JP4430497B2 - 半導体モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、複数のスイッチング素子から構成される半導体モジュールの各スイッチング素子を電源に接続するバスバー（導電材料からなる板状体）構造に関するものである。
近年、環境に配慮した自動車として、電気自動車やハイブリッド電気自動車が注目を集めており、実用化が進んでいる。例えば、ハイブリッド電気自動車には、従来のエンジンに加えて電気駆動システムが搭載されている。
この電気駆動システムは、直流電源であるバッテリ、電力変換装置であるインバータ、電動機である交流モータ等で構成されるものである。該システムを備えた車輌では、バッテリから供給される直流電力を、インバータ装置で交流電力に変換して、交流モータを駆動することにより、車輌の推進力を得ている。
この電気駆動システムは、直流電源であるバッテリ、電力変換装置であるインバータ、電動機である交流モータ等で構成されるものである。該システムを備えた車輌では、バッテリから供給される直流電力を、インバータ装置で交流電力に変換して、交流モータを駆動することにより、車輌の推進力を得ている。
図１４は、車輌に搭載される一般的な電気駆動システムの回路構成図である。この電気駆動システムは、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等を複数直列接続したバッテリ１と、該バッテリ１の直流電力を交流電力に変換するインバータ装置２と、該インバータ装置２の交流電力により駆動する交流モータ３等とで構成される。
図１４に示すインバータ装置２は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子５をブリッジ接続して３相構成したスイッチングモジュール６と、それを駆動するためのドライバ回路ユニット７とからなる。
ドライバ回路ユニット７は上位のコントローラ（図示せず）からの信号８ａをもとにインバータ装置２を駆動するとともに、インバータ装置２に異常が発生した場合は、信号８ｂをコントローラ側に伝達する役割を果たす。
スイッチングモジュール６においてブリッジ接続されたスイッチング素子の正極端、および負極端は、各々、正極電源接続端子９（以下、（＋）バスバー９という。）と負極電源接続端子１０（以下、（−）バスバー１０という。）に接続され、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部がＰ端子１１、Ｎ端子１２としてインバータ装置２の入力端子に用いられる。
インバータ装置２のＰ端子１１、Ｎ端子１２は、各々、バッテリ１の正極、負極に電気的接続されるとともに、バッテリ１から供給される直流電力を平滑化するための平滑用コンデンサ４が並列接続されている。
スイッチングモジュール６のＰ端子１１、Ｎ端子１２と、平滑コンデンサ４の正極、負極を各々接続する配線には、導電材料からなる板状体のバスバー１３、１４が用いられている。
一方、スイッチングモジュール６の出力側の端子であるＵ、Ｖ、Ｗ端子は、３相の交流モータ３の各々の入力端子に電気的に接続されている。
ドライバ回路ユニット７は上位のコントローラ（図示せず）からの信号８ａをもとにインバータ装置２を駆動するとともに、インバータ装置２に異常が発生した場合は、信号８ｂをコントローラ側に伝達する役割を果たす。
スイッチングモジュール６においてブリッジ接続されたスイッチング素子の正極端、および負極端は、各々、正極電源接続端子９（以下、（＋）バスバー９という。）と負極電源接続端子１０（以下、（−）バスバー１０という。）に接続され、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部がＰ端子１１、Ｎ端子１２としてインバータ装置２の入力端子に用いられる。
インバータ装置２のＰ端子１１、Ｎ端子１２は、各々、バッテリ１の正極、負極に電気的接続されるとともに、バッテリ１から供給される直流電力を平滑化するための平滑用コンデンサ４が並列接続されている。
スイッチングモジュール６のＰ端子１１、Ｎ端子１２と、平滑コンデンサ４の正極、負極を各々接続する配線には、導電材料からなる板状体のバスバー１３、１４が用いられている。
一方、スイッチングモジュール６の出力側の端子であるＵ、Ｖ、Ｗ端子は、３相の交流モータ３の各々の入力端子に電気的に接続されている。
通常、車輌に搭載される電気駆動システムには、非常に大きい駆動力を発生させることが必要であることから、インバータ装置による交流モータの駆動には、数１００Ａオーダーの大電流が使用される。
このため、通常１０ｋＨｚの高速動作にてインバータ装置のスイッチング素子が駆動されることから、スイッチングモジュール６の内部配線である（＋）バスバー９、（−）バスバー１０、および、平滑コンデンサ４と接続されるバスバー１３、１４による配線インダクタンスが無視できなくなる。
これら接続配線によるインダクタンスは、スイッチングの際に大きなサージ電圧をスイッチング素子に印加する原因となる。そこで、スイッチング素子の電源に対する配線インダクタンスを低減することが要求される。
このため、通常１０ｋＨｚの高速動作にてインバータ装置のスイッチング素子が駆動されることから、スイッチングモジュール６の内部配線である（＋）バスバー９、（−）バスバー１０、および、平滑コンデンサ４と接続されるバスバー１３、１４による配線インダクタンスが無視できなくなる。
これら接続配線によるインダクタンスは、スイッチングの際に大きなサージ電圧をスイッチング素子に印加する原因となる。そこで、スイッチング素子の電源に対する配線インダクタンスを低減することが要求される。
配線インダクタンスを低減するためには、平滑コンデンサ４とスイッチングモジュール６を近接配置することが必要となる。これにより、接続配線を短縮化することが可能となるため、配線インダクタンスが低減できる。
また、接続配線の往復線路を近接配置することで、相互インダクタンスを生じさせて配線インダクタンスを低減することが可能であり、スイッチングモジュール６の内部配線である（＋）バスバー９、（−）バスバー１０や、平滑コンデンサ４に接続されるバスバー１３、１４は通常、バスバーを積層構造にして近接配置させている。
さらに、平滑コンデンサ４とスイッチングモジュール６を接続するバスバー１３、１４を互いに近接配置させるために、例えばノーメックス（デュポン製）等の絶縁紙を間に挟み、約０．２ｍｍの間隔でバスバー１３、１４を近接配置させると、配線インダクタンスを数１０ｎＨまで低減することが可能となる。
また、接続配線の往復線路を近接配置することで、相互インダクタンスを生じさせて配線インダクタンスを低減することが可能であり、スイッチングモジュール６の内部配線である（＋）バスバー９、（−）バスバー１０や、平滑コンデンサ４に接続されるバスバー１３、１４は通常、バスバーを積層構造にして近接配置させている。
さらに、平滑コンデンサ４とスイッチングモジュール６を接続するバスバー１３、１４を互いに近接配置させるために、例えばノーメックス（デュポン製）等の絶縁紙を間に挟み、約０．２ｍｍの間隔でバスバー１３、１４を近接配置させると、配線インダクタンスを数１０ｎＨまで低減することが可能となる。
また、平滑コンデンサとスイッチングモジュール間を接続する２本のバスバー間に、高誘電部材を挟んで配線インダクタンスを低減する構造が提案されている。上記ノーメックスよりも高い誘電率を有する材料を上記バスバー間に挟んで、コンデンサとしての機能を持たせることにより、スイッチング素子がスイッチングする際のサージ電圧を吸収する効果を高めることができる（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−３１９６６５号公報
ところが、上記の構造により、平滑コンデンサとスイッチングモジュール間を近接配置して配線インダクタンスを低減できたとしても、該モジュール内部における入力端子からスイッチング素子までの配線については、インサート成形によって樹脂と一体成形されるために近接配置できず、配線インダクタンスを低減することができない。
図１５にスイッチングモジュール６の内部構造図を示す。
