JP5203822B2 - 半導体電力変換モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の半導体スイッチ素子を備えた半導体電力変換モジュールに関するものである。

特開２００３―３２４１７６号公報（特許文献１）には、放熱板の上に置かれた一枚の基板上に平面的に配線が形成され、その配線の上に設けられた電極に複数の半導体スイッチ素子が電気的且つ機械的に接合され、さらに半導体スイッチ素子相互または電極との間の必要な電気的な接続を、ワイヤボンディング（接続線）を用いて行い、最終的に基板をモールドした半導体電力変換モジュールが開示されている。

特開２００５−１４２２２８号公報（特許文献２）には、端子を埋設した絶縁性モジュールの開口部内に複数の半導体スイッチ素子を備えたインバータモジュールを配置し、また絶縁性モジュールの底部下面に放熱板を配置して半導体スイッチ素子からの発熱を放熱する構造の半導体電力変換モジュールの一例が示されている。

なお特開２００６−２１６６７７号公報（特許文献３）には、第１バスバーに流れる電流の向きと第２バスバーに流れる電流の向きとが逆方向になるように構成された配線構造を用いてループ全体のインダクタンスを低減させる３次元モジュール構造の電子装置が開示されている。

特開平１１−２９９２６６号公報（特許文献４）には、第1の配線板を流れる電流と第2の配線板を流れる電流とを逆方向にして、インダクタンスの発生を少なくしたブリッジ回路の構造が開示されている。

特開２００５−１０１３６５号公報（特許文献５）には、熱伝導性を有する放熱性樹脂を用いる電子装置が開示されている。
特開２００３―３２４１７６号公報 特開２００５−１４２２２８号公報 特開２００６−２１６６７７号公報 特開平１１−２９９２６６号公報 特開２００５−１０１３６５号公報

特許文献１に示された技術では、基板上に形成された配線を利用して各半導体スイッチ素子の電気的な接続を行うため、配線パターンが複雑になる上、ワイヤボンディング（接続線）の箇所が多くなる問題がある。

また特許文献２に示された技術では、その構造から半導体電力変換モジュールをコンパクトに
構成することができず、またワイヤボンディングの箇所が多くなる問題がある。

本発明の目的は、形状をコンパクトにすることができて、しかも接続線による接続箇所を少なくすることができる半導体電力変換モジュールを提供することにある。

本発明の目的は、インダクタンスをできるだけ小さくすることができる半導体電力変換モジュールを提供することにある。

本発明の半導体電力変換モジュールは、基本的な回路構成として、一方の極性の直流端子に接続された第１の直流ラインと、他方の極性の直流端子に接続された第２の直流ラインと、電気的に直列接続された一対の半導体スイッチ素子を含んで構成され、第１の直流ラインと第２の直流ラインとの間にそれぞれ電気的に接続されたＮ個（Ｎは２以上の正の整数）のアーム回路と、Ｎ個のアーム回路の一対の半導体スイッチ素子の接続点とＮ個の交流端子との間にそれぞれ電気的に接続されたＮ本の交流ラインとを備えている。そして基板モジュールは、２Ｎ個の半導体スイッチ素子が発生する熱を放熱する放熱板と、放熱板の上に形成された熱伝導性を有する電気絶縁材料から形成された絶縁層と、絶縁層の上に設けられてＮ個のアーム回路に含まれる２Ｎ個の半導体スイッチ素子が実装される実装回路基板とを備えている。またハウジングは、基板モジュールを支持する。さらに使用する２Ｎ個の半導体スイッチ素子は、異なる位置に配置された一対の入出力電極を備えている。

本発明においては、実装回路基板が第１の導電体と、Ｎ個の第２の導電体を含む導電体列とを備えている。第１の導電体は、Ｎ個の素子接合部と第１の直流ライン構成部と一体に形成されて構成されている。Ｎ個の素子接合部は、絶縁層の上に列をなすように並んで配置され且つ第１の直流ラインに電気的に接続されるＮ個の半導体スイッチ素子の一方の入出力電極が接合されるものである。また第１の直流ライン構成部は、Ｎ個の素子接合部が並ぶ方向に延びて第１の直流ラインを構成する。第１の導電体を用いると、Ｎ個の半導体スイッチ素子を素子接合部に接合するだけで、第１の直流ラインとＮ個の半導体スイッチ素子との電気的接続が完了する。したがって接続作業が簡単になる。なお素子接合部は、複数の金属導電層が積層された構成された積層構造を有していてもよい。その場合には、半導体スイッチ素子の一つの入出力電極と接合される最も上の金属導電層は、他の金属導電層を形成する金属材料よりも熱膨張率が小さい低熱膨張金属から形成されているのが好ましい。なおこの金属導電層については後に説明する。

また導電体列は、絶縁層の上に第１の導電体の第１の直流ライン構成部に沿って第２の導電体がＮ個配置されて構成されている。第２の導電体は、素子接合部と、交流ライン構成部と、延長導体部とを備えている。素子接合部は、第２の直流ラインに電気的に接続される１個の半導体スイッチ素子の一方の入出力電極が接合されるものである。１個の交流ライン構成部は、素子接合部から一方の方向に延びる１本の交流ラインを構成する。延長導体部は、素子接合部から一方の方向とは反対の他方の方向に延びて第１の直流ライン構成部の下を電気絶縁スペーサを介して延びる。第２の導電体の素子接合部も第１の導電体の素子接合部と同様に、複数の金属導電層が積層された構成された積層構造を有していてもよい。そしてその場合には、半導体スイッチ素子の一つの入出力電極と接合される最も上の金属導電層は、他の金属導電層を形成する金属材料よりも熱膨張率が小さい低熱膨張金属から形成されているのが好ましい。

なお第１の導電体は、Ｎ個の第２の導電体の延長導体部の先端部を、第１の直流ライン構成部を越え且つ第１の導電体のＮ個の素子接合部と他方の方向に並ぶ位置で露出させるように構成されている。そしてＮ個の第２の導電体の延長導体部の先端部と第１の導電体のＮ個の素子接合部に接合されたＮ個の半導体スイッチ素子の他方の入出力電極とがそれぞれ接続線を介して電気的に接続されている。このような配置構成を採用すると、１つのアーム回路を構成する一対の半導体スイッチ素子相互の接続と該一対の半導体スイッチ素子の接続点と交流ライン構成部との電気的な接続を、第２の導電体の延長導体部の先端部と第１の導体部上の半導体スイッチ素子の他方の入力出電力との間を接続線で接続するだけで完了することができる。そのため接続作業工数を少なくすることができる。

