JP5100535B2 - 電力半導体モジュールおよびこれを備えた半導体電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力半導体モジュール、およびこれを備えた半導体電力変換装置に関する。

一般に、電気自動車、ハイブリッド自動車は、直流を交流に変換してモータに供給する電力用半導体装置として、インバータ装置を備えている。例えば、３相のインバータ装置の場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３つの電力半導体モジュールを有している。このような車載用の半導体電力変換装置は、小型化、低コスト化、冷却効率の向上が必須であり、この目的を達成するためには、半導体電力変換装置の主要部品である電力半導体モジュールの小型化、抵コスト化、冷却効率の向上が重要となる。

例えば、特許文献１に開示された半導体電力変換装置によれば、電力半導体モジュールは、それぞれ導電性金属で形成された第１導体、第２導体、第３導体と、これらの導体に接合された接合面を有する冷却器と、を備えている。第１導体には、１相の上アームを構成する半導体素子であるＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)及びダイオードの正極側が接合されている。第２導体には、１相の下アームを構成するＩＧＢＴ及びダイオードの負極側が接合されている。そして、第３導体は、第１導体と第２導体の間に配設され、上アームを構成するＩＧＢＴ及びダイオードの負極側、および下アームを構成するＩＧＢＴ及びダイオードの正極側に接合されている。第１導体および第２導体は、正極電極および負極電極として機能し、第３導体は、交流出力電極として機能する。

そして、第１ないし第３導体は、半導体素子との接合面が、冷却器と導体との間の接合面と非平行になるように、冷却器に配置されている。このような構成により、冷却効率および製造性を高めた電力半導体モジュールおよび半導体電力変換装置が提供される。
特開２００７−６８３０２号公報

上記のように構成された３相の半導体電力変換装置は、各相に１つ、合計３つの電力半導体モジュールを有している。このような半導体電力変換装置を、例えば、モータおよび電動機のような２モータ方式のハイブリッドシステムに用いた場合、一方のモータ用に設けられた３つの電力半導体モジュールと、他方のモータ用に設けられた３つの半導体モジュールとで、合計６つの電力半導体モジュールが必要となる。そのため、電力半導体モジュールの設置面積が大きく、装置全体の小型化を図る上で障害となる。また、半導体電力変換装置全体としての熱抵抗が大きく、冷却性の向上を図ることが望まれる。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、一層の小型化、冷却効率の向上が可能な電力半導体モジュール、および半導体電力変換装置を提供することにある。

本発明の態様に係る電力半導体モジュールは、第１系統の回路におけるアームをそれぞれ構成する複数の第１系統の半導体素子と、第２系統の回路におけるアームをそれぞれ構成する複数の第２系統の半導体素子と、前記第１系統の半導体素子および第２系統の半導体素子に接合された第１系統および第２系統の半導体素子に共通の直流電極導体を含む複数の直流電極導体と、前記第１系統の半導体素子および前記第２系統の半導体素子の各々に接合された複数の交流電極導体と、を備え、前記第１系統の半導体素子および第２系統の半導体素子の各々は、前記直流電極導体と交流電極導体との間に挟まれて配置されている。

この発明の他の態様に係る電力半導体モジュールは、第１系統における１相の上側アームを構成する第１半導体素子と、前記第１系統における１相の下側アームを構成する第２半導体素子と、第２系統における１相の上側アームを構成する第３半導体素子と、前記第２系統における１相の下側アームを構成する第４半導体素子と、前記第１半導体素子の正極側および第３半導体素子の正極側に接合した第１導体と、前記第２半導体素子の負極側および第４半導体素子の負極側に接合した第２導体と、前記第１導体および第２導体間に配設され、前記第１半導体素子の負極側および第２半導体素子の正極側に接合した第３導体と、前記第１導体および第２導体間に配設され、前記第３半導体素子の負極側および第４半導体素子の正極側に接合した第４導体と、を備えている。

この発明の他の態様に係る半導体電力変換装置は、上記電力半導体モジュールと、前記複数の電力半導体モジュールを駆動する駆動回路と、前記複数の電力半導体モジュールを制御する制御回路と、を備えている。

上記構成によれば、一層の小型化、冷却効率の向上が可能な電力半導体モジュール、および半導体電力変換装置を提供することができる。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電力半導体モジュールを備えた半導体電力変換装置をインバータ装置に適用した実施形態について説明する。
図１は、インバータ装置を示す斜視図であり、図２は、インバータ装置の等価回路を示している。図１および図２に示すように、インバータ装置１０は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相インバータとして構成されているとともに、負荷対象として、例えば、第１モータ１２および第２モータ１４に電力を供給するように構成されている。インバータ装置１０は、第１モータ１２に電力を供給する第１系統のインバータ回路と、第２モータ１４に電力を供給する第２系統のインバータ回路とを一体に備えている。

インバータ装置１０は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３つの電力半導体モジュール１６、１８、２０と、直流電源、例えば、バッテリ２２から電力半導体モジュールに供給される直流電圧を平滑する平滑コンデンサ２４と、３相出力用接続導体２６、２７を介して第１モータ１２および第２モータへ流れる電流を検出する電流検出器２８、３０と、電流検出器により検出された電流情報や平滑コンデンサ２４に印加される電圧等に基づき、電力半導体モジュール１６、１８、２０を制御する制御ユニット３２と、制御ユニット３２の制御信号に基づき、後述する電力半導体モジュールの半導体素子のゲートを駆動するための駆動回路を有した駆動基板３４と、を備えている。駆動基板３４には、半導体素子を駆動する駆動用ＩＣ３６が半導体素子に対して１対１の対応で設けられている。即ち、この回路では、駆動用ＩＣ３６が１２個設けられている。また、電力半導体モジュール１６、１８、２０、および平滑コンデンサ２４の下方には、これらを冷却するヒートシンク等の図示しない冷却器が設けられている。

以下、電力半導体モジュール１６、１８、２０について詳細に説明する。電力半導体モジュール１６、１８、２０は、それぞれ同一の構成を有していることから、電力半導体モジュール１６を代表して説明する。
図３は、カバーを取外した状態における電力半導体モジュール１６を示す斜視図、図４は、電力半導体モジュールの平面図、図５は、電力半導体モジュールを分解して示す斜視図、図６は、図３の線Ａ−Ａに沿った電力半導体モジュールの断面図である。