通常、スイッチングモジュール６のＰ端子１１、Ｎ端子１２から、スイッチング素子５の正極端・負極端までの内部配線は、無酸素銅板を加工したバスバーが用いられ、スイッチング素子の（＋）端子側に接続される（＋）バスバー９と（−）端子側に接続される（−）バスバー１０が積層配置されている。
ここで、両バスバー間の間隔は狭い方がよいが、狭過ぎると、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０とが接触したり、絶縁距離がとれなくなる。
図１５にスイッチングモジュール６の内部構造図を示す。
通常、スイッチングモジュール６のＰ端子１１、Ｎ端子１２から、スイッチング素子５の正極端・負極端までの内部配線は、無酸素銅板を加工したバスバーが用いられ、スイッチング素子の（＋）端子側に接続される（＋）バスバー９と（−）端子側に接続される（−）バスバー１０が積層配置されている。
ここで、両バスバー間の間隔は狭い方がよいが、狭過ぎると、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０とが接触したり、絶縁距離がとれなくなる。
上記のことを考慮して、平滑コンデンサとスイッチングモジュールを接続するバスバー間に挟んだノーメックスと同等のものを（＋）バスバー９と（−）バスバー１０間に挟んでインサート成形を試みたが、インサート成形時に約３２０℃という非常に温度の高い樹脂を注入するため、樹脂が接触してノーメックスが変形してしまい、均一な絶縁効果が得られないという問題があった。
また、ノーメックスなどの絶縁紙のかわりに、ワニスなどの絶縁性樹脂をバスバー周囲に塗布して積層配置し、インサート成形を試みたが、該絶縁性樹脂の耐熱温度近くの樹脂と接触することで、絶縁劣化が生じ、絶縁性能を低下させてしまうという問題があった。
また、ノーメックスなどの絶縁紙のかわりに、ワニスなどの絶縁性樹脂をバスバー周囲に塗布して積層配置し、インサート成形を試みたが、該絶縁性樹脂の耐熱温度近くの樹脂と接触することで、絶縁劣化が生じ、絶縁性能を低下させてしまうという問題があった。
上記のような問題があったため、配線インダクタンスの低減を図る目的で、スイッチング素子の（＋）端子側に接続される（＋）バスバーと（−）端子側に接続される（−）バスバー間を近接配置させた場合でも、インサート成形時に、バスバー周囲に高温の成形樹脂が流れ込まず、両バスバー間の接触や絶縁不良が発生せず、（＋）バスバーと（−）バスバー間に挟んだ絶縁部材が変形したり、絶縁劣化することがない構造が要求されていた。
本発明は上記課題を解決するものであり、半導体モジュールを構成するスイッチング素子の正極端を電源の正極側に接続する正極電源接続端子（（＋）バスバー）と、該スイッチング素子の負極端を電源の負極側に接続する負極電源接続端子（（−）バスバー）と、前記正極電源接続端子と前記負極電源接続端子とを絶縁する絶縁部材とを備えたバスバー構造体をインサート成形用金型に挿入した状態で前記インサート成形用金型に樹脂を注入して樹脂成形したケースと両電源接続端子を一体化した半導体モジュールにおいて、前記正極電源接続端子と前記負極電源接続端子とを、少なくとも互いの主面の一部が略平行に向かい合う対向領域を有するように配置し、該対向領域間に、前記絶縁部材を配置するとともに、前記絶縁部材の長手方向寸法を前記正極および負極電源接続端子の長手方向寸法より短くして、前記絶縁部材の前記長手方向における端部を両電源接続端子の長手方向両端部よりも内側に配置し、両電源接続端子の前記長手方向における端部が互いに離間するように、前記正極または負極電源接続端子のいずれか一方または両方の長手方向両端部に折り曲げ部または段差部を形成したことを特徴とする半導体モジュールである。
さらに、上記絶縁部材が、絶縁紙、絶縁性フィルム、または絶縁性樹脂であることを特徴とする半導体モジュールである。
そして、正極電源接続端子、負極電源接続端子および絶縁部材に、前記インサート成形用金型に対して突出した位置決めピンが挿入可能な位置決め用のガイド穴がそれぞれ設けられていることを特徴とする半導体モジュールである。
また、正極電源接続端子、負極電源接続端子、絶縁部材のうち少なくとも正極電源接続端子と負極電源接続端子とに、位置決め用のガイド穴がそれぞれ設けられるとともに、前記正極電源接続端子、負極電源接続端子のいずれか一方または両方に前記段差部が形成され、前記バスバー構造体は、ピンを有するスペーサをさらに備え、前記スペーサは、前記ピンが前記位置決め用のガイド穴に挿入されるとともに、前記段差部に前記スペーサが嵌合した状態で、前記段差部によって前記正極電源接続端子と前記負極電源接続端子との間に形成された間隙に配置されていることを特徴とする半導体モジュールである。
さらに、上記の正極電源接続端子と負極電源接続端子とが、その対向領域に絶縁部材を挟んだ状態で樹脂ケース外部に引き出されていることを特徴とする半導体モジュールである。
上記構成を用いることで、スイッチングモジュールの内部に配置される（＋）、（−）バスバー間を近接配置することができ、配線インダクタンスが低減されるため、スイッチングする際のサージ電圧を低減することができる。
また、バスバー間に薄い絶縁紙、絶縁性フィルム、絶縁性樹脂を挟んで近接配置することで、（＋）、（−）バスバー間に容量の小さいコンデンサを介在させるのと同様の構成となり、サージ電圧を吸収するスナバコンデンサとしての役割を果たす。
さらに、（＋）、（−）バスバー間を１ｍｍ以下の間隔で近接配置させた場合でも、インサート成形時にバスバー周囲に高温の成形樹脂が流れ込まず、ケース部分、およびバスバー端部のケース当接部分のみに注入されるため、両バスバー間の接触不良や絶縁不良が発生しない。
そして、絶縁部材を配置するための位置決め用のガイド穴が設けられていることから、絶縁部材の位置ずれによる配線間の絶縁性能が低下することがなくなり、安定した品質の半導体モジュールの提供が可能となる。
また、（＋）、（−）バスバー間に挟む絶縁部材の厚みが薄くなることで、スイッチングモジュールの高さ寸法が低減できるため、薄形化された半導体モジュールを提供することができる。
さらに、樹脂ケースにインサート成形される、（＋）、（−）バスバー、および絶縁部材を樹脂ケース外部に引き出すことで、、平滑コンデンサに直接接続することができ、配線インダクタンスを低減した半導体モジュールの提供が可能となる。
また、バスバー間に薄い絶縁紙、絶縁性フィルム、絶縁性樹脂を挟んで近接配置することで、（＋）、（−）バスバー間に容量の小さいコンデンサを介在させるのと同様の構成となり、サージ電圧を吸収するスナバコンデンサとしての役割を果たす。
さらに、（＋）、（−）バスバー間を１ｍｍ以下の間隔で近接配置させた場合でも、インサート成形時にバスバー周囲に高温の成形樹脂が流れ込まず、ケース部分、およびバスバー端部のケース当接部分のみに注入されるため、両バスバー間の接触不良や絶縁不良が発生しない。
そして、絶縁部材を配置するための位置決め用のガイド穴が設けられていることから、絶縁部材の位置ずれによる配線間の絶縁性能が低下することがなくなり、安定した品質の半導体モジュールの提供が可能となる。
また、（＋）、（−）バスバー間に挟む絶縁部材の厚みが薄くなることで、スイッチングモジュールの高さ寸法が低減できるため、薄形化された半導体モジュールを提供することができる。
さらに、樹脂ケースにインサート成形される、（＋）、（−）バスバー、および絶縁部材を樹脂ケース外部に引き出すことで、、平滑コンデンサに直接接続することができ、配線インダクタンスを低減した半導体モジュールの提供が可能となる。
以下、本発明による実施例について、図面を参照して説明する。
［実施例１］（図１〜７、バスバー両端に折り曲げ部または段差部形成、位置決め用ピンまたはスペーサ使用）
本発明を利用した半導体モジュールのバスバー構造の一例として、（＋）バスバーと（−）バスバー間に絶縁紙としてノーメックスを挟んでインサート成形を行った例を図１に示す。
図１（ａ）は、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間に絶縁紙１９を挟み、インサート成形した樹脂ケースを示し、図１（ｂ）、（ｃ）は、インサート成形金型で一体成形する手順を示す。
