JP5879233B2 - パワー半導体モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、直流電流を交流電流に変換するためのパワー半導体モジュールに関し、特にハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータに交流電流を供給するパワー半導体モジュールに関する。
近年、電力変換装置では、大電流を出力することができるものが求められている一方、小型化も要求されている。電力変換装置が大電流を出力しようとすると、パワー半導体モジュールに内蔵されるパワー半導体素子で発生する熱が大きくなり、パワー半導体モジュールや電力変換装置の熱容量を大きくしなければパワー半導体素子の耐熱温度に達してしまい、小型化の妨げとなる。そこでパワー半導体素子を両面から冷却することにより冷却効率を向上させる両面冷却型パワー半導体モジュールが開発されている。
両面冷却型パワー半導体モジュールはパワー半導体素子の両主面を板状導体であるリードフレームで挟み込み、パワー半導体素子の主面と対向する面と反対側のリードフレームの面が冷却媒体と熱的に接続され、冷却される。
特許文献１には、インバータ回路における上下のアームを構成するパワー半導体素子の両主面を板状導体であるリードフレームで挟み込み、インバータ回路の上下のアームを直列に接続する上下アーム直列回路を構成し、各導体から延びる直流正極配線と直流負極配線とを平行に対向配置し、その間に樹脂封止部材を配置して絶縁性を確保しながら配線インダクタンスを低減し、かつ、小型化可能とする両面冷却型パワー半導体モジュールの発明が開示されている。
電力変換装置の大電流化は、パワー半導体素子の低損失化との両立が課題であり、これを実現するためには、低損失なパワー半導体素子を高速スイッチングする必要がある。しかし、高速スイッチングするためには、インバータ回路を構成する配線導体に存在する配線インダクタンスによって発生するサージ電圧を抑制する必要がある。
サージ電圧の根本原因である配線インダクタンスを低減するには、逆方向に流れる過渡電流を近接配置する構造が効果的であり、直流正極と直流負極のラミネート構造として広く知られている。しかしながら電力変換装置の大電流化に伴い、パワー半導体モジュールに供給される直流電力を伝達する端子部分の更なる配線インダクタンスの低減が求められている。
特開２０１１−７７４６４
本発明の課題は、パワー半導体モジュールの配線インダクタンスの低減を図ることである。
上記課題を解決するために、本発明に係るパワー半導体モジュールは、インバータ回路の上アームを構成する第１パワー半導体素子と、前記インバータ回路の下アームを構成する第２パワー半導体素子と、前記第１パワー半導体素子と対向する第１導体部と、前記第１パワー半導体素子を挟んで前記第１導体部と対向する第２導体部と、前記第２パワー半導体素子と対向する第３導体部と、前記第２パワー半導体素子を挟んで前記第３導体部と対向する第４導体部と、前記第１の導体部から延びる第１中間導体部と、前記第４の導体部から延びるとともに前記第１中間導体部と対向して形成される第２中間導体部と、前記第１中間導体部から突出する正極側第１端子及び正極側第２端子と、前記第２中間導体部から突出する負極側第１端子及び負極側第２端子と、を備え、前記負極側第１端子は、前記負極側第２端子よりも前記正極側第１端子に近づけるとともに当該正極側第１端子と隣り合う位置に配置され、前記負極側第２端子は、前記負極側第１端子よりも前記正極側第２端子に近づけるとともに当該正極側第２端子と隣り合う位置に配置される。
本発明により、配線インダクタンスの低減を図ることができる。
ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。 インバータ装置の回路図である。 パワー半導体モジュール３００の上下アームの直列回路を構成する回路部品の分解斜視図である。 図３に示された回路部品が組まれた後の外観斜視図である。 図３及び図４に対応する回路構成図である。 封止体３０２を収納するためのケース３０４の分解斜視図である。 ケース３０４に封止体３０２等を組み立てる工程を示す分解斜視図である。 蓋体３０８Ａを壁３０８Ｂに固定する工程を示す外観斜視図である。 パワー半導体モジュール３００の外観斜視図である。 図９の断面ＡＡの矢印方向から切った断面の断面図である。 パワーボード７００とパワー半導体モジュール３００が接続された状態を示す外観斜視図である。 図１１の断面AAの矢印方向から見た断面図である。 パワー半導体モジュール３００のスイッチング動作時に、内部を循環するリカバリ電流経路を示す斜視図である。 パワー半導体モジュール３００のスイッチング動作時に、内部を循環するリカバリ電流経路を示す回路図である。
