JPWO2014208450A1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

プラス側導電部材であるバスバ（４）の平板形状部（４ａ）、マイナス側導電部材であるバスバ（１０）の平板形状部（１０ａ）、及び出力側導電部材であるバスバ（７）の平板形状部（７ａ）を、第１半導体素子（５）及び第２半導体素子（８）の主面に対して、略平行となるように配置する。こうすることにより、各平板形状部（４ａ，７ａ，１０ａ）間の領域と第１半導体素子（５）及び第２半導体素子（８）との間の容量結合を高めることができ、装置全体のインダクタンスを低減することができる。

Description

本発明は、複数のスイッチング素子を作動させるインバータ等に用いられる電力変換装置に係り、特にサージ電圧の発生を防止する技術に関する。

直流電力を交流電力に変換するためのインバータ装置は、スイッチング素子をオン、オフ操作するので、サージ電圧が発生する。従って、サージ電圧の発生を低減させる必要があり、例えば特許文献１に開示された技術が提案されている。

特許文献１には、スイッチング素子から電源側を見たときのインダクタンスを小さくするために、電源に接続される正極（高電位側）のバスバと負極（低電位側）のバスバに追加配線を設けることが記載されている。

特開２００２−１４１４５２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された例では、スイッチング素子の出力側（出力バスバ）については記載が無く、インバータ内のインダクタンスを低減することができない。従って、サージ電圧を効果的に低減することができない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、装置全体のインダクタンスを低減することが可能な電力変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願発明に係る電力変換装置は、上アームを構成する第１半導体素子と、下アームを構成する第２半導体素子と、上アームにプラス電位を供給するプラス側導電部材と、下アームにマイナス電位を供給するマイナス側導電部材と、上アームと下アームとの接続点の電位を出力する出力側導電部材と、を備え、プラス側導電部材は、半導体素子の主面に対して略平行となるように配置されるプラス側平板形状部を有し、マイナス側導電部材は、主面に対して略平行となるように配置されるマイナス側平板形状部を有し、出力側導電部材は、半導体素子の主面に対して略平行となるように配置される出力側平板形状部を有する。

本願発明に係る電力変換装置は、プラス側平板形状部が、第１半導体素子の主面の全体に対して重複するように配置されること、もしくは、マイナス側平板形状部が、第２半導体素子の主面の全体に対して重複するように配置されること、の少なくとも１つが成立するようにプラス側平板形状部とマイナス側平板形状部とが配置されていることを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、第１半導体素子の一端側と第２半導体素子の一端側が接続され、プラス側導電部材は、第１半導体素子の他端側と接続され、マイナス側導電部材は、第２半導体素子の他端側に接続されることを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、出力側導電部材が、第１半導体素子、及び第２半導体素子の、少なくとも一方の主面全体に対して重複するように配置されるものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、プラス側平板形状部、マイナス側平板形状部、及び出力側平板形状部を、樹脂にて封止することを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、プラス側導電部材とマイナス側導電部材との間を接続するコンデンサを更に備え、プラス側平板形状部、マイナス側平板形状部、及び出力側平板形状部に加え、コンデンサを樹脂にて封止することを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、第１半導体素子と第２半導体素子とを主面とが反対側の面で支持する支持基板を更に備え、プラス側導電部材、マイナス側導電部材、及び出力側導電部材が、それぞれ支持基板に直接的に固定するための固定面を有し、更に、第１半導体素子が、プラス側導電部材の固定面に設置され、第２半導体素子は、出力側導電部材の固定面に設置され、支持基板の少なくとも一部と、固定面、及び第１半導体素子、第２半導体素子を樹脂にて封止することを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、アームが、半導体素子と、半導体素子に主面で接続される第１主電極と、半導体素子に主面とは反対側の面で接続される第２主電極と、を有する半導体モジュールからなり、各アーム内で、第１主電極には、第２主電極よりも高電位の電位が印加され、複数の半導体モジュールが、上下アーム回路を形成するように直列に接続されており、プラス側導電部材、マイナス側導電部材、出力側導電部材のいずれかの一部を構成する第３主電極が、少なくとも第１主電極または第２主電極に平行する部位が垂直方向に重なる部分を有するように、半導体モジュールの冷却面と反対側に配置されること特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、第３主電極が、複数のアームの間を、少なくとも第１主電極または第２主電極に平行してまたがるように配置されることを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、第３主電極が、１つないし複数の半導体素子と垂直方向に重なるように配置されることを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、半導体モジュールが、外部と接続する第１主端子部および第２主端子部を更に有し、第１主端子部および第２主端子部が、それぞれ第１主電極および第２主電極と電気的に接続され、共に半導体モジュールの前面に配置されていることを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、半導体モジュールが、外部と接続する第１主端子部および第２主端子部を更に有し、第１主端子部および第２主端子部が、それぞれ第１主電極および第２主電極と電気的に接続され、第１主端子部が、半導体モジュールの前面に配置され、第２主端子部は、半導体モジュールの後面に配置されていることを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、半導体モジュールが、金型成形で樹脂封止されることを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、第３主電極が、半導体モジュールの樹脂表面に面接地している部位を有することを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、半導体モジュールが、樹脂封止された少なくとも１つ以上のアームを有し、第３主電極が、半導体モジュール内に樹脂封止されることを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、半導体モジュールの冷却面が、絶縁材を介して冷却器に金属接合されることを特徴とするものであってもよい。

本願発明に係る電力変換装置は、複数の第３主電極が、プラス側導電部材の一部を構成する、少なくとも１つの第３主電極と、マイナス側導電部材の一部を構成する、少なくとも１つの第３主電極と、出力側平板形状部の一部を構成する、少なくとも１つの第３主電極と、から構成され、複数の第３主電極が、第１主電極または第２主電極の上に平行して重なる部分を有するように配置されることを特徴とするものであってもよい。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を用いて構成される３相インバータ回路の回路図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の構成を示す斜視図である。 図４（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ線での断面図である。 図５（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る電力変換装置の構成を示す斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ線での断面図である。 図６（ａ）は、本発明の第５実施形態に係る電力変換装置の構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ線での断面図である。 図７（ａ）は、本発明の第６実施形態に係る電力変換装置の構成を示す斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤ線での断面図である。 図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）は、本発明の第７実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図であり、図８（ａ）は、電力変換装置の斜視図、図８（ｂ）は、電力変換装置の平面図、図８（ｃ）は、電力変換装置の動作時における電流経路を示す概略図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）は、本発明の第７実施形態に係る電力変換装置に使用される半導体モジュールを示す図であり、図９（ａ）は、半導体モジュールの斜視図、図９（ｂ）は、半導体モジュールの内部構造の斜視図、図９（ｃ）は、半導体モジュールの内部構造の平面図を示す図である。 図１０は、図８（ａ）に示す本発明の第７実施形態に係る電力変換装置のＸ線での断面図である。 図１１は、本発明の第７実施形態の変形例１に係る電力変換装置の断面図である。 図１２は、本発明の第７実施形態の変形例２に係る電力変換装置の断面図である。 図１３は、本発明の第８実施形態に係る電力変換装置の斜視図である。 図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）は、本発明の第８実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図であり、図１４（ａ）は、電力変換装置の平面図、図１４（ｂ）は、電力変換装置の動作時における電流経路を示す概略図である。また、図１４（ｃ）は、本発明の第８実施形態に係る電力変換装置に使用される半導体モジュールの内部構造を示す斜視図である。 図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、本発明の第９実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図であり、図１５（ａ）は、電力変換装置の斜視図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示す電力変換装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態の説明］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０１の構成を示す斜視図である。この電力変換装置１０１は、例えば、３相のインバータ装置の１つの相を構成するものである。図２は、３相インバータ回路の回路図であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相からなるスイッチング素子を備えている。図２に示す回路図では、Ｕ相は素子Ｑ１，Ｄ１，Ｑ２，Ｄ２によって構成され、Ｖ相は素子Ｑ３，Ｄ３，Ｑ４，Ｄ４によって構成され、Ｗ相は素子Ｑ５，Ｄ５，Ｑ６，Ｄ６によって構成される場合が表現されている。素子Ｑ１〜Ｑ６はスイッチング動作が可能であり、素子Ｄ１〜Ｄ６は還流動作が可能である。

そして、図１に示す電力変換装置１０１は、１つの相（例えば、Ｕ相）のスイッチング素子を搭載するパワーモジュールの配置構成を示している。

以下、図１を参照して、第１実施形態に係る電力変換装置１０１について説明する。図１に示すように、第１実施形態に係る電力変換装置１０１は、３つのバスバ４，７，１０と、支持基板３、及び第１半導体素子５、第２半導体素子８を備えている。そして、各バスバの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａからなるバスバ部１と、支持基板３、第１半導体素子５、第２半導体素子８、各バスバの導電部４ｂ，７ｂ，１０ｂからなるパワーモジュール部２に大別して構成されている。