図１（ａ）において、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間に絶縁紙１９を挟むとともにワイヤボンディング領域を空けた状態で、樹脂ケース１７の中央に積層配置してインサート成形される構造を取っている。また、樹脂ケース１７Ａは、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部を各々、外部接続用のＰ端子１１、Ｎ端子１２として取り出している。
樹脂ケースの製作工程として、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間に絶縁紙１９を挟んだ状態で上型２１ａと下型２１ｂを嵌合し（図１（ｂ））、樹脂を注入して一体成形を行っている（図１（ｃ））。
ここで、（＋）バスバー９、（−）バスバー１０、絶縁紙１９の当接部分が上型２１ａと下型２１ｂで取り囲まれていることから、成形樹脂は、樹脂ケースの注入箇所１７Ａにのみ注入され、（＋）バスバー９、（−）バスバー１０、絶縁紙１９の当接部分に樹脂が接触することはない。従って、（＋）バスバー９、（−）バスバー１０の長手方向両端部が樹脂ケース１７Ａに一体成形された構造をとることとなる。
本発明を利用した半導体モジュールのバスバー構造の一例として、（＋）バスバーと（−）バスバー間に絶縁紙としてノーメックスを挟んでインサート成形を行った例を図１に示す。
図１（ａ）は、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間に絶縁紙１９を挟み、インサート成形した樹脂ケースを示し、図１（ｂ）、（ｃ）は、インサート成形金型で一体成形する手順を示す。
図１（ａ）において、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間に絶縁紙１９を挟むとともにワイヤボンディング領域を空けた状態で、樹脂ケース１７の中央に積層配置してインサート成形される構造を取っている。また、樹脂ケース１７Ａは、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部を各々、外部接続用のＰ端子１１、Ｎ端子１２として取り出している。
樹脂ケースの製作工程として、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間に絶縁紙１９を挟んだ状態で上型２１ａと下型２１ｂを嵌合し（図１（ｂ））、樹脂を注入して一体成形を行っている（図１（ｃ））。
ここで、（＋）バスバー９、（−）バスバー１０、絶縁紙１９の当接部分が上型２１ａと下型２１ｂで取り囲まれていることから、成形樹脂は、樹脂ケースの注入箇所１７Ａにのみ注入され、（＋）バスバー９、（−）バスバー１０、絶縁紙１９の当接部分に樹脂が接触することはない。従って、（＋）バスバー９、（−）バスバー１０の長手方向両端部が樹脂ケース１７Ａに一体成形された構造をとることとなる。
図２は、（＋）バスバー９の下面部、（−）バスバー１０の上面部におけるワイヤボンディングエリアを除いた領域に、橋渡し部を形成するため、樹脂を注入しバスバーと樹脂ケースの一体化をより強化した例である。
図２（ａ）は、樹脂ケースの上面側を示す図であり、図２（ｂ）は下面側を示す図である。樹脂ケースの製作工法として、（＋）バスバー９の下部と（−）バスバー１０の上部に相当する上型２１ａと下型２１ｂの領域に各々、凹部１７ｃ、１７ｄを設けた状態で、上型２１ａと下型２１ｂを嵌合し（図２（ｃ））、樹脂を注入して一体成形を行う（図２（ｄ））。
ここで、図１と同様に、（＋）バスバー９、（−）バスバー１０、絶縁紙１９の当接部分が上型２１ａと下型２１ｂで取り囲まれていることから、成形樹脂は、樹脂ケースの注入箇所１７ａ〜１７ｄにのみ注入され、（＋）バスバー９、（−）バスバー１０、絶縁紙１９の当接部分に樹脂が接触することはない。
図２（ａ）は、樹脂ケースの上面側を示す図であり、図２（ｂ）は下面側を示す図である。樹脂ケースの製作工法として、（＋）バスバー９の下部と（−）バスバー１０の上部に相当する上型２１ａと下型２１ｂの領域に各々、凹部１７ｃ、１７ｄを設けた状態で、上型２１ａと下型２１ｂを嵌合し（図２（ｃ））、樹脂を注入して一体成形を行う（図２（ｄ））。
ここで、図１と同様に、（＋）バスバー９、（−）バスバー１０、絶縁紙１９の当接部分が上型２１ａと下型２１ｂで取り囲まれていることから、成形樹脂は、樹脂ケースの注入箇所１７ａ〜１７ｄにのみ注入され、（＋）バスバー９、（−）バスバー１０、絶縁紙１９の当接部分に樹脂が接触することはない。
次に、インサート樹脂ケース部と半導体スイッチング素子を実装した放熱板を一体成形して半導体モジュールを製作する工程について説明する。
インサート成形された樹脂ケース１７Ａは、予め半導体スイッチング素子５が実装された絶縁基板１５が搭載された放熱基板１６（図３（ａ））と一体化される（図３（ｂ））。
図３（ａ）に示すとおり、半導体スイッチング素子５が実装された絶縁基板１５は、放熱基板１６に実装されて一体化されている。そして、半導体スイッチング素子５が実装された放熱基板１６を、周囲に接着樹脂が塗布された状態で、樹脂ケース１７Ａと接合して一体化される。
インサート成形された樹脂ケース１７Ａは、予め半導体スイッチング素子５が実装された絶縁基板１５が搭載された放熱基板１６（図３（ａ））と一体化される（図３（ｂ））。
図３（ａ）に示すとおり、半導体スイッチング素子５が実装された絶縁基板１５は、放熱基板１６に実装されて一体化されている。そして、半導体スイッチング素子５が実装された放熱基板１６を、周囲に接着樹脂が塗布された状態で、樹脂ケース１７Ａと接合して一体化される。
図４（ａ）は、スイッチングモジュール６の平面図であり、図４（ｂ）はＸ−Ｘ断面図、図４（ｃ）はＹ−Ｙ断面図を示す。図４（ａ）において、電源に接続される（＋）バスバー９と（−）バスバー１０は、絶縁紙１９を挟んだ状態で、スイッチングモジュール６の中央に積層配置され、その左側にＵ、Ｖ、Ｗ相の上アーム、右側にＵ、Ｖ、Ｗ相の下アームの絶縁基板が配置される構造を取っている。そして、絶縁基板１５と（＋）バスバー９、半導体スイッチング素子５と（−）バスバー１０がアルミワイヤ１８にて接続されている。
ここで、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間には、絶縁紙１９として、厚さ０．２ｍｍのノーメックスを使用していることから、従来の成形樹脂を注入して１ｍｍ以上の絶縁距離を確保していた状態に比べて、両バスバー間の絶縁層厚みが１／５以下となり、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０が近接配置でき、配線インダクタンスを大幅に低減できる。
ここで、両バスバーの端部においては、絶縁紙１９を樹脂ケースに内包して成形しないため、絶縁紙１９の長手方向寸法を（＋）バスバー９と（−）バスバー１０よりも短くするとともに、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部に横方向の折れ曲がり部分（非対向部分）を設けて、空間絶縁距離を取ることで両バスバー間の絶縁を確保している。
ここで、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間には、絶縁紙１９として、厚さ０．２ｍｍのノーメックスを使用していることから、従来の成形樹脂を注入して１ｍｍ以上の絶縁距離を確保していた状態に比べて、両バスバー間の絶縁層厚みが１／５以下となり、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０が近接配置でき、配線インダクタンスを大幅に低減できる。
ここで、両バスバーの端部においては、絶縁紙１９を樹脂ケースに内包して成形しないため、絶縁紙１９の長手方向寸法を（＋）バスバー９と（−）バスバー１０よりも短くするとともに、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部に横方向の折れ曲がり部分（非対向部分）を設けて、空間絶縁距離を取ることで両バスバー間の絶縁を確保している。
