JP7046742B2 - パワーモジュール - Google Patents

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Description

本発明はパワーモジュールに関する。
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。電力変換装置を構成するパワーモジュールとして、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）とダイオードとを一対の金属板で挟んでモールド樹脂により封止する構造を有するものがある。ＩＧＢＴやダイオードに接続される端子は、モールド樹脂から露出されており、ＩＧＢＴとダイオードとは、上アーム回路または下アーム回路の一方を構成する。上アーム回路または下アーム回路の一方を有する２in１構造のパワーモジュールにおいて、コレクタリードおよびコレクタセンスが金属板と一体に形成された構造が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７－７３７４３号公報
特許文献１には、上・下アーム回路が一体化された２in１構造のパワーモジュールにおけるコレクタセンスの接続に関する記載は無い。
本発明の一態様によるパワーモジュールは、平面視で多辺形状のモジュール本体を有するパワーモジュールであって、上・下アーム回路の一方を構成する複数個の第１能動素子と、上・下アーム回路の他方を構成する複数個の第２能動素子と、前記複数個の各第１能動素子のコレクタ電極が接続される第１導体と、前記複数個の第２能動素子のエミッタ電極が接続される第２導体と、前記モジュール本体の一辺から突出する正極側端子および負極側端子と、前記モジュール本体の前記一辺とは異なる他辺から突出する交流側端子と、前記第１導体と前記第２導体とを接続する中間電極部と、第１センス接続部を有し、前記第１能動素子の前記コレクタ電極と前記第１導体とを前記第１センス接続部を介して接続する第１コレクタセンス配線とを備え、前記中間電極部は、前記複数個の第１能動素子のうち、前記交流側端子に最も近い前記第１能動素子の近くに配置され、前記第１センス接続部は、前記複数個の第１能動素子のうち、前記交流側端子から最も遠い前記第１能動素子の近くに配置されている。
本発明によれば、コレクタセンスによる電圧の検知精度を向上することができる。
図１は、本発明によるパワーモジュールの一実施形態の外観斜視図。 図２は、図１に示すパワーモジュールのＩＩ－ＩＩ線断面図。 図３は、図１に示すパワーモジュールの回路の一例を示す回路図。 図４（ａ）～図４（ｃ）は、図１に示すパワーモジュールの製造方法を説明するための各工程における断面図。 図５（ａ）～図５（ｂ）は、図４（ａ）～図４（ｃ）に続くパワーモジュールの製造方法を説明するための各工程における断面図。 図６（ａ）～図６（ｃ）は、それぞれ、図４（ａ）～図４（ｃ）に対応する工程の斜視図。 図７（ａ）～図７（ｂ）は、それぞれ、図５（ａ）～図５（ｂ）に対応する工程の斜視図。 図８（ａ）は、封止前モジュール構成体を金型内に設置して樹脂モールドを行う工程の断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の領域ＶＩＩＩｂの拡大図。 図９（ａ）は、本発明によるパワーモジュールにおける電流の流れを示す平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＩＸｂ－ＩＸｂ線断面図。 図１０は、本発明によるパワーモジュールにおけるパワー端子とセンス接続部との配置関係を示す平面図。 図１１（ａ）は、本発明によるパワーモジュールにおける能動素子配置領域と、センス接続部および交流側電極の位置関係を示す平面図、図１１（ｂ）は、本発明によるパワーモジュールの断面図。 図１２は、図１０に示す本発明のパワーモジュールとの対比として示す比較例のパワーモジュールの平面図。 図１３は、本発明によるパワーモジュールを用いた電力変換装置の回路図。 図１４は、図１３に示す電力変換装置の一例を示す外観斜視図。 図１５は、図１４に示す電力変換装置のＸＶ－ＸＶ線断面図。 図１６は、図１５に図示された冷却流路付きパワーモジュールを示し、図１６（ａ）は上方側からみた斜視図、図１６（ｂ）は、下方側からみた斜視図。 図１７は、図１６（ａ）のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線断面図。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
図１は、本発明による流量センサの一実施形態の上面側からみた平面図であり、図２は、図１に示す流量センサを裏面側からみた平面図であり、図３は、図１に示す流量センサのＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図であり、図４は図１に示す流量センサのＩＶ－ＩＶ線断面図である。
なお、以下の説明において、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は図示の通りとする。
図１は、本発明によるパワーモジュールの一実施形態の外観斜視である。
パワーモジュール３００は、樹脂８５０により内部の電子部品を封止した樹脂パッケージであるパワーモジュール本体３０１、フィンベース８００および大電流を入出力する複数のパワー端子、信号を入出力する複数の信号端子を備えている。パワーモジュール本体３０１は、ほぼ直方体形状、換言すれば、最も面積が大きい主面３０２を垂直方向からみた平面視でほぼ矩形形状を有する。複数のパワー端子および複数の信号端子は、パワーモジュール本体３０１の長さ方向（Ｘ方向）の一辺３０１ａ、およびこの一辺に対向する他辺３０１ｂから突出している。パワーモジュール本体３０１の主面３０２およびこの主面３０２の対向面である裏面３０３それぞれに、多数のフィンを有するフィンベース８００が設けられている。各フィンベース８００の外周縁には、環状の溝８０２が形成されている。
パワーモジュール本体３０１の他辺３０１ｂからは、正極側端子３１５Ｂおよび負極側端子３１９Ｂ等のパワー端子が突出している。パワーモジュール本体３０１の一辺３０１ａからは、パワー端子として、交流側端子３２０Ｂが突出している。
パワーモジュール本体３０１の他辺３０１ｂからは、下アームゲート端子３２５Ｌ，ミラーエミッタ信号端子３２５Ｍ、ケルビンエミッタ信号端子３２５Ｋ、コレクタセンス信号端子３２５Ｃ等の信号端子が突出している。パワーモジュール本体３０１の一辺３０１ａからは、上アームゲート端子３２５Ｕ、温度センス信号端子３２５Ｓ、ミラーエミッタ信号端子３２５Ｍ、ケルビンエミッタ信号端子３２５Ｋ、コレクタセンス信号端子３２５Ｃ等の信号端子等が突出している。