パワーモジュール部２は、絶縁性の支持基板３を備えており、該支持基板３上には、バスバ４（プラス側導電部材）の導電部４ｂ（固定面）と、バスバ１０（マイナス側導電部材）の導電部１０ｂ（固定面）と、バスバ７（出力側導電部材）の導電部７ｂ（固定面）が設けられている。バスバ４はプラス極となっており、図２のＰ点でのプラス電位を、後述する第１半導体素子５に供給している。バスバ１０はマイナス極となっており、図２のＮ点（もしくはＮ側と呼ぶ）でのマイナス電位を、後述する第２半導体素子８に供給している。バスバ７は電力の出力部となっており、図２のＳ点に対応する電位を、電力変換装置に接続された負荷に対して供給できるようになっている。

電力変換装置のバスバ４およびバスバ１０を介して接続された直流の電源ＶＢによって、プラス電位およびマイナス電位は、電力変換装置に供給されている。図２に示すように、本実施形態では、直流の電源の電圧をスイッチング素子によってそのまま出力にスイッチングして繋げる回路構成となっている。

そして、バスバ４の導電部４ｂには、図２に示すＱ１，Ｄ１に対応する、平板形状の第１半導体素子５が設けられ、バスバ７の導電部７ｂには、図２に示すＱ２，Ｄ２に対応する、平板形状の第２半導体素子８が設けられている。即ち、第１半導体素子５は、支持基板３によりバスバ４を介して間接的に支持されている。また、第２半導体素子８は、支持基板３によりバスバ７を介して間接的に支持されている。なお、間接的に限らず、絶縁性の支持基板３上に直接的に支持される構成としても良い。

第１半導体素子５、第２半導体素子８は共に、スイッチング動作、還流動作の両方の動作が可能である。ここで第１半導体素子５は、図２に示すインバータ装置の１つの相の上アームを形成しており、第２半導体素子８は、インバータ装置の１つの相の下アームを形成している。そして、上アームと下アームの接続点が、図２に示すＳ点である。

図２に示すように、第１半導体素子５および第２半導体素子８は、コントローラＭＵに接続されている。コントローラＭＵからの信号によって、第１半導体素子５、および第２半導体素子８のスイッチング動作が制御される。

図１に示すバスバ７，４，１０は、それぞれ側面視「Ｕ」字形状に折り曲げられており、バスバ７の、支持基板３と対向する面が平板形状部７ａ（出力側平板形状部）とされ、バスバ４の、支持基板３と対向する面が平板形状部４ａ（プラス側平板形状部）とされ、更に、バスバ１０の、支持基板３と対向する面が平板形状部１０ａ（マイナス側平板形状部）とされている。そして、３つの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａにより、バスバ部１が構成されている。

なお、上記の記載ではバスバ７，４，１０は平板状の１枚の部材を折り曲げ加工して、側面視「Ｕ」字形状とする旨説明しているが、必ずしも折り曲げ加工で製造する必要はない。例えば、複数枚の平板状の部材を組み合わせることで、バスバ４，７，１０が側面視「Ｕ」字形状になるように製造しても良い。

従って、図１、図２に示すように、電力変換装置１０１において、第１半導体素子５は上アームを形成し、第２半導体素子８は下アームを形成している。図１に示すように、上アームにプラス電位を供給するプラス側導電部材であるバスバ４のうち、平板形状部４ａ（プラス側平板形状部）は、第１半導体素子５及び第２半導体素子８の主面（支持基板３側の面とは反対側となる面）と略平行に配置される。また、下アームにマイナス電位を供給するマイナス側導電部材であるバスバ１０のうち、平板形状部１０ａ（マイナス側平板形状部）は、第１半導体素子５及び第２半導体素子８の主面と略平行に配置される。更に、上アームと下アームとの接続点の電位を出力する出力側導電部材であるバスバ７のうち、平板形状部７ａ（出力側平板形状部）は、第１半導体素子５及び第２半導体素子８の主面と略平行に配置される。また、３つの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａについてもそれぞれが互いに略平行に配置されることになる。

この際、第１半導体素子５と各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａは、重複するように配置されており、更に、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａの方が、第１半導体素子５よりも広い範囲に亘って配置されている。即ち、平面視したときに、第１半導体素子５全体が各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａに覆われるように配置され、且つ、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａの方が広い面積で配置されている。同様に、第２半導体素子８と各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａとが重複するように配置され、更に、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａの方が、第２半導体素子８よりも広い範囲に亘って配置されている。

また、第１半導体素子５と導電部７ｂを接続するように、接続線６が設けられ、第２半導体素子８と導電部１０ｂを接続するように、接続線９が設けられている。即ち、第１半導体素子５の一端側と第２半導体素子８の一端側が接続線６により接続され、バスバ４（プラス側導電部材）は、第１半導体素子５の他端側と接続され、バスバ１０（マイナス側導電部材）は、第２半導体素子８の他端側に接続されている。

次に、上述のように構成された第１実施形態に係る電力変換装置１０１の作用について説明する。上述したように、第１実施形態に係る電力変換装置１０１は、第１半導体素子５の主面及び第２半導体素子８の主面と、３つの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａとが、それぞれ略平行に配置される。

容量結合の大きさは、対向する面同士の重なる部分の面積に比例する傾向にあり、また対向する面同士の間の距離に反比例して増大する傾向がある。

第１半導体素子５の主面及び第２半導体素子８の主面と、３つの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａとが、それぞれ略平行に配置され、第１半導体素子５の主面、及び第２半導体素子８の主面の全体が、平板形状部４ａ，７ａ，１０ａと重なるように配置されているため、各バスバの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａと第１半導体素子５、及び第２半導体素子８の容量結合が増大する。

また、バスバの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａを重ねて配置し、且つ、出力用の平板形状部７ａを端部に設けているため、バスバ１０の電流経路とバスバ４の電流経路が近接するので、バスバ１０の電流経路とバスバ４の電流経路の間の距離が小さいことにより、容量結合が増大する。またバスバ１０の電流経路とバスバ４の電流経路の間の距離が小さく、バスバ１０の電流経路とバスバ４の電流経路が近接しているため、各バスバ４、１０に発生する電流と磁気の相互作用を得易くなる。

更に、第１半導体素子５及び第２半導体素子８の全体と重なる部分よりも広い範囲で、各バスバ４，７，１０の平板形状部４ａ，７ａ，１０ａを配置することにより、平板形状部４ａ，７ａ，１０ａと、各バスバ４，７，１０の導電部４ｂ，７ｂ，１０ｂとの間の容量結合が増加する構造となる。

そして、第１実施形態に係る電力変換装置１０１では、上記した各要因により、バスバ部１及びパワーモジュール部２からなる電力変換装置１０１全体のインダクタンスを低減することが可能となる。その結果、インダクタンスに起因して生じるサージ電圧の発生を抑制することが可能となる。

また、バスバ４の平板形状部４ａは、第１半導体素子５の主面（図１において、第１半導体素子５の上側の面）全体に重複するように配置されること、もしくは、バスバ１０の平板形状部１０ａは、第２半導体素子８の主面（図１において、第２半導体素子８の上側の面）全体に重複するように配置されること、の少なくとも１つが成立するように平板形状部４ａおよび平板形状部１０ａが配置されることにより、各バスバ４，７，１０に対する第１半導体素子５、及び第２半導体素子８の容量結合が増大させることができる。その結果、インダクタンスを低減させることができる。

更に、第１半導体素子５と第２半導体素子８が接続線６を介して直列に接続されているので、第１半導体素子５及び第２半導体素子８と各バスバ４，７，１０との容量結合をより一層増大させることができ、インダクタンスの低減に寄与する。

また、バスバ７（出力側導電部材）の平板形状部７ａが、第１半導体素子５及び第２半導体素子８の主面全体に対して重複するように配置されているので、より一層、容量結合を増大させることができ、インダクタンスを低減することができる。

また、各バスバ４，７，１０の形状は、対向する面積が広くなる形状であることが望ましく、更に、互いが電気的に導通しない範囲で近接し、各バスバの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａと、第１半導体素子５及び第２半導体素子８との距離が短いことが望ましい。なお、図示を省略するが、使用目的に合わせて第１半導体素子５及び第２半導体素子８、導電部４ｂ，７ｂ，１０ｂの変更が可能である。

また、第１半導体素子５及び第２半導体素子８については、その主成分、構造、形状、個数、電気的特性を任意に選択することができる。更に、１つの導電部（４ｂ，７ｂ，１０ｂ）に対して複数の半導体素子を搭載する場合には、各半導体素子を電気的に並列或いは直列のいずれか一方、或いは両方になるように設置することが可能である。この場合についても、全ての半導体素子の主面に対して、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａが重複するように配置することが望ましい。また、導電部４ｂ，７ｂ，１０ｂ、及び接続線６，９については、その主成分、形状を任意に選択することができる。

