JP6929813B2

JP6929813B2 - パワー半導体装置

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Publication number: JP6929813B2
Application number: JP2018057053A
Authority: JP
Inventors: 円丈露野; 英一井出; 高志平尾; 明博難波; 利昭石井; 裕之宝藏寺; 晃松下
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: JP2019170099A; WO2019181261A1

Description

本発明は、パワー半導体装置に関する。

パワー半導体素子のスイッチングによる電力変換装置は、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備等に幅広く利用されている。このパワー半導体素子は通電により発熱するため、高い放熱性が求められる。特に車載用途においては、小型、軽量化のため水冷を用いた高効率な冷却システムが採用されている。特許文献１には、インバータ回路の上下アームを構成する複数の半導体素子と、前記半導体素子のそれぞれの電極面と対向して配置される複数の導体板と、前記半導体素子および前記導体板を収納するモジュールケースとを備え、前記モジュールケースは、前記導体板の面と対向する板状の金属製放熱部材と、当該放熱部材によって塞がれる開口部を有する金属製の枠体とを有し、前記放熱部材の中央には複数の放熱フィンが立設された放熱フィン部が設けられ、前記放熱部材の外周縁には前記枠体との接合部が設けられ、前記放熱部材は前記枠体に比べて高い熱伝導性を有し、前記枠体は前記放熱部材に比べて高い剛性を有していることを特徴とするパワーモジュールが開示されている。

特開２０１２−２５７３６９号公報

特許文献１に記載されている発明では、小型化の余地がある。

本発明の第１の態様によるパワー半導体装置は、導体である第１導体部と、前記第１導体部とは異なる導体である第２導体部と、前記第１導体部に実装されかつインバータ回路の上アームを構成する第１半導体素子と、前記第１導体部に実装されかつ前記インバータ回路の下アームを構成する第２半導体素子と、前記上アームおよび前記下アームに交流電流を伝達する交流端子導体と、を備え、前記交流端子導体の一部は、前記第１導体部と前記第２導体部の間の空間に配置されかつ当該第１導体部と当該第２導体部との間の電流伝達路となり、前記第１導体部、前記第２導体部、前記交流端子導体、前記第１半導体素子、および前記第２半導体素子はＸＹ平面に広がり、前記交流端子導体、前記第１半導体素子、および前記第２半導体素子は、前記ＸＹ平面に垂直なＺ方向に重ならない。

本発明によれば、パワー半導体装置を小型化できる。

パワー半導体装置３００の斜視図パワー半導体装置３００の断面図下基板４６の全体斜視図上基板４７の全体斜視図交流端子導体８の第１導体部２１および第２導体部２２との接合部を示す図図６（ａ）〜図６（ｅ）はパワー半導体装置３００の製造工程の断面図図６（ｂ）工程に対応する製造工程におけるパワー半導体装置３００の全体斜視図図６（ｃ）工程に対応する製造工程のパワー半導体装置３００の全体斜視図図６（ｄ）工程に対応する製造工程のパワー半導体装置３００の全体斜視図パワー半導体装置３００の回路図パワー半導体装置３００を用いた電力変換装置２００の回路図電力変換装置２００の外観を示す全体斜視図電力変換装置２００の断面構造を示す概略図流路付きパワー半導体装置９００の外観図流路付きパワー半導体装置９００の製造工程を示す斜視図

―実施の形態―
以下、図１〜図１５を参照して、パワー半導体装置の実施の形態を説明する。

（パワー半導体装置３００の斜視図）
図１は、本実施形態のパワー半導体装置３００の斜視図である。図面同士の相関を明確にするために、図１の左下に示すようにＸＹＺ軸を定義する。パワー半導体装置３００は、金属製の第２フィン４２Ｆと、第２放熱ベース４２と、正極側の直流端子導体６と、負極側の直流端子導体７と、交流端子導体８と、信号用の端子３２５Ｕ、３２５Ｌ、３２５Ｓ、３２５Ｃとを備える。

信号端子３２５Ｌ、３２５Ｕ、３２５Ｓ、３２５Ｃは、パワー半導体装置３００の二面から突出した後、プリント基板に形成した、制御回路、ドライバ回路に接続するため、曲げ加工により同一方向に向きを変えている。制御端子を二面に分けて出すことで、端子間の沿面距離や空間距離を確保しやすい効果がある。