そして第２の直流ラインを構成する第２の直流ライン構成部としては、第１の直流ライン構成部に対して電気的絶縁スペーサを介して積層状態に置かれて第１の直流ライン構成部に沿って延びるものを用いる。そして第２の直流ライン構成部とＮ個の半導体スイッチ素子の他方の入出力電極とを接続線を介して電気的に接続する。このようにすれば第２の直流ラインとＮ個の半導体スイッチ素子との電気的接続を最も少ない接続作業回数で完了することができる。またこのようにすると、第１の直流ライン構成部と第２の直流ライン構成部を重ねて配置することになり、両者の配置スペースを小さくすることができて、モジュールのコンパクト化を図ることができる利点がある。

なおハウジングを用いる場合には、第１の導電体のＮ個の素子接合部が入る第１の開口部と、Ｎ個の第２の導電体の素子接合部が入る第２の開口部と、第１の直流ライン構成部の上に位置して第１の開口部と第２の開口部とを仕切る仕切部とを備えているものを用いるのが好ましい。そしてハウジングの仕切部には、第２の直流ラインを構成する第２の直流ライン構成部が、第１の直流ライン構成部と電気的に絶縁された状態で第１の直流ライン構成部に沿って延び且つ第２の開口部内に収容されるＮ個の半導体スイッチ素子の他方の入出力電極と接続線を介して電気的に接続される被接続部を露出させるように埋設する。前述の第１の導電体とＮ個の第２の導電体からなる導電体列との配置構成に加えて、このようなハウジングを用いると、基板モジュールの中央領域において、第１の直流ライン構成部と第２の直流ライン構成部とを上下方向に電気的に絶縁して重ねた状態にすることができる。その結果、第１の直流ライン構成部と第２の直流ライン構成部の配置スペースを小さくすることができ、モジュールのコンパクト化を図ることができる。また第２の直流ライン構成部の被接続部が露出していて、この被接続部と第２の開口部内に収容されるＮ個の半導体スイッチ素子すなわち第２の導電体に接続されているＮ個の半導体スイッチ素子の他方の入出力電極とを接続線を介して電気的に接続することにより、第２の直流ラインとＮ個の半導体スイッチ素子との電気的接続を最も少ない接続作業回数で完了することができる。

なお第２の導電体の延長導体部を第１の導電体の第１の直流ライン構成部の上を電気絶縁スペーサを介して延ばすようにしても、上記と同様の接続作業を行うことにより、モジュールを完成して、しかもモジュールのコンパクト化を図ることができる。

なお半導体スイッチ素子の保護のために、いわゆるダイオードを用いる場合には、本体ケースの対向する２つの位置に一対の端子電極を備えて、半導体スイッチ素子に逆並列接続されるダイオードを、一対の端子電極の一方の端子電極を素子接合部に接合した状態で配置すればよい。そして一対の端子電極の他方の端子電極と素子接合部に接合された半導体スイッチ素子の他方の入出力電極とを接続線によって接続する。このようにすると半導体スイッチ素子の一つの端子電極とダイオードの一つの端子電極との電気的接続を、素子接合部を利用して行うことができるので、接続作業が容易になる上、配線パターンが簡単になる。

また第１の直流ライン構成部を流れる直流電流の方向と第２の直流ライン構成部を流れる直流電流の方向とが逆方向になるように第１及び第２の直流ライン構成部の端子の位置を定めるのが好ましい。このような構成を採用すると、２つの直流ライン構成部を流れる電流により発生する磁束が互いに打ち消し合うことになるため、２つの直流ライン構成部のインダクタンスを見かけ上小さくすることができる。したがってモジュール内の不要なインダクタンスを低減して、出力電圧の低下を抑制することができる。

なお素子接合部を複数の導電層を積層した多層構造とする場合の最も上の金属導電層については、他の導電層を形成する金属材料よりも熱膨張率が小さい低熱膨張金属から形成するのが好ましい。そして一方の入出力電極と金属導電層とを半田により接合する。半導体スイッチ素子の全体的な熱膨張率は、金属製の第１及び第２の導電体の熱膨張率よりも小さい。これらの熱膨張率の差が大きくなると、半導体スイッチ素子の一方の入出力電極と導電体との間を半田で直接接合した場合、冷熱サイクルを繰り返すと、両者の熱膨張率の差に起因して、両者を接合しているはんだ部に応力が集中し、半田にクラックが入り、電気的な接続不良が発生する。そこで熱膨張率の差が大きくなる場合には、前述の低熱膨張金属からなる金属導電層を素子接合部の最上層に用いると、この金属導電層と半導体スイッチ素子の一方の入出力電極との間の半田に加わる応力が小さくなって、電気的な接続不良が発生するのを防止することができる。

本発明によれば、１つのアーム回路を構成する一対の半導体スイッチ素子相互の接続と、一対の半導体スイッチ素子の接続点と交流ライン構成部との電気的な接続とを、第２の導電体の延長導体部の先端部と第１の導体部上の半導体スイッチ素子の他方の入力出電力との間を接続線で接続するだけで完了することができる。

またハウジングを用いる場合には、第２の直流ライン構成部の被接続部が露出していて、この被接続部とハウジングの開口部内に収容されるＮ個の半導体スイッチ素子すなわち第２の導電体に接続されているＮ個の半導体スイッチ素子の他方の入出力電極とを接続線を介して電気的に接続することにより、第２の直流ラインとＮ個の半導体スイッチ素子との電気的接続を最も少ない接続作業回数で完了することができる。したがって本発明によれば、従来よりも少ない接続作業工数で、半導体電力変換モジュールを製造することができる。

さらに本発明によれば、第１の直流ライン構成部と第２の直流ライン構成部を重ねて配置するので、両者の配置スペースを小さくすることができて、モジュールのコンパクト化を図ることができる利点がある。

以下図面を参照して本発明の半導体電力変換モジュールの実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は３相インバータに本発明を適用した本実施の形態の半導体電力変換モジュールの回路図示している。図１において符号１Ａ〜１Ｆで示した部品は、電力半導体素子として使用される絶縁ゲートトランジスタ（ＩＧＰＴ）からなる半導体スイッチ素子である。そして符号２Ａ〜２Ｆで示した部品は、半導体スイッチ素子１Ａ〜１Ｆのエミッタコレクタ回路に対して逆並列接続された保護用のダイオードである。一対の半導体スイッチ素子１Ａ及び１Ｂが直列に接続されて第１のアーム回路３Ａが構成され、一対の半導体スイッチ素子１Ｃ及び１Ｄが直列に接続されて第２のアーム回路３Ｂが構成され、一対の半導体スイッチ素子１Ｅ及び１Ｆが直列に接続されて第３のアーム回路３Ｃが構成されている。３つのアーム回路３Ａ〜３Ｃは、図示しない直流電源の＋出力端子に接続される第１の直流ラインＰと、直流電源の−出力端子に接続される第２の直流ラインＮとの間にそれぞれ並列接続されている。そして第１のアーム回路３Ａを構成する一対の半導体スイッチ素子１Ａ及び１Ｂの接続点が第１の交流出力ラインＵに接続されており、第１のアーム回路３Ａを構成する一対の半導体スイッチ素子１Ａ及び１Ｂの接続点が第１の交流ラインＵに接続されており、第１のアーム回路３Ｂを構成する一対の半導体スイッチ素子１Ｃ及び１Ｄの接続点が第２の交流ラインＶに接続されており、第３のアーム回路３Ｃを構成する一対の半導体スイッチ素子１Ｅ及び１Ｆの接続点が第３の交流ラインＷに接続されている。直流電力を交流電力に変換する際の各半導体スイッチ素子の動作は周知であるため説明を省略する。