導電部４ｂ，７ｂ，１０ｂ、接続線６，９の形状は、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａとの間の対向面積が大きく、且つ、対向面間の距離が短いことが望ましい。このことにより、双方の容量結合が増加し、インダクタンス低減効果がさらに得られることになる。

即ち、電動機駆動用のインバータを構成する部材の耐電圧は、インバータ内部で発生するサージ電圧を考慮して耐電圧を決定している。サージ電圧は、電流経路のインダクタンスを低減することにより抑えることができる。本実施形態では、バスバ単体のインダクタンスの低減のみならず、パワーモジュールを含んだインバータ全体でのインダクタンスを低減している。よって、インバータを構成する際の各部材の耐電圧を低下させることができ、コストダウンを図ることができる。

なお、図１に示す電力変換装置１０１は、図２に示すインバータ装置の１相のみを示しており、３相のインバータを構成するためには、図１に示す電力変換装置１０１を３系統併設すれば良い。

［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置１０２の構成を示す斜視図である。この電力変換装置１０２は、前述した第１実施形態と同様に、３相のインバータ装置の１つの相を構成するものである。

以下、図３を参照して、第２実施形態に係る電力変換装置１０２について説明する。図３に示すように、第２実施形態に係る電力変換装置１０２は、３つのバスバ４，７，１０と、２つの支持基板２３ａ，２３ｂ、及び第１半導体素子５、第２半導体素子８を備えている。そして、各バスバの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａからなるバスバ部２１と、支持基板２３ａ、第１半導体素子５、各バスバの導電部４ｂ，７ｂ１からなるパワーモジュール部２２ａと、支持基板２３ｂ、第２半導体素子８、各バスバの導電部７ｂ２，１０ｂからなるパワーモジュール部２２ｂに大別して構成されている。

パワーモジュール部２２ａ，２２ｂは、絶縁性の支持基板２３ａ，２３ｂを備えており、支持基板２３ａ上には、プラス極（図２のＰ点に対応）となるバスバ４の導電部４ｂと、電力の出力部（図２のＳ点に対応）となるバスバ７の導電部７ｂ１が設けられている。一方、支持基板２３ｂ上には、マイナス極（図２のＮ点に対応）となるバスバ１０の導電部１０ｂと、電力の出力部（図２のＳ点に対応）となるバスバ７の導電部７ｂ２が設けられている。

そして、バスバ４の導電部４ｂには、第１半導体素子５（図２に示すＱ１，Ｄ１）が設けられ、バスバ７の導電部７ｂ２には、第２半導体素子８（図２に示すＱ２，Ｄ２）が設けられている。即ち、第１半導体素子５は、支持基板２３ａによりバスバ４を介して間接的に支持されている。また、第２半導体素子８は、支持基板２３ｂによりバスバ７を介して間接的に支持されている。なお、間接的に限らず、絶縁性の支持基板２３ａ，２３ｂ上に直接的に支持される構成としても良い。

また、バスバ７，４，１０は、それぞれ側面視「Ｕ」字形状に折り曲げられており、バスバ７の支持基板２３ａ，２３ｂと対向する面が平板形状部７ａとされ、バスバ４の支持基板２３ａ，２３ｂと対向する面が平板形状部４ａとされ、更に、バスバ１０の支持基板２３ａ，２３ｂと対向する面が平板形状部１０ａとされている。そして、３つの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａにより、バスバ部２１が構成されている。

従って、図３に示すように、プラス側導電部材であるバスバ４の平板形状部４ａは、第１半導体素子５及び第２半導体素子８の主面（支持基板３側の面とは反対側となる面）と略平行に配置される。また、マイナス側導電部材であるバスバ１０の平板形状部１０ａは、第１半導体素子５及び第２半導体素子８の主面と略平行に配置される。更に、出力側導電部材であるバスバ７の平板形状部７ａは、第１半導体素子５及び第２半導体素子８の主面と略平行に配置される。また、３つの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａについてもそれぞれが互いに略平行に配置されることになる。

この際、第１半導体素子５と各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａは、重複配置されており、更に、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａの方が、第１半導体素子５よりも広い範囲に亘って配置されている。即ち、平面視したときに、第１半導体素子５全体が各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａに覆われるように配置され、且つ、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａの方が広い面積で配置されている。同様に、第２半導体素子８と各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａとが重複して配置され、更に、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａの方が、第１半導体素子５よりも広い範囲に亘って配置されている。

また、第１半導体素子５と導電部７ｂ１を接続するように、接続線６が設けられ、第２半導体素子８と導電部１０ｂを接続するように、接続線９が設けられている。

次に、上述のように構成された第２実施形態に係る電力変換装置の作用について説明する。上述したように、第２実施形態に係る電力変換装置１０２は、第１半導体素子５の主面及び第２半導体素子８の主面と、３つの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａとが、それぞれ略平行に配置される。

このように配置することにより、前述した第１実施形態と同様に、各バスバの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａと、第１半導体素子５、及び第２半導体素子８との容量結合が増大する。また、バスバの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａを重ねて配置し、且つ、出力用の平板形状部７ａを端部に設けているため、バスバ１０の電流経路とバスバ４の電流経路が近接することになるので、各バスバ１０，４に発生する電流と磁気の相互作用を得易くなる。

更に、第１半導体素子５及び第２半導体素子８の全体と重なる部分よりも広い範囲で、各バスバ４，７，１０の平板形状部４ａ，７ａ，１０ａを配置することにより、平板形状部４ａ，７ａ，１０ａと、各バスバ４，７，１０の導電部４ｂ，７ｂ１，７ｂ２，１０ｂとの間の容量結合が増加する構造となる。そして、これらの要因により、バスバ部２１及びパワーモジュール部２２ａ，２２ｂからなる電力変換装置１０２全体のインダクタンスを低減することが可能となる。その結果、インダクタンスに起因して生じるサージ電圧の発生を抑制することができる。

また、各バスバ４，７，１０の形状は、対向する面積が広くなる形状であることが望ましく、更に、互いが電気的に導通しない範囲で近接し、各バスバの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａと、第１半導体素子５及び第２半導体素子８との距離が短いことが望ましい。

なお、図示を省略するが、使用目的に合わせて第１半導体素子５及び第２半導体素子８、導電部４ｂ，７ｂ，１０ｂの変更が可能である。

また、第１半導体素子５及び第２半導体素子８については、その主成分、構造、形状、個数、電気的特性を任意に選択することができる。更に、１つの導電部（４ｂ，７ｂ１，７ｂ２，１０ｂ）に対して複数の素子を搭載する場合には、各素子を電気的に並列或いは直列のいずれか一方または両方になるように設置することが可能である。この場合についても、全ての素子の主面に対して、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａが重複するように配置することが望ましい。また、導電部４ｂ，７ｂ１，７ｂ２，１０ｂ、及び接続線６，９については、その主成分、形状を任意に選択することができる。

導電部４ｂ，７ｂ１，７ｂ２，１０ｂ、接続線６，９の形状は、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａとの間の対向面積が大きく、且つ、対向面間の距離が短いことが望ましい。このことにより、双方の容量結合が増加し、インダクタンスをより一層低減することが可能となる。

［第３実施形態の説明］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図４（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置１０３の構成を示す斜視図である。この電力変換装置１０３は、前述した第１実施形態と同様に、３相のインバータ装置の１つの相を構成するものである。

また、第３実施形態に係る電力変換装置１０３は、第１実施形態で示した電力変換装置１０１（図１参照）と対比して、バスバ部１側に封止剤２４を設けた点で相違する。以下、相違点についてのみ説明し、第１実施形態で示した電力変換装置１０１と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。

第３実施形態に係る電力変換装置１０３は、３つの平板形状部４ａ（プラス側平板形状部）、平板形状部７ａ（出力側平板形状部）、平板形状部１０ａ（マイナス側平板形状部）からなるバスバ部１を封止剤２４で封止する。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＡ線での断面図を示している。図４（ｂ）に示すように、３つの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａからなるバスバ部１は、２種類の樹脂２４ａ，２４ｂにより封止されている。

即ち、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａ間の領域は、誘電率の高い樹脂２４ｂ（樹脂２４ａよりも相対的に誘電率の高い樹脂）により封止し、その周囲部となる領域は、透磁率の高い樹脂２４ａ（樹脂２４ｂよりも相対的に透磁率の高い樹脂）により封止する。図４（ｂ）では、バスバ部１とパワーモジュール部２の周囲が樹脂２４ａにより封止されている状態が示されている。

容量結合の大きさは、対向する面同士の重なる部分の面積に比例する傾向にあり、また対向する面同士の間の距離に反比例して増大する傾向がある。また、対向する面の間に樹脂などが充填されることにより、対向する面の間の誘電率が高くなるほど、容量結合の大きさは大きくなる傾向にある。

そのため、このような構成とすることにより、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａ間の領域と第１半導体素子５及び第２半導体素子８との間の容量結合を高めることができる。また、樹脂２４ｂにより各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａ間の領域と第１半導体素子５及び第２半導体素子８との間の空間の誘電率が高く設定されるため、電流経路の相互作用を高めることができる。そして、この２つの効果でバスバ部１とパワーモジュール部２との間に生じるインダクタンスをより一層低減することができる。