図２ないし図５に示すように、電力半導体モジュール１６は、第１系統のインバータ回路におけるＵ相の上側アームを構成する第１半導体素子、ここでは、スイッチング素子であるＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａ、第１系統のインバータ回路におけるＵ相の下側アームを構成する第２半導体素子として機能するＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂ、第２系統のインバータ回路におけるＵ相の上側アームを構成する第３半導体素子として機能するＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃ、第２系統のインバータ回路におけるＵ相の下側アームを構成する第４半導体素子として機能するＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄ、第１導体６１、第２導体６２、第３導体６３、第４導体６４、シート状絶縁体６６、ベースとして機能する放熱板６７を備えている。

ＩＧＢＴ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、およびダイオード５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、例えば、サイズがほぼ１０ｍｍ角程度の半導体チップである。ダイオード５１ａ、５１ｂ、５１ｃの各々は、ＩＧＢＴ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの各々に逆並列接続されている。本実施形態において、第１系統のインバータ回路におけるＵ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ａは２個並列接続して設けられ、ダイオード５１ａも２個並列接続されている。同様に、第１系統のインバータ回路におけるＵ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｂは２個並列接続して設けられ、ダイオード５１ｂも２個並列接続されている。

第１、第２、第３、第４導体６１、６２、６３、６４は、それぞれ導電性金属により、軸方向両端部を有する細長い棒状、例えば、角柱形状に形成されている。第１導体６１および第２導体６２は、同一の長さに形成され、第３導体６３および第４導体６３は、それぞれ第１および第２導体６１、６２の長さよりも短く、また、第３導体および第４導体の長さの合計が、第１あるいは第２導体の長さよりも僅かに短くなるように形成されている。第１、第２、第３、第４導体６１、６２、６３、６４は、ほぼ同一の径に形成されている。

第１導体６１の一側面は第１接合面６１ａを形成し、この一側面と直交する他の一側面は第２接合面６１ｂを形成している。第１導体６１の第１接合面６１ａは、第１系統の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａの正極側（それぞれコレクタ、カソード）に電気的かつ機械的に接合されている。また、第１導体６１の第１接合面６１ａは、第２系統の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃの正極側（それぞれコレクタ、カソード）に電気的かつ機械的に接合されている。これにより、第１導体６１は、第１系統および第２系統の半導体素子に共通の直流正極導体を構成している。

第１接合面６１ａ上において、ＩＧＢＴ４１ａ、ダイオード５１ａ、ＩＧＢＴ４１ｃ、ダイオード５１ｃは、第１導体６１の長手方向のほぼ全長に沿って一列に並んで配置され、更に、ＩＧＢＴとダイオードとが交互に並んで配置されている。

第２導体６２の一側面は第１接合面６２ａを形成し、この一側面と直交する他の一側面は第２接合面６２ｂを形成している。第２導体６２の第１接合面６２ａは、第１系統の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの負極側（それぞれエミッタ、アノード）に接合され、第２導体６２は、ＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。また、第２導体６２の第１接合面６２ａは、第２系統の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄの負極側（それぞれエミッタ、アノード）に接合され、第２導体６２は、ＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。これにより、第２導体６２は、第１系統および第２系統に共通の直流負極導体を構成している。

第１接合面６２ａ上において、ＩＧＢＴ４１ｂ、ダイオード５１ｂ、ＩＧＢＴ４１ｄ、ダイオード５１ｄは、第２導体６２の長手方向のほぼ全長に沿って一列に並んで配置され、更に、ＩＧＢＴとダイオードとが交互に並んで配置されている。

第２導体６２は、第１導体６１と互いに平行に並んで、かつ、隙間を置いて配置されている。そして、第１導体６１の第１接合面６１ａと第２導体６２の第１接合面６２ａとは、互いに平行に、かつ、隙間を置いて向かい合っている。第１導体６１の第２接合面６１ｂと第２導体６２の第２接合面６２ｂとは、同一平面上に並んで位置している。

第１導体６１に接合されたＩＧＢＴ４１ａ、４１ｃは、第２導体６２に接合されたＩＧＢＴ４１ｂ、４１ｄに対して、第１導体の長手方向にずれた位置に配設され、ＩＧＢＴ４１ｂ、４１ｄと向かい合うことなく、それぞれ第２導体６２に接合されたダイオード５１ｂ、５１ｄと向かい合って配置されている。同様に、第２導体６２に接合されたＩＧＢＴ４１ｂ、４１ｄは、それぞれ第１導体６１に接合されたダイオード５１ａ、５１ｃと向かい合って配置されている。言い換えると、図３および図４から良く分かるように、第１導体６１に接合されたＩＧＢＴ４１ａ、４１ｃおよび第２導体６２に接合されたＩＧＢＴ４１ｂ、４１ｄは、第１および第２導体６１、６２に対して千鳥状に配設されている。

図３ないし図６に示すように、第３導体６３は、第１導体６１と第２導体６２との間に隙間を置いて配置されている。第３導体６３は、その軸方向一端部が、第１および第２導体６１、６２の軸方向一端部と整列して配置されている。第３導体６３の対向する２つの側面は２つの第１接合面６３ａを形成し、これらの第１接合面６３ａは、第１導体６１の第１接合面６１ａおよび第２導体６２の第１接合面６２ａとそれぞれ平行に対向している。また、第３導体６３の上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面６３ｂを形成している。第２接合面６３ｂは、第１および第２導体６１、６２の第２接合面６１ｂ、６２ｂと同一平面に位置している。

第３導体６３の一方の接合面６３ａは、第１系統の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａの負極側（それぞれエミッタ、アノード）に接合され、第３導体６３は、ＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。第３導体６３の他方の第１接合面６３ａは、第１系統の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの正極側（それぞれコレクタ、カソード）に接合され、第３導体６３は、ＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの正極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。これにより、第３導体６３は、第１系統の交流電極（出力電極）導体を構成している。

第４導体６４は、第１導体６１と第２導体６２との間に隙間を置いて配置され、更に、第３導体６３と隙間をおいて一列に並んで配置されている。第４導体６４の軸方向一端部は、第３導体６３の一端部と隙間を置いて対向し、軸方向他端部は、第１および第２導体６１、６２の軸方向他端部と整列して配置されている。