図２は、図１の回路を実際にモジュール化する際の本実施の形態の半導体電力変換モジュールの基板モジュール４と、第２の直流ラインＮを構成する銅の成形品からなる第２の直流ライン構成部２２とを組み合わせた斜視図を示している。また図３は、基板モジュール４の断面構造を概略的に示している。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、後に説明する第１の導電体９と第２の導電体１０の斜視図を示している。また図５は、基板モジュール４に用いる実装回路基板８の平面図を示している。更に図６（Ａ）乃至（Ｃ）は、それぞれ図５のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。これらの図において、基板モジュール４は、６個の半導体スイッチ素子１Ａ〜１Ｆと伝熱可能に結合されて半導体スイッチ素子が発生する熱を放熱する放熱板６と、放熱板６の上に形成された熱伝導性を有する電気絶縁材料から形成された絶縁層７と、絶縁層７の上に設けられて３個のアーム回路３Ａ〜３Ｃに含まれる６個の半導体スイッチ素子１Ａ〜１Ｆが実装される実装回路基板８とを備えている。放熱板６は、アルミニウムやアルミニウム合金により形成されている。アルミニウムやアルミニウム合金は、加工性が良い、価格が易く、錆びず、そして熱伝導率が高いという利点から放熱板として非常に適している。

本実施の形態では、絶縁層７を樹脂絶縁層により形成している。絶縁層７の厚みを、１５０μm以下とすると、絶縁層で熱伝導が阻害されることが少なく、放熱特性を向上できる。また、樹脂絶縁層の熱伝導率を４Ｗ/ｍ・Ｋ以上とすると、放熱特性を向上できる。絶縁層は、例えば、ガラス繊維や有機繊維で構成された織布や不織布からなるシート状繊維基材に、フェノール樹脂やエポキシ樹脂に高熱伝導性の無機充填材を添加した熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグから形成することができる。

特に、高熱伝導率が要求される樹脂絶縁層とする場合には、例えば、以下のような樹脂組成を使用する。すなわち、無機充填材を含有し、（式１）で示す分子構造のエポキシ樹脂モノマを配合したエポキシ樹脂組成物を採用する。無機充填材は、熱伝導率２０Ｗ/ｍ・Ｋ以上であって、樹脂固形分１００体積部に対し５０〜２５０体積部の量で絶縁層中に存在するようにする。

上記（式１）で示す分子構造のエポキシ樹脂モノマは、ビフェニル骨格あるいはビフェニル誘導体の骨格をもち、１分子中に２個以上のエポキシ基をもつエポキシ化合物全般である。エポキシ樹脂モノマの硬化反応を進めるために、硬化剤を配合する。硬化剤は、例えば、アミン化合物やその誘導体、酸無水物、イミダゾールやその誘導体、フェノール類又はその化合物や重合体などである。また、エポキシ樹脂モノマと硬化剤の反応を促進するために、硬化促進剤を使用することができる。硬化促進剤は、例えば、トリフェニルホスフィン、イミダゾールやその誘導体、三級アミン化合物やその誘導体などである。

上記硬化剤や硬化促進剤を配合したエポキシ樹脂組成物に配合する無機充填材は、金属酸化物又は水酸化物あるいは無機セラミックス、その他の充填材である。例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化チタン、酸化亜鉛、炭化タングステン、アルミナ、酸化マグネシウム等の無機粉末充填材、合成繊維、セラミックス繊維等の繊維質充填材、着色剤等である。これら無機充填材は２種類以上を併用してもよいのは勿論である。

無機充填材は、樹脂固形分１００体積部に対し５０〜２５０体積部の量となるように配合する。無機充填材の熱伝導率と配合量の下限値は、樹脂絶縁層の熱伝導率を４Ｗ/ｍ・Ｋ以上にする場合に必要である。また、エポキシ樹脂組成物に配合する無機充填材が少ないと、無機充填材をエポキシ樹脂組成物中に均一に分散させることが難しくなる。熱伝導性の確保と共にこの点においても、無機充填材配合量の下限値の規定は重要である。一方、無機充填材の配合量を多くすると、エポキシ樹脂組成物の粘性が増大して取り扱いが難しくなるので、無機充填材配合量の上限値は、このような観点から規定する。

尚、無機充填材の熱伝導率が３０Ｗ/ｍ・Ｋ以上であれば、樹脂絶縁層の熱伝導率をさらに高くできるので好ましい。また、無機充填材は、その形状が、粉末（塊状、球状）、短繊維、長繊維等いずれであってもよいが、平板状のものを選定すると、高熱伝導率の無機充填材自身が樹脂中で積み重なった状態で存在することになり、樹脂絶縁層の厚み方向の熱伝導性をさらに高くできるので好ましい。上記エポキシ樹脂組成物には、そのほか必要に応じて難燃剤や希釈剤、可塑剤、カップリング剤等を配合することができる。

絶縁層７を形成する場合には、上記エポキシ樹脂組成物を必要に応じ溶剤に希釈してワニスを調製しこれをシート状繊維基材に含浸し、加熱乾燥して半硬化状態にしたプリプレグを準備する。そして、このプリプレグを放熱板６と重ねて加熱加圧成形することにより絶縁層７を形成する。なお実際には、第１の導電体９と３つの第２の導電体１０〜１２を備え実装回路基板８をプリプレグの上に重ねて加熱加圧成形をしている。