本実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。
本実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車や純粋な電気自動車に適用可能であるが、代表例として、ハイブリッド自動車に適用した場合における制御構成と回路構成について、図１と図２を用いて説明する。
図１は、ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置では、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。
車両駆動用インバータ装置は、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は運転モードに応じ、車両駆動用電動機が発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。
なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置、例えば電車や船舶，航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。
図１において、ハイブリッド電気自動車１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶの駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶの駆動源及びＨＥＶの電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記す。
車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支され、前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸が回転可能に軸支され、後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている（図示省略）。本実施形態のＨＥＶでは、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。
前輪車軸１１４の中央部には前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側には変速機１１８の出力軸が機械的に接続されている。変速機１１８の入力側にはモータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側及びモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。尚、モータジェネレータ１９２，１９４及び動力分配機構１２２は、変速機１１８の筐体の内部に収納されている。
インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との相互において電力の授受が可能である。
本実施形態では、モータジェネレータ１９２及びインバータ装置１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４及びインバータ装置１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン１２０からの動力によって車両を駆動している場合において、車両の駆動トルクをアシストする場合には第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の場合において、車両の車速をアシストする場合には第１電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。
また、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータであり、バッテリ１３６からインバータ装置４３に直流電力が供給され、インバータ装置４３で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。前記インバータ装置４３はインバータ装置１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数，電力を制御する。例えばモータ１９５の回転子の回転に対し進み位相の交流電力を供給することにより、モータ１９５はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ１９５は発電機として作用し、モータ１９５は回生制動状態の運転となる。このようなインバータ装置４３の制御機能はインバータ装置１４０や１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ装置４３の最大変換電力がインバータ装置１４０や１４２より小さいが、インバータ装置４３の回路構成は基本的にインバータ装置１４０や１４２の回路構成と同じである。