ケルビンエミッタ信号端子３２５Ｋからの信号は、ゲート信号の基準を示す。コレクタセンス信号端子３２５Ｃからの信号は短絡保護に用いられる。後述するように、パワーモジュール３００は上・下アーム回路を有しており、短絡の保護は、上・下アーム回路のいずれかが短絡した場合、短絡していない側のアーム回路をオープンにして、電流を遮断状態にすることによりなされる。短絡保護の検出に各アーム回路のコレクタセンスと共にミラーエミッタも利用することができる。複数の検知を併用することで冗長性を持たせることができる。温度センス信号端子３２５Ｓからの信号は、後述する能動素子の温度をモニタすることに用いられ、能動素子の温度が所定の温度より高くなる場合には、温度上昇を抑制し、能動素子を保護するために使用される。
本明細書において、複数のパワー端子、信号を入出力する複数の信号端子は、正極側端子３１５Ｂおよび負極側端子３１９Ｂと、交流側端子３２０Ｂとを含むパワー端子を含む。また、ミラーエミッタ信号端子３２５Ｍ、ケルビンエミッタ信号端子３２５Ｋ、コレクタセンス信号端子３２５Ｃ等の信号端子も含む。
図１に図示されているように、パワー端子である正極側端子３１５Ｂおよび負極側端子３１９Ｂと、交流側端子３２０Ｂとは、パワーモジュール本体３０１の他辺３０１ｂと一辺３０１ａとに相対向して設けられている。しかも、正極側端子３１５Ｂ、負極側端子３１９Ｂと、交流側端子３２０Ｂとは、対角線上に配置されている。
また、パワーモジュール本体３０１の一辺３０１ａから突出するコレクタセンス信号端子３２５Ｃと、交流側端子３２０Ｂとは、一辺３０１ａの一端近傍とその反対側の他端近傍とに離間されて配置されている。パワーモジュール本体３０１の他辺３０１ｂから突出する、コレクタセンス信号端子３２５Ｃと、正極側端子３１５Ｂおよび負極側端子３１９Ｂとは、他辺３０１ｂの一端近傍とその反対側の他端近傍とに離間されて配置されている。従って、パワーモジュール本体３０１の一辺３０１ａから突出するコレクタセンス信号端子３２５Ｃとパワーモジュール本体３０１の他辺３０１ｂから突出するコレクタセンス信号端子３２５Ｃとは、矩形形状を為すパワーモジュール本体３０１のもう一つの対角線上に配置されている。
複数のパワー端子および複数の信号端子は、長さ方向（Ｘ方向）から高さ方向（Ｚ方向）に向け、垂直に屈曲され、同一方向に向けて延出されている。複数の信号端子を同一方向に向けることで、制御回路やドライバ回路への接続が容易となる。また、制御端子を、パワーモジュール本体３０１の一辺３０１ａと他辺３０１ｂとの二辺に分けて突出するため、端子間の沿面距離や空間距離を確保している。
正極側端子３１５Ｂと負極側端子３１９Ｂとは、パワーモジュール本体３０１の他辺３０１ｂ側にＹ方向に隣接して配置されている。また、正極側端子３１５Ｂと負極側端子３１９ＢとはＬ字形状に屈折された小さい面積である側面を対向して配列されており、入出力の電流を近接させると共にインダクタンスを低減する効果を得ている。また、直流端子である正極側端子３１５Ｂと負極側端子３１９Ｂとはバッテリに連結したコンデンサモジュール５００（図１３参照）に接続するため、共に同一の他辺３０１ｂ側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。交流側端子３２０Ｂは、直流側端子が突出する面とは対向する対面から突出している。交流側端子３２０Ｂは、電流センサ１８０（図１３参照）に接続した後、インバータから出力し、モータジェネレータ１９２、１９４（図１３参照）に接続される。このため、コンデンサモジュール５００と接続する直流端子とは別方向に突出させることで、インバータレイアウトが簡略化できる効果がある。
図２は、図１に示すパワーモジュールのＩＩ－ＩＩ線断面図であり、図３は、図１に示すパワーモジュールの回路の一例を示す回路図である。
パワーモジュール３００は、能動素子１５５とダイオード１５６とからなるスイッチング素子を有する上アーム回路と、能動素子１５７とダイオード１５８とからなるスイッチング素子を有する下アーム回路を備えている。能動素子１５５、１５７として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor
Field-Effect Transistor）等のトランジスタが用いられる。ダイオード１５６、１５８として、ＳＢＤ（Schottky Diode）、ＦＲＤ（Fast Recovery Diode）等が用いられる。
図３に図示されるように、正極側端子３１５Ｂは、第３導体４１２に接続される。上アーム回路のスイッチング素子を構成する能動素子１５５のコレクタ電極とダイオード１５６のカソード電極は、第３導体４１２により電気的に接続される。能動素子１５５のエミッタ電極とダイオード１５６のアノード電極は、第２導体４１１により電気的に接続される。
負極側端子３１９Ｂは第４導体４１３に電気的に接続される。下アーム回路のスイッチング素子を構成する能動素子１５７のエミッタ電極とダイオード１５８のアノード電極は、第４導体４１３により電気的に接続される。能動素子１５７のコレクタ電極とダイオード１５８のカソード電極は、第１導体４１０により電気的に接続される。第１導体４１０と第２導体４１１は、中間電極部４１４を介して電気的に接続される。交流側端子３２０Ｂは、第１導体４１０に電気的に接続される。ケルビンエミッタ信号端子３２５Ｋは、上アーム回路および下アーム回路それぞれの、エミッタ電極およびコレクタ電極に接続される。上アーム回路のコレクタセンス信号端子３２５Ｃは、第３導体４１２に電気的に接続され、下アーム回路のコレクタセンス信号端子３２５Ｃは、第１導体４１０に接続される。
一つの能動素子１５５は、たとえば図９から明らかなように、複数個の能動素子１５５を備えて構成されている。図２に示されるように、複数個の能動素子１５５のコレクタ電極、複数個のダイオード１５６のアノード電極は、はんだ、焼結金属等の金属接合部材５１を介して、第３導体４１２に接合されている。複数個の能動素子１５５のエミッタ電極、複数個のダイオード１５６のカソード電極は、はんだ、焼結金属等の金属接合部材５１を介して、第２導体４１１に接合されている。複数個の能動素子１５７のコレクタ電極、複数個のダイオード１５８のアノード電極（図２には図示せず）は、はんだ、焼結金属等の金属接合部材５１を介して、第１導体４１０に接合されている。複数個の能動素子１５７のエミッタ電極、複数個のダイオード１５８のカソード電極（図２には図示せず）は、はんだ、焼結金属等の金属接合部材５１により、第４導体４１３に接合されている。第１導体４１０は、第２導体４１１に一体的に形成された中間電極部４１４（図６（ａ）も参照）に金属接合部材５１により接合されている。これにより、第１導体４１０と第２導体４１１とは、電気的に接続されている。
なお、能動素子１５５、１５７は、下面全面がコレクタ電極であり、ダイオード１５６、１５８は、下面全面がアノード電極、上面のアクティブエリアがカソード電極となっている。
第１～第４導体４１０～４１３は、銅やアルミニウムにより形成されるが、電気伝導性が高い材料であれば、他の材料でもよい。第１導体４１０および第３導体４１２の下方（―Ｚ方向）にはコレクタ側配線板４２３が配置されている。コレクタ側配線板４２３は、はんだ、焼結金属等の金属接合部材５１により、第１導体４１０および第３導体４１２に接合されている。コレクタ側配線板４２３は、セラミック等の絶縁板４５１の表裏面に、銅やアルミニウムからなる配線４５２が形成されて構成されている。第１導体４１０および第３導体４１２は、金属接合部材５１により配線４５２に接合されている。金属接合される導体や配線には、接合強度を増大するために、めっきを施したり、微細な凹凸を設けたりしてもよい。各能動素子１５５、１５７の各電極は、ワイヤ８４０によりコレクタ側配線板４２３に形成された配線に接続されている。各能動素子１５５、１５７の各電極と配線との接続については、後述する。