正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７は、パワー半導体装置３００の一面から一列に突出している。正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７が隣接する事で、入出力の電流を近接させインダクタンスを低減する効果がある。また正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７は、バッテリに連結したコンデンサモジュールに接続するため、一面から突出することで、インバータレイアウトを簡略化できる効果がある。交流端子３２０Ｂは、直流端子３１５Ｂ及び３１９Ｂは配置された側の面とは反対側のパワー半導体装置３００の面から突出している。

（パワー半導体装置３００の断面図）
図２は、パワー半導体装置３００の断面図である。ただし図２では信号用の端子の図示を省略している。パワー半導体装置３００は、図示上下方向、すなわちＺ方向に略対称な構造を有する。図２には、下部から第１放熱ベース４１、第１金属ベース８１１、第１絶縁部３１、および第１導体部２１が示されている。そして図２の高さ方向中央には、左から負極側の直流端子導体７、２つの半導体素子１０、および交流端子導体８が示されている。ただし半導体素子１０はＺ方向の高さが交流端子導体８などよりも低いので、高さを略一致させるために金属ブロック１５９が挿入される。また負極側の直流端子導体７および交流端子導体８は図１では端部が曲げられていたが、図２では曲げ部分の図示を省略している。半導体素子１０などの図示上部にはさらに、第２導体部２２、第２絶縁部３２、第２金属ベース８２１、および第２放熱ベース４２が示されている。

すなわち、第１放熱ベース４１、第１金属ベース８１１、第１絶縁部３１、および第１導体部２１、半導体素子１０、第２導体部２２、第２絶縁部３２、第２金属ベース８２１、および第２放熱ベース４２はＺ方向に配列している。なお第１導体部２１と交流端子導体８との間、および交流端子導体８と第２導体部２２との間には半田が存在するが図２では図示を省略している。第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２は、交流端子導体８の一部を挟むように形成される。

第１放熱ベース４１は第１フィン４１Ｆを備え、第２放熱ベース４２は第２フィン４２Ｆを備える。第１フィン４１Ｆが存在するＸ方向の範囲４１ＦＷは、Ｚ方向から見ると負極側の直流端子導体７の一部および交流端子導体８の一部と重複している。同様に第２フィン４２Ｆが存在するＸ方向の範囲４２ＦＷは、Ｚ方向から見ると負極側の直流端子導体７の一部および交流端子導体８の一部と重複している。換言すると、Ｚ方向から見た場合に、第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆは、交流端子導体８の一部と重なる位置に形成される。なお第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆの頂部、すなわち図２の上端及び下端は切削加工がされている。また第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２の内側の面、すなわち図２において第１金属ベース８１１および第２金属ベース８２１に接する面も切削加工がされている。

交流端子導体８の一部は、第１導体部２１と第２導体部２２の間の空間に配置される。また交流端子導体８の一部は、第１導体部２１と第２導体部２２との間の電流伝達路となる。なお第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２は、熱伝導率が高く、防水性を有する金属材料であればとくに制約されないが、加工性及びベースとの溶接性を考慮するとアルミが最も望ましい。以下では、第１金属ベース８１１、第１絶縁部３１、および第１導体部２１をあわせて下基板４６と呼び、第２金属ベース８２１、第２絶縁部３２、および第２導体部２２をあわせて上基板４７と呼ぶ。

（下基板４６の全体斜視図）
図３は、下基板４６の全体斜視図である。下基板４６は、後述する半導体素子１０や交流端子導体８などを搭載する第１導体部２１と、第１金属ベース８１１と、これら第１導体部２１と第１金属ベース８１１の間に第１絶縁部３１と、を備える。第１金属ベース８１１は、金属材料であれば特に制約されないが、放熱性の点で、銅又はアルミが望ましく、コストの点ではアルミが望ましい。第１絶縁部３１は矩形形状であり、第１絶縁部３１の図示上部に不連続に第１導体部２１が形成される。そのため図２の断面図において第１導体部２１は不連続に図示された。

第１導体部２１は、電気伝導性を有する材料であれば特に制約されないが、電気伝導性に優れた、銅又はアルミが望ましい。第１導体部２１の一部又は全体は、はんだ接続性を向上するため、ニッケルめっきを含むめっきを施す事が望ましい。また第１導体部２１には、パワー半導体素子間ではんだが連結し、溶融した半田材の表面張力によりチップが位置ずれするのを防止するため、穴８２４を設けてもよい。第１絶縁部３１は、絶縁性材料であれば特に制約されないが、コストの点では、樹脂が望ましく、耐熱性、熱伝導性の点ではセラミックスが望ましい。