図２を用いてインバータ装置１４０やインバータ装置１４２あるいはインバータ装置４３の電気回路構成を説明する。なお、図２では、代表例としてインバータ装置１４０の説明を行う。
インバータ回路１４４は、上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、からなる上下アーム直列回路１５０をモータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分を設けている。それぞれの上下アーム直列回路１５０は、その中点部分（中間電極１６９）から交流端子１５９及び交流コネクタ１８８を通してモータジェネレータ１９２への交流電力線（交流バスバー）１８６と接続する。
上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は正極端子（Ｐ端子）１６７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサの電極に、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子（Ｎ端子）１６８を介してコンデンサモジュール５００の負極側にコンデンサ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
制御部１７０は、インバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ信号線１７６を介して制御信号を供給する制御回路１７２と、を有している。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。
ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５１と、ゲート電極１５４を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、ＩＧＢＴ３２８と電気的に並列に接続されている。また、ダイオード１６６が、ＩＧＢＴ３３０と電気的に並列に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよいが、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。コンデンサモジュール５００は、正極側コンデンサ端子５０６と負極側コンデンサ端子５０４と直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されている。なお、インバータ装置１４０は、直流正極端子３１４を介して正極側コンデンサ端子５０６と接続され、かつ直流負極端子３１６を介して負極側コンデンサ端子５０４と接続される。
制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８,３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、及びモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が入力されている。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０から信号線１８２を介して出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
なお、図２におけるゲート電極１５４および信号用エミッタ電極１５５は、後述する図３の信号接続端子３２７Ｕに対応し、ゲート電極１６４およびエミッタ電極１６５は図３の信号接続端子３２７Ｌに対応する。また、正極端子１５７は図３の正極端子３１５Ｄと同一のものであり、負極端子１５８は図３の直流負極端子３１９Ｄと同一のものである。また、交流端子１５９は、図３の交流端子３２０Ｄと同じものである。
図３乃至図１０を用いて本実施形態に係るパワー半導体モジュール３００の実施形態を説明する。
図３は、パワー半導体モジュール３００の上下アームの直列回路を構成する回路部品の分解斜視図である。図４は、図３に示された回路部品が組まれた後の外観斜視図である。
ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６は、インバータ回路の上アーム回路を構成する。ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６は下アーム回路を構成する。図５は、図３及び図４に対応する回路構成図である。
ＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極とダイオード１５６のカソード電極が導体部３１５に半田等の金属接合材で接合され、ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極とダイオード１５６のアノード電極が電極接合部３２２と金属接合材で接合される。電極接合部３２２は、導体部３１８と一体に形成されていてもよい。導体部３１５は、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と対向する。導体部３１８は、ＩＧＢＴ３２８を挟んで導体部３１５と対向する。
ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極とダイオード１６６のカソード電極が導体部３２０に金属接合材で接合され、ＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極とダイオード１６６のアノード電極が電極接合部３２２と金属接合材で接合される。電極接合部３２２は、導体部３１９と一体に形成されていてもよい。導体部３２０は、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と対向する。導体部３１９は、ＩＧＢＴ３３０を挟んで導体部３２０と対向する。
中間電極３２９Ａは、導体部３１８と接続されるとともに、導体部３１８から導体部３１９に向かって突出する。中間電極３２９Ｂは、導体部３２０と接続されるとともに、導体部３２０から導体部３１５に向かって突出する。中間電極３２９Ａは、中間電極３２９Ｂと対向するとともに金属接合材により中間電極３２９Ｂと接合される。交流端子３２０Ｄは、導体部３２０と接続される。
第１中間導体部３８１は、導体部３１５と接続され、かつ正極側第１端子３１５Ｄ１及び正極側第２端子３１５Ｄ２と接続される。負極側第１端子３１９Ｄ１は、正極側第１端子３１５Ｄ１の側部に配置される。負極側第２端子３１９Ｄ２は、正極側第１端子３１５Ｄ１と正極側第２端子３１５Ｄ２との間に配置される。
第２中間導体部３８２は、導体部３１９と接続され、かつ第１中間導体部３８１と対向するように形成される。さらに第２中間導体部３８２は、負極側第１端子３１９Ｄ１及び負極側第２端子３１９Ｄ２と金属接合材等により接続される。
これにより、第１中間導体部３８１に流れる電流と第２中間導体部３８２に流れる電流が反対方向に流れるため、互いに磁束を打ち消しあい、第１中間導体部３８１及び第２中間導体部３８２のインダクタンスを低減させることができる。
本実施形態においては、正極側第１端子３１５Ｄ１と正極側第２端子３１５Ｄ２と負側第１端子３１９Ｄ１と負極側第２端子３１９Ｄ２は、それぞれのとなり合う端子同士が等間隔で一列に配置される。
これにより、正極側第１端子３１５Ｄ１は、負極側第１端子３１９Ｄ１又は負極側第２端子３１９Ｄ２との間で、互いに磁束を打ち消しあい、各端子のインダクタンスを低減させることができる。また正極側第２端子３１５Ｄ２は、負極側第２端子３１９Ｄ２との間で、互いに磁束を打ち消しあい、各端子のインダクタンスを低減させることができる。
なお本実施形態に限られず、負極側第１端子３１９Ｄ１は、負極側第２端子３１９Ｄ２よりも正極側第１端子３１５Ｄ１に近づけるとともに正極側第１端子３１５Ｄ１と隣り合う位置に配置し、負極側第２端子３１９Ｄ２は、負極側第１端子３１９Ｄ１よりも正極側第２端子３１５Ｄ２に近づけるとともに正極側第２端子３１５Ｄ１と隣り合う位置に配置してもよい。この場合、負極側第１端子３１９Ｄ１と正極側第１端子３１５Ｄ１との間で互いに磁束を打ち消しあって各端子のインダクタンスを低減され、かつ負極側第２端子３１９Ｄ２と正極側第２端子３１５Ｄ２との間で互いに磁束を打ち消しあって各端子のインダクタンスを低減される。
なお、正極側第１端子３１５Ｄ１と正極側第２端子３１５Ｄ１は、第１中間導体部３８１に流れる電流を分岐させて、電流を局所に集中することを避けて、配線のインダクタンスを低減する機能も有する。負極側第１端子３１９Ｄ１と負極側第２端子３１９Ｄ２も、第２中間導体部３８２に流れる電流を分岐させて、電流を局所に集中することを避けて、配線のインダクタンスを低減する機能も有する。
ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０は、エミッタ電極面と同一面に信号電極を形成する。上アーム用信号接続端子３２７Ｕは、ワイヤボンディング（不図示）を介してＩＧＢＴ３２８の信号電極と接続される。下アーム用信号接続端子３２７Ｌは、ワイヤボンディング（不図示）を介してＩＧＢＴ３３０の信号電極と接続される。
信号接続端子３２７Ｕ及び信号接続端子３２７Ｕは、正極側第１端子３１５Ｄ１及び正極側第２端子３１５Ｄ２の突出方向と平行に突出する。
導体部３１８は、ＩＧＢＴ３２８のゲート電極と対向する部分が削られているため、導体部３１５よりも小さく形成される。そのため、導体部３１８は導体部３１５よりも電流経路が小さくなる。そこで、ダイオード１５６はＩＧＢＴ３２８よりも導体部３１９又は導体部３２０に近づけて配置され、かつ第１中間導体部３８１は、ＩＧＢＴ３２８よりもダイオード１５６に近づけて形成される。これにより、ダイオード１５６には電流経路を低減させることを抑制する。
同様に導体部３１９は、ＩＧＢＴ３３０のゲート電極と対向する部分が削られているため、導体部３２０よりも小さく形成される。そこで、ダイオード１６６はＩＧＢＴ３３０よりも導体部３１５又は導体部３１８に近づけて配置され、かつ第２中間導体部３８２は、ＩＧＢＴ３３０よりもダイオード１６６に近づけて形成される。
図６は、封止体３０２を収納するためのケース３０４の分解斜視図である。枠体３０４Ｄは、ケース３０４の側壁及び底面を形成する。ベース板３０７Ａは、枠体３０４Ｄに固定され、ケース３０４の最も広い面を形成する。ベース板３０７Ｂは、ベース板３０７Ａと対向して配置され、枠体３０４Ｄに固定され、ケース３０４の最も広い面を形成する。ベース板３０７Ａ及びベース板３０７Ｂは、ケース３０４の放熱壁として機能する。
ケース３０４は、電気伝導性を有する部材、例えばＣｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃなどの複合材などから形成されている。また、ケース３０４は、溶接など防水性の高い接合法で、あるいは鍛造、鋳造法などにより成形されている。
ベース板３０７Ａ及びベース板３０７Ｂは、それらの外面にフィン３０５を形成する。第１開口部３０９Ａ及び第２開口部３０９Ｃが、枠体３０４Ｄの底面に形成される。
第１貫通孔３０９Ｂが、枠体３０４Ｄの底面部付近に形成される。第１貫通孔３０９Ｂは、枠体３０４Ｄにおいて、ベース板３０７Ｂが配置された側からベース板３０７Ａが配置された側に貫通する。
第２貫通孔３０９Ｄが、枠体３０４Ｄの底面部付近に形成される。第２貫通孔３０９Ｄは、枠体３０４Ｄにおいて、ベース板３０７Ｂが配置された側からベース板３０７Ａが配置された側に貫通する。
第１開口部３０９Ａは、第１貫通孔３０９Ｂの内部の空間と繋がる。第２開口部３０９Ｃは、第２貫通孔３０９Ｄの内部の空間と繋がる。フランジ３１１は、枠体３０４Ｄの底面部に形成され、流路を形成する流路形成体等に固定される。
図７は、ケース３０４に封止体３０２等を組み立てる工程を示す分解斜視図である。
壁３０８Ｂは、フィン３０５と第１貫通孔３０９Ｂと第２貫通孔３０９Ｄを囲むように配置され、かつ枠体３０４Ｄに固定される。挿入口３０６が、ケース３０４の上面に形成される。
図４にて説示されたインバータの回路体は、樹脂封止材３４８により封止され、封止体３０２を構成する。露出面３２１Ａは、導体部３２０の一部が樹脂封止材３４８から露出することにより形成される。他の導体部３１５、導体部３１８、導体部３１９も同様に、それらの一部が樹脂封止材３４８から露出することにより露出面３２１Ｂ等が形成される。
封止樹脂３４８としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができ、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を導体部３１５，３２０，３１８，３１９に近づける。これにより、部材間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワー半導体モジュールの寿命をのばすことが可能となる。また、補助モールド体６００の成型材には、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）といった高耐熱な熱可塑性樹脂が適している。
樹脂封止材３４８は、正極側第１端子３１５Ｄ１と正極側第２端子３１５Ｄ２と負側第１端子３１９Ｄ１と負極側第２端子３１９Ｄ２のそれぞれの一部を封止する。正極側第１端子３１５Ｄ１と正極側第２端子３１５Ｄ２と負側第１端子３１９Ｄ１と負極側第２端子３１９Ｄ２は、それぞれ端子の一方の面が仮想平面３９０と一致するように形成されるとともにそれぞれ端子の厚みが同一となるように形成される。