第２導体４１１および第４導体４１３の上方（Ｚ方向）にはエミッタ側配線板４２２が配置されている。エミッタ側配線板４２２は、はんだ、焼結金属等の金属接合部材５１により、第２導体４１１および第４導体４１３に接合されている。エミッタ側配線板４２２は、セラミック等の絶縁板４５３の表裏面に、銅やアルミニウムからなる配線４５４が形成されて構成されている。第２導体４１１および第４導体４１３は、金属接合部材５１によりエミッタ側配線板４２２に形成された配線４５４に接合されている。
コレクタ側配線板４２３の下面およびエミッタ側配線板４２２の上面には、それぞれ、フィンベース８００が接合されている。コレクタ側配線板４２３またはエミッタ側配線板４２２とフィンベース８００とは、はんだ、焼結金属等の金属接合部材５１により接合される。
上下のフィンベース８００の間は、樹脂８５０により封止されている。樹脂８５０は、例えば、トランスファーモールドにより形成される。
図４（ａ）～図４（ｃ）は、図１に示すパワーモジュールの製造方法を説明するための各工程における断面図であり、図５（ａ）～図５（ｂ）は、図４（ａ）～図４（ｃ）に続くパワーモジュールの製造方法を説明するための各工程における断面図である。また、図６（ａ）～図６（ｃ）は、それぞれ、図４（ａ）～図４（ｃ）に対応する工程の斜視図であり、図７（ａ）～図７（ｂ）は、それぞれ、図５（ａ）～図５（ｂ）に対応する工程の斜視図である。
図４（ａ）～図４（ｃ）、図５（ａ）～図５（ｂ）、図６（ａ）～図６（ｃ）および図７（ａ）～図７（ｂ）を参照して、図１に示すパワーモジュール３００の製造方法を説明する。
図４（ａ）、図６（ａ）に図示されるように、第３導体４１２に、複数個の能動素子１５５のコレクタ電極および複数個のダイオード１５６のカソード電極を金属接合部材５１により接合する。同様に、第１導体４１０に、複数個の能動素子１５７のコレクタ電極および複数個のダイオード１５８のカソード電極を金属接合部材５１により接合する。
また、第２導体４１１に、複数個の能動素子１５５の上面および複数個のダイオード１５６のアノード電極を金属接合部材５１により接合する。同様に、第４導体４１３に、複数個の能動素子１５５の上面および複数個のダイオード１５６のアノード電極を金属接合部材５１により接合する。
図９等に図示されるように、第３導体４１２と第２導体４１１との間には、複数個（実施例では４個として例示）の能動素子１５５およびダイオード１５６が配置される。同様に、第１導体４１０と第４導体４１３との間には、複数個（実施例では４個）の能動素子１５７およびダイオード１５８が配置される。上アーム回路および下アーム回路を、複数個の能動素子１５５、１５７およびダイオード１５６、１５８により構成することで、モータ等の負荷に大電流を供給することができる。
なお、図４（ａ）～（ｃ）、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１導体４１０には、この第１導体４１０よりも厚さが薄い交流側端子３２０Ｂが一体に形成されている。交流側端子３２０Ｂは、能動素子１５７、ダイオード１５８が接合される上面が第１導体４１０の上面と面一であり、その下面側が第１導体４１０の下面から凹む（図ではＺ方向上方に位置する）段差を有している。また、正極側端子３１５Ｂは第３導体４１２に一体的に形成されており、負極側端子３１９Ｂは第４導体４１３に形成された中間電極４１４Ａ（図６、図９参照）に、例えば、金属接合部材により接合されている。
次に、図４（ｂ）、図６（ｂ）に図示されるように、第１導体４１０および第３導体４１２の下面に金属接合部材５１によりコレクタ側配線板４２３を接合し、各能動素子１５５、１５７の各電極を、コレクタ側配線板４２３の配線４５２にワイヤ８４０により電気的に接続する。また、各配線４５２と、図１に図示されるすべての信号端子とをワイヤ８４１により接続する。図４（ｂ）、図６（ｂ）では、ワイヤ８４０、８４１は１本のみ図示するが、図９（ａ）に図示されるように、ワイヤ８４０、８４１はそれぞれ、複数本設けられている。図６（ｂ）に図示されるように、配線４５２には、コレクタセンス配線４５２ａが含まれており、このコレクタセンス配線４５２ａは、コレクタセンス信号端子３２５Ｃにワイヤ８４１ａにより接続される。
次に、図４（ｃ）、図６（ｃ）に図示されるように、第２導体４１１および第４導体４１３の上面に金属接合部材５１によりエミッタ側配線板４２２の下側（－Ｚ方向側）の配線４５４を接合する。
図４（ｃ）、図６（ｃ）に図示されたパワーモジュール構成体を、封止前モジュール構成体３０４とする。
本実施形態では、コレクタ側導体である第１導体４１０および第３導体４１２と、コレクタ側配線板４２３とが別体とされた構造を有する。コレクタ側配線板４２３の配線４５２の厚さは薄いが、第１導体４１０および第３導体４１２の厚さは厚い為、平面方向に熱を拡散することができる。コレクタ側配線板４２３の配線４５２の厚さを薄くすることでコレクタ側配線板４２３を安価にすることができ、また、配線４５２の厚さが薄いため、配線のパターンを微細化することが可能となり、コレクタ側配線板４２３の面積が縮小され小型化が可能となる。
エミッタ側についても同様であり、エミッタ側導体である第２導体４１１および第４導体４１３と、エミッタ側配線板４２２とが別体とされており、これにより、第２導体４１１と第４導体４１３により、平面方向に熱を拡散することができ、また、エミッタ側配線板４２２を安価、かつ、小型化とすることが可能となる。
次に、図５（ａ）、図７（ａ）に図示されるように、コレクタ側配線板４２３の下面およびエミッタ側配線板４２２の上面に、それぞれ、フィンベース８００を、金属接合部材５１により接合する。フィンベース８００は、例えば、アルミニウムにより形成されている。コレクタ側配線板４２３の配線４５２およびエミッタ側配線板４２２の配線４５４を銅で形成すると、アルミニウムと銅の熱膨張差でフィンベース８００に反りが生じる。しかし、本実施形態では、第１導体４１０と第３導体４１２に接合されたコレクタ側配線板４２３、および第２導体４１１と第４導体４１３に接合されたエミッタ側配線板４２２に、それぞれ、フィンベース８００を金属接合部材５１により接合する。このため、フィンベース８００を接合する際の反りを低減することができる。従って、フィンベース８００の接合工程を、加圧接合するプロセスでなく、低加圧または無加圧の接合プロセスとすることが可能となる。これにより、生産設備の低コスト化を図ることができる。
なお、フィンベース８００の接合面にはニッケルめっきを施してもよい。
また、コレクタ側配線板４２３やエミッタ側配線板４２２を、予め、フィンベース８００に金属接合部材５１等により接合しておいてもよい。