実装回路基板８は、銅、銅合金、ＳＵＳ等からなる第１の導電体９と、銅、銅合金またはＳＵＳからなる３個の第２の導電体１０〜１２を含む導電体列とを備えている。特に銅は、熱伝導率が３９４Ｗ/ｍ・Ｋと大きく、放熱特性を向上できるので好ましい。第１の導電体９及び第２の導電体１０〜１２を構成する銅板の厚みは放熱板６の厚みの２０％以上にするのが好ましい。このようにすると熱応力の緩和と放熱特性を向上できる。なお第１の導電体９及び第２の導電体１０〜１２を構成する銅板の厚みを、放熱板６の厚みよりも厚くすると、さらに放熱特性を向上できる。第１の導電体９は、図２及び図４（Ａ）に示すように、３個の素子接合部分１３〜１５と第１の直流ライン構成部１６とが一体に形成された立体構造を有している。３個の素子接合部分１３〜１５は、絶縁層７の上に列をなすように並んで配置され且つ第１の直流ラインＰに電気的に接続される３個の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅの一方の入出力電極（コレクタ）が接続されるものである。したがって３個の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅとしては、本体ケースの底壁部及び／または側面に一方の入出力電極（コレクタ）が形成され、底壁部と対向する上壁部の他方の入出力電極（エミッタ）が形成されるタイプのトランジスタを用いることになる。なお３個の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅの一方の入出力電極（コレクタ）を、３個の素子接合部分１３〜１５に対して直接電気的且つ機械的に接合してもよいが、本実施の形態では素子接合部分１３〜１５を形成する金属材料よりも熱膨張率が小さい低熱膨張金属からなる金属導電層２０を積層している。したがって本実施の形態では、素子接合部分１３〜１５と金属導電層２０とによって素子接合部が構成されている。３個の素子接合部分１３〜１５と金属導電層２０との接合は導電性接着剤で接合してもよいが、接着剤を用いずに金属間接合により素子接合部分１３〜１５と金属導電層２０を接合して一体化してもよい。金属間接合により、両者を一体化すれば、両者間の電気的な抵抗を最小のものとすることができる。

なおこの低熱膨張金属からなる金属導電層２０の熱膨張率を７〜１０ppm/℃とすると、はんだ接続信頼性が良好となるので好ましい。例えば、銅／モリブデン、銅／インバー、銅／タングステン、銅／クロムなどの銅合金により金属導電層２０を形成することができる。これらの金属の中でも銅／クロム合金は、安価であり、かつ、銅／モリブデン合金と同等の接続信頼性が維持できるので好ましい。これら銅合金の電気伝導率は、銅に比べると劣るものの実用上の支障はない。また、アルミニウムとセラミック粒子の複合材であるアルミニウム合金などでもよい。なお金属導電層２０の熱伝導率を１５０Ｗ/ｍ・Ｋ以上とすると、放熱特性が向上するので好ましい。さらに、金属導電層２０の厚みが０．５mm以上であれば、放熱特性を向上できる。

なお本実施の形態では、３個の素子接合部分１３〜１５上の金属導電層２０の上には、３個の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅにそれぞれ逆並列接続される３個のダイオード２Ａ，２Ｃ及び２Ｅの一方の端子電極（カソード）が電気的且つ機械的に接合されている。３個の素子接合部分１３〜１５上の金属導電層２０と３個の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅの一方の入出力電極（コレクタ）及びダイオード２Ａ，２Ｃ及び２Ｅの一方の端子電極（カソード）との間の電気的且つ機械的な接合には、半田や導電性接着剤を用いればよい。半田を用いる場合には、例えばクリーム半田を素子接合部分１３〜１５上の金属導電層２０と３個の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅの一方の入出力電極とダイオード２Ａ，２Ｃ及び２Ｅの一方の端子電極（カソード）との間に配置して接合すればよい。また接着剤を用いて３個の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅと３個のダイオード２Ａ，２Ｃ及び２Ｅをそれぞれ金属導電層２０に接合しておき、リフロー半田により半田付けするようにしてもよい。

また第１の直流ライン構成部１６は、３個の素子接合部分１３〜１５が並ぶ方向に延びて第１の直流ラインＰを構成している。第１の直流ライン構成部１６の端部には、直流端子部１６Ｅが一体に形成されている。第１の直流ライン構成部１６は、３個の素子接合部分１３〜１５との間の電気的且つ機械的な連結のための立体的な仕切部分１６Ａ〜１６Ｄを備えている。仕切部分１６Ａ〜１６Ｄは、第１の直流ライン構成部１６の長手方向に間隔を開けて形成されている。本実施の形態では、隣り合う２つの仕切部分１６Ａ〜１６Ｄと３個の素子接合部分１３〜１５との間に後述する第２の導電体１０の導体延長部１０Ｃを露出させる窓部１７Ａ〜１７Ｃが形成されている。この例では、３個の素子接合部分１３〜１５は、スリット１８によって分離されているが、スリット１８を設けずに、３個の素子接合部分１３〜１５が一体に形成されていてもよいのは勿論である。このような第１の導電体９を用いると、３個の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅを素子接合部分１３〜１５上の金属導電層２０に接合するだけで、第１の直流ラインＰと３個の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅとの電気的接続が完了する。したがって接続作業が簡単になる。

絶縁層７の上に第１の導電体９の第１の直流ライン構成部１６に沿って第２の導電体１０〜１２が３個配置されて導体列が構成されている。図４（Ｂ）には、代表的に１つの導電体１０の斜視図を示してある。第２の導電体１０〜１２は、素子接合部分１０Ａ〜１２Ａと、交流ライン構成部１０Ｂ〜１２Ｂと、延長導体部１０Ｃ〜１２Ｃとを一体に備えている。第２の導電体１０〜１２においても、素子接合部分１０Ａ〜１２Ａの上には金属導電層２０が積層されており、素子接合部分１０Ａ〜１２Ａと金属導電層２０とにより多層構造の素子接合部が構成されている。

素子接合部分１０Ａ〜１２Ａは金属導電層２０を介して、第２の直流ラインＮに電気的に接続される半導体スイッチ素子１Ｂ，１Ｄ及び１Ｆの一方の入出力電極（コレクタ）とダイオード２Ｂ，２Ｄ及び２Ｆの一方の端子電極（カソード）が接続されるものである。交流ライン構成部１０Ｂ〜１２Ｂは、素子接合部分１０Ａ〜１２Ａと一体に形成されて一方の方向に延びる交流ラインを構成する。なお交流ライン構成部１０Ｂ〜１２Ｂは、その端部に交流端子１０Ｄ〜１２Ｄを備えている。延長導体部１０Ｃ〜１２Ｃは、素子接合部分１０Ａ〜１２Ａと一体に形成され一方の方向とは反対の他方の方向に延びて第１の直流ライン構成部１６の下を、電気絶縁スペーサ１９を介して延びる。この電気絶縁スペーサ１９は、第１の直流ライン構成部１６よりも大きな面積を有していて、第１の直流ライン構成部１６に沿って連続して延びている。電気絶縁スペーサ１９の存在により、延長導体部１０Ｃ〜１２Ｃと第１の直流ライン構成部１６とは、完全に電気的に絶縁されている。電気絶縁スペーサ１９は、絶縁層７を形成するために用いた前述の熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを用いて形成することができる。なおその他、セラミック等の絶縁材料を用いて電気絶縁スペーサ１９を形成してもよい。