さらに、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａ間の領域と、その樹脂２４ｂの周囲部となる領域が、樹脂２４ａにより封止されているため、バスバ部１とパワーモジュール部２は樹脂２４ａによって磁気遮蔽される。すなわち、バスバ部１とパワーモジュール部２で発生した磁場が樹脂２４ａによって囲まれた領域の外部に漏れ出すことが抑制され、その結果、電流経路の相互作用を高めることができる。

なお、上述した第３実施形態では、２種類の樹脂２４ａ，２４ｂを用いる例について説明したが、２種類の樹脂のうちいずれか一方の、１種類のみの樹脂を用いる場合でもインダクタンスを低減する効果を得ることができる。

［第４実施形態の説明］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図５（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る電力変換装置１０４の構成を示す斜視図である。この電力変換装置１０４は、前述した第１実施形態と同様に、３相のインバータ装置の１つの相を構成するものである。

また、第４実施形態に係る電力変換装置１０４は、第１実施形態で示した電力変換装置１０１（図１参照）と対比して、パワーモジュール部２側に封止剤２５を設けた点で相違する。以下、相違点についてのみ説明し、第１実施形態で示した電力変換装置１０１と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。

第４実施形態に係る電力変換装置１０４は、支持基板３、及び該支持基板３に搭載される導電部４ｂ，７ｂ，１０ｂを封止剤２５で封止する。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すＢ線での断面図を示している。図５（ｂ）に示すように、支持基板３、及び該支持基板３に搭載される導電部４ｂ，７ｂ，１０ｂからなるパワーモジュール部２は、２種類の樹脂２５ａ，２５ｂにより封止されている。

即ち、各導電部４ｂ，７ｂ，１０ｂの周囲領域は、誘電率の高い樹脂２５ｂにより封止し、その周囲部となる領域は、透磁率の高い樹脂２５ａにより封止する。

そして、このような構成とすることにより、第１半導体素子５及び第２半導体素子８と、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａとの間の容量結合を高めることができる。また、樹脂２５ｂにより電流経路の相互作用を高めることができる。そして、この２つの効果でバスバ部１とパワーモジュール部２との間に生じるインダクタンスをより一層低減することができる。なお、上述した第４実施形態では、２種類の樹脂２５ａ，２５ｂを用いる例について説明したが、１種類の樹脂を用いる場合でもインダクタンスを低減する効果を得ることができる。

［第５実施形態の説明］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図６（ａ）は、本発明の第５実施形態に係る電力変換装置１０５の構成を示す斜視図である。この電力変換装置１０５は、前述した第１実施形態と同様に、３相のインバータ装置の１つの相を構成するものである。

また、第５実施形態に係る電力変換装置１０５は、第１実施形態で示した電力変換装置１０１（図１参照）と対比して、装置全体を覆うように封止剤２６を設けた点で相違する。以下、相違点についてのみ説明し、第１実施形態で示した電力変換装置１０１と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。

第５実施形態に係る電力変換装置１０５は、３つの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａからなるバスバ部１、及び支持基板３，各導電部４ｂ，７ｂ，１０ｂからなるパワーモジュール部２を、封止剤２６で封止する。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すＣ線での断面図を示している。図６（ｂ）に示すように、バスバ部１及びパワーモジュール部２は、２種類の樹脂２６ａ，２６ｂにより封止されている。

即ち、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａと支持基板３との間の領域は、誘電率の高い樹脂２６ｂにより封止し、その周囲部となる領域は、透磁率の高い樹脂２６ａにより封止する。

そして、このような構成とすることにより、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａ間の領域と第１半導体素子５及び第２半導体素子８との間の容量結合を高めることができる。また、樹脂２６ｂにより電流経路の相互作用を高めることができる。そして、この２つの効果でバスバ部１とパワーモジュール部２との間に生じるインダクタンスをより一層低減することができる。なお、上述した第５実施形態では、２種類の樹脂２６ａ，２６ｂを用いる例について説明したが、１種類の樹脂を用いる場合でもインダクタンスを低減する効果を得ることができる。

［第６実施形態の説明］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。図７（ａ）は、本発明の第６実施形態に係る電力変換装置１０６の構成を示す斜視図である。この電力変換装置１０６は、前述した第１実施形態と同様に、３相のインバータ装置の１つの相を構成するものである。

また、第６実施形態に係る電力変換装置１０６は、第１実施形態で示した電力変換装置１０１（図１参照）と対比して、バスバ部１の上側にコンデンサ２９（図２に示したＣ１に対応）を搭載し、更に、バスバ部１とコンデンサ２９を含む領域全体を覆うように封止剤２７を設けた点で相違する。以下、相違点についてのみ説明し、第１実施形態で示した電力変換装置１０１と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。

第６実施形態に係る電力変換装置１０６は、平板形状部４ａの上側に円筒形状のコンデンサ２９が設けられている。また、バスバ４は、平板形状部４ａに対して直交するブラケット４ｃを有しており、バスバ１０は、平板形状部１０ａに対して直交するブラケット１０ｃを有している。そして、コンデンサ２９の２つの端子のうちの一方はブラケット４ｃに接続され、他方はブラケット１０ｃに接続されている。即ち、図２に示すインバータ回路に設けられるコンデンサＣ１の一端が電源ＶＢの一端に接続され、コンデンサＣ１の他端が電源ＶＢの他端に接続されることに対応している。

そして、３つの平板形状部４ａ（プラス側平板形状部）、平板形状部７ａ（出力側平板形状部）、平板形状部１０ａ（マイナス側平板形状部）からなるバスバ部１に加え、バスバ４（プラス側導電部材）とバスバ１０（マイナス側導電部材）との間を接続するコンデンサ２９を、封止剤２７で封止する。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すＤ線での断面図を示している。図７（ｂ）に示すように、３つの平板形状部４ａ，７ａ，１０ａ、及びコンデンサ２９は２種類の樹脂２７ａ，２７ｂにより封止されている。

即ち、コンデンサ２９と、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａ間の領域は、誘電率の高い樹脂２７ｂにより封止し、その周囲部となる領域は、透磁率の高い樹脂２７ａにより封止する。

そして、このような構成とすることにより、各平板形状部４ａ，７ａ，１０ａ間の領域と第１半導体素子５及び第２半導体素子８との間の容量結合を高めることができる。また、樹脂２４ｂにより電流経路の相互作用を高めることができる。そして、この２つの効果でバスバ部１とパワーモジュール部２との間に生じるインダクタンスをより一層低減することができる。なお、上述した第６実施形態では、２種類の樹脂２７ａ，２７ｂを用いる例について説明したが、１種類の樹脂を用いる場合でもインダクタンスを低減する効果を得ることができる。

［第７実施形態の説明］
次に、本発明の第７実施形態について説明する。この電力変換装置２０１は、第１実施形態〜第６実施形態で説明した電力変換装置と同様に、３相インバータ回路の１つの相を構成するものである。

［本実施形態の構造］
まず初めに、電力変換装置２０１の構造、および電力変換装置２０１を構成する半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの構造について説明する。図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）は、本発明の第７実施形態に係る電力変換装置２０１の構成を示す図である。特に、図８（ａ）は、電力変換装置２０１の斜視図、図８（ｂ）は、電力変換装置２０１の平面図を示している。図８（ｃ）は、図８（ａ）に示す電力変換装置２０１の動作時における、電力変換装置２０１内の電流経路を示す概略図である。

電力変換装置２０１は、上アームを構成する半導体モジュール２０８Ｌ（第１半導体モジュール）、下アームを構成する半導体モジュール２０８Ｒ（第２半導体モジュール）、第３主電極２０９（出力側導電部材）とから構成される。第３主電極２０９は、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒを、電気的に直列接続しており、この接続の結果、第３主電極２０９、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒとは、上下アーム回路を形成する。第３主電極２０９は、上下アーム回路の、上アームと下アームとの接続点の電位を出力する。

電力変換装置２０１を構成する半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒは、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示す半導体モジュール２０８と同等の構造を有している。以下では、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒは同一の構造を有するものとして説明する。以降の説明において、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒを半導体モジュール２０８として参照する場合がある。

図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）は、電力変換装置２０１を構成する半導体モジュール２０８を示す図である。図９（ａ）は、半導体モジュール２０８の斜視図を示しており、後述するパワー端子２０７ａ，２０７ｂ（それぞれ第１端子部、第２端子部）が半導体モジュール２０８の外部に露出している様子を示している。図９（ｂ）は、半導体モジュール２０８の内部構造の斜視図を示している。図９（ｃ）は、半導体モジュール２０８の内部構造の平面図を示す図である。