（上基板４７の全体斜視図）
図４は、上基板４７の全体斜視図である。上基板４７は、第２導体部２２と、第２金属ベース８２１と、これら第２導体部２２と第２金属ベース８２１の間に第２絶縁部３２と、を備える。第２絶縁部３２は矩形形状であり、第２絶縁部３２の図示上部に不連続に第２導体部２２が形成される。そのため図２の断面図において第２導体部２２は不連続に図示された。第２絶縁部３２の材料は第１絶縁部３１と同一であり、第２導体部２２の材料は第１導体部２１と同一であり、第２金属ベース８２１の材料は第１金属ベース８１１と同一である。なお図４は図３とは視点が反転しており、１８０度回転させると図１に示す姿勢となる。

（交流端子導体８の接合部）
図５は、交流端子導体８の第１導体部２１および第２導体部２２との接合部を示す図である。第１導体部２１と交流端子導体８とは半田５ｂにより接続され、交流端子導体８と第２導体部２２とは半田５ａにより接続される。半田５ａおよび半田５ｂはそれぞれいわゆる半田ボール５ｃを含む。半田ボール５ｃとは、半田の主成分であるすず（Ｐｂ）よりも融点が高い素材、たとえばニッケルで作成された高精度な球である。半田５ａおよび半田５ｂは半田ボール５ｃを含むので、第１導体部２１と交流端子導体８との距離、および交流端子導体８と第２導体部２２との距離は半田ボール５ｃの直径と等しい。そのため、半田ボール５ｃの直径を調整することで第１導体部２１と交流端子導体８との距離、および交流端子導体８と第２導体部２２との距離を調整できる。

また半田ボール５ｃの存在により交流端子導体８が第１導体部２１や第２導体部２２と密着しないので、半田５ａや半田５ｂの全量が押し出されることがない。換言すると、交流端子導体８と第１導体部２１との半田５ｂによる結合、および交流端子導体８と第２導体部２２との半田５ａによる結合が確実に行われる。

なお図５では交流端子導体８の接合部について説明したが、正極側の直流端子導体６や負極側の直流端子導体７の接合部も同様半田ボール５ｃを含む半田を用いて接合される。またそれぞれの半田に含める半田ボール５ｃの直径は一定でなくてもよいので、各端子の高さの差を半田ボール５ｃの直径を異ならせることで高さを揃えることができる。すなわち正極側の直流端子導体６、負極側の直流端子導体７、および交流端子導体８に使用する半田に含める半田ボール５ｃの直径をそれぞれの高さの差を吸収するように設定することで、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の間隔を一定にできる。

（製造工程）
図６（ａ）〜図６（ｅ）はパワー半導体装置３００の製造工程の断面図である。図６（ａ）に示すように、まず下基板４６を用意し、次に図６（ｂ）に示すように第１導体部２１に半田材や焼結金属等の接続部材を介して半導体素子１０を搭載する。さらに半導体素子１０のエミッタ側電極面にはんだ等の接続部材を介して、金属ブロック１５９を搭載し接続する。その後、図示していないＡｌワイヤを接続する。金属ブロック１５９は電気伝導性を有する金属材料であればとくに制約されないが、電気伝導性が高い銅が望ましい。金属ブロック１５９には軽量化のためアルミを用いてもよい。接続部材との接続を確保するため金属ブロック１５９の表面にめっき等を施してもよい。

次に図６（ｃ）に示されるように、接続部材を介して、正極側の直流端子導体６、負極側の直流端子導体７及び交流端子導体８を搭載する。そして図６（ｄ）に示すように、さらに接続部材を介して、上基板４７を搭載し接続する。最後に、図６（ｅ）に示すように、第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２を上基板４７と下基板４６とを挟み込むように配置する。そして、第１フィン４１Ｆと第２フィン４２Ｆを内側に押圧することで、正極側の直流端子導体６、負極側の直流端子導体７及び交流端子導体８を挟み込んだ上基板４７と下基板４６とを結合させる。なおこの際に、図５を参照して説明したように、正極側の直流端子導体６、負極側の直流端子導体７及び交流端子導体８は、半田ボール５ｃを含む半田を用いて接合されるので、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２とのＺ方向の間隔を一定にできる。