また、図５に示すとおり、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部の処理方法として、（−）バスバー１０の端部にのみ上下方向の段差部を設け、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部に約１ｍｍの空間絶縁距離を取り、この間にスペーサ２３を挟んで一体成形することで両バスバー間の絶縁を確保することも可能である。
ここで、ノーメックスについて補足説明する。
ノーメックスはアラミド繊維を主成分とした絶縁紙で、厚み０．２ｍｍで耐圧３０ｋＶ以上の性能を有する絶縁紙であり、約２２０℃の耐熱温度を有する。従って、６００〜１２００Ｖ系のインバータ用として、バスバー間の絶縁紙に好適である。
ノーメックスはアラミド繊維を主成分とした絶縁紙で、厚み０．２ｍｍで耐圧３０ｋＶ以上の性能を有する絶縁紙であり、約２２０℃の耐熱温度を有する。従って、６００〜１２００Ｖ系のインバータ用として、バスバー間の絶縁紙に好適である。
図４（ａ）において、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９には、位置決め用のガイド穴２０が２箇所設けられ、このガイド穴をもとに正確に位置決めすることで、両バスバー間を接触させることなく、一定の絶縁距離を保った状態で配置することができる。以下に位置決め方法について説明する。
図６は、図４における（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９の配置を示した図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ方向から見た側面図である。
図６において、樹脂成形用の金型２１には、予め位置決め用のピン２２を設けており、これを（＋）バスバー９、絶縁紙１９、（−）バスバー１０の順に挿入することで位置決めを行っている。この際、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０のガイド穴２０に対して、絶縁紙１９のガイド穴２０を充分小さくしておき、ピン２２に各ガイド穴径に応じた段差を設けておくことで、精度を確保しつつ位置決めすることが可能となる。
図６において、樹脂成形用の金型２１には、予め位置決め用のピン２２を設けており、これを（＋）バスバー９、絶縁紙１９、（−）バスバー１０の順に挿入することで位置決めを行っている。この際、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０のガイド穴２０に対して、絶縁紙１９のガイド穴２０を充分小さくしておき、ピン２２に各ガイド穴径に応じた段差を設けておくことで、精度を確保しつつ位置決めすることが可能となる。
また、他の実施例による、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９の配置を図７（ａ）、（ｂ）に示す。
図７（ａ）はこれらの斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ方向から見た側面図を示す。
図７（ａ）、（ｂ）では、予め樹脂成形しておいたスペーサ２３を位置決め用のピンとして用いており、これを（＋）バスバー９、絶縁紙１９、（−）バスバーの順に挿入することで位置決めを行っている。この際、上記と同様に（＋）バスバー９と（−）バスバー１０のガイド穴２０に対して、絶縁紙のガイド穴２０を充分小さくしておき、スペーサ２３に各ガイド穴径に応じた段差を付けておくことで、精度を確保して位置決めすることが可能となる。
図７（ａ）はこれらの斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ方向から見た側面図を示す。
図７（ａ）、（ｂ）では、予め樹脂成形しておいたスペーサ２３を位置決め用のピンとして用いており、これを（＋）バスバー９、絶縁紙１９、（−）バスバーの順に挿入することで位置決めを行っている。この際、上記と同様に（＋）バスバー９と（−）バスバー１０のガイド穴２０に対して、絶縁紙のガイド穴２０を充分小さくしておき、スペーサ２３に各ガイド穴径に応じた段差を付けておくことで、精度を確保して位置決めすることが可能となる。
上記の位置決め方法について、図６の例では、樹脂成形後に金型のピンを抜くため、両バスバー間に挟んだ絶縁紙の固定が充分であるかを考慮しておく必要がある。
それに対し、図７の例では、別部品としてスペーサ２３が必要となるが、両バスバー間に挟まれた絶縁紙がスペーサによって位置固定されているため、より信頼性の高い固定が可能となる。
それに対し、図７の例では、別部品としてスペーサ２３が必要となるが、両バスバー間に挟まれた絶縁紙がスペーサによって位置固定されているため、より信頼性の高い固定が可能となる。
［実施例２］（図８、９、バスバー両端に段差部、位置決め用スペーサ使用）
図８（ａ）、（ｂ）は、絶縁紙を間に挟んだ（＋）バスバーと（−）バスバーについて、両バスバーの端部にスペーサを嵌合することで、両バスバーと絶縁紙の位置決め固定とインサート一体成形を両立して実施した例を示すものである。
図８（ａ）は、図５における（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９の配置を示した斜視図であり、図８（ｂ）は、樹脂成形後に図８（ａ）のＡ方向から見た側面図である。
図８（ａ）の（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９には、位置決め用のガイド穴２０が設けられ、（−）バスバー１０に段差が設けられている。そして、予め樹脂成形しておいたスペーサ２３を（−）バスバー１０と絶縁紙１９の間に挿入して位置決めしている。この際、（＋）バスバー９と絶縁紙１９に設けられたガイド穴径は略同一とすることで両者の間の位置ずれを小さく設定することができる。
ここで、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部においては、段差構造を有して、スペーサを挟んでいるため、両バスバー間距離が従来と同様に１ｍｍまで離れるが、その他のスイッチング素子に近い箇所では、０．２ｍｍの絶縁紙を挟んで近接配置がなされているために、インダクタンス低減の効果を充分に得ることができる。
さらに、（−）バスバーに設けた段差箇所を、Ｐ、Ｎ端子の取り出し部付近のバスバー曲げ構造として利用することで、バスバー寸法を特に長く設定する必要なく対処できる。
また、これら両バスバーを樹脂ケースと一体成形する際には、図８（ｂ）に示すように、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、およびスペーサ２３の一部が樹脂ケースと一体化されることになり、絶縁紙１９が高温状態で金型に注入される樹脂と接触することがないため、絶縁紙１９に変形や絶縁耐圧の低下という不具合を発生させることがない。
図８（ａ）、（ｂ）は、絶縁紙を間に挟んだ（＋）バスバーと（−）バスバーについて、両バスバーの端部にスペーサを嵌合することで、両バスバーと絶縁紙の位置決め固定とインサート一体成形を両立して実施した例を示すものである。
図８（ａ）は、図５における（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９の配置を示した斜視図であり、図８（ｂ）は、樹脂成形後に図８（ａ）のＡ方向から見た側面図である。
図８（ａ）の（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９には、位置決め用のガイド穴２０が設けられ、（−）バスバー１０に段差が設けられている。そして、予め樹脂成形しておいたスペーサ２３を（−）バスバー１０と絶縁紙１９の間に挿入して位置決めしている。この際、（＋）バスバー９と絶縁紙１９に設けられたガイド穴径は略同一とすることで両者の間の位置ずれを小さく設定することができる。
ここで、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部においては、段差構造を有して、スペーサを挟んでいるため、両バスバー間距離が従来と同様に１ｍｍまで離れるが、その他のスイッチング素子に近い箇所では、０．２ｍｍの絶縁紙を挟んで近接配置がなされているために、インダクタンス低減の効果を充分に得ることができる。