第４導体６４の対向する２つの側面は２つの第１接合面６４ａを形成し、これらの第１接合面６４ａは、第１導体６１の第１接合面６１ａおよび第２導体６２の第１接合面６２ａとそれぞれ平行に対向している。また、第４導体６４の上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面６４ｂを形成している。第２接合面６４ｂは、第１および第２導体６１、６２の第２接合面６１ｂ、６２ｂと同一平面に位置している。

第４導体６４の一方の接合面６４ａは、第２系統の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃの負極側（それぞれエミッタ、アノード）に接合され、第４導体６４は、ＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。第４導体６４の他方の第１接合面６４ａは、第２系統の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄの正極側（それぞれコレクタ、カソード）に接合され、第４導体６３は、ＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの正極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。これにより、第４導体６４は、第２系統の交流電極（出力電極）導体を構成している。

第４導体６４の上面、ここでは、第２接合面６４ｂと反対側に位置した側面には、溝状の切欠き６８が形成されている。この切欠き６８は、第４導体６４の軸方向に沿って、一端から他端まで延びている。

なお、上述した各導体の接合面と、ＩＧＢＴおよびダイオードとの接合は、ハンダあるいは導電性接着剤により行うことができ、また、熱衝撃板を介して接合してもよい。第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４の材質は、冷却の観点からすると銅が望ましいが、アルミニウム等の他金属や、Ａｌ−ＳｉＣ等の金属複合材料としても良い。

図２ないし図６に示すように、放熱板６７は、シート状絶縁体６６を介して第１導体６１、第２導体６２、第３導体６３、第４導体６４の第２接合面６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、６４ｂに接着され、これらの導体を支持している。放熱部材として機能する放熱板６７は、例えば、銅、アルミニウム等の伝熱性の高い金属により形成され、ＩＧＢＴ、ダイオード、および第１ないし第４導体の熱を外部に放熱する。シート状絶縁体６６は、第１ないし第４導体に対して十分に剛性の低い材料、例えば、接着性を有するエポキシ樹脂に窒化ホウ素等のセラミックフィラーを充填したもので形成されている。

放熱板６７は、第１導体６１の第１接合面６１ａ、第２導体６２の第１接合面６２ａ、第３導体６３の第１接合面６３ａ、および第４導体６４の第１接合面６４ａに対して交差する方向、例えば、直交する方向に延びた接合面で、第１、第２、第３、および第４導体に接合されている。即ち、ＩＧＢＴおよびダイオードの各半導体素子は、正極側及び負極側の面が放熱板６７の表面に対して非平行となるように配置されている。
放熱板６７の裏面には、図示しない熱伝導グリースが塗布され、放熱板は、この熱伝導グリースを介してインバータ装置の図示しない冷却器にネジ止め等により固定されている。

図３ないし図５に示すように、第１導体６１の一端には正極出力端子７１が接続され、第１導体から一方向に延出している。第２導体６２の一端には負極出力端子７２が接続され、第２導体の一端から正極出力端子７１と同一の方向に延出している。

第４導体６４と対向している第３導体６３の他端には、第１交流出力端子７３が接続され、第３導体の他端から正極出力端子７１と反対の方向に延出している。第１交流出力端子７３は、第４導体６４の切欠き６８を通り第４導体の他端部を超えて延出している。第１交流出力端子７３は、切欠き６８内に隙間を持って配置され、第４導体６４とは電気的に絶縁されている。なお、切欠き６８内で第１交流出力端子７３の周囲に絶縁材料を充填しもよい。

第４導体６４の他端には、第２交流出力端子７４が接続され、第４導体からの他端から正極出力端子７１と反対の方向に延出している。

ＩＧＢＴ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの各々には、ゲート端子等の複数の入出力端子７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄが接続されている。また、各ＩＧＢＴを駆動する入出力端子の内、エミッタセンス端子は、ＩＧＢＴ素子以外の位置、つまり、ＩＧＢＴのエミッタ電極表面から離間した位置、に設けられている。

本実施形態において、ＩＧＢＴ４１ｂ、４１ｄに対応するエミッタセンス端子７８ｂは、負極出力端子７２と一体に形成され、負極出力端子の基端部から上方に突出している。ＩＧＢＴ４１ａに対応するエミッタセンス端子７８ｃは、第１交流出力端子７３と一体に形成され、第１交流出力端子の基端部から上方に突出している。ＩＧＢＴ４１ｃに対応するエミッタセンス端子７８ｄは、第２交流出力端子７４と一体に形成され、第２交流出力端子の基端部から上方に突出している。

図７に示すように、第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４、および第１ないし第４半導体素子は、合成樹脂等によって形成されたカバー８０により覆われている。カバー８０は、例えば、放熱板６７に固定されている。正極出力端子７１、負極出力端子７２、第１交流出力端子７３および第２交流出力端子７４のそれぞれの端部は、カバー８０の外面に露出して設けられている。

上記の構成により、Ｕ相用の電力半導体モジュール１６が得られる。Ｖ相用の電力半導体モジュール１８およびＷ相用の電力半導体モジュール２０は、上述したＵ相用の電力半導体モジュール１６と同様に構成されている。すなわち、図２に示すように、Ｖ相用の電力半導体モジュール１８は、第１系統のインバータ回路におけるＶ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４２ａおよびダイオード５２ａ、第１系統のインバータ回路におけるＶ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｂおよびダイオード５２ｂ、第２系統のインバータ回路におけるＶ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｃおよびダイオード５２ｃ、第２系統のインバータ回路におけるＶ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｄおよびダイオード５２ｄ、共通の直流正極導体として機能する第１導体、共通の直流負極導体として機能する第２導体、第１、第２導体間に配設された第３導体および第４導体、正極出力端子８１、負極出力端子８２、第１交流出力端子８３、第２交流出力端子８４、シート状絶縁体、放熱板を備えている。

Ｗ相用の電力半導体モジュール２０は、第１系統のインバータ回路におけるＷ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４３ａおよびダイオード５３ａ、第１系統のインバータ回路におけるＷ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｂおよびダイオード５３ｂ、第２系統のインバータ回路におけるＷ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｃおよびダイオード５３ｃ、第２系統のインバータ回路におけるＷ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｄおよびダイオード５３ｄ、共通の直流正極導体として機能する第１導体、共通の直流負極導体として機能する第２導体、第１、第２導体間に配設された第３導体および第４導体、正極出力端子９１、負極出力端子９２、第１交流出力端子９３、第２交流出力端子９４、シート状絶縁体、放熱板を備えている。