次に、図５（ｂ）、図７（ｂ）に図示されるように、上下一対のフィンベース８００間に設けられた封止前モジュール構成体３０４を樹脂８５０により封止する。樹脂８５０による封止は、例えば、トランスファ-モールド等の樹脂モールドにより行う。樹脂モールドの前に、封止前モジュール構成体３０４に樹脂薄膜を被覆しておいてもよい。
図８（ａ）は、封止前モジュール構成体を金型内に設置して樹脂モールドを行う工程の断面図である。
図８（ａ）に図示されるように、封止前モジュール構成体３０４を、この封止前モジュール構成体３０４の上下面にフィンベース８００が接合された状態で、下型８５２ａおよび上型８５２ｂにより構成される金型８５２のキャビティ内に設置する。各フィンベース８００には、外周縁に溝８０２が形成されており、溝８０２より外周側の部分である外周部８０６を、下型８５２ａの段部８５５ａまたは上型８５２ｂの段部８５５ｂに当接する。
図８（ｂ）は、図８（ａ）の領域ＶＩＩＩｂの拡大図である。但し、図８（ｂ）では、コレクタ側配線板４２３は図示を省略してある。
上下のフィンベース８００の外周部８０６下面間の長さは、下型８５２ａの段部８５５ａと上型８５２ｂの段部８５５ｂ間の長さよりも大きい。また、下型８５２ａの底部内面から段部８５５ａの上面までの長さは、フィンベース８００の下面からフィンベース８００の外周部８０６の下面までの長さより大きい。このため、金型８５２を型締めすると、フィンベース８００は、外周部８０６が段部８５５ａの上面に押し付けられ、溝８０２で屈曲される。これにより、一対のフィンベース８００間に配置された封止前モジュール構成体３０４の周囲に注入された樹脂材８５０Ｓが、フィンベース８００の外周部８０６と段部８５５ａの当接部からフィンベース８００側に漏出することはない。
一対のフィンベース８００が接合された封止前モジュール構成体３０４を、金型８５２により強力にクランプすると、能動素子１５５、１５７等に過度の応力が生じる。しかし、フィンベース８００に溝８０２を設けており、フィンベース８００は溝８０２において小さい荷重で屈曲する構成としているので、能動素子１５５、１５７等に作用する応力を緩和することができる。
また、金型８５２内には、ばね機構８５４が設けられている。ばね機構８５４は、第１～第４導体４１０～４１３やコレクタ側・エミッタ側配線板４２２、４２３を介して能動素子１５５、１５７等に作用する引き剥しを防止する機能を有する。つまり、金型８５２のキャビティ内に設置された封止前モジュール構成体３０４の周囲に充填される樹脂材８５０Ｓにより、上下のフィンベース８００に、このフィンベース８００間の空間を広げる圧力が作用する。このため、能動素子１５５、１５７等に、第１～第４導体４１０～４１３やコレクタ側・エミッタ側配線板４２３、４２２を介して引き剥がし力が作用する。ばね機構８５４による封止前モジュール構成体３０４への加圧力を、上下の金型８５２ａ、８５２ｂの型締力により生じる封止前モジュール構成体３０４への加圧力よりも大きくすることで、能動素子１５５、１５７等に作用する引き剥し力を打ち消すことができる。
能動素子１５５、１５７等は、加圧力には強いが、引き剥がし力には弱く、破壊や故障の要因となる。ばね機構８５４による封止前モジュール構成体３０４への加圧力を、樹脂材８５０Ｓの圧力により生じる引き剥がし力よりも大きくすることで、樹脂モールド時の能動素子１５５、１５７等の破壊や故障を防止することができる。
なお、図示はしないが、第１～第４導体４１０～４１３、パワー端子、信号端子のパッケージ化は、樹脂モールド工程までは、第１～第４導体４１０～４１３、パワー端子および信号端子がタイバーにより連結された状態で行われる。樹脂モールド後に、タイバーをカットし、パワー端子、信号端子を所定の形状に加工することで、図１に図示されるパワーモジュール３００を得ることができる。
図９（ａ）は、本発明によるパワーモジュールにおける電流の流れを示す平面図である。
本実施形態のパワーモジュール３００は、図３にも示されるように、上アーム回路と下アーム回路が一体化された２in１構造とされている。
図９（ａ）では、フィンベース８００、樹脂８５０、エミッタ側配線板４２２を非表示とし、エミッタ側導体である第２導体４１１、第４導体４１３を半透過で示し、樹脂８５０の外形を破線で示している。また、能動素子１５５、１５７を経由する電流の流れを矢印で示している。電流のうち、コレクタ側を流れる電流は実線で示し、エミッタ側を流れる電流は破線で示している。
コンデンサモジュール５００（図１３参照）の正極と連結されるパワー端子である正極側端子３１５Ｂには、電流がコンデンサ側から集中的に入る。正極側端子３１５Ｂから入った電流は、上アーム回路のコレクタ側導体である第３導体４１２を経由して、複数個の能動素子１５５の各コレクタ電極に分岐して入る。各能動素子１５５のコレクタ電極に入った電流は、各能動素子１５５のエミッタ電極から出力され、上アーム回路のエミッタ側導体である第２導体４１１を経由して中間電極部４１４に流れ、この中間電極部４１４に集中する。
中間電極部４１４に集中した電流は、下アーム回路のコレクタ側導体である第１導体４１０に流れる。第１導体４１０からは、電流は２つの電流路に分岐される。１つは、パワー端子である交流側電極４０６に流れる電流路であり、もう１つは、複数個の能動素子１５７に分岐される電流路である。なお、交流側電極４０６は、交流側端子３２０Ｂに接続される樹脂８５０の内側の領域である。交流電流は、交流側電極４０６および交流側端子３２０Ｂを経由して、モータジェネレータ１９２、１９４（図１３参照）に供給される。
中間電極部４１４に集中した電流は、中間電極部４１４から第１導体４１０を経由して下アーム回路を構成する複数の能動素子１５７の各コレクタ電極に分岐して入る。各能動素子１５７のコレクタ電極に入った電流は、各能動素子１５７のエミッタ電極から出力され、下アーム回路のエミッタ側導体である第４導体４１３および中間電極４１４Ａを経由してパワー端子である負極側端子３１９Ｂに再び集中する。
つまり、コンデンサモジュール５００側からパワーモジュール３００に流れる電流は、中間電極部４１４、パワー端子である正極側端子３１５Ｂ、負極側端子３１９Ｂ、交流側端子３２０Ｂに集中的に流れる。このため、上アーム回路の複数個の能動素子１５５と下アーム回路の複数個の能動素子１５７のうち、正極側端子３１５Ｂ、負極側端子３１９Ｂ、交流側端子３２０Ｂおよび中間電極部４１４に近い能動素子１５５、１５７に電流が集中する傾向となる。一方、これらの端子から離れた能動素子１５５、１５７には電流は集中しにくい傾向となる。
図９（ｂ）は、図９（ａ）のＩＸｂ－ＩＸｂ線断面図である。
能動素子１５７の上面側には、金属接合部材５１により第４導体４１３が接合され、第４導体４１３の上面には、金属接合部材５１によりエミッタ側配線板４２２が接合されている。エミッタ側配線板４２２の上面には、金属接合部材５１によりフィンベース８００が接合されている。エミッタ側配線板４２２は、絶縁板４５３の上下それぞれの面に配線４５４が形成された構造を有する。第４導体４１３は、エミッタ側配線板４２２下面側の配線４５４に接合され、フィンベース８００は、エミッタ側配線板４２２上面側の配線４５４に接合されている。