さらに、（−）バスバーに設けた段差箇所を、Ｐ、Ｎ端子の取り出し部付近のバスバー曲げ構造として利用することで、バスバー寸法を特に長く設定する必要なく対処できる。
また、これら両バスバーを樹脂ケースと一体成形する際には、図８（ｂ）に示すように、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、およびスペーサ２３の一部が樹脂ケースと一体化されることになり、絶縁紙１９が高温状態で金型に注入される樹脂と接触することがないため、絶縁紙１９に変形や絶縁耐圧の低下という不具合を発生させることがない。
また、図９は他の実施例であり、図９（ａ）はその斜視図、図９（ｂ）は樹脂成形後に図９（ａ）のＡ方向から見た側面図を示す。
図９では、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９に位置決め用のガイド穴２０が設けられ、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０は段差状に形成されている。
そして、予め成形しておいたスペーサ２３ａ、２３ｂを絶縁紙１９の位置決めガイド穴を使って挟み込み、コの字状に組み合わせて、さらに上下方向から、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の位置決め穴に挿入して位置決めしている。
図８の場合と同様、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部では、段差を有して、スペーサを挟んでいるため、両バスバー間距離が従来と同様に約１ｍｍまで離れるが、その他のスイッチング素子に近い箇所では、０．２ｍｍの絶縁紙を挟んで近接配置がなされているため、インダクタンス低減の効果を充分に得ることができる。
さらに、両バスバーに設けた段差箇所を、Ｐ、Ｎ端子の取り出し部付近のバスバー曲げ構造として利用することで、バスバー寸法を特に長く設定する必要なく対処できる。
また、これら両バスバーを樹脂ケースと一体成形する際には、図９（ｂ）に示すように、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、およびスペーサ２３の一部が樹脂ケースと一体化されることになり、絶縁紙１９が高温状態で金型に注入される樹脂と接触することがないため、絶縁紙１９に、変形や絶縁耐圧の低下という不具合を発生させることがない。
また、図８の場合と比べると、スペーサ２３を２つの部品に分けているため、構成部品は多くなるが、スペーサ２３ａ、２３ｂと両バスバーの界面を通じて流れ込む可能性がある樹脂に対しても、絶縁紙１９は接触することがなく、より信頼性の高いインサート樹脂ケースを製作することができる。
図９では、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９に位置決め用のガイド穴２０が設けられ、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０は段差状に形成されている。
そして、予め成形しておいたスペーサ２３ａ、２３ｂを絶縁紙１９の位置決めガイド穴を使って挟み込み、コの字状に組み合わせて、さらに上下方向から、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の位置決め穴に挿入して位置決めしている。
図８の場合と同様、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部では、段差を有して、スペーサを挟んでいるため、両バスバー間距離が従来と同様に約１ｍｍまで離れるが、その他のスイッチング素子に近い箇所では、０．２ｍｍの絶縁紙を挟んで近接配置がなされているため、インダクタンス低減の効果を充分に得ることができる。
さらに、両バスバーに設けた段差箇所を、Ｐ、Ｎ端子の取り出し部付近のバスバー曲げ構造として利用することで、バスバー寸法を特に長く設定する必要なく対処できる。
また、これら両バスバーを樹脂ケースと一体成形する際には、図９（ｂ）に示すように、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、およびスペーサ２３の一部が樹脂ケースと一体化されることになり、絶縁紙１９が高温状態で金型に注入される樹脂と接触することがないため、絶縁紙１９に、変形や絶縁耐圧の低下という不具合を発生させることがない。
また、図８の場合と比べると、スペーサ２３を２つの部品に分けているため、構成部品は多くなるが、スペーサ２３ａ、２３ｂと両バスバーの界面を通じて流れ込む可能性がある樹脂に対しても、絶縁紙１９は接触することがなく、より信頼性の高いインサート樹脂ケースを製作することができる。
［実施例３］（図１０、１１、バスバー両端に段差部、位置決め用スペーサ使用、樹脂ケース外部にＬ字状バスバー取り出し）
図１０は、本発明の他の実施例による半導体モジュールのバスバー構造である。
図１０（ａ）は、スイッチングモジュール６の平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
図１０（ａ）において、電源に接続されるＬ字状の（＋）バスバー９と（−）バスバー１０は、絶縁紙１９を挟んだ状態で、スイッチングモジュール６の左端に積層配置され、中央にＵ、Ｖ、Ｗ各相の絶縁基板が配置される。
樹脂ケース１７Ａは、（＋）バスバー９および（−）バスバー１０が、ワイヤボンディング領域を露出した状態で、インサート成形されて一体化されており、（＋）バスバー９および（−）バスバー１０の端部を、外部接続用のＰ端子１１、Ｎ端子１２として取り出している。
また、絶縁基板１５は、半導体スイッチング素子５を搭載した状態で放熱基板１６に半田付けで実装される。そして、絶縁基板１５と（＋）バスバー９、または半導体スイッチング素子５と（＋）バスバー９がアルミワイヤ１８にて接続されている。
（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間には、絶縁紙１９として、厚さ０．２ｍｍのノーメックスを使用しているため、従来の成形樹脂を注入して１ｍｍ以上の絶縁距離を確保していた状態に比べて、両バスバー間の絶縁層厚さが１／５以下となり、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０が近接配置できることから、配線インダクタンスを大幅に低減できる。
ただし、両バスバーの端部においては、絶縁紙１９を樹脂ケースに内包して成形しないために、絶縁紙１９の長手方向寸法を（＋）バスバー９と（−）バスバー１０よりも短くするとともに、（−）バスバー１０の両端部に段差部を設けて、約１ｍｍの絶縁距離を取ることで両バスバー間の絶縁性を確保している。
図１０は、本発明の他の実施例による半導体モジュールのバスバー構造である。
図１０（ａ）は、スイッチングモジュール６の平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
図１０（ａ）において、電源に接続されるＬ字状の（＋）バスバー９と（−）バスバー１０は、絶縁紙１９を挟んだ状態で、スイッチングモジュール６の左端に積層配置され、中央にＵ、Ｖ、Ｗ各相の絶縁基板が配置される。
樹脂ケース１７Ａは、（＋）バスバー９および（−）バスバー１０が、ワイヤボンディング領域を露出した状態で、インサート成形されて一体化されており、（＋）バスバー９および（−）バスバー１０の端部を、外部接続用のＰ端子１１、Ｎ端子１２として取り出している。
また、絶縁基板１５は、半導体スイッチング素子５を搭載した状態で放熱基板１６に半田付けで実装される。そして、絶縁基板１５と（＋）バスバー９、または半導体スイッチング素子５と（＋）バスバー９がアルミワイヤ１８にて接続されている。
（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間には、絶縁紙１９として、厚さ０．２ｍｍのノーメックスを使用しているため、従来の成形樹脂を注入して１ｍｍ以上の絶縁距離を確保していた状態に比べて、両バスバー間の絶縁層厚さが１／５以下となり、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０が近接配置できることから、配線インダクタンスを大幅に低減できる。