図１および図７に示すように、３つの電力半導体モジュール１６、１８、２０は、正極出力端子、負極出力端子、第１交流出力端子、第２交流出力端子の向きが一致した状態で、同一平面上に並べて配置されている。電力半導体モジュール１６、１８、２０の各々の正極出力端子７１、８１、９１には、正極側の直流電極接続導体８４ａが接続され、負極出力端子７２、８２、９２には、負極側の直流電極接続導体８４ｂが接続され、更に、正極出力端子および負極出力端子にはコンデンサ２４が接続されている。電力半導体モジュール１６、１８、２０は、直流電極接続導体８４ａ、８４ｂを介して直流電源装置あるいはバッテリに接続される。

電力半導体モジュール１６、１８、２０の各々の第１交流出力端子７３、８３、９３には３相出力用接続導体２６が接続され、第２交流出力端子７４、８４、９４には３相出力用接続導体２７が接続されている。電力半導体モジュール１６、１８、２０は、３相出力用接続導体２６を介して第１モータ１２に接続され、３相出力用接続導体２７を介して第２モータ１４に接続される。

以上のように構成されたインバータ装置によれば、各電力半導体モジュールは、第１系統のインバータ回路を構成する第１および第２半導体素子と、第２系統のインバータ回路を構成する第３および第４半導体素子と、を備え、これらの半導体素子に共通の直流正極導体および共通の直流負極導体と、第１系統の半導体素子用と第２系統の半導体素子用とに分割された２つの交流電極導体とを設け、半導体素子をこれらの導体間に挟み込んで配置している。そのため、第１系統と第２系統とに独立した構成された電力半導体モジュールを複数個設ける場合に比較して、電力半導体モジュールを小型化することができ、電力半導体モジュールの設置面積を約２３％程度低減することが可能となる。これにより、電力半導体モジュールを備えた半導体電力変換装置全体を小型化することができる。

また、直流電極導体を共通化することにより、熱容量が大きく放熱量に大きな導体を用いることができ、図８に示すように、従来に比較して、半導体素子の熱抵抗を約６０％程度低減することができる。特に、第１系統の半導体素子あるいは第２系統の半導体素子のいずれか一方のみが駆動されている場合、これらの半導体素子に共通の直流導体を放熱に利用することができ、冷却効率の向上を図ることが可能となる。

電力半導体モジュールにおいて、ダイオードに比較して発熱量の大きいＩＧＢＴは、互いに向かい合うことなく、導体の長手方向に対し互いにずれた位置に設けられている。例えば、上述した実施形態において、複数のＩＧＢＴは千鳥状に並んで設けられている。そのため、ＩＧＢＴ間に配置された第３および第４導体において、ＩＧＢＴからの熱の干渉が低減し、熱がこもり難くすることができる。これにより、半導体素子の熱抵抗を約１３％程度低減することが可能となる。

また、第３導体６３から第１交流出力端子７３を外部に引き出す際、この第１交流出力端子を第４導体６４に形成された切欠き６８内に配置している。そのため、第１交流出力端子を第４導体６４の上方を通して延出させる場合に比較して、電力半導体モジュールの高さを約２５％程度削減することでき、電力半導体モジュールの小型化を図ることが可能となる。また、導体に切欠きを設けた場合でも、前述した構成を取ることにより、熱抵抗の増大を防止することができる。

電力半導体モジュールによれば、正極出力端子および負極出力端子は、モジュールの一方向に配置され、第１および第２交流出力端子はモジュールに対し、直流出力端子の反対側に配置されている。そのため、電力半導体モジュールと他の構成部材とを接続するための接続用導体の簡素化を図ることができる。同時に、接続用導体の接続距離を短くし、半導体電力変換装置のインダクタンスを低減することが可能となる。

更に、前記電力半導体モジュールによれば、スイッチング素子であるＩＧＢＴの入出力端子の内、エミッタセンス端子は、ＩＧＢＴ素子以外の位置に設けられ、例えば、出力端子の基端部に設けられている。そのため、スイッチング素子のエミッタとエミッタセンス端子との間に導体が介在し、スイッチング素子は、エミッタ側にインダクタンスを持つ構造となる。これにより、スイッチング素子の両面を導体に接続する構成とした場合でも、スイッチング素子の振動現象の発生を防止することができる。
以上のことから、一層の小型化、冷却効率の向上が可能な電力半導体モジュール、および半導体電力変換装置が得られる。

次に、この発明の第２の実施形態に係る電力半導体モジュールについて説明する。
図９は、第２の実施形態に係る電力半導体モジュールをそのカバーを取外して示し、図１０は、電力半導体モジュールの一部の断面を示している。

これらの図に示すように、第３導体６３から延出した第１交流出力端子７３は、第４導体６２に形成された切欠き６６内を通って延びている。切欠き６６内には、導電性接合部材７６が充填されている。第１交流出力端子７３は、導電性接合部材７６を介して第４導体６４と導通し、これにより、第３導体６３と第４導体６４とが電気的に導通している。第４導体６４に接続された交流出力端子は、省略されている。

また、第４導体６４と第１導体６１との間に挟まれたＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃは、ＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａと共に、第１系統のインバータ回路における上側アームを構成している。第４導体６４と第２導体６２との間に挟まれたＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄは、ＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂと共に、第１系統のインバータ回路における下側アームを構成している。
第２の実施形態において、電力半導体モジュールの他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

上記のように構成された電力半導体モジュールによれば、第１交流出力端子７３を第４導体６４に導通させるだけの簡単な構成により、前述した第１の実施形態に係る多アーム構造の電力半導体モジュールを構成する部材をそのまま用いて、２アーム構造の大容量の電力半導体モジュールを構成することができる。従って、多アーム構造の電力半導体モジュールと、大容量の２アーム構造の電力半導体モジュールとで部品の共通化が可能となり、部品および電力半導体モジュールの低コスト化を図ることができる。