これにより、金型に固定された端子等に樹脂封止材３４８を封入する際に、樹脂封止材３４８が金型から漏れ出すことを抑制して、パワー半導体モジュールの生産性を向上させることができる。
なお、仮想平面３９０と重なる端子は、交流端子３２０Ｄや信号接続端子３２７Ｕや信号接続端子３２７Ｌが含まれていてもよく、更なるパワー半導体モジュールの生産性の向上を図ることができる。
補助モールド体６００は、正極側第１端子３１５Ｄ１、正極側第２端子３１５Ｄ２、負極側第１端子３１９Ｄ１、負極側第２端子３１９Ｄ２、交流端子３２０Ｄ、信号接続端子３２７Ｌ及び信号接続端子３２７Ｕを貫通させるための複数の貫通孔を形成する。
また複数の仕切壁６０１が補助モールド体６００に接続される。複数の仕切壁６０１は、正極側第１端子３１５Ｄ１と負極側第１端子３１９Ｄ１との間、負極側第１端子３１９Ｄ１と正極側第２端子３１５Ｄ２との間、正極側第２端子３１５Ｄ２と負極側第２端子３１９Ｄ２との間、にそれぞれ配置される。また補助モールド体６００に接続された樹脂製カバー６０２が、信号接続端子３２７Ｌと信号接続端子３２７Ｕを覆っている。
図８は、蓋体３０８Ａを壁３０８Ｂに固定する工程を示す外観斜視図である。蓋体３０８Ａは、フィン３０５と第１貫通孔３０９Ｂと第２貫通孔３０９Ｄを覆うように配置される。これにより、蓋体３０８Ａと壁３０８Ｂとベース板３０７Ｂと枠体３０４Ｄとにより形成される空間が、流路空間となる。具体的には、冷媒は、第１開口部３０９Ａから流入し、第１貫通孔３０９Ｂにおいて分岐され、２つの流路空間に流され、第２貫通孔３０９Ｄにおいて合流し、第２開口部３０９Ｃから流出する。
図９は、パワー半導体モジュール３００の外観斜視図である。図１０は、図９の断面ＡＡの矢印方向から切った断面の断面図である。封止体３０２の一方の面は、絶縁部材３３３を介してベース板３０７Ｂと接合される。封止体３０２の他方の面は、絶縁部材３３３を介してベース板３０７Ａと接合される。これにより、各パワー半導体素子の発熱をフィン３０５に効率良く伝熱する。封止体３０２がケース３０４内に挿入された後に、ポッティング材３５１がケース３０４内に充填される。
図１１は、パワーボード７００とパワー半導体モジュール３００が接続された状態を示す外観斜視図である。図１２は、図１１の断面AAの矢印方向から見た断面図である。
パワーボード７００は、正極側ボード７０３と、負極側ボード７０４と、これらを封止するための絶縁被覆部材７０８とにより構成される。正極側ボード７０３は、正極側第１端子３１５Ｄ１と正極側第２端子３１５Ｄ２と負極側第１端子３１９Ｄ１と負極側第２端子３１９Ｄ２と仕切壁６０１を貫通させるための第１貫通孔７０５Ａを形成する。同様に、負極側ボード７０４は、正極側第１端子３１５Ｄ１と正極側第２端子３１５Ｄ２と負極側第１端子３１９Ｄ１と負極側第２端子３１９Ｄ２と仕切壁６０１を貫通させるための第１貫通孔７０６Ａを形成する。この第１貫通孔７０６Ａは、第１貫通孔７０５Ａと対向する位置に形成される。
また正極側ボード７０３は、交流端子３２０Ｄや信号接続端子３２７Ｌや信号接続端子３２７Ｕを貫通させるための第２貫通孔７０５Ｂを形成する。同様に、負極側ボード７０４は、交流端子３２０Ｄや信号接続端子３２７Ｌや信号接続端子３２７Ｕを貫通させるための第２貫通孔（不図示）を形成する。この第２貫通孔は、第２貫通孔７０５Ｂと対向する位置に形成される。
他の貫通孔７０５Ｃ、貫通孔７０５Ｄ、貫通孔７０５Ｅ及び貫通孔７０５Ｆも第１貫通孔７０５Ａや第２貫通孔７０５Ｂと同様に形成される。
正極側第１端子７０１Ａ及び正極側第２端子７０１Ｂは、第１貫通孔７０５Ａを形成する側壁から突出し、正極側ボード７０３の主面の垂直方向に折り曲げられる。同様に負極側第１端子７０２Ａ及び負極側第２端子７０２Ｂは、第１貫通孔７０６Ａを形成する側壁から突出し、負極側ボード７０４の主面の垂直方向に折り曲げられる。
また負極側第１端子７０１Ａは、パワー半導体モジュール３００側の負極側第１端子３１９Ｄ１と対向するように形成される。負極側第２端子７０１Ｂは、パワー半導体モジュール３００側の負極側第２端子３１９Ｄ２と対向するように形成される。正極側第１端子７０２Ａは、パワー半導体モジュール３００側の正極側第１端子３１５Ｄ１と対向するように形成される。正極側第２端子７０２Ｂは、パワー半導体モジュール３００側の正極側第２端子３１５Ｄ２と対向するように形成される。接続接合には、例えば、ＴＩＧ溶接やＦＳＷなどの溶接接合や、かしめ・ネジ止め等の機械接合を用いることができる。
つまり、負極側第１端子７０２Ａは正極側第１端子７０１Ａと正極側第２端子７０１Ｂとの間に配置され、正極側第２端子７０１Ｂは負極側第１端子７０２Ａと負極側第２端子７０２Ｂとの間に配置される。