ただし、両バスバーの端部においては、絶縁紙１９を樹脂ケースに内包して成形しないために、絶縁紙１９の長手方向寸法を（＋）バスバー９と（−）バスバー１０よりも短くするとともに、（−）バスバー１０の両端部に段差部を設けて、約１ｍｍの絶縁距離を取ることで両バスバー間の絶縁性を確保している。
次に、位置決め方法について説明する。
図１１は、図１０における（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９の配置を示した図であり、図１１（ａ）は斜視図、図１１（ｂ）は樹脂成形後に図１１（ａ）のＡ方向から見た側面図、図１１（ｃ）はＢ方向から見た側面図である。
図１１において、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９には位置決め用のガイド穴２０が設けられているとともに、（−）バスバー１０に段差部が設けられている。そして、予め樹脂成形しておいたスペーサ２３を（−）バスバー１０と絶縁紙１９の間に挿入して位置決めしている。この際、（＋）バスバーと絶縁紙１９に設けられた位置決め用のガイド穴の径を略同一とすることで両者の間の位置ずれを小さく設定することができる。
ここで、図１１の（−）バスバー１０の端部においては、段差構造を有してスペーサを挟んでいるため、両バスバー間距離が従来と同様に１ｍｍまで離れるが、その他のスイッチング素子に近い箇所では、０．２ｍｍの絶縁紙を挟んで近接配置がなされているために、インダクタンス低減の効果を充分に得ることができる。
上記の両バスバーを樹脂ケースと一体成形する際には、図１１（ｂ）に示すように、（＋）バスバー９とスペーサ２３の一部、および（−）バスバー１０の上面領域（ただし、ワイヤボンディング領域を除く）が樹脂ケースと一体化されることになり、絶縁紙１９が高温状態で金型に注入される樹脂と接触することがないため、絶縁紙１９に変形や絶縁耐圧の低下という不具合を発生させることがない。
また、図１１（ｃ）では、樹脂が１７ｅの領域に注入され、（−）バスバー１０、スペーサ２３と接触して一体成形されているが、この時、スペーサ２３が樹脂と絶縁紙１９の接触を防止しているため、樹脂ケース１７Ａの領域が絶縁紙に直接接触していない。
また、別の実施例として、図９で用いたスペーサ２３ａ、２３ｂを絶縁紙１９の位置決めガイド穴を使って挟み込み、コの状に組み合わせた後に、（＋）バスバー９および（−）バスバー１０を上下から嵌合する方法も使用することができる。
図１１は、図１０における（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９の配置を示した図であり、図１１（ａ）は斜視図、図１１（ｂ）は樹脂成形後に図１１（ａ）のＡ方向から見た側面図、図１１（ｃ）はＢ方向から見た側面図である。
図１１において、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁紙１９には位置決め用のガイド穴２０が設けられているとともに、（−）バスバー１０に段差部が設けられている。そして、予め樹脂成形しておいたスペーサ２３を（−）バスバー１０と絶縁紙１９の間に挿入して位置決めしている。この際、（＋）バスバーと絶縁紙１９に設けられた位置決め用のガイド穴の径を略同一とすることで両者の間の位置ずれを小さく設定することができる。
ここで、図１１の（−）バスバー１０の端部においては、段差構造を有してスペーサを挟んでいるため、両バスバー間距離が従来と同様に１ｍｍまで離れるが、その他のスイッチング素子に近い箇所では、０．２ｍｍの絶縁紙を挟んで近接配置がなされているために、インダクタンス低減の効果を充分に得ることができる。
上記の両バスバーを樹脂ケースと一体成形する際には、図１１（ｂ）に示すように、（＋）バスバー９とスペーサ２３の一部、および（−）バスバー１０の上面領域（ただし、ワイヤボンディング領域を除く）が樹脂ケースと一体化されることになり、絶縁紙１９が高温状態で金型に注入される樹脂と接触することがないため、絶縁紙１９に変形や絶縁耐圧の低下という不具合を発生させることがない。
また、図１１（ｃ）では、樹脂が１７ｅの領域に注入され、（−）バスバー１０、スペーサ２３と接触して一体成形されているが、この時、スペーサ２３が樹脂と絶縁紙１９の接触を防止しているため、樹脂ケース１７Ａの領域が絶縁紙に直接接触していない。
また、別の実施例として、図９で用いたスペーサ２３ａ、２３ｂを絶縁紙１９の位置決めガイド穴を使って挟み込み、コの状に組み合わせた後に、（＋）バスバー９および（−）バスバー１０を上下から嵌合する方法も使用することができる。
［実施例４］（図１２、バスバー両端に段差部、位置決め用スペーサおよび絶縁性樹脂使用）
図１２は、本発明の他の実施例による半導体モジュールのバスバー構造である。
図１２（ａ）は、図１における（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁性樹脂２４の配置を示した斜視図であり、図１２（ｂ）は、樹脂成形後に図１２（ａ）のＡ方向から見た側面図である。図１２（ａ）において、絶縁性樹脂２４はワニスであり、（＋）バスバー９のワイヤボンディング領域を除くエリアに予め塗布されている。
このように、絶縁性樹脂が（＋）バスバー、または（−）バスバーに予め塗布されている場合は、絶縁性樹脂と両バスバー間の位置決め用のガイド穴を設ける必要はなく、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０間の位置決め用のガイド穴を設けるだけでよい。従って、図１２に示すように、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０には位置決め用のガイド穴２０が設けられているとともに、（−）バスバー１０にのみ段差部が設けられている。
そして、予め樹脂成形しておいたスペーサ２３を絶縁性樹脂２４の塗布領域と交差させて、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間に配置し、嵌合して一体成形を行う。ここで、図１２（ｂ）に示すように、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、およびスペーサ２３の一部が樹脂ケースと一体化されることになり、絶縁性樹脂２４が高温状態で金型に注入される樹脂と接触することがないため、絶縁性樹脂２４に軟化や絶縁耐圧の低下という不具合を発生させることがない。
図１２は、本発明の他の実施例による半導体モジュールのバスバー構造である。
図１２（ａ）は、図１における（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、および絶縁性樹脂２４の配置を示した斜視図であり、図１２（ｂ）は、樹脂成形後に図１２（ａ）のＡ方向から見た側面図である。図１２（ａ）において、絶縁性樹脂２４はワニスであり、（＋）バスバー９のワイヤボンディング領域を除くエリアに予め塗布されている。
このように、絶縁性樹脂が（＋）バスバー、または（−）バスバーに予め塗布されている場合は、絶縁性樹脂と両バスバー間の位置決め用のガイド穴を設ける必要はなく、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０間の位置決め用のガイド穴を設けるだけでよい。従って、図１２に示すように、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０には位置決め用のガイド穴２０が設けられているとともに、（−）バスバー１０にのみ段差部が設けられている。