次に、この発明の第３の実施形態に係る電力半導体モジュールについて説明する。図１１は、第３の実施形態に係る電力半導体モジュールの主要部を示している。第３の実施形態によれば、電力半導体モジュールは、第１系統の回路における３相のアームを構成する３組の半導体素子と、第２系統の回路における３相のアームを構成する３組の半導体素子と、複数の導体とを一体に備え、１つの電力半導体モジュールとして形成されている。

図１１に示すように、電力半導体モジュール１００は、第１系統のインバータ回路におけるＵ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａ、Ｕ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂ、第１系統のインバータ回路におけるＶ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４２ａおよびダイオード５２ａ、Ｖ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｂおよびダイオード５２ｂ、第１系統のインバータ回路におけるＷ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４３ａおよびダイオード５３ａ、Ｗ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｂおよびダイオード５３ｂ、第２系統のインバータ回路におけるＵ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃ、Ｕ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄ、第２系統のインバータ回路におけるＶ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｃおよびダイオード５２ｃ、Ｖ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｄおよびダイオード５２ｄ、第２系統のインバータ回路におけるＷ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｃおよびダイオード５３ｃ、Ｗ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｄおよびダイオード５３ｄ、更に、昇圧用の２組のＩＧＢＴ４４ａ、４４ｂ、およびダイオード５４ａ、５４ｂを備えている。

複数のＩＧＢＴ、およびダイオードは、例えば、サイズがほぼ１０ｍｍ角程度の半導体チップである。ダイオードの各々は、ＩＧＢＴの各々に逆並列接続されている。

電力半導体モジュール１００は、それぞれ複数の半導体素子に共通の直流正極導体として機能する一対の第１導体１０１ａ、１０１ｂ、複数の半導体素子に共通の直流負極導体として機能する第２導体１０２、半導体素子毎に複数に分割され交流電極導体として機能する２つの第３導体１０３ａ、１０３ｂ、２つの第４導体１０４ａ、１０４ｂ、２つの第５導体１０５ａ、１０５ｂ、および第６導体１０６を備えている。
電力半導体モジュール１００は、第１〜第６の導体に図示しない絶縁シートを介して接合された放熱板を有している。

第１、第２、第３、第４、第５、第６導体１０１ａないし１０６は、それぞれ導電性金属により、例えば、軸方向両端部を有する細長い角柱形状に形成されている。第１導体１０１ａ、１０１ｂおよび第２導体１０２は、同一の長さに形成され、第３、第４、第５、第６導体１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂ、１０６は、それぞれ第１および第２導体の長さよりも短く、また、第３、第４、第５導体の長さの合計が、第１あるいは第２導体の長さよりも僅かに短くなるように形成されている。第１および第２導体は、ほぼ同一の径に形成されている。第３ないし第６導体は、互いに同一の径に形成され、かつ、第１および第２導体の幅よりも僅かに大きな幅に形成されている。

共通の直流正極導体を構成する第１導体１０１ａの一側面は第１接合面を形成し、この一側面と直交する他の一側面は第２接合面を形成している。第１導体１０１ａの第１接合面は、第１系統の回路におけるＵ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａの正極側、Ｖ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４２ａおよびダイオード５２ａの正極側、およびＷ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４３ａおよびダイオード５３ａの正極側に電気的および機械的に接合されている。

第１導体１０１ａの第１接合面上において、ＩＧＢＴ４１ａ、ダイオード５１ａ、ＩＧＢＴ４２ａ、ダイオード５２ａ、ＩＧＢＴ４３ａ、ダイオード５３ａは、第１導体１０１ａの長手方向のほぼ全長に沿って一列に並んで配置され、更に、ＩＧＢＴとダイオードとが交互に並んで配置されている。

共通の直流負極導体を構成する第２導体１０２の対向する２つの側面は、それぞれ第１接合面を構成し、上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面を形成している。第２導体１０２は、第１導体１０１ａと互いに平行に並んで、かつ、隙間を置いて配置されている。そして、第２導体１０２の一方の第１接合面と第１導体１０１ａの第１接合面とは、互いに平行に、かつ、隙間を置いて向かい合っている。第１導体１０１ａの第２接合面と第２導体１０２の第２接合面とは、同一平面上に並んで位置している。

第２導体１０２の一方の第１接合面は、第１系統の回路におけるＵ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの負極側、Ｖ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｂおよびダイオード５２ｂの負極側、およびＷ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｂおよびダイオード５３ｂの負極側に電気的および機械的に接合されている。

第２導体１０２の第１接合面上において、ＩＧＢＴ４１ｂ、ダイオード５１ｂ、ＩＧＢＴ４２ｂ、ダイオード５２ｂ、ＩＧＢＴ４３ｂ、ダイオード５３ｂは、第２導体１０２の長手方向のほぼ全長に沿って一列に並んで配置され、更に、ＩＧＢＴとダイオードとが交互に並んで配置されている。

第２導体１０２に接合されたＩＧＢＴ４１ｂ、４２ｂ、４３ｂは、第１導体１０１ａに接合されたＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、４２ｃに対して、第１導体の長手方向にずれた位置に配設され、ＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、４３ａと向かい合うことなく、それぞれ第１導体１０１ａに接合されたダイオード５１ａ、５２ａ、５３ａと向かい合って配置されている。同様に、第１導体１０１ａに接合されたＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、４３ａは、それぞれ第２導体１０２に接合されたダイオード５１ｂ、５２ｂ、５３ｂと向かい合って配置されている。言い換えると、第１導体１０１ａに接合されたＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、４３ａおよび第２導体１０２に接合されたＩＧＢＴ４１ｂ、４２ｂ、４３ｂは、第１および第２導体に対して千鳥状に配設されている。

第２導体１０２の他方の第１接合面は、昇圧用のＩＧＢＴ４４ａおよびダイオード５４ａの負極側、第２系統の回路におけるＵ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄの負極側、Ｖ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｄおよびダイオード５２ｄの負極側、およびＷ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｄおよびダイオード５３ｄの負極側に電気的および機械的に接合されている。これにより、第２導体１０２は、第１系統の半導体素子および第２系統の半導体素子に共通の直流負極導体を構成している。