（製造工程の斜視図）
図７は、図６（ｃ）工程に対応する製造工程におけるパワー半導体装置３００の全体斜視図である。図７には、下基板４６に、パワー半導体素子である上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａ及び１５５Ｂと、上アーム側ダイオード１５６Ａ及び１５６Ｂと、下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ａ及び１５７Ｂと、下アーム側ダイオード１５８Ａ及び１５８Ｂと、が２並列ではんだ接続されているインバータ回路８００が示されている。ここで、ＩＧＢＴとは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の略である。

各ＩＧＢＴは、ゲート及び温度センスからＡｌワイヤ８４０でコレクタ側基板の導体部に接続している。各パワー半導体素子の上には、金属ブロック１５９を搭載している。リードフレーム８３０及び８３１は、タイバー８３２により端子同士を接続して、トランスファーモールド工程時に端子の位置がずれないように形成される。Ａｌワイヤ８４０は、上アームゲート信号端子３２５Ｕ等と上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａの制御電極等を接続する。

なお前述の半導体素子１０は、上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａ、上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ｂ、上アーム側ダイオード１５６Ａ、上アーム側ダイオード１５６Ｂ、下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ａ、下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ｂと、下アーム側ダイオード１５８Ａ、および下アーム側ダイオード１５８Ｂの総称である。またこのインバータ回路の上アームを構成する半導体素子は上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａ、上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ｂ、上アーム側ダイオード１５６Ａ、および上アーム側ダイオード１５６Ｂである。またこのインバータ回路の下アームを構成する半導体素子は下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ａ、下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ｂと、下アーム側ダイオード１５８Ａ、および下アーム側ダイオード１５８Ｂである。

図８は、図６（ｄ）工程に対応する製造工程のパワー半導体装置３００の全体斜視図である。下基板４６の上に上基板４７を搭載している。

図９は、図６（ｅ）工程に対応する製造工程のパワー半導体装置３００の全体斜視図である。上基板４７及び下基板４６の上に第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆを搭載している。この後、リードフレーム８３０及び８３１に接続されたタイバー８３２をカットして端子を形成し、パワー半導体装置３００を得る。

（パワー半導体装置３００の回路図）
図１０は、本実施形態のパワー半導体装置３００のインバータ回路８００の回路図である。正極側の直流端子導体６は、上アーム回路のコレクタ側接続部３１５から出力しており、バッテリまたはコンデンサの正極側に接続される。上アームゲート信号端子３２５Ｕは、上アーム回路のＩＧＢＴ１５５のゲート及びエミッタセンスから出力している。負極側の直流端子導体７は、下アーム回路のエミッタ側接続部３１９から出力しており、バッテリまたはコンデンサの負極側、又はＧＮＤに接続される。下アームゲート信号端子３２５Ｌは、下アーム回路のＩＧＢＴ１５７のゲート及びエミッタセンスから出力している。交流端子導体８は、下アーム回路のコレクタ側接続部３２０から出力しており、モータに接続される。中性点接地をする場合は、下アーム回路は、ＧＮＤでなくコンデンサの負極側に接続する。

上アーム回路と下アーム回路は、中間接続３２１により接続される。本実施の形態では、交流端子導体８が中間接続３２１を兼ねている。本実施形態に係るパワー半導体装置３００は、上アーム回路及び下アーム回路の２つのアーム回路を、１つのモジュールに一体化した構造である２ｉｎ１構造である。２ｉｎ１構造の他にも、３ｉｎ１構造、４ｉｎ１構造、６ｉｎ１構造等を用いた場合、パワー半導体装置からの出力端子の数を低減し小型化することができる。

なお図１０に示す回路図と図７に示すハードウエア構成との対応は以下のとおりである。すなわち図１０に示す上アーム回路のＩＧＢＴ１５５は、図７に示す上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａ及び１５５Ｂに相当し、図１０に示す上アーム回路のダイオード１５６は、図７に示す上アーム側ダイオード１５６Ａ及び１５６Ｂに相当する。また図１０に示す下アーム回路のＩＧＢＴ１５７は、図７に示す下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ａ及び１５７Ｂに相当し、図１０に示す下アーム回路のダイオード１５８は、図７に示す下アーム側ダイオード１５８Ａ及び１５８に相当する。