半導体モジュール２０８は、３相インバータ回路の１つのアームに対応する部品であり、１ｉｎ１パワー半導体モジュールと呼ばれる。２つの１ｉｎ１パワー半導体モジュールを、上下アーム回路を形成するように直列に接続することにより、３相インバータ回路の１つの相を構成することができる。

半導体モジュール２０８は、半導体素子２１０、半導体素子２１０に電気的に接続される第１主電極２０３および第２主電極２０２、そして、第１主電極２０３、第２主電極２０２とそれぞれ電気的に接続されるパワー端子２０７ａ，２０７ｂを有する。図９（ｂ）に示すように、半導体素子２１０は第１主電極２０３の上に配置され、半導体素子２１０の下面において半導体素子２１０と第１主電極２０３は接合材２０６を介して電気的に接続されている。さらに、第２主電極２０２は半導体素子２１０の上に配置され、半導体素子２１０の上面において半導体素子２１０と第２主電極２０２は接合材２０６を介して電気的に接続されている。

図９（ｂ）に示すような内部構造を封止剤２０５によって封止することにより、図９（ａ）に示す直方体状の半導体モジュール２０８を形成する。より詳しく説明すると、半導体素子２１０、第１主電極２０３、第２主電極２０２、接合材２０６は、封止剤２０５によって封止されることにより、半導体素子２１０、第１主電極２０３、第２主電極２０２、接合材２０６は半導体モジュール２０８の外部から密閉され、絶縁された状態となる。一方、封止剤２０５はパワー端子２０７ａ，２０７ｂを部分的に封止する。封止剤２０５によって封止された状態において、パワー端子２０７ａ，２０７ｂのそれぞれの一部分が、半導体モジュール２０８の表面に露出している。

図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、パワー端子２０７ａ，２０７ｂは、共に半導体モジュール２０８の前面に露出するように配置され、半導体素子２１０は、パワー端子２０７ａ，２０７ｂの後方に配置されている。

本実施形態では、半導体素子２１０を制御する信号を伝達するための、半導体素子２１０に接続される信号端子は省略している。実際には、パワー端子２０７ａ，２０７ｂ以外にも、半導体素子２１０を制御する信号端子が半導体モジュール２０８の表面に露出している。信号端子は、図２に示すようにコントローラＭＵに接続される。

図９（ｂ）、図９（ｃ）では、半導体モジュール２０８内にある３相インバータ回路の１つのアームを構成するための素子を、１個の半導体素子２１０で示している。半導体素子２１０は、スイッチング動作、還流動作の両方の動作が可能である。図示しない信号端子を介して伝達されるコントローラＭＵからの信号によって、半導体素子２１０のスイッチング動作が制御される。

パワー端子２０７ａ，２０７ｂは、それぞれ第１主電極２０３、第２主電極２０２を介して半導体素子２１０に電気的に接続されているので、パワー端子２０７ａ，２０７ｂに半導体モジュール２０８の外部より供給された電圧は、第１主電極２０３、第２主電極２０２を介して半導体素子２１０に供給される。本実施形態では、第１主電極２０３、パワー端子２０７ａ（第１端子部）が半導体モジュール２０８の高電位入力端子となっており、一方、第２主電極２０２、パワー端子２０７ｂ（第２端子部）が半導体モジュール２０８の低電位入力端子となっている。すなわち、半導体モジュール２０８を３相インバータ回路の１つのアームとして動作させる際には、パワー端子２０７ｂよりも高電位の電圧がパワー端子２０７ａに対して供給される。

図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、第３主電極２０９は、電力変換装置２０１の前面側において、上アームを構成する半導体モジュール２０８Ｌのパワー端子２０７ｂと、下アームを構成する半導体モジュール２０８Ｒのパワー端子２０７ａとを接続する。第３主電極２０９は、ねじ止めなどの手段により半導体モジュール２０８Ｌのパワー端子２０７ｂ、および半導体モジュール２０８Ｒのパワー端子２０７ａに接続され、固定される。第３主電極２０９は、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの上面の樹脂表面に対して面設置している部位を有し、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの上面の、一部あるいは全体を覆うように配置される。特に、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの両方の上面をまたがるように配置される。

第３主電極２０９による接続の結果、半導体モジュール２０８Ｌのパワー端子２０７ｂと半導体モジュール２０８Ｒのパワー端子２０７ａは同じ電位となる。この電位は、図２のＳ点における電位に対応する。第３主電極２０９の、電力変換装置２０１の後面側には、外部回路を構成するバスバを固定することができる出力用端子が設けられている。電力変換装置２０１は、この出力用端子を介して、電力変換装置２０１に接続された負荷に対して出力用の電位を供給できる。すなわち、第３主電極２０９を介して、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒが、上下アーム回路を形成するように電気的に直列接続される。

上記のように構成された上下アーム回路には、バスバ２０７Ｐ，２０７Ｎによって、電力変換装置２０１の外部の電源からの電位が供給される。半導体モジュール２０８Ｌのパワー端子２０７ａには、ねじ止めなどの手段によりバスバ２０７Ｐを接続し固定できるようになっており、また、半導体モジュール２０８Ｒのパワー端子２０７ｂは、ねじ止めなどの手段によりバスバ２０７Ｎを接続し固定できるようになっている。バスバ２０７Ｐを通じて、半導体モジュール２０８Ｌのパワー端子２０７ａには、図２のＰ点でのプラス電位が供給される。そしてバスバ２０７Ｎを通じて、半導体モジュール２０８Ｒのパワー端子２０７ｂには、図２のＮ点でのマイナス電位が供給される。

図１０は、図８（ａ）に示す電力変換装置２０１のＸ線での断面図を示している。この断面図は、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの半導体素子２１０を通る平面で、且つ、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの下面に垂直な面での断面を示している。第３主電極２０９は、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの上面に接して、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの上面を覆うように配置されている。すなわち第３主電極２０９は、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒ内の半導体素子２１０と垂直方向に重なって配置されている。そして、第３主電極２０９は、封止剤２０５で絶縁される領域を挟んで、第２主電極２０２と近接している。

なお、図１０には、電力変換装置２０１は冷却器ＲＧの上に配置された状態が示されている。電力変換装置２０１は、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの下面で、冷却器ＲＧと接している。すなわち、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの下面が、電力変換装置２０１、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの冷却面となっている。冷却器ＲＧは、電力変換装置２０１が動作する際に電力変換装置２０１の内部で発生する熱、特に半導体素子２１０において発生する熱を、電力変換装置２０１の外部に排熱する。

図１０に示すように、第３主電極２０９は、封止剤２０５を挟んで第２主電極２０２と近接した構造となっているため、半導体素子２１０で発生した熱は、第２主電極２０２、および封止剤２０５を介して第３主電極２０９に伝わる。また、冷却器ＲＧは、封止剤２０５を挟んで第１主電極２０３と近接した構造となっているため、半導体素子２１０で発生した熱は、第１主電極２０３、および封止剤２０５を介して冷却器ＲＧに伝わる。

なお、熱伝導性とコストを考慮すると、第１主電極２０３と第２主電極２０２は、銅やアルミなどの、比較的安価で熱伝導率が良い金属材料であることが好ましい。

比較のため、本実施形態の各部位を第１〜第６実施形態と比較すると、半導体モジュール２０８Ｌ内の半導体素子２１０、および半導体モジュール２０８Ｒ内の半導体素子２１０が、それぞれ第１半導体素子５および第２半導体素子８に対応する。また、第３主電極２０９は出力側導電部材であるバスバ７の一部に対応する。半導体モジュール２０８Ｌ内の第１主電極２０３は、プラス側導電部材であるバスバ４の一部に対応する。半導体モジュール２０８Ｌ内の第２主電極２０２は、接続線６およびバスバ７の一部に対応する。半導体モジュール２０８Ｒ内の第１主電極２０３は、バスバ７の一部に対応する。半導体モジュール２０８Ｒ内の第２主電極２０２は、接続線９およびマイナス側導電部材であるバスバ１０の一部に対応する。

［本実施形態での電流経路］
次に、電力変換装置２０１の内部を流れる電流の経路について説明する。図８（ｃ）には、上下アーム回路のＰ側からＮ側へ電流が流れるときの電流経路を示している。上下アーム回路のＰ側、Ｎ側は、それぞれ図２のＰ点、Ｎ点に相当する。

点Ｐ１は、半導体モジュール２０８Ｌのパワー端子２０７ａと、バスバ２０７Ｐの接合部位を示している。
点Ｐ９は、半導体モジュール２０８Ｒのパワー端子２０７ｂと、バスバ２０７Ｎの接合部位を示している。
点Ｐ４は、半導体モジュール２０８Ｌのパワー端子２０７ｂと、第３主電極２０９の接合部位を示している。
点Ｐ６は、半導体モジュール２０８Ｒのパワー端子２０７ａと、第３主電極２０９の接合部位を示している。
点Ｐ２、Ｐ７は、それぞれ半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒ内における、第１主電極２０３と半導体素子２１０の接合部位を示している。
点Ｐ３、Ｐ８は、それぞれ半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒ内における、第２主電極２０２と半導体素子２１０の接合部位を示している。
点Ｐ５は、第３主電極２０９において、点Ｐ４と点Ｐ６の中間付近の位置を示している。