第２導体１０２の第１接合面上において、ＩＧＢＴ４４ａ、ダイオード５４ａ、ＩＧＢＴ４１ｄ、ダイオード５１ｄ、ＩＧＢＴ４２ｄ、ダイオード５２ｄ、ＩＧＢＴ４３ｄ、ダイオード５３ｄは、第２導体１０２の長手方向のほぼ全長に沿って一列に並んで配置され、更に、ＩＧＢＴとダイオードとが交互に並んで配置されている。

第２導体１０２に他の第１接合面に接合されたＩＧＢＴ４４ａ、ＩＧＢＴ４１ｄ、４２ｄ、４３ｄは、第２導体１０２の一方の第１接合面に接合されたＩＧＢＴ４１ｂ、４２ｂ、４２ｂに対して、第２導体の長手方向にずれた位置に配設され、ＩＧＢＴ４１ｂ、４２ｂ、４３ｂと向かい合うことなく、それぞれ第２導体１０２に接合されたダイオード５１ｂ、５２ｂ、５３ｂと向かい合って配置されている。

共通の直流正極導体を構成する第１導体１０１ｂの一側面は第１接合面を形成し、この一側面と直交する他の一側面は第２接合面を形成している。第１導体１０１ｂは、第２導体１０２と互いに平行に並んで、かつ、隙間を置いて配置されている。そして、第１導体１０１ｂの第１接合面と第２導体１０２の他方の第１接合面とは、互いに平行に、かつ、隙間を置いて向かい合っている。第１導体１０１ｂの第２接合面と第２導体１０２の第２接合面とは、同一平面上に並んで位置している。

第１導体１０１ｂの第１接合面は、昇圧用のＩＧＢＴ４４ｂおよびダイオード５４ｂの正極側、第２系統の回路におけるＵ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃの正極側、Ｖ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｃおよびダイオード５２ｃの正極側、およびＷ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｃおよびダイオード５３ｃの正極側に電気的および機械的に接合されている。

第１導体１０１ｂの第１接合面上において、ＩＧＢＴ４４ｂ、ダイオード５４ｂ、ＩＧＢＴ４１ｃ、ダイオード５１ｃ、ＩＧＢＴ４２ｃ、ダイオード５２ｃ、ＩＧＢＴ４３ｃ、ダイオード５３ｃは、第１導体１０１ｂの長手方向のほぼ全長に沿って一列に並んで配置され、更に、ＩＧＢＴとダイオードとが交互に並んで配置されている。

第１導体１０１ｂに第１接合面に接合されたＩＧＢＴ４４ｂ、ＩＧＢＴ４１ｃ、４２ｃ、４３ｃは、第２導体１０２に他方の第１接合面に接合されたＩＧＢＴ４４ａ、ＩＧＢＴ４１ｄ、４２ｄ、４３ｄに対して、第２導体の長手方向にずれた位置に配設され、ＩＧＢＴ４４ａ、ＩＧＢＴ４１ｄ、４２ｄ、４３ｄと向かい合うことなく、それぞれ第２導体１０２に接合されたダイオード５４ａ、５１ｄ、５２ｄ、５３ｄと向かい合って配置されている。

第３導体１０３ａは、第１導体１０１ａと第２導体１０２との間に隙間を置いて配置されている。第３導体１０３ａは、その軸方向一端部が、第１および第２導体１０１ａ、１０２の軸方向一端部と整列して配置されている。第３導体１０３ａの対向する２つの側面は、第１導体１０１ａの第１接合面および第２導体１０２の第１接合面とそれぞれ平行に対向した２つの第１接合面を形成している。また、第３導体１０３ａの上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面を形成している。第２接合面は、第１および第２導体１０１ａ、１０２の第２接合面と同一平面に位置している。

第３導体１０３ａの一方の第１接合面は、第１系統におけるＵ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａの負極側に電気的および機械的に接合されている。第３導体１０３ａの他方の第１接合面は、第１系統の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの正極側に電気的および機械的に接合されている。これにより、第３導体１０３ａは、第１系統の交流電極（出力電極）導体を構成している。

第４導体１０４ａは、第１導体１０１ａと第２導体１０２との間に隙間を置いて配置され、更に、第３導体１０３ａと隙間をおいて一列に並んで配置されている。第４導体１０４ａの軸方向一端部は、第３導体１０３ａの一端部と隙間を置いて対向している。

第４導体１０４ａの対向する２つの側面は、第１導体１０１ａの第１接合面および第２導体１０２の第１接合面とそれぞれ平行に対向した２つの第１接合面を形成している。また、第４導体１０４ａの上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面を形成している。第２接合面は、第１および第２導体１０１ａ、１０２の第２接合面と同一平面に位置している。

第４導体１０４ａの一方の第１接合面は、第１系統におけるＶ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４２ａおよびダイオード５２ａの負極側に電気的および機械的に接合されている。第４導体１０４ａの他方の第１接合面は、第１系統におけるＶ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｂおよびダイオード５２ｂの正極側に電気的および機械的に接合されている。これにより、第４導体１０４ａは、第１系統の交流電極導体を構成している。

第５導体１０５ａは、第１導体１０１ａと第２導体１０２との間に隙間を置いて配置され、更に、第４導体１０４ａと隙間をおいて一列に並んで配置されている。第５導体１０５ａの軸方向一端部は、第４導体１０４ａの一端部と隙間を置いて対向し、軸方向他端部は、第１および第２導体１０１ａ、１０２の軸方向他端部と整列して配置されている。

第５導体１０５ａの対向する２つの側面は、第１導体１０１ａの第１接合面および第２導体１０２の第１接合面とそれぞれ平行に対向した２つの第１接合面を形成している。また、第５導体１０５ａの上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面を形成している。第２接合面は、第１および第２導体１０１ａ、１０２の第２接合面と同一平面に位置している。

第５導体１０５ａの一方の第１接合面は、第１系統におけるＷ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４３ａおよびダイオード５３ａの負極側に電気的および機械的に接合されている。第５導体１０５ａの他方の第１接合面は、第１系統におけるＷ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｂおよびダイオード５３ｂの正極側に電気的および機械的に接合されている。これにより、第５導体１０５ａは、第１系統の交流電極導体を構成している。