先に説明した第１の導電体９は、３個の第２の導電体１０〜１２の延長導体部１０Ｃ〜１２Ｃの先端部を、それぞれ１の直流ライン構成部１６を越え且つ第１の導電体９の３個の素子接合部１３〜１５と他方の方向に並ぶ位置で露出させるように窓部１７Ａ〜１７Ｃを備えた構造を有している。そして図２に示すように、３個の第２の導電体１０〜１２の延長導体部１０Ｃ〜１２Ｃの先端部と、第１の導電体９の３個の素子接合部分１３〜１５上の金属導電層２０に接合された３個の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅの他方の入出力電極（エミッタ）及びダイオード２Ａ，１Ｃ及び１Ｅの他方の端子電極（アノード）とは、ワイヤボンディングによる二本の接続線Ｌ１〜Ｌ３により相互に電気的に接続されている。がそれぞれ接続線を介して電気的に接続されている。このような配置構成を採用すると、アーム回路３Ａ〜３Ｃを構成する一対の半導体スイッチ素子（１Ａ及び１Ｂ，１Ｃ及び１Ｄ，１Ｅ及び１Ｆ）相互の接続と該一対の半導体スイッチ素子の接続点と交流ライン構成部１０Ｂ〜１２Ｂとの電気的な接続とを、第２の導電体１０〜１２の延長導体部１０Ｃ〜１２Ｃの先端部と第１の導体部９上の半導体スイッチ素子１Ａ，１Ｃ及び１Ｅの他方の入力出電力及びダイオード２Ａ，２Ｃ及び２Ｅの他方の端子電極との間を接続線Ｌ１〜Ｌ３で接続するだけで完了することができる。そのため接続作業工数を少なくすることができる。

図２及び図３に示すように、絶縁層７の上には第１の導電体９と３個の第２の導電体１０〜１２の周囲を囲むように絶縁樹脂モールド層Ｍが形成されて実装回路基板８が構成されている。絶縁樹脂モールド層Ｍは、少なくとも第１の導電体９の素子接合部分１３〜１５の表面及び第２の導電体１０〜１２の素子接合部分１０Ａ〜１２Ａの表面を覆わないように形成されている。

図２及び図３に示すように、第１の直流ライン構成部１６の上に電気的絶縁スペーサ２１を介して第２の直流ラインＮを構成する導電体からなる第２の直流ライン構成部２２が配置される。実際には、図７に示す実際の半導体電力変換モジュールの平面図及び図８に示すモジュールに使用するハウジング２３の平面図に示すように、第２の直流ライン構成部２２は、基板モジュール４の表面上に配置されて基板モジュール４を支持する絶縁樹脂製のハウジング２３内にインサートとして埋設されている。したがって電気的絶縁スペーサ２１は、ハウジング２３の一部によって構成することもできる。ここでハウジング２３は、第２の直流ライン構成部２２を構成する導電体をインサートとして、インサート成形により形成される。ハウジング２３は、放熱板６の絶縁層７が形成された面６Ａと反対側の面６Ｂの少なくとも一部を露出させるように基板モジュール４を支持する。ハウジング２３と基板モジュール４とは接着剤により接合されている。

ハウジング２３は、第１の導電体９の３個の素子接合部分１３〜１５が入る第１の開口部２４と、３個の第２の導電体１０〜１２の素子接合部分１０Ａ〜１２Ａが入る第２の開口部２５と、第１の直流ライン構成部１６の上に位置して第１の開口部２４と第２の開口部２５とを仕切る仕切部２６とを備えている。そしてハウジング２３の仕切部２６には、第２の直流ラインＮを構成する導電体からなる第２の直流ライン構成部２２が埋設されている。第２の直流ライン構成部２２は、第１の直流ライン構成部１６と電気的に絶縁された状態で第１の直流ライン構成部１６に沿って延び且つ第２の開口部２５内に収容される３個の半導体スイッチ素子１Ｂ，１Ｄ及び１Ｆの他方の入出力電極（エミッタ）及びダイオード２Ｂ，２Ｄ及び２Ｆの他方の端子電極（アノード）と接続線Ｌ４〜Ｌ６を介して電気的に接続される被接続部２２Ａ〜２２Ｃを露出させるように埋設されている。そして第２の直流ライン構成部２２の一方の端部には、ハウジング２３から突出する端子２２Ｄが一体に設けられている。なおハウジング２３には、第１及び第２の開口部２４及び２５内の縁部に、ハウジング２３の対向する一対のフレーム部２３Ａ及び２３Ｂに隣接してそれぞれ制御用回路基板接続用のコネクタの端子群２６が所定の間隔をあけて固定されている。１つの端子群２６は５本の端子によって構成されている。これら端子群２６の端子は、ハウジング２３の開口部２４及び２５を塞ぐようにして配置される図示しない制御用回路基板との電気的な接続に利用される。

前述の第１の導電体９と３個の第２の導電体１０〜１２からなる導電体列との配置構成に加えて、このようなハウジング２３を用いると、基板モジュール４の中央領域において、第１の直流ライン構成部１６と第２の直流ライン構成部２２とを上下方向に電気的に絶縁して重ねた状態にすることができる。その結果、第１の直流ライン構成部１６と第２の直流ライン構成部２２の配置スペースを小さくすることができて、モジュールのコンパクト化を図ることができる。また第２の直流ライン構成部２２の被接続部２２Ａ〜２２Ｃが露出していて、この被接続部２２Ａ〜２２Ｃと第２の開口部２５内に収容される３個の半導体スイッチ素子１Ｂ，１Ｄ及び１Ｆの他方の入出力電極（エミッタ）とダイオード２Ｂ，２Ｄ及び２Ｆの他方の端子電極（アノード）と接続線Ｌ４〜Ｌ６を介して電気的に接続することにより、第２の直流ラインＮと３個の半導体スイッチ素子１Ｂ，１Ｄ及び１Ｆとの電気的接続を最も少ない接続作業回数で完了することができる。

また本実施の形態では、第１の直流ライン構成部１６を流れる直流電流の方向と第２の直流ライン構成部２２を流れる直流電流の方向とが逆方向になるように第１及び第２の直流ライン構成部１６及び２２の接続用端子部１６Ｅ及び２２Ｄの位置を定めている。したがって２つの直流ライン構成部１６及び２２を流れる電流により発生する磁束が互いに打ち消し合うことになるため、２つの直流ライン構成部１６及び２２のインダクタンスを見かけ上小さくすることができる。その結果、モジュール内の不要なインダクタンスを低減して、出力電圧の低下を抑制することができる。