（電力変換装置の回路図）
図１１は、本実施形態のパワー半導体装置３００を用いた電力変換装置２００の回路図である。電力変換装置２００は、インバータ回路部１４０及び１４２と、補機用のインバータ回路部４３と、コンデンサモジュール５００と、を備えている。インバータ回路部１４０及び１４２は、パワー半導体装置３００を複数備えており、それらを接続することにより３相ブリッジ回路を構成している。電流容量が大きい場合には、更にパワー半導体装置３００を並列接続し、これら並列接続を３相インバータ回路の各相に対応して行うことにより、電流容量の増大に対応できる。また、パワー半導体装置３００に内蔵しているパワー半導体素子を並列接続することでも電流容量の増大に対応できる。

インバータ回路部１４０とインバータ回路部１４２とは、基本的な回路構成は同じであり、制御方法や動作も基本的には同じである。インバータ回路部１４０等の回路的な動作の概要は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

上述のように、上アーム回路は、スイッチング用のパワー半導体素子として上アーム用ＩＧＢＴ１５５と上アーム用ダイオード１５６とを備えており、下アーム回路は、下アーム用ＩＧＢＴ１５７と下アーム用ダイオード１５８とを備えている。ＩＧＢＴ１５５及び１５７は、ドライバ回路１７４を構成する２つのドライバ回路の一方あるいは他方から出力された駆動信号を受けてスイッチング動作し、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。

上アーム用ＩＧＢＴ１５５や下アーム用ＩＧＢＴ１５７は、コレクタ電極、エミッタ電極（信号用エミッタ電極端子）、ゲート電極（ゲート電極端子）を備えている。上アーム用ダイオード１５６や下アーム用ダイオード１５８は、カソード電極およびアノード電極の２つの電極を備えている。上アーム用ＩＧＢＴ１５５や下アーム用ＩＧＢＴ１５７のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、ダイオード１５６、１５８のカソード電極がＩＧＢＴ１５５、１５７のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ１５５、１５７のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。なお、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）を用いても良く、この場合は上アーム用ダイオード１５６、下アーム用ダイオード１５８は不要となる。

上下アーム直列回路に設けられた不図示の温度センサからは、上下アーム直列回路の温度情報がマイコンに入力される。また、マイコンには上下アーム直列回路の直流正極側の電圧情報が入力される。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知および過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全ての上アーム用ＩＧＢＴ１５５、下アーム用ＩＧＢＴ１５７のスイッチング動作を停止させ、上下アーム直列回路を過温度或いは過電圧から保護する。

図１２は、電力変換装置２００の外観を示す全体斜視図である。本実施形態に係る電力変換装置２００の外観は、上面あるいは底面が略長方形の筐体１１２と、筐体１１２の短辺側の外周の一つに設けられた上部ケース１１０と、筐体１１２の下部開口を塞ぐための下部ケース１１６とを固定して形成されたものである。筐体１１２と下部ケース１１６は一体で形成される場合もある。筐体１１２の底面図あるいは上面図の形状を略長方形としたことで、車両への取付けが容易となり、また生産しやすい。筐体１１２には、パワー半導体装置３００を冷却する冷媒の流入路１１３および流出路１１４が接続される。

図１３は、本実施形態に係る電力変換装置２００の断面構造を示す概略図である。パワー半導体装置３００を流路部材に組み付け、流路付きパワー半導体装置９００を形成している。パワー半導体装置３００は、交流電極端子は電流センサ１８０を搭載したバスバーに溶接する。また、パワー半導体装置３００の直流端子はコンデンサモジュール５００と溶接する。次に、実装部品を搭載した制御回路１７２、ドライバ回路１７４を組み付け、信号端子と接続する。流路付きパワー半導体装置９００の上部に制御回路、下部にコンデンサモジュールを設置することで、コンパクトに配置し小型化できる。

図１４は、流路付きパワー半導体装置９００の外観を示し、図１４（ａ）は、流路付きパワー半導体装置９００のエミッタ側からみた斜視図、図１４（ｂ）はコレクタ側からみた斜視図、（ｃ）は断面図である。パワー半導体装置３００を流路部材に組み付け、流路付きパワー半導体装置９００を形成している。