図８（ｃ）に示すように、上下アーム回路のＰ側からＮ側へ電流が流れるとき、バスバ２０７Ｐから電力変換装置２０１に導入された電流は、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５の順に、反時計回りの第１電流経路を流れ、その後、点Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９の順に、反時計回りの第２電流経路を流れる。

第１電流回路は、第３主電極２０９と半導体モジュール２０８Ｌによって構成される。より詳しくは、第１電流回路は、第３主電極２０９と、半導体モジュール２０８Ｌのパワー端子２０７ａ、第１主電極２０３、半導体素子２１０、第２主電極２０２、パワー端子２０２ｂによって構成される。

第２電流回路は、第３主電極２０９と半導体モジュール２０８Ｒによって構成される。より詳しくは、第２電流回路は、第３主電極２０９と、半導体モジュール２０８Ｒのパワー端子２０７ａ、第１主電極２０３、半導体素子２１０、第２主電極２０２、パワー端子２０２ｂによって構成される。

第１電流経路を電流が流れることにより、第１電流経路で囲まれる領域内に、電力変換装置２０１の下面から上面に向かう方向の第１磁場が発生する。さらに、第２電流経路を電流が流れることにより、第２電流経路で囲まれる領域内に、電力変換装置２０１の下面から上面に向かう第２磁場が発生する。第１磁場は、第１電流経路で囲まれる領域の外部において、電力変換装置２０１の上面から下面に向かう方向となることに注意する。また第２磁場は、第２電流経路で囲まれる領域の外部において、電力変換装置２０１の上面から下面に向かう方向となることに注意する。そのため、第１磁場と第２磁場とは逆方向を向くため、互いに弱め合うことになる。

［本実施形態による効果］
上述した本実施形態の構造及び本実施形態における電流経路によりもたらされる効果を説明する。

本実施形態では、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒが隣り合って配置されており、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒに電流が流れる際に発生する、第１磁場と第２磁場は互いに弱め合うようになっている。これは半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの相互作用を高めることで電力変換装置２０１からの磁場の放射を抑制することに相当する。半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの相互作用を高め、磁界の打ち消し合いの効果が高まることによって、電力変換装置２０１の全体でのインダクタンスを低減させることができる。

さらに、第３主電極２０９が、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの上に、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの両方にまたがるように配置され、上下アーム回路を覆うように配置されているため、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒから放射される第１磁場および第２磁場が外部に漏れ出ることが抑制される。そのため、電力変換装置２０１内での第１磁場、第２磁場の磁界強度が向上するため、第１磁場、第２磁場の間での打ち消し合う効果が高められる。その結果、電力変換装置２０１の全体でのインダクタンスを低減させることができる。

また、第３主電極２０９が、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの上に配置されることにより、第３主電極２０９と、第１主電極２０３および第２主電極２０２とが近接する。この結果、第１主電極２０３または第２主電極２０２の少なくとも一方と、第３主電極２０９との間で、相互インダクタンスが大きくなるため、電力変換装置２０１の全体でのインダクタンスを低減させることができる。

また、半導体モジュール２０８Ｌのパワー端子２０７ａと、半導体モジュール２０８Ｒのパワー端子２０７ｂが隣接しているため、上下アーム回路のＰ側、Ｎ側が隣接している。そのためＰＮ間を隣接したまま外部回路に接続することができる。例えば、バスバ２０７Ｐ，２０７Ｎ同士を重ねたまま回路先のコンデンサやモーター、電池などへ接続させれば、接続先までのインダクタンスも低減させることができる。

さらに、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒ（２０８）では、パワー端子２０７ａ，２０７ｂが、共に半導体モジュールの前面に露出するように配置され、半導体素子２１０は、半導体モジュール２０８の内部で、パワー端子２０７ａ，２０７ｂの後方に配置されているため、半導体モジュール２０８内で、高電位側から低電位側へ（Ｐ側からＮ側へ）流れる電流が、半導体素子２１０を介して折り返すように流れる。そのため相互インダクタンスによるインダクタンスの低減とともに、半導体モジュール２０８と第３主電極２０９との相互インダクタンスによるインダクタンスが低減できる。さらに第３主電極２０９が、Ｐ側からＮ側に電流が流れるときに生じる磁界を強めることができるので、さらにインダクタンスを低減させる効果が大きくなる。

上述のように、電力変換装置２０１の全体でのインダクタンスを低減できるため、サージ電圧を効果的に低減することができる。さらに、サージ電圧が抑制されることにより、スイッチング周波数を上げることが可能である。

さらに、第３主電極２０９および冷却器ＲＧが、第１主電極２０３および第２主電極２０２と近接しており、冷却器ＲＧと第１主電極２０３の間の距離、第３主電極２０９と第２主電極２０２の間の距離が短くなっている。そのため電力変換装置２０１の内部で生じた熱、特に半導体素子２１０で生じた熱が、第１主電極２０３および第２主電極２０２に伝わり、その後、第３主電極２０９および冷却器ＲＧに伝わるまでの、熱伝導に必要な距離が短くなっている。電力変換装置２０１の内部で生じた熱は、最終的に第３主電極２０９および冷却器ＲＧに伝わることにより電力変換装置２０１から排熱されるため、電力変換装置２０１の熱抵抗を低減することができる。

第３主電極２０９が第２主電極２０２と近接して配置されているため、半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒと第３主電極２０９との間で、熱の移動が容易になっている。そのため、上下アーム回路のうち、動作していない側のアームの半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒへ熱を移動させることもできる。すなわち、インバータ動作によっても熱抵抗を低減させることができる。

本実施形態では、電力変換装置２０１の全体でのインダクタンス低減と、熱抵抗の低減を同時に実現できるため、さらなる効果を得ることができる。

一般的な３相インバータ回路においてスイッチング周波数を上げた場合、半導体モジュール内部での損失が増大する。そのため熱対策が必要となる場合があり、電力変換装置自体を小型化することが難しかった。

一方、本実施形態では、電力変換装置２０１の全体でのインダクタンス低減と、熱抵抗の低減を同時に実現できるため、電力変換装置２０１の高周波化を行った際に、別途の熱対策を必要とすることなく、半導体モジュール２０８内で発生する熱を容易に外部に逃がすことができる。そのため電力変換装置２０１を小型化することができる。すなわち、高周波動作が可能な、小型の電力変換装置２０１を得ることができる。

半導体モジュール２０８を金型成形で樹脂封止すれば、第１主電極２０３または第２主電極２０２の平面に対して精度よく平行して絶縁を保てることができるので、第３主電極２０９を半導体モジュール２０８の内外いずれかに用いた際に高い平行度を保つことができる。そのため半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの間の相互インダクタンスをより効果的に作用させることができる。このことにより、電力変換装置２０１の全体のインダクタンスを低減させることができる。

また、樹脂封止されていることで、樹脂内部に実装されている半導体素子２１０や実装に用いるはんだ材にかかる熱ひずみを軽減することができるので信頼性が向上する。また、半導体モジュール２０８の反りを抑えることができるので、反りに対する平行度も高くすることができる。

第１主電極２０３と第２主電極２０２、第３主電極２０９との樹脂の肉厚は、必要な絶縁距離を確保しつつできるだけ薄い方が相互インダクタンスの効果が高く、電力変換装置２０１全体のインダクタンスを低減させる効果が大きくなる。本実施形態のように、第３主電極２０９を半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒの樹脂上表面に接地させることで、絶縁距離を最短にしてインダクタンスをより低減することができる。

さらに、本実施形態では、第３主電極２０９を半導体モジュール２０８に対して外付けする方式であるため、第３主電極２０９と第２主電極２０２の間を確実に絶縁しつつ、同時に第３主電極２０９と第２主電極２０２の間の距離を短くすることができる。

一般に、主電極を半導体モジュール内に含めて樹脂封止する場合には、樹脂が主電極間を回り込みづらく、絶縁が保てなかったりプロセスコストがかかったり主電極に穴をあけたりなどの形状工夫が求められることになる。そのため製造上、絶縁距離が確保できず、主電極間の距離を広げなければならないことがある。このような場合と比較して、第３主電極２０９を外付けする方式では、半導体モジュール２０８の外装を成形する時に半導体モジュール２０８の表面と第２主電極の間に存在する封止剤２０５による層を薄く成形し、その後、第３主電極２０９を外付けできる。よって、第３主電極２０９と第２主電極２０２の間を確実に絶縁しつつ、同時に第３主電極２０９と第２主電極２０２の間の距離を短くすることができる。

本実施形態では、第３主電極２０９と第２主電極２０２の間の距離を短くすることができるため、第３主電極２０９と第２主電極２０２の間の相互インダクタンスの効果を高めることができる。その結果、電力変換装置２０１全体のインダクタンスを低減させる効果が大きくなる。