これにより、負極側第１端子７０２Ａは正極側第１端子７０１Ａ又は正極側第２端子７０１Ｂとの間で磁束を打ち消しあって、インダクタンスの低減を図ることでき、また負極側第２端子７０２Ｂは正極側第２端子７０１Ｂとの間で磁束を打ち消しあって、インダクタンスの低減を図ることできる。
また仕切壁６０１は、正極側第１端子７０１Ａと負極側第１端子７０２Ａとの間、負極側第１端子７０２Ａと正極側第２端子７０１Ｂとの間、正極側第２端子７０１Ｂと負極側第２端子７０２Ｂとの間、にそれぞれ配置され、それぞれの端子間の絶縁距離を保っている。
交流バスバー８００は、パワーボード７００の上面に配置され、交流端子３２０Ｄと接続されるとともに電流センサ１８０とも接続される。
図１３（ａ）は、パワー半導体モジュール３００のスイッチング動作時に、内部を循環するリカバリ電流経路を示す斜視図であり、（ｂ）は、パワー半導体モジュール３００のスイッチング動作時に、内部を循環するリカバリ電流経路を示す回路図である。
図１３（ａ）に示す様に、パワー半導体モジュール３００とパワーボード７００が接続されており、スイッチング動作時に上下アーム直列回路を貫通するリカバリ電流によって発生する誘導磁界１０１が、正極側第１端子３１５Ｄ１と正極側第２端子３１５Ｄ２と負極側第１端子３１９Ｄ１と負極側第２端子３１９Ｄ２において相殺して低減され、最も配線インダクタンスが多く分布する端子接続部近傍の低インダクタンス化を実現することができる。また第１中間導体部３８１は、第２中間導体部３８２と対向して形成されている。つまり図１３（ｂ）に示されるインダクタンス３６２とインダクタンス３６３にて発生する磁界が打ち消しあうことになる。
４３ インバータ装置
１１０ ハイブリッド自動車
１１２ 前輪
１１４ 前輪車軸
１１６ 前輪側デファレンシャルギア
１１８ 変速機
１２０ エンジン
１２２ 動力分配機構
１３６ バッテリ
１３８ 直流コネクタ
１４０, １４２ インバータ装置
１４３ 電力変換装置
１４４ インバータ回路
１５０ 上下アーム直列回路
１５１ 信号用エミッタ電極
１５３ コレクタ電極
１５４ ゲート電極
１５６ ダイオード
１５７ 正極端子
１５８ 負極端子
１５９ 交流端子
１６３ コレクタ電極
１６４ ゲート電極
１６５ 信号用のエミッタ電極
１６６ ダイオード
１６７ 正極端子（Ｐ端子）
１６８ 負極端子（Ｎ端子）
１６９ 中間電極
１７０ 制御部
１７２ 制御回路
１７４ ドライバ回路
１７６ 信号線
１８０ 電流センサ
１８２ 信号線
１８６ 交流バスバー
１８８ 交流コネクタ
１９２ モータジェネレータ
１９４ モータジェネレータ
１９５ 補機用のモータ
３００ パワー半導体モジュール
３０２ 封止体
３０４ ケース
３０４Ｄ 枠体
３０５ フィン
３０６ 挿入口
３０７Ａ ベース板
３０７Ｂ ベース板
３０８Ａ 蓋体
３０８Ｂ 壁
３０９Ａ 第１開口部
３０９Ｂ 第１貫通孔
３０９Ｃ 第２開口部
３０９Ｄ 第２貫通孔
３１１ フランジ
３１５ 導体部
３１５Ｄ１ 正極側第１端子
３１５Ｄ２ 正極側第２端子
３１６ 直流負極端子
３１８ 導体部
３１９ 導体部
３１９Ｄ１ 負極側第１端子
３１９Ｄ２ 負極側第２端子
３２０ 導体部
３２０Ｄ 交流端子
３２１Ａ 露出面
３２１Ｂ 露出面
３２２ 電極接合部
３２７Ｕ 信号接続端子
３２７Ｌ 信号接続端子
３２８ ＩＧＢＴ
３２９Ａ 中間電極
３２９Ｂ 中間電極
３３０ ＩＧＢＴ
３３３ 絶縁部材
３４８ 樹脂封止材
３８１ 第１中間導体部
３８２ 第２中間導体部
３９０ 仮想平面
６００ 補助モールド体
６０１ 仕切壁
６０２ 樹脂製カバー
７００ パワーボード
７０１Ａ 負極側第１端子
７０１Ｂ 負極側第２端子
７０２Ａ 正極側第１端子
７０２Ｂ 正極側第２端子
７０３ 正極側ボード
７０４ 負極側ボード
７０５Ａ 第１貫通孔
７０５Ｂ 第２貫通孔
７０５Ｃ 貫通孔
７０５Ｄ 貫通孔
７０５Ｅ 貫通孔
７０５Ｆ 貫通孔
７０６Ａ 第１貫通孔
７０８ 絶縁被覆部材
８００ 交流バスバー

Claims (7)

  1. インバータ回路の上アームを構成する第１パワー半導体素子と、
    前記インバータ回路の下アームを構成する第２パワー半導体素子と、
    前記第１パワー半導体素子と対向する第１導体部と、
    前記第１パワー半導体素子を挟んで前記第１導体部と対向する第２導体部と、
    前記第２パワー半導体素子と対向する第３導体部と、
    前記第２パワー半導体素子を挟んで前記第３導体部と対向する第４導体部と、
    前記第１の導体部から延びる第１中間導体部と、