図１５は、流路付きパワー半導体装置９００の製造工程を示す斜視図である。図１５（ａ）に示されるように、モジュール連結部材１００２に、貫通水路１００１を金属溶融接合する。次に図１５（ｂ）に示されるように、パワー半導体装置３００のコレクタ側をモジュール連結部材１００２に搭載し、金属溶融接合する。

次に図１５（ｃ）に示されるように、パワー半導体装置３００のエミッタ側にモジュール連結部材１００２を搭載し、貫通水路部及びパワー半導体装置３００を金属溶融接合により水密接合する。次に図１５（ｄ）に示されるように、コレクタ側及びエミッタ側のモジュール連結部材１００２に流路カバー１００３を搭載し金属溶融接合により水密接合する。２ｉｎ１のパワー半導体装置３００を６ｉｎ１の流路付きパワー半導体装置９００として組み上げる事で、水密性を確保しつつ、電力変換装置２００への組み立てを容易にする効果がある。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）パワー半導体装置３００は、導体である第１導体部２１と、第１導体部２１とは異なる導体である第２導体部２２と、第１導体部２１に実装されかつインバータ回路８００の上アームを構成する上アーム側ＩＧＢＴ１５５Ａ、１５５Ｂ、上アーム側ダイオード１５６Ａ、１５６Ｂと、第１導体部２１に実装されかつインバータ回路の下アームを構成する下アーム側ＩＧＢＴ１５７Ａ、１５７Ｂ、下アーム側ダイオード１５８Ａ、および１５８Ｂと、上アームおよび下アームに交流電流を伝達する交流端子導体８と、を備える。交流端子導体８の一部は、第１導体部２１と第２導体部２２の間の空間に配置されかつ当該第１導体部２１と当該第２導体部２２との間の電流伝達路となる。交流端子導体８が第１導体部２１と第２導体部２２との間の電流伝達路となるので、両者を接続する部材を別途用意する必要がなくパワー半導体装置３００を小型化できる。またパワー半導体装置３００の部品点数が削減されるので、組み立てを効率化できる。

（２）パワー半導体装置３００は、第１導体部２１と接続される第１絶縁部３１と、第２導体部２２と接続されかつ第１絶縁部３１と対向する第２絶縁部３２と、を備える。交流端子導体８の一部は、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の間の空間に配置される。そのため、第１導体部２１や第２導体部２２を単独で扱うのではなく、第１絶縁部３１や第２絶縁部３２と一体かさせてから組み立てることによりパワー半導体装置３００の生産性を向上できる。また大電流が流れる第１導体部２１や交流端子導体８などを第１絶縁部３１および第２絶縁部３２で挟み込むことにより、ショートを防止し信頼性を向上することができる。

（３）パワー半導体装置３００は、正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７を備える。第１絶縁部３１は、矩形状である。正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７の少なくとも一方の一部は、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の間の空間に配置される。交流端子導体８は、第１絶縁部の矩形状の一辺側から突出する。正極側の直流端子導体６および負極側の直流端子導体７の少なくとも一方は、第１絶縁部３１の矩形状の一辺とは異なる他辺側から突出する。そのため矩形の異なる２辺に直流端子導体と交流端子導体８が配されるので、これらにより第１絶縁部３１と第２絶縁部３２との間隔を一定にできる。

（４）パワー半導体装置３００は、交流端子導体８の一部と第１導体部２１及び第２導体部２２と接続する半田材５ａおよび５ｂと、交流端子導体８の一部に接触され、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の配列方向における当該交流端子導体８の一部の位置を調整する半田ボール５ｃと、直流端子導体６，７の一部に接触され、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の配列方向における当該直流端子導体６，７の一部の位置を調整する半田ボール５ｃと、を備える。そのため半田に半田含ませるボール５ｃの直径を変化させることで、交流端子導体８と第１絶縁部３１や第２絶縁部３２との距離や、直流端子導体６，７と第１絶縁部３１や第２絶縁部３２との距離を調整できる。

（５）パワー半導体装置３００は、交流端子導体８の一部を挟むように形成される第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２を備える。そのため交流端子導体８を効率よく冷却できる。