上記の実施の形態では、第２の導電体１０〜１２の延長導体部１０Ｃ〜１２Ｃが第１の直流ライン構成部１６の下に位置しているが、図９に示すように第２の導電体１１（代表として示す）の延長導体部１１Ｃを、第１の導電体９の第１の直流ライン構成部１６の上を電気絶縁スペーサ１９を介して延ばすようにしてもよい。このようにしても図２乃至図８の実施の形態と同様の接続作業を行うことにより、モジュールを完成して、しかもモジュールのコンパクト化を図ることができる。

図２乃至図８の実施の形態では、ハウジング２３内に基板モジュール４を配置する構成を採用しているが、専用のハウジング２３を用いない場合にも本発明を適用することができる。

上記各実施の形態では、三相インバータを実現するために本発明を適用したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、単相及び多相のインバータ及びコンバータ等の半導体電力変換モジュールに適用することが可能である。また上記実施の形態では、１つの基板モジュールだけをハウジングに支持させているが、複数の基板モジュールを１つのハウジングに支持させる場合にも本発明を適用できるのは勿論である。また上記実施の形態では、金属導電層２０を含む二層構造の素子接合部を用いたが、素子接合部分の材質を適宜に選定すれば、金属導電層２０を使用しなくてもよい。更に、また素子接合部を更に多層の構造としてもよいのは勿論である。

３相インバータに本発明を適用した本実施の形態の半導体電力変換モジュールの回路図である。 図１の回路を実際にモジュール化する際の本実施の形態の半導体電力変換モジュールの基板モジュールと、第２の直流ラインＮを構成する銅の成形品からなる第２の直流ライン構成部とを組み合わせた斜視図である。 基板モジュールの断面構造を概略的に示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１の導電体と第２の導電体の斜視図である。 基板モジュールに用いる実装回路基板の平面図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、図５のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。 実際の半導体電力変換モジュールの平面図である。 ハウジングの平面図である。 変形例を示す要部拡大断面図である。

１Ａ〜１Ｆ 半導体スイッチ素子
２Ａ〜２Ｆ ダイオード
３Ａ〜３Ｃ アーム回路
４ 基板モジュール
６ 放熱板
７ 絶縁層
８ 実装回路基板
９ 第１の導電体
１０〜１２ 第２の導電体
１３〜１５ 素子接合部分
１６ 第１の直流ライン構成部
１９ 電気絶縁スペーサ
２０ 金属導電層
２２ 第２の直流ライン構成部
２３ ハウジング

Claims (8)