第６導体１０６は、第１導体１０１ｂと第２導体１０２との間に隙間を置いて配置されている。第６導体１０６は、その軸方向一端部が、第１および第２導体１０１ｂ、１０２の軸方向一端部と整列して配置されている。第６導体１０６の対向する２つの側面は、第１導体１０１ｂの第１接合面および第２導体１０２の第１接合面とそれぞれ平行に対向した２つの第１接合面を形成している。また、第６導体１０６の上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面を形成している。第２接合面は、第１および第２導体１０１ｂ、１０２の第２接合面と同一平面に位置している。

第６導体１０６の一方の第１接合面は、ＩＧＢＴ４４ｂおよびダイオード５４ｂの負極側に電気的および機械的に接合されている。第６導体１０６の他方の第１接合面は、ＩＧＢＴ４４ａおよびダイオード５４ａの正極側に電気的および機械的に接合されている。

第３導体１０３ｂは、第１導体１０１ｂと第２導体１０２との間に隙間を置いて配置され、更に、第６導体１０６と隙間をおいて一列に並んで配置されている。第３導体１０３ｂの軸方向一端部は、第６導体１０６の一端部と隙間を置いて対向している。第３導体１０３ｂの対向する２つの側面は、第１導体１０１ｂの第１接合面および第２導体１０２の第１接合面とそれぞれ平行に対向した２つの第１接合面を形成している。また、第３導体１０３ｂの上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面を形成している。第２接合面は、第１および第２導体１０１ｂ、１０２の第２接合面と同一平面に位置している。

第３導体１０３ｂの一方の第１接合面は、第２系統におけるＵ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃの負極側に電気的および機械的に接合されている。第３導体１０３ｂの他方の第１接合面は、第２系統におけるＵ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄの正極側に電気的および機械的に接合されている。これにより、第３導体１０３ｂは、第２系統の交流電極導体を構成している。

第４導体１０４ｂは、第１導体１０１ｂと第２導体１０２との間に隙間を置いて配置され、更に、第３導体１０３ｂと隙間をおいて一列に並んで配置されている。第４導体１０４ｂの軸方向一端部は、第３導体１０３ｂの一端部と隙間を置いて対向している。

第４導体１０４ｂの対向する２つの側面は、第１導体１０１ｂの第１接合面および第２導体１０２の第１接合面とそれぞれ平行に対向した２つの第１接合面を形成している。また、第４導体１０４ｂの上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面を形成している。第２接合面は、第１および第２導体１０１ｂ、１０２の第２接合面と同一平面に位置している。

第４導体１０４ｂの一方の第１接合面は、第２系統におけるＶ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｃおよびダイオード５２ｃの負極側に電気的および機械的に接合されている。第４導体１０４ｂの他方の第１接合面は、第１系統におけるＶ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｄおよびダイオード５２ｄの正極側に電気的および機械的に接合されている。これにより、第４導体１０４ｂは、第２系統の交流電極導体を構成している。

第５導体１０５ｂは、第１導体１０１ｂと第２導体１０２との間に隙間を置いて配置され、更に、第４導体１０４ｂと隙間をおいて一列に並んで配置されている。第５導体１０５ｂの軸方向一端部は、第４導体１０４ｂの一端部と隙間を置いて対向し、軸方向他端部は、第１および第２導体１０１ｂ、１０２の軸方向他端部と整列して配置されている。

第５導体１０５ｂの対向する２つの側面は、第１導体１０１ｂの第１接合面および第２導体１０２の第１接合面とそれぞれ平行に対向した２つの第１接合面を形成している。また、第５導体１０５ｂの上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面を形成している。第２接合面は、第１および第２導体１０１ｂ、１０２の第２接合面と同一平面に位置している。

第５導体１０５ｂの一方の第１接合面は、第１系統におけるＷ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｃおよびダイオード５３ｃの負極側に電気的および機械的に接合されている。第５導体１０５ｂの他方の第１接合面は、第１系統におけるＷ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｄおよびダイオード５３ｄの正極側に電気的および機械的に接合されている。これにより、第５導体１０５ｂは、第２系統の交流電極導体を構成している。

なお、上述した各導体の接合面と、ＩＧＢＴおよびダイオードとの接合は、ハンダあるいは導電性接着剤により行うことができ、また、熱衝撃板を介して接合してもよい。第１ないし第６導体の材質は、冷却の観点からすると銅が望ましいが、アルミニウム等の他金属や、Ａｌ−ＳｉＣ等の金属複合材料としても良い。また、各導体には、図示しない出力端子が接続される。

上記のように構成された第３の実施形態に係る電力半導体モジュールによれば、第１系統の回路を構成する複数の半導体素子および第２系統の回路を構成する複数の半導体素子を、それぞれ複数の導体間に挟んで配置し、複数の導体の内、少なくとも１つの導体により、第１系統の半導体素子と第２系統の半導体素子とに共通の直流電極導体を構成している。これにより、各系統の回路ごとに電力半導体モジュールを構成する場合に比較して、電力半導体モジュールを小型化することができる。また、直流電極を共通の導体で構成することにより、熱抵抗の低減を図ることが可能となる。更に、複数のＩＧＢＴは、互いに向い合うことなく位置をずらして設けられているため、熱のこもりを抑制し、熱抵抗を低減することができる。これにより、電力半導体モジュールの冷却性を向上することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

上述した各実施形態において、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた構成としたが、他の種類のトランジスタやサイリスタなどを用いた構成としてもよい。各実施形態において、ＩＧＢＴ及びダイオードを実装する個数は、必要に応じて増減可能である。半導体素子は、半導体電力変換装置を適用する対象物（例えば、電気自動車）の目的や用途などにより適宜変更し、最適な電力容量等を選ぶことができる。半導体電力変換装置は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ装置に限定されることなく、直流電力を単相交流電力に変換するインバータ装置にも適用することできる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るインバータ装置を示す斜視図。 図２は、前記インバータ装置の等価回路図。 図３は、前記インバータ装置における電力半導体モジュールを、そのカバーを取外して示す斜視図。 図４は、前記電力半導体モジュールを示す平面図。 図５は、前記電力半導体モジュールの分解斜視図。 図６は、図３の線Ａ−Ａに沿った前記電力半導体モジュールの断面図。 図７は、カバーを含む前記電力半導体モジュールを示す平面図。 図８は、半導体素子の熱抵抗の解析結果を示す図。 図９は、第２の実施形態に係る電力半導体モジュールを示す斜視図。 図１０は、図９の線Ｂ−Ｂに沿った電力半導体モジュールの断面図。 図１１は、第３の実施形態に係る電力半導体モジュールを示す斜視図。