能動素子１５７の下面側には、金属接合部材５１により第１導体４１０が接合され、第１導体４１０の下面には、金属接合部材５１により、コレクタ側配線板４２３が接合されている。コレクタ側配線板４２３の下面には、金属接合部材５１によりフィンベース８００が接合されている。コレクタ側配線板４２３は、絶縁板４５１の上下それぞれの面に配線４５２が形成された構造を有する。第１導体４１０は、コレクタ側配線板４２３上面側の配線４５２に接合され、フィンベース８００は、コレクタ側配線板４２３下面側の配線４５２に接合されている。
コレクタ側配線板４２３上面側の配線４５２は、コレクタセンス配線４５２ａ（図６（ｂ）も参照）を含んでいる。コレクタセンス配線４５２ａは、金属接合部材５１により第１導体４１０の下面に接合され、電気的に第１導体４１０に接続されている。コレクタセンス配線４５２ａは、第１導体４１０の側辺４１０ａと交差する部分がセンス接続部４１５である。上記は下アーム側のコレクタセンス領域の構造であるが、上アーム側のコレクタセンス領域の構造も同様である。
下アーム側のセンス接続部４１５は、第１導体４１０の側辺４１０ａにおける交流側端子３２０Ｂが配置された端部とＹ方向における反対側の端部に配置されている。また、上アーム側のセンス接続部４１５は、第３導体４１２の側辺４１２ａ（図９（ａ）参照）における正極側端子３１５Ｂが配置された端部とＹ方向における反対側の端部に配置されている。交流側端子３２０Ｂと正極側端子３１５Ｂとは、パワーモジュール３００の対角線上に配置されている。
一般に、電圧は、電流変化がある場合、自己インダクタンスＬと、電流Ｉと時間ｔの影響を受けて、－Ｌ（ｄＩ/ｄｔ）の誘導起電力Ｖが生じる。この誘導起電力はコレクタセンスで検知したい電圧に加算されるため、電圧の検知精度を低下する。電流が集中して流れる場所は、スイッチングによる電流変化が大きいため、誘導起電力Ｖが大きくなる。つまり、コレクタセンスで電圧を検知するセンス接続部４１５を、電流集中部から離すことで、電圧の検知精度が向上する効果がある。上アーム回路と下アーム回路を内蔵した２in１構造のパワーモジュール３００は、中間電極部４１４を有する。中間電極部４１４は、上アーム回路と下アーム回路とを一体化しない１in１構造にはみられない。中間電極部４１４は、電流集中部となるため、コレクタセンスのセンス接続部４１５を、中間電極部４１４および正極側端子３１５Ｂ、負極側端子３１９Ｂおよび交流側端子３２０Ｂのいずれから離れた場所に設けることで電圧検知を高精度化することができる。
図９（ｂ）に示されるように、センス接続部４１５は、第１導体４１０の能動素子１５７が接合された上面とは厚さ方向に反対側（－Ｚ方向）の下面に配置されている。また、図４、図５等にも示されるように、交流側端子３２０Ｂは第１導体４１０より肉厚が小さく、交流側端子３２０Ｂの下面は、第１導体４１０の下面より、能動素子１５７が接合された上面側に配置されている。つまり、第１導体４１０は、厚さ方向において、能動素子１５５、１５７側に設けられた素子側領域部と、能動素子１５５、１５７側とは厚さ方向の反対側に設けられた配線側領域部とを有し、センス接続部４１５は金属接合部材５１を介して配線側領域部に接続され、交流側端子３２０Ｂは、素子側領域部に接続されている。センス接続部４１５が、電流が集中する第１導体４１０の能動素子１５５、１５７が接合された上面から第１導体４１０の厚さ方向に距離が離れた位置に配置されているため、コレクタセンスの電圧検知を高精度化することができる。
図１０は、本発明によるパワーモジュールにおけるパワー端子とセンス接続部との配置関係を示す平面図である。
図１０では、フィンベース８００、樹脂８５０、エミッタ側配線板４２２を非表示とし、エミッタ側導体である第２導体４１１、第４導体４１３を半透過で示し、樹脂８５０の外形を破線で示した。また、正極側端子３１５Ｂと交流側端子３２０Ｂとを結ぶ第１線分４１７、負極側端子３１９Ｂと交流側端子３２０Ｂを結ぶ第２線分４１８、および下アーム回路のセンス接続部４１５と上アーム回路のセンス接続部４１５とを結ぶ第３線分４１９を表記した。
図１０に示されるように、正極側端子３１５Ｂと交流側端子３２０Ｂとを結ぶ第１線分４１７と、下アーム回路のセンス接続部４１５と上アーム回路のセンス接続部４１５を結ぶ第３線分４１９とは交差している。また、負極側端子３１９Ｂと交流側端子３２０Ｂとを結ぶ第２線分４１８と、下アーム回路のセンス接続部４１５と上アーム回路のセンス接続部４１５とを結ぶ第３線分４１９は交差している。
正極側端子３１５Ｂ、負極側端子３１９Ｂ、交流側端子３２０Ｂといったパワー端子は、信号端子に比べ肉厚で、幅広であるため、重量が重い。第１線分４１７と第３線分４１９が交差し、第２線分４１８と第３線分４１９が交差することで、重量が重い端子が対角線上に位置することとなる。
このような構造とすることにより、フィンベース８００をはんだ接続する際、パワー端子が封止前モジュール構成体３０４の一方の辺側に集合することによる重量アンバランスが防止される。これにより、均一な厚さに接合できる効果がある。また、フィンベース８００の接合を均一にすることで、トランスファーモールド時に金型８５２のキャビティ内に設置した状態において、フィンベース８００の溝８０２における屈曲の角度をほぼ均等にすることができる。このため、樹脂材８５０Ｓのフィンベース８００側への漏出を確実に防止し得る効果がある。さらに、第３線分４１９が第１線分４１７および第２線分４１８に交差する構造とすることで、センス接続部４１５が、正極側端子３１５Ｂ、負極側端子３１９Ｂ、交流側端子３２０Ｂといったパワー端子だけでなく電流集中部となる中間電極部４１４からも離れた位置に配置される効果がある。
図１１（ａ）は、本発明によるパワーモジュールにおける能動素子配置領域と、センス接続部および交流側電極の位置関係を示す平面図であり、図１１（ｂ）は、本発明によるパワーモジュールの断面図である。図１１（ｂ）は、図２と同一であるが、図１１（ａ）との対照をし易くするために再掲した。
図１１（ａ）ではフィンベース８００、樹脂８５０、エミッタ側配線板４２２を非表示とし、エミッタ側導体である第２導体４１１、第４導体４１３を半透過で示し、樹脂８５０の外形を破線で示した。
下アーム回路を構成する第１導体４１０の上面に接合された複数個（実施例では４個として例示）の能動素子１５７は、第１導体４１０の一つの側辺４１０ａに沿って、所定の間隔で配列されている。第１導体４１０の側辺４１０ａのＹ方向における一端側に配置されたセンス接続部４１５に最近接する能動素子１５７から、第１導体４１０の側辺４１０ａのＹ方向における他端側に配置された交流側端子３２０Ｂに最近接される能動素子１５７までの領域が素子配列領域４１６である。図１１（ａ）において、素子配列領域４１６には、ハッチングが施してある。
下アーム回路のセンス接続部４１５は、交流側端子３２０Ｂからみて素子配列領域４１６における最も離れた能動素子１５７の外側に配置されている。
このように、下アーム回路のセンス接続部４１５は交流側端子３２０Ｂからみて素子配列領域４１６における最も離れた能動素子１５７の外側に配置されている、換言すれば、電流集中する交流側端子３２０Ｂから離れた位置にコレクタセンスのセンス接続部４１５が設けられている。このため、コレクタセンスによる電圧検知を高精度化することができる。