1. 一方の極性の直流端子（１６Ｅ）に接続される第１の直流ライン（Ｐ）と、
   他方の極性の直流端子（２２Ｄ）に接続される第２の直流ライン（Ｎ）と、
   電気的に直列接続された一対の半導体スイッチ素子を含んで構成され、前記第１の直流ライン（Ｐ）と前記第２の直流ライン（Ｎ）との間にそれぞれ電気的に接続されたＮ個（Ｎは２以上の正の整数）のアーム回路（３Ａ〜３Ｃ）と、
   前記Ｎ個のアーム回路（３Ａ〜３Ｃ）の前記一対の半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｂ；１Ｃ，１Ｄ；１Ｅ，１Ｆ）の接続点とＮ個の交流端子（１０Ｄ〜１２Ｄ）との間にそれぞれ電気的に接続されたＮ本の交流ラインと、
   前記Ｎ個のアーム回路に含まれる２Ｎ個の前記半導体スイッチ素子（１Ａ〜１Ｆ）が実装される実装回路基板（８）を備えた基板モジュール（４）とを備え、
   前記２Ｎ個の半導体スイッチ素子（１Ａ〜１Ｆ）は、それぞれ異なる位置に配置された一対の入出力電極を備えており、
   前記実装回路基板（８）が、列をなすように並んで配置され且つ前記第１の直流ライン（Ｐ）に電気的に接続されるＮ個の前記半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｃ，１Ｅ）の一方の前記入出力電極が接合されるＮ個の素子接合部（１３〜１５）と、前記Ｎ個の素子接合部が並ぶ方向に延びて前記第１の直流ライン（Ｐ）を構成する第１の直流ライン構成部（１６）とを備えた第１の導電体（９）と；前記第２の直流ライン（Ｎ）に電気的に接続される１個の前記半導体スイッチ素子（１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ）の一方の前記入出力電極が接合される素子接合部（１０Ａ，１１Ａ，１２Ａ，２０）と、該素子接合部から一方の方向に延びる１本の前記交流ラインを構成する１個の交流ライン構成部（１０Ｂ，１１Ｂ，１２Ｂ）と、前記素子接合部から前記一方の方向とは反対の他方の方向に延びて前記第１の直流ライン構成部（１６）の下を、電気絶縁スペーサ（１９）を介して延びる延長導体部（１０Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ）とを備えた第２の導電体（１０〜１２）が、前記第１の導電体（９）の前記第１の直流ライン構成部（１６）に沿ってＮ個配置されて構成された導電体列とを備え；前記第１の導電体（９）は、Ｎ個の前記第２の導電体（１０〜１２）の前記延長導体部（１０Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ）の先端部を、それぞれ前記第１の直流ライン構成部（１６）を越え且つ前記第１の導電体（９）のＮ個の前記素子接合部と前記他方の方向に並ぶ位置で露出させるように構成されており、Ｎ個の前記第２の導電体（１０〜１２）の前記延長導体部（１０Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ）の前記先端部と前記第１の導電体（９）のＮ個の前記素子接合部（１３〜１５，２０）に接合されたＮ個の前記半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｃ，１Ｅ）の他方の前記入出力電極とがそれぞれ接続線（Ｌ１〜Ｌ３）を介して電気的に接続されており、
   前記第２の直流ライン（Ｎ）を構成する第２の直流ライン構成部（２２）が、電気的絶縁スペーサ（２１）を介して前記第１の直流ライン構成部（１６）に対して積層状態に置かれて前記第１の直流ライン構成部（１６）に沿って延び、Ｎ個の前記半導体スイッチ素子（１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ）の他方の前記入出力電極と接続線（Ｌ４〜Ｌ６）を介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体電力変換モジュール。
2. 一方の極性の直流端子（１６Ｅ）に接続される第１の直流ライン（Ｐ）と、
   他方の極性の直流端子（２２Ｄ）に接続される第２の直流ライン（Ｎ）と、
   電気的に直列接続された一対の半導体スイッチ素子を含んで構成され、前記第１の直流ラインと前記第２の直流ラインとの間にそれぞれ電気的に接続されたＮ個（Ｎは２以上の正の整数）のアーム回路（３Ａ〜３Ｃ）と、
   前記Ｎ個のアーム回路（３Ａ〜３Ｃ）の前記一対の半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｂ；１Ｃ，１Ｄ；１Ｅ，１Ｆ）の接続点とＮ個の交流端子（１０Ｄ〜１２Ｄ）との間にそれぞれ電気的に接続されたＮ本の交流ラインと、
   前記Ｎ個のアーム回路に含まれる２Ｎ個の前記半導体スイッチ素子（１Ａ〜１Ｆ）が実装される実装回路基板（８）とを備えた基板モジュール（４）を備え、
   前記２Ｎ個の半導体スイッチ素子（１Ａ〜１Ｆ）は、それぞれ異なる位置に配置された一対の入出力電極を備えており、
   前記実装回路基板（８）が、列をなすように並んで配置され且つ前記第１の直流ラインＰに電気的に接続されるＮ個の前記半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｃ，１Ｅ）の一方の前記入出力電極が接合されるＮ個の素子接合部（１３〜１５，２０）と、前記Ｎ個の素子接合部が並ぶ方向に延びて前記第１の直流ラインを構成する第１の直流ライン構成部（１６）とを備えた第１の導電体（９）と；前記第２の直流ライン（Ｎ）に電気的に接続される１個の前記半導体スイッチ素子（１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ）の一方の前記入出力電極が接合される素子接合部（１０Ａ，１１Ａ，１２Ａ，２０）と、該素子接合部から一方の方向に延びる１本の前記交流ラインを構成する１個の交流ライン構成部（１０Ｂ，１１Ｂ，１２Ｂ）と、前記素子接合部から前記一方の方向とは反対の他方の方向に延びて前記第１の直流ライン構成部（１６）の上を電気絶縁スペーサ（１９）を介して延びる延長導体部（１１Ｃ）とを備えた第２の導電体（１０〜１２）が、前記第１の導電体（９）の前記第１の直流ライン構成部（１６）に沿ってＮ個配置されて構成された導電体列とを備え；Ｎ個の前記第２の導電体（１０〜１２）の前記延長導体部（１０Ｃ〜１２Ｃ）の先端部は、前記第１の直流ライン構成部（１６）を越え且つ前記第１の導電体（９）のＮ個の前記素子接合部と前記他方の方向に並ぶ位置で終端しており、しかもＮ個の前記第２の導電体（１０〜１２）の前記延長導体部（１０Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ）の前記先端部と前記第１の導電体（９）のＮ個の前記素子接合部（１３〜１５，２０）に接合されたＮ個の半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｃ，１Ｅ）の他方の入出力電極とがそれぞれ接続線（Ｌ１〜Ｌ３）を介して電気的に接続されており、
   前記第２の直流ライン（Ｎ）を構成する第２の直流ライン構成部（２２）が、電気的絶縁スペーサ（２１）を介して前記第１の直流ライン構成部（１６）に対して積層状態に置かれて前記第１の直流ライン構成部（１６）に沿って延び、Ｎ個の前記半導体スイッチ素子（１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ）の他方の前記入出力電極と接続線（Ｌ４〜Ｌ６）を介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体電力変換モジュール。
3. 一方の極性の直流端子（１６Ｅ）に接続される第１の直流ライン（Ｐ）と、
   他方の極性の直流端子（２２Ｄ）に接続される第２の直流ライン（Ｎ）と、
   電気的に直列接続された一対の半導体スイッチ素子を含んで構成され、前記第１の直流ラインと前記第２の直流ラインとの間にそれぞれ電気的に接続されたＮ個（Ｎは２以上の正の整数）のアーム回路（３Ａ〜３Ｃ）と、
   前記Ｎ個のアーム回路（３Ａ〜３Ｃ）の前記一対の半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｂ；１Ｃ，１Ｄ；１Ｅ，１Ｆ）の接続点とＮ個の交流端子（１０Ｄ〜１２Ｄ）との間にそれぞれ電気的に接続されたＮ本の交流ラインと、
   前記Ｎ個のアーム回路に含まれる２Ｎ個の前記半導体スイッチ素子（１Ａ〜１Ｆ）が実装される実装回路基板（８）を備えた基板モジュール（４）と、
   前記基板モジュール（４）を支持するハウジング（２３）とを備え、
   前記２Ｎ個の半導体スイッチ素子（１Ａ〜１Ｆ）は、それぞれ異なる位置に配置された一対の入出力電極を備えており、