符号の説明

１０…インバータ装置、１２、１４…モータ、
１６、１８、２０…電力半導体モジュール、２２…バッテリ、２４…コンデンサ、
３２…制御ユニット、３４…駆動基板、
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４４ａ、４４ｂ…ＩＧＢＴ、
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５４ａ、５４ｂ…ダイオード、６１、１０１ａ、１０１ｂ…第１導体、 ６２、１０２…第２導体、６３、１０３ａ、１０３ｂ…第３導体、
６４、１０４ａ、１０４ｂ…第４導体、１０５ａ、１０５ｂ…第５導体、
１０６…第６導体、６７…放熱板、６８…切欠き、７１…正極直流出力端子、
７２…負極直流出力端子、７３…第１交流出力端子、７４…第２交流出力端子、
７８ａ、７８ｂ、７８ｃ、７８ｄ…エミッタセンス端子

Claims (11)

1. 第１系統の回路におけるアームをそれぞれ構成する複数の第１系統の半導体素子と、
   第２系統の回路におけるアームをそれぞれ構成する複数の第２系統の半導体素子と、
   前記第１系統の半導体素子および第２系統の半導体素子に接合された第１系統および第２系統の半導体素子に共通の直流電極導体を含む複数の直流電極導体と、
   前記第１系統の半導体素子および前記第２系統の半導体素子の各々に接合された複数の交流電極導体と、を備え、
   前記第１系統の半導体素子および第２系統の半導体素子の各々は、前記直流電極導体と交流電極導体との間に挟まれて配置されている電力半導体モジュール。
2. 前記半導体素子の各々は、スイッチング素子およびダイオードを含み、前記スイッチング素子およびダイオードは、前記直流電極導体および交流電極導体に対して一方向に沿って交互に並んで配置されているとともに、前記直流電極導体あるいは交流電極導体を挟んで導体の両側に位置したスイッチング素子は、互いに前記一方向にずれた位置に配置されている請求項１に記載の電力半導体モジュール。
3. 第１系統の回路における１相の上側アームを構成する第１半導体素子と、
   前記第１系統の回路における１相の下側アームを構成する第２半導体素子と、
   第２系統の回路における１相の上側アームを構成する第３半導体素子と、
   前記第２系統の回路における１相の下側アームを構成する第４半導体素子と、
   前記第１半導体素子の正極側および第３半導体素子の正極側に接合した第１導体と、
   前記第２半導体素子の負極側および第４半導体素子の負極側に接合した第２導体と、
   前記第１導体および第２導体間に配設され、前記第１半導体素子の負極側および第２半導体素子の正極側に接合した第３導体と、
   前記第１導体および第２導体間に配設され、前記第３半導体素子の負極側および第４半導体素子の正極側に接合した第４導体と、
   を備えた電力半導体モジュール。
4. 前記第３導体は、前記第４導体と隙間をおいて対向した一端部を有し、
   前記第４導体は、前記第３導体の一端部と対向した一端部とこの一端部と反対側に位置した他端部と、前記一端部から他端部まで延びた切欠きとを有し、
   前記第１導体から延出した正極出力端子と、
   前記第２導体から延出した負極出力端子と、
   前記第３導体の前記一端部から前記第４導体の切欠きを通り前記第４導体の他端部を超えて延出した第１交流出力端子と、
   前記第４導体の他端部から延出した第２交流出力端子と、を備えている請求項３に記載の電力半導体モジュール。
5. 前記第１、第２、第３および第４導体は、それぞれ軸方向両端部を有する細長い棒状に形成されているとともに、平行に並んで配置され、前記第３および第４導体は、それぞれ前記第１導体と第２導体との間で、互いに隙間を置いて並んで配置され、
   前記第１導体の一端部から延出した正極出力端子と、
   前記第２導体の一端部から前記正極出力端子と同一方向に延出した負極出力端子と、
   前記第３導体の前記第４導体と対向する一端部から前記正極出力端子と反対方向に延出した第１交流出力端子と、
   前記第４導体の他端部から前記正極出力端子と反対方向に延出した第２交流出力端子と、を備えている請求項３に記載の電力半導体モジュール。
6. 前記第３導体は、前記第４導体と隙間をおいて対向した一端部を有し、
   前記第４導体は、前記第３導体の一端部と対向した一端部とこの一端部と反対側に位置した他端部と、を有し、
   前記第１導体から延出した正極出力端子と、
   前記第２導体から延出した負極出力端子と、
   前記第３導体の前記一端部から前記第４導体の他端部を超えて延出しているとともに、前記第４導体に電気的に接続された交流出力端子と、を備えている請求項３に記載の電力半導体モジュール。
7. 前記第１導体、第２導体、第３導体、および第４導体に接合された接合面を有する放熱部材を備えている請求項３ないし５のいずれか１項に記載の電力半導体モジュール。
8. 前記第１半導体素子および第３半導体素子と前記第１導体との接合面、前記第２半導体素子および第４半導体素子と前記第２導体との接合面、前記第１半導体素子および第２半導体素子と前記第３導体との接合面、前記第３半導体素子および第４半導体素子と前記第４導体との接合面は、それぞれ前記放熱部材の接合面と交差して延びている請求項７に記載の電力半導体モジュール。
9. 前記第１、第２、第３、第４半導体素子の各々は、スイッチング素子およびダイオードを含み、前記スイッチング素子およびダイオードは、前記第１導体、第２導体、第３導体および第４導体に対して一方向に沿って交互に並んで配置されているとともに、前記第３導体および第４導体を挟んで導体の両側に位置したスイッチング素子は、互いに前記一方向にずれた位置に配置されている請求項３に記載の電力半導体モジュール。
10. 前記第１、第２、第３、第４半導体素子の各々は、スイッチング素子およびダイオードを含み、前記スイッチング素子に接続されるエミッタセンス端子を有し、このエミッタセンス端子は前記スイッチング素子以外の位置に設けられている請求項３に記載の電力半導体モジュール。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電力半導体モジュールと、
    前記電力半導体モジュールを駆動する駆動回路と、
    前記電力半導体モジュールを制御する制御回路と、を備えた半導体電力変換装置。

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