半導体モジュール２０８を冷却器の表面へ絶縁材を介して金属接合する直接冷却構造の場合は、半導体モジュール２０８や絶縁材、冷却器それぞれの線膨張係数の差があるため、グリース等で冷却器へ接続する間接冷却構造に比べて、熱応力が大きくなり、反り量が大きくなる。しかしながら本実施形態では、第３主電極２０９による抑えによって、半導体モジュール２０８の反りを軽減し、確実に半導体モジュール２０８と冷却器の表面の接触を保つことができ、直接冷却構造の信頼性を向上させることができる。

［第７実施形態の変形例１］
図１１は、第７実施形態の変形例１に係る電力変換装置３０１の断面図を示している。電力変換装置２０１の説明の際に、図１０で示した断面図に対応する位置における電力変換装置３０１の断面を示している。この電力変換装置３０１は、前述した第１〜第７実施形態と同様に、３相のインバータ装置の１つの相を構成するものである。

また、変形例１に係る電力変換装置３０１は、電力変換装置２０１（図１０参照）と対比して、上アームと下アームが１つの半導体モジュール２０８Ｗ１内にパッケージされている点で相違する。以下、相違点についてのみ説明し、第７実施形態で示した電力変換装置３０１と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。

図１１に示すように、半導体モジュール２０８Ｗ１は、半導体モジュール２０８と異なり、半導体素子２１０、第１主電極２０３、第２主電極２０２をそれぞれ２つずつ有しており、また、パワー端子２０７ａ，２０７ｂについても、それぞれ２つずつ有している。

半導体モジュール２０８Ｗ１は、２個の半導体モジュール２０８の構造を有するものであり、１個の半導体モジュール２０８Ｗ１によって、上下アーム回路を構成することができる。半導体モジュール２０８Ｗ１は、３相インバータの２つのアームに対応する部品であり、２ｉｎ１パワー半導体モジュールと呼ばれる。半導体モジュール２０８Ｗ１自身のパワー端子２０７ａ，２０７ｂを相互に接続し、上下アーム回路を構成することにより、１個の半導体モジュール２０８Ｗ１によって３相インバータ回路の１つの相を構成することができる。パワー端子２０７ａ，２０７ｂ間の接続方法は電力変換装置２０１の場合と同じである。

変形例１においても、第３主電極２０９は、半導体モジュール２０８Ｗ１の上面に接して、半導体モジュール２０８Ｗ１の上面を覆うように配置されているため、第３主電極２０９は、封止剤２０５で絶縁される領域を挟んで、半導体モジュール２０８Ｗ１内に位置する２つの第２主電極２０２と近接する。そのため第１主電極２０３または第２主電極２０２の少なくとも一方と、第３主電極２０９との間で、相互インダクタンスが大きくなるため、電力変換装置３０１の全体でのインダクタンスを低減させることができる。

変形例１においても、第３主電極２０９および冷却器ＲＧが、第１主電極２０３および第２主電極２０２と近接しており、第３主電極２０９と第１主電極２０３の間の距離、冷却器ＲＧと第２主電極２０２の間の距離が短くなっている。そのため、電力変換装置２０１と同様に、電力変換装置３０１の内部で生じた熱は第３主電極２０９および冷却器ＲＧに伝わって、電力変換装置３０１から排熱されやすくなっている。よって電力変換装置３０１の熱抵抗を低減することができる。

［第７実施形態の変形例２］
図１２は、第７実施形態の変形例２に係る電力変換装置４０１の断面図を示している。電力変換装置２０１の説明の際に図１０で示した断面図に対応する位置での、電力変換装置４０１の断面を示している。この電力変換装置４０１は、前述した第１〜第７実施形態と同様に、３相のインバータ装置の１つの相を構成するものである。

また、変形例２に係る電力変換装置４０１は、電力変換装置３０１（図１０参照）と対比して、半導体モジュール２０８Ｗ２内に第３主電極２０９がパッケージされている点で相違する。以下、相違点についてのみ説明し、第７実施形態で示した電力変換装置３０１と同一部分は同一の符号を付して説明を省略する。

図１２に示す電力変換装置４０１のように、半導体モジュール２０８内に第３主電極２０９を含めた場合は、封止剤２０５を第３主電極２０９と第２主電極２０２の間に確実に充填するため、第３主電極２０９を半導体モジュール２０８に外付けする場合と比較して封止剤２０５を第３主電極２０９と第２主電極２０２の間の距離を大きくするなど工夫が必要となる。しかしながら、図１２の変形例２によれば、第３主電極２０９の外付け作業が不要であるため、小型でありながら汎用性と量産性を向上させることができる。

また上アームを構成する部位と下アームを構成する部位間で発生する熱応力や機械的な応力が発生し、封止剤２０５では抑えきれない反りが発生しうる状況であっても、半導体モジュール２０８Ｗ２内で、上下アーム回路を覆うように設けられた第３主電極２０９が支えになり、熱応力や機械的な応力による半導体モジュール２０８Ｗ２の反りを軽減することができる。結果として、確実に半導体モジュール２０８Ｗ２と冷却器の表面との接触を保つことができる。

［第８実施形態の説明］
次に、本発明の第８実施形態について説明する。この電力変換装置５０１は、第１実施形態〜第７実施形態、および第７実施形態の変形例１、変形例２で説明した電力変換装置と同様に、３相インバータ回路の１つの相を構成するものである。

図１３は、第８実施形態に係る電力変換装置５０１の斜視図である。図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）は、電力変換装置５０１の構成を示す図であり、図１４（ａ）は、電力変換装置５０１の平面図、図１４（ｂ）は、電力変換装置５０１の動作時における電流経路を示す概略図である。また、図１４（ｃ）は、電力変換装置５０１に使用される半導体モジュール２０８ＡＬ，２０８ＡＲ（半導体モジュール２０８Ａ）の内部構造を示す斜視図である。

電力変換装置５０１を構成する半導体モジュール２０８ＡＬ，２０８ＡＲは、同一の構造を有するものとして説明する。以降の説明において、半導体モジュール２０８ＡＬ，２０８ＡＲを半導体モジュール２０８Ａとして参照する場合がある。

本実施形態に係る電力変換装置５０１では、図１４（ｃ）に示すように、パワー端子２０７ａ，２０７ｂが、半導体素子２１０を挟んで、半導体モジュール２０８Ａの対向する面にそれぞれ配置されている。言い換えると、パワー端子２０７ａは、半導体モジュール２０８Ａの前面に配置され、パワー端子２０７ｂは半導体モジュール２０８Ａの後面に配置されている。そのため半導体モジュール２０８Ａ内で、パワー端子２０７ａ、半導体素子２１０、パワー端子２０７ｂは、この順で略同一直線状に並んで配置されている。

そして、図１３および図１４（ａ）に示すように、上アームを構成する半導体モジュール２０８ＡＬのパワー端子２０７ａと、下アームを構成する半導体モジュール２０８ＡＲのパワー端子２０７ｂが隣り合うように配置されている。また上アームを構成する半導体モジュール２０８ＡＬのパワー端子２０７ｂと、下アームを構成する半導体モジュール２０８ＡＲのパワー端子２０７ａが隣り合うように配置されている。

上アームを構成する半導体モジュール２０８ＡＬのパワー端子２０７ｂと、下アームを構成する半導体モジュール２０８ＡＲのパワー端子２０７ａとが、第３主電極２０９Ａによって電気的に接続され、半導体モジュール２０８ＡＬと半導体モジュール２０８ＡＲは、上下アーム回路を形成するように直列に接続されている。

図１４（ａ）に示すように、本実施形態では２つの半導体モジュール２０８Ａのうち片方を１８０度回転させて並べ、半導体モジュール２０８ＡＬ，２０８ＡＲとしている。そのため、図１４（ｂ）に示す電流経路のように、上下アーム回路のＰ側からＮ側に流れる電流の流れは、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の順に進み、点Ｐ５で折り返して、その後、点Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９の順に、流れる経路をたどる。このように電流は折り返すように流れるため、図１４（ｂ）の電流経路において、点Ｐ４から点Ｐ６にかけての辺の長さを短くすることにより、半導体モジュール２０８ＡＬ側の電流経路（点Ｐ１から点Ｐ４までの辺）と、半導体モジュール２０８ＡＲ側の電流経路（点Ｐ６から点Ｐ９までの辺）の間の相互インダクタンスを大きくすることができる。その結果、電力変換装置５０１の全体でのインダクタンスを低減する効果が大きくなる。

半導体モジュール２０８Ａでは、パワー端子２０７ａ，２０７ｂが、半導体素子２１０を挟んで、半導体モジュール２０８Ａの対向する面にそれぞれ配置されているため、半導体モジュール２０８Ａの幅を狭くすることができる。また、第７実施形態で示した半導体モジュール２０８のようにパワー端子２０７ａ，２０７ｂを同一の側の面（前面）に配置する場合と比較して、半導体モジュール２０８Ａのパワー端子２０７ａ，２０７ｂの間の絶縁距離を短くしやすいため、半導体モジュール２０８Ａを並べる際の、半導体モジュール２０８Ａ同士の間の幅も狭くすることができる。これらの特徴により、電力変換装置５０１の小型化が可能である。