   前記実装回路基板（８）が、列をなすように並んで配置され且つ前記第１の直流ライン（Ｐ）に電気的に接続されるＮ個の前記半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｃ，１Ｅ）の一方の前記入出力電極が接合されるＮ個の素子接合部（１３〜１５）と、前記Ｎ個の素子接合部が並ぶ方向に延びて前記第１の直流ラインを構成する第１の直流ライン構成部（１６）とを備えた第１の導電体（９）と；前記第２の直流ライン（Ｎ）に電気的に接続される１個の前記半導体スイッチ素子（１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ）の一方の前記入出力電極が接合される素子接合部（１０Ａ，１１Ａ，１２Ａ，２０）と、該素子接合部から一方の方向に延びる１本の前記交流ラインを構成する１個の交流ライン構成部（１０Ｂ，１１Ｂ，１２Ｂ）と、前記素子接合部から前記一方の方向とは反対の他方の方向に延びて前記第１の直流ライン構成部（１６）の下を、電気絶縁スペーサ（１９）を介して延びる延長導体部（１０Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ）とを備えた第２の導電体（１０〜１２）が、前記第１の導電体（９）の前記第１の直流ライン構成部（１６）に沿ってＮ個配置されて構成された導電体列とを備え；前記第１の導電体（９）は、Ｎ個の前記第２の導電体（１０〜１２）の前記延長導体部（１０Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ）の先端部を、前記第１の直流ライン構成部（１６）を越え且つ前記第１の導電体（９）のＮ個の前記素子接合部と前記他方の方向に並ぶ位置で露出させるように構成されており、しかもＮ個の前記第２の導電体（１０〜１２）の前記延長導体部（１０Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ）の前記先端部と前記第１の導電体（９）のＮ個の前記素子接合部（１３〜１５，２０）に接合されたＮ個の前記半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｃ，１Ｅ）の他方の前記入出力電極とがそれぞれ接続線（Ｌ１〜Ｌ３）を介して電気的に接続されており、
   前記ハウジング（２３）は、前記第１の導電体９の前記Ｎ個の素子接合部（１３〜１５，２０）が入る第１の開口部（２４）と、Ｎ個の前記第２の導電体（１０〜１２）の前記素子接合部分（１０Ａ〜１２Ａ）が入る第２の開口部（２５）と、前記第１の直流ライン構成部（１６）の上に位置して前記第１の開口部（２４）と前記第２の開口部（２５）とを仕切る仕切部（２６）とを備え、
   前記ハウジング（２３）の前記仕切部（２６）には、前記第２の直流ライン（Ｎ）を構成する第２の直流ライン構成部（２２）が、前記第１の直流ライン構成部（１６）と電気的に絶縁された状態で前記第１の直流ライン構成部（１６）に沿って延び且つ前記第２の開口部（２５）内に収容されるＮ個の前記半導体スイッチ素子（１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ）の他方の前記入出力電極と接続線（Ｌ４〜Ｌ６）を介して電気的に接続される被接続部（２２Ａ〜２２Ｃ）を露出させるように埋設されていることを特徴とする半導体電力変換モジュール。
4. 一方の極性の直流端子（１６Ｅ）に接続される第１の直流ライン（Ｐ）と、
   他方の極性の直流端子（２２Ｄ）に接続される第２の直流ライン（Ｎ）と、
   電気的に直列接続された一対の半導体スイッチ素子を含んで構成され、前記第１の直流ラインと前記第２の直流ラインとの間にそれぞれ電気的に接続されたＮ個（Ｎは２以上の正の整数）のアーム回路（３Ａ〜３Ｃ）と、
   前記Ｎ個のアーム回路（３Ａ〜３Ｃ）の前記一対の半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｂ；１Ｃ、１Ｄ；１Ｅ，１Ｆ）の接続点とＮ個の交流端子（１０Ｄ〜１２Ｄ）との間にそれぞれ電気的に接続されたＮ本の交流ラインと、
   前記Ｎ個のアーム回路に含まれる２Ｎ個の前記半導体スイッチ素子（１Ａ〜１Ｆ）が実装される実装回路基板（８）とを備えた基板モジュール（４）と、
   前記基板モジュール（４）を支持するハウジング（２３）とを備え、
   前記２Ｎ個の半導体スイッチ素子（１Ａ〜１Ｆ）は、それぞれ異なる位置に配置された一対の入出力電極を備えており、
   前記実装回路基板（８）が、列をなすように並んで配置され且つ前記第１の直流ライン（Ｐ）に電気的に接続されるＮ個の前記半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｃ，１Ｅ）の一方の前記入出力電極が接合されるＮ個の素子接合部（１３〜１５，２０）と、前記Ｎ個の素子接合部が並ぶ方向に延びて前記第１の直流ラインを構成する第１の直流ライン構成部（１６）とを備えた第１の導電体（９）と；前記第２の直流ライン（Ｎ）に電気的に接続される１個の前記半導体スイッチ素子（１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ）の一方の前記入出力電極が接合される素子接合部（１０Ａ，１１Ａ，１２Ａ，２０）と、該素子接合部から一方の方向に延びる１本の前記交流ラインを構成する１個の交流ライン構成部（１０Ｂ，１１Ｂ，１２Ｂ）と、前記素子接合部から前記一方の方向とは反対の他方の方向に延びて前記第１の直流ライン構成部（１６）の上を電気絶縁スペーサ（１９）を介して延びる延長導体部（１１Ｃ）とを備えた第２の導電体（１０〜１２）が、前記第１の導電体（９）の前記第１の直流ライン構成部（１６）に沿ってＮ個配置されて構成された導電体列とを備え；Ｎ個の前記第２の導電体（１０〜１２）の前記延長導体部（１０Ｃ〜１２Ｃ）の先端部は、前記第１の直流ライン構成部（１６）を越え且つ前記第１の導電体（９）のＮ個の前記素子接合部と前記他方の方向に並ぶ位置で終端しており、しかもＮ個の前記第２の導電体（１０〜１２）の前記延長導体部（１０Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ）の前記先端部と前記第１の導電体（９）のＮ個の前記素子接合部（１３〜１５，２０）に接合されたＮ個の半導体スイッチ素子（１Ａ，１Ｃ，１Ｅ）の他方の入出力電極とがそれぞれ接続線（Ｌ１〜Ｌ３）を介して電気的に接続されており、
   前記ハウジング（２３）は、前記第１の導電体（９）の前記Ｎ個の素子接合部（１３〜１５，２０）が入る第１の開口部（２４）と、Ｎ個の前記第２の導電体（１０〜１２）の前記素子接合部分（１０Ａ〜１２Ａ）が入る第２の開口部（２５）と、前記第１の直流ライン構成部（１６）の上に位置して前記第１の開口部（２４）と前記第２の開口部（２５）とを仕切る仕切部（２６）とを備え、
   前記ハウジング（２３）の前記仕切部（２６）には、前記第２の直流ライン（Ｎ）を構成する第２の直流ライン構成部（２２）が、前記第１の直流ライン構成部（１６）と電気的に絶縁された状態で前記第１の直流ライン構成部（１６）に沿って延び且つ前記第２の開口部（２５）内に収容されるＮ個の前記半導体スイッチ素子（１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ）の他方の前記入出力電極と接続線（Ｌ４〜Ｌ６）を介して電気的に接続される被接続部（２２Ａ〜２２Ｃ）を露出させるように埋設されていることを特徴とする半導体電力変換モジュール。
5. 前記基板モジュール（４）は、２Ｎ個の前記半導体スイッチ素子が発生する熱を放熱する放熱板（６）と、前記放熱板（６）の上に形成された熱伝導性を有する電気絶縁材料から形成された絶縁層（７）と、前記絶縁層（７）の上に設けられる前記実装回路基板（８）とを備えている請求項１，２，３または４に記載の半導体電力変換モジュール。
6. 本体ケースの対向する２つの位置に一対の端子電極を備えて、前記半導体スイッチ素子（１Ａ〜１Ｆ）に逆並列接続されるダイオード（２Ａ〜２Ｆ）が、前記一対の端子電極の一つの前記端子電極を前記素子接合部に接続した状態で配置されており、
   前記一対の端子電極の別の一つの前記端子電極と前記素子接合部に接続された前記半導体スイッチ素子の前記入出力電極とが接続線（Ｌ１〜Ｌ６）によって接続されている請求項１，２，３または４に記載の半導体電力変換モジュール。
7. 前記第１の直流ライン構成部（１６）を流れる直流電流の方向と前記第２の直流ライン構成部（２２）を流れる直流電流の方向とが平行かつ逆方向になるように前記第１及び第２の直流ライン構成部の端子（１６Ｅ、２２Ｄ）の位置が定められている請求項１，２，３または４に記載の半導体電力変換モジュール。
8. 前記素子接合部は、複数の金属導電層が積層されて構成された積層構造を有しており、前記半導体スイッチ素子の一つの前記入出力電極と接合される最も上の金属導電層（２０）は、他の金属導電層を形成する金属材料よりも熱膨張率が小さい低熱膨張金属から形成されており、前記入出力電極と前記金属導電層（２０）とが半田により接合されている請求項１，２，３または４に記載の半導体電力変換モジュール。

Images