図１２は、図１０に示す本発明のパワーモジュールとの対比として示す比較例のパワーモジュールの平面図である。
図１２では、フィンベース８００、樹脂８５０、エミッタ側配線板４２２を非表示とし、エミッタ側導体である第２導体４１１、第４導体４１３を半透過で示し、樹脂８５０の外形を破線で示した。また、正極側端子３１５Ｂと交流側端子３２０Ｂとを結ぶ第１線分４１７、負極側端子３１９Ｂと交流側端子３２０Ｂを結ぶ第２線分４１８、および下アーム回路のセンス接続部４１５と上アーム回路のコレクタセンスのセンス接続部４１５とを結ぶ第３線分４１９を表記した。
図１２に図示されるように、第３線分４１９が、第１線分４１７および第２線分４１８のいずれとも交差しない構造のパワーモジュール３００Ｒを比較例として作製した。つまり、比較例のパワーモジュール３００Ｒでは、交流側端子３２０Ｂは、正極側端子３１５Ｂや負極側端子３１９Ｂと対向する辺の対角線上に配置されておらず、対向する辺のほぼ同じ端部側に配置されている。また、上アームおよび下アームのセンス接続部４１５は、対向する辺のパワー端子側とは反対側の端部に配置されている。
上述したように、正極側端子３１５Ｂ、負極側端子３１９Ｂ、交流側端子３２０Ｂといったパワー端子は、信号端子に比べ肉厚で、幅広であるため、重量が重い。重量が重いパワー端子が対向する辺のほぼ同じ端部側に配置されている。このため、フィンベース８００をはんだ接続する際、パワー端子が片側に集合することによる重量アンバランスが生じ、フィンベース８００の接合厚さが不均一となった。また、第３線分４１９が、第１線分４１７および第２線分４１８のいずれとも交差しない構造であるため、図１２に示されるように、下アーム回路のコレクタセンスのセンス接続部４１５が電流集中部となる中間電極部４１４に近接する構造となる。このため、コレクタセンスが検知する電圧に大きな誘導起電力が重なり、コレクタセンスの電圧検知の精度が低下した。
図１３は、本発明によるパワーモジュールを用いた電力変換装置の回路図である。
電力変換装置２００は、インバータ回路部１４０、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、パワーモジュール３００を複数個備えており、それらを接続することにより三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、更にパワーモジュール３００を並列接続し、これら並列接続を三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、パワーモジュール３００に内蔵しているパワー半導体素子である能動素子１５５、１５７やダイオード１５６、１５８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の能動素子１５５と上アーム用のダイオード１５６とを備えており、下アーム回路は、スイッチング用のパワー半導体素子として下アーム用の能動素子１５７と下アーム用のダイオード１５８とを備えている。能動素子１５５、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。
上述したように、上アーム用の能動素子１５５および下アーム用の能動素子１５７は、コレクタ電極、エミッタ電極、ゲート電極を備えている。上アーム用のダイオード１５６および下アーム用のダイオード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。図３に示すように、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、アノード電極が能動素子１５５、１５７のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。これにより、上アーム用の能動素子１５５および下アーム用の能動素子１５７のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう電流の流れが順方向となっている。
なお、能動素子としては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、上アーム用のダイオード１５６、下アーム用のダイオード１５８は不要となる。
各上・下アーム直列回路の正極側端子３１５Ｂと負極側端子３１９Ｂとはコンデンサモジュール５００のコンデンサ接続用の直流端子にそれぞれ接続されている。上アーム回路と下アーム回路の接続部にはそれぞれ交流電力が発生し、各上・下アーム直列回路の上アーム回路と下アーム回路の接続部は各パワーモジュール３００の交流側端子３２０Ｂに接続されている。各相の各パワーモジュール３００の交流側端子３２０Ｂはそれぞれ電力変換装置２００の交流出力端子に接続され、発生した交流電力はモータジェネレータ１９２または１９４の固定子巻線に供給される。
制御回路１７２は、車両側の制御装置やセンサ（例えば、電流センサ１８０）などからの入力情報に基づいて、上アーム用の能動素子１５５、下アームの能動素子１５７のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する。ドライバ回路１７４は、制御回路１７２から出力されたタイミング信号に基づいて、上アーム用の能動素子１５５、下アーム用の能動素子１５７をスイッチング動作させるための駆動信号を生成する。
なお、１８１、１８２、１８８はコネクタである。
上・下アーム直列回路は、不図示の温度センサを含み、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の能動素子１５５、下アーム用の能動素子１５７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１４は、図１３に示す電力変換装置の一例を示す外観斜視図であり、図１４は、図１３に示す電力変換装置の一例を示す外観斜視図であり、図１５は、図１４に示す電力変換装置のＸＶ－ＸＶ線断面図である。また、図１６は、図１５に図示された冷却流路付きパワーモジュールを示し、図１６（ａ）は上方側からみた斜視図、図１６（ｂ）は、下方側からみた斜視図であり、図１７は、図１６（ａ）のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線断面図である。
電力変換装置２００は、下部ケース１１および上部ケース１０により構成され、ほぼ直方体形状に形成された筐体１２を備えている。筐体１２の内部には、図１５に図示される冷却流路付きパワーモジュール９００、コンデンサモジュール５００等が収容されている。冷却流路付きパワーモジュール９００は冷却流路を有しており、筐体１２の一側面からは、冷却流路に連通する冷却水流入管１３および冷却水流出管１４が突出している。図１５に図示されるように、下部ケース１１は、上部側（Ｚ方向）が開口され、上部ケース１０は、下部ケース１１の開口を塞いで下部ケース１１に取り付けられている。上部ケース１０と下部ケース１１とは、アルミニウム合金等により形成され、外部に対して密封して固定される。上部ケース１０と下部ケース１１とを一体化して構成してもよい。筐体１２を、単純な直方体形状としたことで、車両等への取り付けが容易となり、また、生産もし易い。