（６）第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２は第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆを有する。第１放熱ベース４１および第２放熱ベース４２の配列方向から見た場合に、第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆは、交流端子導体８の一部と重なる位置に形成される。そのため交流端子導体８をさらに効率よく冷却できる。また第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆを押圧することで、交流端子導体８を鉛直方向から挟み込む力が働き、パワー半導体装置３００を効率よく作成できる。仮に第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆが交流端子導体８の一部と全く重ならない位置に形成されると、放熱の効率が悪化するだけでなく、次の問題がある。すなわち、第１フィン４１Ｆおよび第２フィン４２Ｆを押圧した際に交流端子導体８には曲げ応力が働き、十分な接着の力が得られない恐れがある。

（変形例１）
上述した実施の形態では、半田ボール５ｃを用いて第１絶縁部３１と第２絶縁部３２の間隔を一定とした。しかし半田ボール５ｃの代わりに所定の直径を有するワイヤを用いてもよい。このワイヤはたとえば銅製である。

（変形例２）
上述した実施の形態では、図７において２並列の構成を示した。しかし並列に構成されなくてもよいし、３以上を並列に構成してもよい。

（変形例３）
上述した実施の形態では、交流端子導体８と直流端子導体６，７は、矩形である第１絶縁部３１の対向する辺から突出した。しかし交流端子導体８と直流端子導体６，７は、矩形である第１絶縁部３１の隣接する辺から突出してもよい。すなわち交流端子導体８と直流端子導体６，７は、同一の辺から突出しなければよい。

上述した実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

５ｃ半田ボール（第１調整部材、第２調整部材）
６正極側の直流端子導体
７負極側の直流端子導体
８交流端子導体
１０半導体素子
２１第１導体部
２２第２導体部
３１第１絶縁部
３２第２絶縁部
４１第１放熱ベース
４１Ｆ第１フィン
４２第２放熱ベース
４２Ｆ第２フィン
４３インバータ回路部
４６下基板
４７上基板
３００パワー半導体装置
８００インバータ回路

Claims

導体である第１導体部と、
前記第１導体部とは異なる導体である第２導体部と、
前記第１導体部に実装されかつインバータ回路の上アームを構成する第１半導体素子と、
前記第１導体部に実装されかつ前記インバータ回路の下アームを構成する第２半導体素子と、
前記上アームおよび前記下アームに交流電流を伝達する交流端子導体と、を備え、
前記交流端子導体の一部は、前記第１導体部と前記第２導体部の間の空間に配置されかつ当該第１導体部と当該第２導体部との間の電流伝達路となり、
前記第１導体部、前記第２導体部、前記交流端子導体、前記第１半導体素子、および前記第２半導体素子はＸＹ平面に広がり、
前記交流端子導体、前記第１半導体素子、および前記第２半導体素子は、前記ＸＹ平面に垂直なＺ方向に重ならない、パワー半導体装置。
請求項１に記載されたパワー半導体装置において、
前記第１導体部と接続される第１絶縁部と、
前記第２導体部と接続されかつ前記第１絶縁部と対向する第２絶縁部と、をさらに備え、
前記交流端子導体の一部は、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部の間の空間に配置されるパワー半導体装置。
請求項２に記載のパワー半導体装置において、
直流電流を伝達する直流端子導体をさらに備え、
前記第１絶縁部は、矩形状を為し、
前記直流端子導体の一部は、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部の間の空間に配置され、
前記交流端子導体は、前記第１絶縁部の前記矩形状の一辺側から突出し、
前記直流端子導体は、前記第１絶縁部の前記矩形状の前記一辺とは異なる他辺側から突出するパワー半導体装置。
請求項３に記載のパワー半導体装置において、
前記交流端子導体の一部と前記第１導体部及び前記第２導体部と接続する半田材と、
前記交流端子導体の一部に接触され、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部の配列方向における当該交流端子導体の一部の位置を調整する第１調整部材と、
前記直流端子導体の一部に接触され、前記第１絶縁部と前記第２絶縁部の配列方向における当該直流端子導体の一部の位置を調整する第２調整部材と、をさらに備えるパワー半導体装置。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のパワー半導体装置において、
前記交流端子導体の一部を挟むように形成される第１放熱ベースおよび第２放熱ベースをさらに備えるパワー半導体装置。
請求項５に記載のパワー半導体装置において、
前記第１放熱ベースおよび前記第２放熱ベースの少なくとも一方はフィンを形成し、
前記第１放熱ベースおよび前記第２放熱ベースの配列方向から見た場合に、前記フィンは、前記交流端子導体の一部と重なる位置に形成されるパワー半導体装置。