そして、予め樹脂成形しておいたスペーサ２３を絶縁性樹脂２４の塗布領域と交差させて、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間に配置し、嵌合して一体成形を行う。ここで、図１２（ｂ）に示すように、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０、およびスペーサ２３の一部が樹脂ケースと一体化されることになり、絶縁性樹脂２４が高温状態で金型に注入される樹脂と接触することがないため、絶縁性樹脂２４に軟化や絶縁耐圧の低下という不具合を発生させることがない。
［実施例５］（図１３、樹脂ケース外部にＬ字状バスバー取り出し、位置決め用スペーサ使用）
図１３は、本発明の他の実施例による半導体モジュールのバスバー構造である。
図１３（ａ）は、スイッチングモジュール６から（＋）バスバー９、（−）バスバー１０を取り出し、平滑コンデンサ４に直接接続した構造を示す平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
図１３（ａ）において、スイッチングモジュール６の（＋）バスバー９と（−）バスバー１０がともにＬ字形状であり、その対向領域に絶縁紙１９を挟んだ状態で樹脂ケース外部に取り出されている。そして、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部である、Ｐ端子１１、Ｎ端子１２が平滑コンデンサ４と直接ネジ止め接続されている。
このような構造を取ることで、スイッチング素子の正極、負極に各々、接続される（＋）バスバー９、（−）バスバー１０が、約０．２ｍｍ厚の絶縁紙を介して配置されることで低インダクタンス化が可能であり、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０を平滑コンデンサ４に接続する際の接続バスバー１３、１４を不要とすることができ、バスバー接続時のネジ止め箇所を含めてインダクタンスを大幅に低減することができる。
図１３は、本発明の他の実施例による半導体モジュールのバスバー構造である。
図１３（ａ）は、スイッチングモジュール６から（＋）バスバー９、（−）バスバー１０を取り出し、平滑コンデンサ４に直接接続した構造を示す平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
図１３（ａ）において、スイッチングモジュール６の（＋）バスバー９と（−）バスバー１０がともにＬ字形状であり、その対向領域に絶縁紙１９を挟んだ状態で樹脂ケース外部に取り出されている。そして、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の端部である、Ｐ端子１１、Ｎ端子１２が平滑コンデンサ４と直接ネジ止め接続されている。
このような構造を取ることで、スイッチング素子の正極、負極に各々、接続される（＋）バスバー９、（−）バスバー１０が、約０．２ｍｍ厚の絶縁紙を介して配置されることで低インダクタンス化が可能であり、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０を平滑コンデンサ４に接続する際の接続バスバー１３、１４を不要とすることができ、バスバー接続時のネジ止め箇所を含めてインダクタンスを大幅に低減することができる。
上記の実施例１〜５においては、バスバー間に挟む絶縁部材として、絶縁紙を使用するか、もしくは絶縁性樹脂を塗布する例について記載した。ここで、絶縁紙に変えて、フィルムコンデンサなどで使用される絶縁フィルムを使用することもできる。絶縁フィルムで使用が可能な例として、例えば、ポリプロピレン（以下、ＰＰ）、ポリフェニレンスルフィド（以下、ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴ）等を利用できる。例えば、ＰＰＳは、厚さ０．２ｍｍで耐圧１０００Ｖ程度を有する絶縁フィルムであり、絶縁性能も非常に高い。
ただし、上記のフィルムは鋭利な刃物で簡単に破断してしまうために、複数枚を重ねて、バスバー間に挟む等の工夫をして使用することが望ましい。
ただし、上記のフィルムは鋭利な刃物で簡単に破断してしまうために、複数枚を重ねて、バスバー間に挟む等の工夫をして使用することが望ましい。
《数値による効果確認》
ここで、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間にある絶縁層の厚さをｄ、被誘電率をεｒとし、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の対向面積をＳとすると、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の対向面によって形成される静電容量Ｃは、次式で表される。
ここで、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間にある絶縁層の厚さをｄ、被誘電率をεｒとし、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の対向面積をＳとすると、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の対向面によって形成される静電容量Ｃは、次式で表される。
ここで、対向面積Ｓを固定とし、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の間に厚さｄ１、比誘電率εｒ１の絶縁部材を挿入した場合の静電容量Ｃ１と、厚さｄ２、被誘電率εｒ２の絶縁部材を挿入した場合の静電容量Ｃ２を式１に代入して、Ｃ１／Ｃ２を算出すると、次式のようになる。
よって、厚さｄ１＝０．２ｍｍ、比誘電率εｒ１＝２．６のノーメックスを使用した場合の静電容量Ｃ１と、従来のインサート成形による樹脂層で厚さｄ２＝１ｍｍ、比誘電率εｒ２＝５．７のフォートロン６１６５Ａ４（ポリプラスティックス製ＰＰＳ系樹脂）を使用した場合の静電容量Ｃ２との比は、Ｃ１／Ｃ２≒２．３倍となり、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０間の静電容量を大きく増加することができ、サージ電圧を吸収するスナバコンデンサとしての役割を発揮することができる。
また、ノーメックスの代わりに、より誘電率の高い絶縁フィルムを利用して、コンデンサとしての効果を高めることもできる。
例えば、厚さ１５μｍで耐圧１０００Ｖ程度を有する比誘電率εｒ１＝２．２のＰＰＳフィルムを２枚重ねて（厚さｄ１＝０．０３ｍｍ）（＋）バスバー９と（−）バスバー１０間に当接させたときの静電容量Ｃ１と、従来のインサート成形による樹脂層で厚さｄ２＝１ｍｍ、比誘電率εｒ２＝５．７のフォートロン６１６５Ａ４（ポリプラスティックス製ＰＰＳ系樹脂）を使用したときの静電容量Ｃ２との比は、Ｃ１／Ｃ２≒１２．９倍となり、サージ電圧を吸収するスナバコンデンサとしての役割をもたせることができる。
さらに、図１２（ａ）に示す絶縁性樹脂として比誘電率εｒ１＝３．８のポリエステル系ワニスを使用し、塗布厚さｄ１＝０．３ｍｍとした場合の静電容量Ｃ１と従来のインサート成形による樹脂層の静電容量Ｃ２との比は、Ｃ１／Ｃ２≒２．２倍とすることができる。
なお、ワニスはノーメックスと比較して耐傷性が低いが、ノーメックスより厚く塗布することで、同等の効果が得られる。
また、ノーメックスの代わりに、より誘電率の高い絶縁フィルムを利用して、コンデンサとしての効果を高めることもできる。
例えば、厚さ１５μｍで耐圧１０００Ｖ程度を有する比誘電率εｒ１＝２．２のＰＰＳフィルムを２枚重ねて（厚さｄ１＝０．０３ｍｍ）（＋）バスバー９と（−）バスバー１０間に当接させたときの静電容量Ｃ１と、従来のインサート成形による樹脂層で厚さｄ２＝１ｍｍ、比誘電率εｒ２＝５．７のフォートロン６１６５Ａ４（ポリプラスティックス製ＰＰＳ系樹脂）を使用したときの静電容量Ｃ２との比は、Ｃ１／Ｃ２≒１２．９倍となり、サージ電圧を吸収するスナバコンデンサとしての役割をもたせることができる。
さらに、図１２（ａ）に示す絶縁性樹脂として比誘電率εｒ１＝３．８のポリエステル系ワニスを使用し、塗布厚さｄ１＝０．３ｍｍとした場合の静電容量Ｃ１と従来のインサート成形による樹脂層の静電容量Ｃ２との比は、Ｃ１／Ｃ２≒２．２倍とすることができる。
なお、ワニスはノーメックスと比較して耐傷性が低いが、ノーメックスより厚く塗布することで、同等の効果が得られる。