筐体１２の長手方向の一側面に、コネクタ１７が取り付けられており、このコネクタ１７には、交流ターミナル１８が接続されている。また、冷却水流入管１３および冷却水流出管１４が導出された面には、コネクタ２１が設けられている。
図１５に図示されるように、筐体１２内には、冷却流路付きパワーモジュール９００が収容されている。冷却流路付きパワーモジュール９００の上方（Ｚ方向）には、制御回路１７２およびドライバ回路１７４が配置され、冷却流路付きパワーモジュール９００の下方（－Ｚ方向）には、コンデンサモジュール５００が収容されている。図１６に図示されるように、冷却流路付きパワーモジュール９００は、２in１構造のパワーモジュール３００を３個有する６in１構造を有する。すなわち、図１３に示すインバータ回路部１４０、１４２の一方を含んでいる。なお、図１６（ｂ）では、パワーモジュール３００の配置を示すため、流路形成部材６０４を透過して、フィンベース８００を図示している。
パワーモジュール３００の交流側端子３２０Ｂは、電流センサ１８０を貫通してバスバー３６１に接合されている。また、パワーモジュール３００の直流端子である、正極側端子３１５Ｂおよび負極側端子３１９Ｂは、それぞれ、コンデンサモジュール５００の正・負極端子３６２Ａ、３６２Ｂに接合される。
なお、図１５に示されたパワーモジュール３００では、交流側端子３２０Ｂは、屈曲されておらず、ストレートに延出されている。また、正極側端子３１５Ｂ、負極側端子３１９Ｂは、根元側においてカットされた短かい形状を有する。
電力変換装置２００は、下部ケース１１内に、コンデンサモジュール５００を収容し、予め作製した冷却流路付きパワーモジュール９００をコンデンサモジュール５００上に収容し、冷却流路付きパワーモジュール９００上に制御回路１７２、ドライバ回路１７４を収容して作製される。冷却流路付きパワーモジュール９００を収容する際には、各パワーモジュール３００の交流側端子３２０Ｂをバスバー３６１に接合し、正極側端子３１５Ｂ、負極側端子３１９Ｂを、それぞれ、コンデンサモジュール５００の正・負極端子３６２Ａ、３６２Ｂに接合する。制御回路１７２、ドライバ回路１７４を収容する際には、各パワーモジュール３００の信号端子と制御回路１７２、ドライバ回路１７４の接続端子（図示せず）を接続する。冷却流路付きパワーモジュール９００、コンデンサモジュール５００、制御回路１７２、ドライバ回路１７４を下部ケース１１内に収容後、上部ケース１０により密封することにより、図１４に図示される電力変換装置２００が得られる。
図１６（ａ）、図１６（ｂ）および図１７に図示されるように、冷却流路付きパワーモジュール９００は、細長の直方体形状を有している。冷却流路付きパワーモジュール９００は、鉄やアルミニウム合金等により形成された流路カバー６０１と、流路筐体６０２とを有する。
図１７に図示されるように、流路筐体６０２は、中間流路部材６０３と、流路形成部材６０４を有する。中間流路部材６０３内には、図１６（ｂ）に示すように、長手方向に配列された３個のパワーモジュール３００が収容されている。中間流路部材６０３は、それぞれ、パワーモジュール３００を挿通する開口が形成された上板６１１、下板６１２を有する。各パワーモジュール３００は、上板６１１、下板６１２の開口内を挿通され、樹脂８５０が、上板６１１と下板６１２間に設けられた収容空間６２１内に収容されるように配置される。この状態で、各パワーモジュール３００の上下のフィンベース８００が、それぞれ、上板６１１、下板６１２の接合部６２２に接合される。フィンベース８００と上板６１１または下板６１２との接合は、溶接、金属溶融部材による金属接合等を用いることができる。
流路形成部材６０４は、冷却水流入管１３、冷却水流出管１４に連通する流路を有している。中間流路部材６０３には、収容空間６２１の外側に、上板６１１と下板６１２とを連結する連結部６２３が設けられており、この連結部６２３には、上下方向に貫通する貫通孔６２４が設けられている。冷却水流入管１３から流入された冷却水は、一方の流路から中間流路部材６０３内に流入し、下部側のフィンベース８００を冷却すると共に、貫通孔６２４から上部側に流入して上部側のフィンベース８００を冷却する。冷却後は、流路形成部材６０４の他方の流路を介して冷却水流出管１４に流出する。
このように、２in１構造のパワーモジュール３００を３個用いて、６in１構造の冷却流路付きパワーモジュール９００を形成している。各パワーモジュール３００は、コレクタセンスによる電圧の検知精度が高く、かつ、導体間に複数個の能動素子１５５、１５７を設けているので、大電力を供給することが可能な電力変換装置を得ることができる。
本発明の実施形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）パワーモジュール３００は、上・下アーム回路の一方を構成する複数個の能動素子１５７が接続された第１導体４１０と、上・下アームの他方を構成する複数個の能動素子１５５が接続された第２導体４１１とを有するパワーモジュール本体３０１を備えている。また、パワーモジュール本体３０１の一辺３０１ａから突出する交流側端子３２０Ｂと、パワーモジュール本体３０１の他辺３０１ｂから突出する正極側端子３１５Ｂおよび負極側端子３１９Ｂと、第１導体４１０と第２導体４１１とを接続する中間電極部４１４と、能動素子１５７のコレクタ電極と第１導体４１０とをセンス接続部４１５を介して接続されるコレクタセンス配線４５２ａとを有する。中間電極部４１４は、複数個の能動素子１５７のうち、交流側端子３２０Ｂに最も近い能動素子１５７の近くに配置され、センス接続部４１５は、複数個の能動素子１５７のうち、交流側端子３２０Ｂから最も遠い能動素子１５７の近くに配置されている。
上記構成により、センス接続部４１５が電流集中部から離れるため、電圧検知を高精度化することができる。また、第１導体４１０および第２導体４１１それぞれに複数個の能動素子１５７を接続するので、大きい出力を得ることができる。
（２）能動素子１５５を挟んで第２導体４１１と対向する第３導体４１２と、能動素子１５７を挟んで第１導体４１０と対向する第４導体４１３と、能動素子１５５のコレクタ電極と第３導体４１２とをセンス接続部４１５を介して接続されるコレクタセンス配線４５２ａとを、さらに備え、センス接続部４１５は、複数個の能動素子１５５のうち正極側端子３１５Ｂおよび負極側端子３１９Ｂに最も遠い能動素子１５５の近くに配置されている。上記構成により、センス接続部４１５が電流集中部から離れるため、電圧検知を高精度化することができる。
（３）複数個の能動素子１５７は、センス接続部４１５側から互いに間隔を空けて１つの側辺４１０ａに沿って交流側端子３２０Ｂに向けて配列された素子配列領域４１６を有し、センス接続部４１５は、交流側端子３２０Ｂからみて素子配列領域４１６における最も離れた能動素子１５５の外側に配置されている。このように、センス接続部４１５と交流側端子３２０Ｂとは、素子配列領域４１６の長さ以上離間して配置されており、電流集中部から離れるため、電圧検知を高精度化することができる。
