shaped lead-out portion 8a is less than 0.5 mm, the mechanical strength around the through hole 8 cannot be sufficiently reinforced, and the ceramic substrate 2, the power line 3a, and the output lines 4a, 4b, 4c. There is a risk that cracks, cracks, etc. may occur due to the large thermal stress generated between the two. Therefore, it is preferable that the frame-shaped lead-out portion 8a has a width of 0.5 mm or more.
[0045]
Further, if the surface of the frame-shaped lead-out portion 8a is covered with an insulating film 9, the switching elements 5 mounted on the output lines 4a, 4b, and 4c in the through holes 8 and the power lines 4b are connected. When the second connecting means 7 is passed, the insulating film 9 effectively prevents the second connecting means 7 from coming into contact with the frame-shaped lead-out portion 8a around the through hole 8, and as a result, the switching element 5 The power line 3a or the output lines 4a, 4b, and 4c are not electrically short-circuited, and the switching elements 5 mounted on the output lines 4a, 4b, and 4c and the power are connected via the second connection means 7. The line 3b can be reliably electrically connected, and thus the inverter control module can be stably and normally operated.
[0046]
The insulating film 9 is made of at least one of polyimide resin, epoxy resin, polytetrafluoroethylene resin, polyamide resin, phenol resin, polyphenylene resin, and melamine resin. For example, a liquid epoxy resin precursor is formed on the surface of the frame-shaped lead-out portion 8a. The body is printed and applied to a predetermined thickness by a screen printing method or the like, and then the epoxy resin precursor is heat-treated to cause a predetermined polymerization reaction to be thermally cured to be deposited on the surface of the frame-shaped lead-out portion 8a. The
[0047]
Thus, according to the inverter control module described above, the two power lines 3a, 3b are connected to an external power source, the output lines 4a, 4b, 4c are connected to a three-phase motor or the like, and the two power lines 3a, 3b are connected from the external power source. A three-phase AC power source is derived from the output lines 4a, 4b, and 4c by supplying a DC power source of 20A or more in between and repeatedly turning each switching element 5 on and off, and thereby controlling the inverter. Functions as a module.
[0048]
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned Example, A various change is possible if it is a range which does not deviate from the summary of this invention.
[0049]
【The invention's effect】
According to the inverter control module of the present invention, the two power lines are disposed opposite to each other with the ceramic substrate interposed therebetween, and the direction of the current flowing through each power line is reversed. Inductance can be generated efficiently and the inductance of the two power lines can be greatly reduced by the mutual inductance, thereby supplying a DC power source of 20 A or more between the two power lines and turning on each switching element.・ When supplying three-phase AC power to the three-phase motor, etc. from the output line by gradually turning off, surge voltage higher than the rated voltage due to the inductance of the two power lines when the switching element is turned on / off As a result, the switching element A voltage is applied, a stable and it is possible to reliably operate the inverter control module to effectively prevent the switching element is broken.
[0050]
At the same time, since the two power lines have a ceramic substrate with excellent insulation between them, even if a very large current of 20 A or more is applied to the power line and a voltage of 600 V or more is applied, the power line is discharged. This does not cause a short circuit in the ceramic circuit board, which makes it possible to make the operation of the inverter control module highly reliable.
[0051]
Furthermore, according to the inverter control module of the present invention, the ceramic substrate is provided with a through hole, and the switching element mounted on each output line disposed on one main surface of the ceramic substrate in the through hole and the other main substrate of the ceramic substrate. Since the second connecting means for connecting the power line formed on the surface is passed, the second connecting means for connecting the switching element and the power line protrudes greatly outside the outer periphery of the ceramic substrate and is controlled by the inverter. The module is not increased in size, and as a result, the inverter control module can be made smaller.
[0052]
Furthermore, according to the inverter control module of the present invention, the switching element mounted on each output line disposed on one main surface of the ceramic substrate is connected to the power line formed on the other main surface of the ceramic substrate. An output line in which the mechanical strength around the through hole is derived in a frame shape because a part of the power line or the output line is derived in a frame shape around the through hole provided in the ceramic substrate through which the second connecting means passes. As a result, the switching element generates heat during operation, and this heat generates a large thermal stress between the ceramic substrate, the power line and the output line, and this is a through hole provided in the ceramic substrate. Even if it concentrates around the periphery of the ceramic substrate, cracks and cracks do not occur around the through hole of the ceramic substrate. Les reliability of the inverter control module can be significantly improved by, it is possible to stably operate the inverter control module for a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of an inverter control module of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the inverter control module shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view showing a conventional inverter control module.
4 is a cross-sectional view of the inverter control module shown in FIG.
[Explanation of symbols]
2 .... Ceramic substrate
3a, 3b ... Power line
4a, 4b, 4c ... Output line
5 .... Switching element
6 ..... First connection means
7... Second connection means
8 .... Through hole
8a ... Frame-shaped lead-out part
9 .... Insulating film

Claims (2)

セラミック基板と、該セラミック基板の両主面に対向配置される２本のパワーラインと、前記セラミック基板の一方主面に配置された３本の出力ラインと、前記セラミック基板の一方主面に形成されているパワーライン及び各出力ラインに搭載されている複数個のスイッチング素子と、前記パワーライン上のスイッチング素子を各出力ラインに接続する第１のワイヤと、前記セラミック基板の一方主面に形成されているパワーラインと前記各出力ラインとの間の領域で前記セラミック基板に設けた貫通孔内を通過し、各出力ライン上に搭載されているスイッチング素子をセラミック基板の他方主面に形成されているパワーラインに接続する第２のワイヤとから成り、前記セラミック基板の一方主面に配置されているパワーラインもしくは出力ラインの一部が貫通孔周囲に枠状に導出されているとともに該枠状導出部の表面を絶縁膜で被覆したことを特徴とするインバータ制御モジュール。A ceramic substrate, two and a power line to be opposed to both main surfaces of the ceramic substrate, three output lines arranged on one main surface of the ceramic substrate, formed on one main surface of the ceramic substrate A plurality of switching elements mounted on the power line and each output line, a first wire connecting the switching element on the power line to each output line, and one main surface of the ceramic substrate A switching element mounted on each output line is formed on the other main surface of the ceramic substrate through a through hole provided in the ceramic substrate in a region between the power line and each output line. consists of a second wire connected to it are power lines, one disposed on the main surface and the power line or the output of said ceramic substrate Inverter control module, characterized in that the surface of the frame-shaped lead portion covered with an insulating film together with a part of the-in is led in a frame shape around the through hole. 前記２本のパワーラインを流れる電流の方向が逆であることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御モジュール。The inverter control module according to claim 1, wherein directions of currents flowing through the two power lines are opposite to each other.
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