さらに、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０を近接配置することによるインダクタンス低減効果について試算を行う。
（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の対向幅をｈ、対向長さをｌとし、両バスバー間の距離（絶縁層の厚さ）をｓとすると、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の平行銅板の配線インダクタンスＬは、次式で示される。
（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の対向幅をｈ、対向長さをｌとし、両バスバー間の距離（絶縁層の厚さ）をｓとすると、（＋）バスバー９と（−）バスバー１０の平行銅板の配線インダクタンスＬは、次式で示される。
図４において、幅ｈ＝１０ｍｍ、長さｌ＝１５０ｍｍの対向面積をもつ（＋）バスバー９と（−）バスバー１０について、両バスバー間に厚さｓ１＝０．２ｍｍのノーメックスを挟んだ場合の配線インダクタンスＬ１と、従来のインサート成形による樹脂層厚さｓ２＝１ｍｍとした配線インダクタンスＬ２を数３を用いて算出する。
相関係数Ｋｓｈを決定するパラメータｓ／ｈを算出すると、ノーメックスを用いた場合は、ｓ１／ｈ＝０．０２、従来のインサート成形による樹脂層厚さを用いた場合は、ｓ２／ｈ＝０．１となる。
例えば、相関係数について、ＫＮＯＥＰＦＥＬ著「ＰＵＬＳＥＤ ＨＩＧＨ ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＦＩＥＬＤＳ：ＮＯＲＴＨ ＨＯＬＬＡＮＤ ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ ＣＯＭＰＡＮＹ」、Ｐ．３２３記載の相関係数算出図を用いると、ｓ／ｈ≦０．１の領域では、相関係数Ｋｓｈ≒０．９とおくことができる。よって、これを数３に代入し、ノーメックスを挟んだ場合と、従来のインサート成形による樹脂層厚みとした場合について、それぞれ配線インダクタンスを算出すると、Ｌ１＝３．４（ｎＨ）、Ｌ２＝１７（ｎＨ）となり、インダクタンスの低減効果ΔＬ＝１３．６（ｎＨ）を得ることが出来る。
このインダクタンス低減効果ΔＬ＝１３．６（ｎＨ）によるサージ電圧削減効果ΔＶは次式で計算される。
相関係数Ｋｓｈを決定するパラメータｓ／ｈを算出すると、ノーメックスを用いた場合は、ｓ１／ｈ＝０．０２、従来のインサート成形による樹脂層厚さを用いた場合は、ｓ２／ｈ＝０．１となる。
例えば、相関係数について、ＫＮＯＥＰＦＥＬ著「ＰＵＬＳＥＤ ＨＩＧＨ ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＦＩＥＬＤＳ：ＮＯＲＴＨ ＨＯＬＬＡＮＤ ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ ＣＯＭＰＡＮＹ」、Ｐ．３２３記載の相関係数算出図を用いると、ｓ／ｈ≦０．１の領域では、相関係数Ｋｓｈ≒０．９とおくことができる。よって、これを数３に代入し、ノーメックスを挟んだ場合と、従来のインサート成形による樹脂層厚みとした場合について、それぞれ配線インダクタンスを算出すると、Ｌ１＝３．４（ｎＨ）、Ｌ２＝１７（ｎＨ）となり、インダクタンスの低減効果ΔＬ＝１３．６（ｎＨ）を得ることが出来る。
このインダクタンス低減効果ΔＬ＝１３．６（ｎＨ）によるサージ電圧削減効果ΔＶは次式で計算される。
ここで、インバータ回路のＩＧＢＴにおける、コレクタ電流ＩＣ＝３００Ａ時でのスイッチング素子のターンオフ時の電流変化率ｄI／ｄｔ＝−６（Ａ／ｎｓ）とし、数４にΔＬ＝１３．６（ｎＨ）とともに代入すると、ΔＶ≒８２（Ｖ）のサージ電圧低減効果を見出すことができる。
なお、上記実施例における半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ、ＦＥＴ、ＧａＮ等の素子を用いることができる。
１ バッテリ
２ インバータ装置
３ 交流モータ
４ 平滑コンデンサ
５ スイッチング素子
６ スイッチングモジュール
７ ドライバ回路ユニット
８ａ、８ｂ 制御信号
９ 正極電源接続端子（（＋）バスバー）
１０ 負極電源接続端子（（−）バスバー）
１１ Ｐ端子
１２ Ｎ端子
１３ バスバー
１４ バスバー
１５ 絶縁基板
１６ 放熱基板
１７Ａ 樹脂ケース
１７Ｂ 橋渡し部（上面）
１７Ｃ 橋渡し部（下面）
１７ａ 樹脂注入箇所（金型上面）
１７ｂ 樹脂注入箇所（金型下面）
１７ｃ 樹脂注入箇所（金型上面、橋渡し部）
１７ｄ 樹脂注入箇所（金型下面、橋渡し部）
１７ｅ 樹脂注入箇所（金型上面、橋渡し部端部）
１８ アルミワイヤ
１９ 絶縁紙
２０ 位置決め用ガイド穴
２１ インサート成形金型
２２ 位置決め用ピン
２３ 位置決め用スペーサ
２４ 絶縁性樹脂
２５ ボルト
２ インバータ装置
３ 交流モータ
４ 平滑コンデンサ
５ スイッチング素子
６ スイッチングモジュール
７ ドライバ回路ユニット
８ａ、８ｂ 制御信号
９ 正極電源接続端子（（＋）バスバー）
１０ 負極電源接続端子（（−）バスバー）
１１ Ｐ端子
１２ Ｎ端子
１３ バスバー
１４ バスバー
１５ 絶縁基板
１６ 放熱基板
１７Ａ 樹脂ケース
１７Ｂ 橋渡し部（上面）
１７Ｃ 橋渡し部（下面）
１７ａ 樹脂注入箇所（金型上面）
１７ｂ 樹脂注入箇所（金型下面）
１７ｃ 樹脂注入箇所（金型上面、橋渡し部）
１７ｄ 樹脂注入箇所（金型下面、橋渡し部）
１７ｅ 樹脂注入箇所（金型上面、橋渡し部端部）
１８ アルミワイヤ
１９ 絶縁紙
２０ 位置決め用ガイド穴
２１ インサート成形金型
２２ 位置決め用ピン
２３ 位置決め用スペーサ
２４ 絶縁性樹脂
２５ ボルト
Claims (5)
- 半導体モジュールを構成するスイッチング素子の正極端を電源の正極側に接続する正極電源接続端子と、該スイッチング素子の負極端を電源の負極側に接続する負極電源接続端子と、前記正極電源接続端子と前記負極電源接続端子とを絶縁する絶縁部材とを備えたバスバー構造体をインサート成形用金型に挿入した状態で前記インサート成形用金型に樹脂を注入して樹脂成形したケースと両電源接続端子を一体化した半導体モジュールにおいて、
前記正極電源接続端子と前記負極電源接続端子とを、少なくとも互いの主面の一部が略平行に向かい合う対向領域を有するように配置し、
該対向領域間に、前記絶縁部材を配置するとともに、
前記絶縁部材の長手方向寸法を前記正極および負極電源接続端子の長手方向寸法より短くして、前記絶縁部材の前記長手方向における端部を両電源接続端子の長手方向両端部よりも内側に配置し、
両電源接続端子の前記長手方向における端部が互いに離間するように、前記正極または負極電源接続端子のいずれか一方または両方の長手方向両端部に折り曲げ部または段差部を形成したことを特徴とする半導体モジュール。 - 請求項１記載の絶縁部材が絶縁紙、絶縁性フィルム、または絶縁性樹脂であることを特徴とする半導体モジュール。
- 請求項１記載の正極電源接続端子、負極電源接続端子および絶縁部材に、前記インサート成形用金型に対して突出した位置決めピンが挿入可能な位置決め用のガイド穴がそれぞれ設けられていることを特徴とする半導体モジュール。
- 請求項１記載の正極電源接続端子、負極電源接続端子、絶縁部材のうち少なくとも正極電源接続端子と負極電源接続端子とに、位置決め用のガイド穴がそれぞれ設けられるとともに、前記正極電源接続端子、負極電源接続端子のいずれか一方または両方に前記段差部が形成され、
前記バスバー構造体は、ピンを有するスペーサをさらに備え、
前記スペーサは、前記ピンが前記位置決め用のガイド穴に挿入されるとともに、前記段差部に前記スペーサが嵌合した状態で、前記段差部によって前記正極電源接続端子と前記負極電源接続端子との間に形成された間隙に配置されていることを特徴とする半導体モジュール。 - 請求項１記載の正極電源接続端子と負極電源接続端子とが、その対向領域に前記絶縁部材を挟んだ状態で前記樹脂成形したケースの外部に引き出されていることを特徴とする半導体モジュール。
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