（４）第１導体４１０は、厚さ方向において、複数個の能動素子１５７側に設けられた素子側領域部と、能動素子１５７側とは厚さ方向の反対側に設けられた配線側領域部とを有し、センス接続部４１５は金属接合部材５１を介して配線側領域部に接続され、交流側端子３２０Ｂは、素子側領域部に接続される。センス接続部４１５が、電流が集中する第１導体４１０の能動素子１５５が接合された上面から第１導体４１０の厚さ方向に距離が離れた位置に配置されているため、コレクタセンスの電圧検知を高精度化することができる。
なお、上記実施形態では、パワーモジュール本体３０１を平面視でほぼ矩形形状とする構造として例示した。しかし、パワーモジュール本体３０１は、平面視で三角形状以上の他辺形状とすることができる。
上記実施形態では、上アームと下回路が一体化された２in１構造および６in１構造のパワーモジュール３００、９００として例示した。しかし、パワーモジュール３００、９００は、３in１構造、４in１構造等、他の構造に適用することができる。なお、３in１構造は、例えば、３個の上アーム回路をパケージ化した構造、または３個の下アーム回路をパッケージ化した構造を有する。３個の上アーム回路をパッケージした上アームパッケージと３個の下アーム回路をパッケージした下アームパッケージとを組み合わせて、６in１構造を有するパワーモジュールを形成することができる。
上記実施形態では、コレクタセンス配線４５２ａを含む配線４５２が形成されたコレクタ側配線板４２３を第１導体４１０、第３導体４１２に積層した構造として例示した。しかし、コレクタセンス配線４５２ａを第１導体４１０に一体化して設けたり、コレクタセンス配線４５２ａに替えて、コレクタセンス用のリード部材としたりすることもできる。このような構造において、コレクタセンス配線４５２ａ以外の他の配線４５２も、リード部材とすることにより、コレクタ側配線板４２３を不要とすることができる。
上記実施形態では、フィンベース８００が、環状の溝８０２を有する構造として例示した。しかし、フィンベース８００は、環状の溝８０２を有していない構造であってもよい。また、フィンベース８００を有しておらず、パワーモジュールを収容するケースに冷却構造を形成するようにしてもよい。
上記実施形態では、導体と配線板の配線、配線板の配線とフィンプレートとを金属接合部材により接合する構造として例示した。しかし、金属接合部材による接合に替えて、導電性接着剤や、溶接、イオンビーム照射による溶融接合等、他の接合法によってもよい。
本発明は上記実施形態や代替技術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。
１５５ 能動素子（第１能動素子）
１５６ ダイオード
１５７ 能動素子（第２能動素子）
１５８ ダイオード
２００ 電力変換装置
３００ パワーモジュール
３０１ パワーモジュール本体
３０１ａ 一辺
３０１ｂ 他辺
３０４ 封止前モジュール構成体
３１５Ｂ 正極側端子
３１９Ｂ 負極側端子
３２０Ｂ 交流側端子
３２５Ｃ コレクタセンス信号端子
４０６ 交流側電極
４１０ 第１導体
４１１ 第２導体
４１２ 第３導体
４１３ 第４導体
４１４ 中間電極部
４１５ センス接続部
４１６ 素子配列領域
４１７ 第１線分
４１８ 第２線分
４１９ 第３線分
４５１ 絶縁板
４５２ 配線
４５２ａ コレクタセンス配線
８００ フィンベース
８５０ 樹脂
９００ 冷却流路付きパワーモジュール

Claims (7)

  1. 平面視で多辺形状のモジュール本体を有するパワーモジュールであって、
    上・下アーム回路の一方を構成する複数個の第１能動素子と、
    上・下アーム回路の他方を構成する複数個の第２能動素子と、
    前記複数個の各第１能動素子のコレクタ電極が接続される第１導体と、
    前記複数個の第２能動素子のエミッタ電極が接続される第２導体と、
    前記モジュール本体の一辺から突出する交流側端子と、
    前記モジュール本体の前記一辺とは異なる他辺から突出する正極側端子および負極側端子と、
    前記第１導体と前記第２導体とを接続する中間電極部と、
    前記第１能動素子の前記コレクタ電極と前記第１導体とを第１センス接続部を介して接続される第１コレクタセンス配線とを備え、
    前記中間電極部は、前記複数個の第１能動素子のうち、前記交流側端子に最も近い前記第１能動素子の近くに配置され、前記第１センス接続部は、前記複数個の第１能動素子のうち、前記交流側端子から最も遠い前記第１能動素子の近くに配置されている、パワーモジュール。
  2. 請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記第２能動素子を挟んで前記第２導体と対向する第３導体と、前記第１能動素子を挟んで前記第１導体と対向する第４導体と、前記第２能動素子の前記コレクタ電極と前記第３導体とを第２センス接続部を介して接続される第２コレクタセンス配線とを、さらに備え、
    前記第２センス接続部は、前記複数個の第２能動素子のうち前記正極側端子および前記負極側端子に最も遠い前記第２能動素子の近くに配置されている、パワーモジュール。
  3. 請求項２に記載されたパワーモジュールにおいて、
    前記モジュール本体は、矩形形状を有し、前記正極側端子と前記交流側端子とを結ぶ直線を第１線分、前記負極側端子と前記交流側端子とを結ぶ直線を第２線分、前記第１センス接続部と前記第２センス接続部を結ぶ直線を第３線分と定義した場合、前記交流側端子、前記第１センス接続部および前記第２センス接続部は、前記第３線分が前記第１線分および前記第２線分に交差するように配置されている、パワーモジュール。
  4. 請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記複数個の第１能動素子は、前記第１センス接続部側から互いに間隔を空けて前記一辺に沿って前記交流側端子に向けて配列された素子配列領域を有し、前記第１センス接続部は、前記交流側端子からみて素子配列領域における最も離れた能動素子の外側に配置されている、パワーモジュール。
  5. 請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記第１導体は、厚さ方向において、前記複数個の第１能動素子側に設けられた素子側領域部と、前記第１能動素子側とは厚さ方向の反対側に設けられた配線側領域部とを有し、前記第１センス接続部は金属接合部材を介して前記配線側領域部に接続され、前記交流側端子は、前記素子側領域部に接続される、パワーモジュール。
  6. 請求項５に記載されたパワーモジュールにおいて、
    前記交流側端子は、前記第１導体の前記素子側領域部と一体に形成されるパワーモジュール。
  7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記第１センス接続部は、絶縁板の一面に形成されたコレクタセンス配線に設けられている、パワーモジュール。

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