    前記第４の導体部から延びるとともに前記第１中間導体部と対向して形成される第２中間導体部と、
    前記第１中間導体部から突出する正極側第１端子及び正極側第２端子と、
    前記第２中間導体部から突出する負極側第１端子及び負極側第２端子と、を備え、
    前記負極側第１端子は、前記負極側第２端子よりも前記正極側第１端子に近づけるとともに当該正極側第１端子と隣り合う位置に配置され、
    前記負極側第２端子は、前記負極側第１端子よりも前記正極側第２端子に近づけるとともに当該正極側第２端子と隣り合う位置に配置されるパワー半導体モジュール。
  2. 請求項１に記載のパワー半導体モジュールであって、
    前記正極側第１端子と前記正極側第２端子と前記負側第１端子と前記負極側第２端子は、それぞれのとなり合う端子同士が等間隔で一列に配置されるパワー半導体モジュール。
  3. 請求項１または２に記載のいずれかのパワー半導体モジュールであって、
    前記第１パワー半導体素子を前記第２パワー半導体素子と前記第１ないし第４の導体部と前記第１及び前記第２の中間導体を封止する封止材を備え、
    前記正極側第１端子と前記正極側第２端子と前記負側第１端子と前記負極側第２端子は、それぞれ端子の一方の面が仮想平面と一致するように形成されるとともにそれぞれ端子の厚みが同一となるように形成され、
    前記封止材は、前記正極側第１端子と前記正極側第２端子と前記負側第１端子と前記負極側第２端子のそれぞれの一部を封止するパワー半導体モジュール。
  4. 請求項１ないし３に記載のいずれかのパワー半導体モジュールであって、
    前記負極側第１端子と前記正極側第１端子との間に配置された第１絶縁部材と、
    前記負極側第２端子と前記正極側第２端子との間に配置された第２絶縁部材と、を備えるパワー半導体モジュール。
  5. 請求項１ないし３に記載のいずれかのパワー半導体モジュールであって、
    前記第１パワー半導体素子の駆動信号を伝達する第１制御側端子と、
    前記第２パワー半導体素子の駆動信号を伝達する第２制御側端子と、を備え、
    前記正極側第１端子と前記正極側第２端子と前記負側第１端子と前記負極側第２端子と前記第１及び第２制御側端子は、それぞれの端子の突出方向が同一方向となるように形成されるパワー半導体モジュール。
  6. 請求項５に記載のパワー半導体モジュールであって、
    前記負極側第１端子と前記正極側第１端子との間に配置された第１絶縁部材と、
    前記負極側第２端子と前記正極側第２端子との間に配置された第２絶縁部材と、
    前記第１制御側端子を覆う第１絶縁性カバーと、
    前記第２制御側端子を覆う第２絶縁性カバーと、
    前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材と前記第１絶縁性カバーと前記第２絶縁性カバーを固定する固定部材と、を備えるパワー半導体モジュール。
  7. 請求項１ないし６に記載のいずれかのパワー半導体モジュールであって、
    前記インバータ回路の上アームを構成する第１ダイオードと、
    前記インバータ回路の下アームを構成する第２ダイオードと、を備え、
    前記第１パワー半導体素子は、一方の面に形成された第１コレクタ電極と、他方の面に形成された第１エミッタ電極と、前記他方の面に形成された第１ゲート電極と、を有し、
    前記第２パワー半導体素子は、一方の面に形成された第２コレクタ電極と、他方の面に形成された第２エミッタ電極と、前記他方の面に形成された第２ゲート電極と、を有し、
    前記第１コレクタ電極は、金属接合部材を介して前記第１導体部と接続され、
    前記第１エミッタ電極は、金属接合部材を介して前記第２導体部と接続され、
    前記第２コレクタ電極は、金属接合部材を介して前記第３導体部と接続され、
    前記第２エミッタ電極は、金属接合部材を介して前記第４導体部と接続され、
    前記第２導体部は、前記第１導体部よりも小さく形成され、
    前記第４導体部は、前記第３導体部よりも小さく形成され、
    前記第１ダイオードは、前記第１パワー半導体素子よりも前記第４導体部に近づけて配置され、
    前記第２ダイオードは、前記第２パワー半導体素子よりも前記第２導体部に近づけて配置され、
    前記第１中間導体部は、前記第１パワー半導体素子よりも前記第１ダイオードに近づけて配置され、
    前記第２中間導体部は、前記第２パワー半導体素子よりも前記第２ダイオードに近づけて配置されるパワー半導体モジュール。
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