［第９実施形態の説明］
次に、本発明の第９実施形態について説明する。この電力変換装置６０１は、第１実施形態〜第８実施形態で説明した電力変換装置と同様に、３相インバータ回路の１つの相を構成するものである。

図１５に示す電力変換装置６０１は、特に第８実施形態で説明した電力変換装置５０１の、第３主電極２０９Ａの上に、絶縁体２３５を介して別途、２枚の第３主電極２０９Ｂ，２０９Ｃが配置された状態を示している。その他の構成は第８実施形態の電力変換装置５０１と変わらないので説明を省略する。なお、図１５において、第３主電極２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃが有する、外部回路との接続用の端子は省略している。

第３主電極２０９Ｃは、連結金具２２１によって、半導体モジュール２０８ＡＬのパワー端子２０７ａと電気的に接続されている。また第３主電極２０９Ｂは、連結金具２２２によって、半導体モジュール２０８ＡＲのパワー端子２０７ｂと電気的に接続されている。そのため、第３主電極２０９Ｃは上下アーム回路のＰ側に接続され、第３主電極２０９Ｂは上下アーム回路のＮ側に接続されている。

ここで、Ｐ側に接続される第３主電極２０９Ｃでの電流方向は、半導体モジュール２０８ＡＬのパワー端子２０７ａ（Ｐ側）の電流方向と対抗するように設けられているため、電流が折り返す効果によって、第３主電極２０９Ｃと半導体モジュール２０８ＡＬの間で相互インダクタンス効果を発生させることが可能となる。Ｎ側に接続される第３主電極２０９Ｂでの電流方向は、半導体モジュール２０８ＡＲのパワー端子２０７ｂ（Ｎ側）の電流方向と対抗するように設けられているため、同様に、第３主電極２０９Ｂと半導体モジュール２０８ＡＲの間においても、相互インダクタンス効果を発生させることが可能となる。

複数の第３主電極２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃの上下の並びは、半導体モジュール２０８ＡＬ，２０８ＡＲとの構成によって自由に変えることができ、所定の効果が得られるよう最適な並びを選択することができる。また、第３主電極２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃ同士を重ねたまま回路先のコンデンサやモーター、電池などへ接続させれば、接続先までのインダクタンスも低減させることができる。

［その他の実施の形態］
本発明の第１実施形態〜第９実施形態では、半導体素子５，８，２１０のそれぞれは単一の素子部品であるものとして説明した。しかしながら、スイッチング動作と還流動作を行うものであれば、必ずしも単一の素子部品として形成される必要はなく、半導体素子５，８，２１０のそれぞれが、複数の素子部品を組み合わせて形成されるものであっても構わない。例えば、ＭＯＳＦＥＴは、スイッチング動作と、ＭＯＳＦＥＴに内蔵されるＰＮダイオードで還流動作が可能であるため、１個のＭＯＳＦＥＴを素子部品として使用することにより半導体素子５，８，２１０を構成することができる。その他、ＩＧＢＴ等、逆方向に流れづらい素子を素子部品として使用する場合は、ＦＷＤ（ダイオード）を設けても良い。半導体素子５，８，２１０はＳｉやＳｉＣ、他からなるものでもよい。

また、直流の電源の電圧をスイッチング素子によってそのまま出力にスイッチングして繋げる回路構成のインバータ、すなわち電圧型インバータを例として説明した。直流の電源からインダクタを介して一定の電流を流し、その電流が流れ込む端子をスイッチングにより切り替える回路構成のインバータ、すなわち電流型インバータに対して適用しても同じ効果を得ることができる。すなわちインバータを構成するバスバと半導体素子の間での容量結合を増大させることで、インバータ全体のインダクタンスを低減させることができ、インダクタンスに起因して生じるサージ電圧の発生を抑制することが可能となる。

本発明の第７実施形態〜第９実施形態では、第３主電極２０９，２０９Ａは、上下アーム回路の、上アームと下アームとの接続点の電位を出力するものとして説明した。その他、代わりに第３主電極２０９，２０９Ａは、上下アーム回路のＰ側の電位を出力、あるいはＮ側の電位を出力するものであってもよい。この場合においても、第３主電極２０９，２０９Ａが半導体モジュール２０８，２０８Ｗ１，２０８Ｗ２，２０８Ａ内の第２主電極２０２と近接して設けられ、また上下アーム回路を覆うように配置される場合には、第７実施形態〜第９実施形態と同じ効果をもつ。

半導体モジュール２０８Ｌ，２０８Ｒ、あるいは半導体モジュール２０８ＡＬ，２０８ＡＲは、互いに同じ構造（半導体モジュール２０８，２０８Ａ）を有するものとして説明しているが、３相インバータ回路の相を構成する上アーム、下アームとしての機能を発揮でき、半導体モジュール２０８Ｌを流れる電流によって生じる磁気と、半導体モジュール２０８Ｒを流れる電流によって生じる磁気とが互いに打ち消し合うような構造であれば、必ずしも同じ構造を有している必要はない。

パワー端子２０７ａ，２０７ｂは、それぞれ第１主電極２０３、第２主電極２０２とは別部材で設けられ、接合材２０６を介して、それぞれ第１主電極２０３、第２主電極２０２と電気的に接続されるものとして説明した。しかしながら、このような構造に限定されるものではなく、パワー端子２０７ａと第１主電極２０３とは、一体的に形成されたものであってもよい。同様に、パワー端子２０７ｂと第２主電極２０２とは、一体的に形成されたものであってもよい。

パワー端子２０７ａ，２０７ｂと第３主電極２０９の間の接続・固定方法、およびパワー端子２０７ａ，２０７ｂとバスバ２０７Ｐ，２０７Ｎの間の接続・固定方法は、ねじ止めによるものとして説明したが、この他にも、溶接したり、はんだなどの接合材によって接合したりする方法によっても実現可能である。バスバ２０７Ｐ，２０７Ｎを、それぞれパワー端子２０７ａ，２０７ｂに接続・固定するものであれば、これらの方法に限られない。

封止剤２０５としてトランスファーモールド法やコンプレッション法でエポキシなどの熱硬化性樹脂を使用し、半導体モジュール２０８，２０８Ｗ１，２０８Ｗ２，２０８Ａの外装を成形することが望ましいが、ＰＰＳやゲルなどを使用してもよい。また、接合材２０６には、はんだなど、電気的に導通できるものを用いる。

第１主電極２０３、第２主電極２０２、第３主電極、半導体素子２１０の封止に、磁性体材料や高誘電率材料を用いれば、第１主電極２０３、第２主電極２０２、第３主電極、半導体素子２１０の間に生じる容量結合を高めることができる。その結果、電力変換装置２０１、３０１、４０１、５０１の全体のインダクタンスを、さらに低減することができる。

半導体素子２１０は、接合材２０６で直接、第１主電極２０３、第２主電極２０２に接続しているとして説明したが、半導体素子２１０と第１主電極２０３の間、あるいは半導体素子２１０と第２主電極２０２の間に、銅や銅モリブデンからなる導電性の物質を介して間に挟んで、半導体素子２１０を接続してもよい。

絶縁材は樹脂などからなる絶縁シートやセラミクスからなる絶縁基板などが挙げられる。また冷却器ＲＧへの接合方法としては、はんだや蝋材などの直接接合やグリースなどの間接接合する方法がある。冷却器ＲＧは空冷でも水冷でもよい。

本発明の第７実施形態において説明した変形例１および変形例２は、その他の第８、第９実施形態に対しても適用可能である。すなわち、１個のアームに対応する半導体モジュール２０８，２０８Ａの代わりに、２個のアーム回路が１つにパッケージされた半導体モジュール２０８Ｗ１，２０８Ｗ２を利用することが可能である。また、２個以上のアーム回路を１個にパッケージした半導体モジュールを使用することも可能である。

上述した実施形態では、２つのアームに対応する２ｉｎ１パワー半導体モジュールの場合を示したが、６つのアームに対応して、１部品で３相コンバータ装置のすべての相を構成することができる６ｉｎ１パワー半導体モジュールなどの構成であってもよい。

本発明の第９実施形態は、その他の第７実施形態、およびその変形例１，２、また第８実施形態に対しても適用可能である。すなわち、上アームおよび下アームの接続点の電位を出力するための第３主電極２０９に加えて、上下アーム回路のＰ側、およびＮ側のそれぞれに電気的に接続される第３主電極を設けてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

本出願は、２０１３年６月２４日に出願された日本国特許願第２０１３−１３１７１３号に基づく優先権を主張しており、この出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。

本願発明では、プラス側平板形状部、マイナス側平板形状部、及び出力側平板形状部と、第１半導体素子、及び第２半導体素子の主面が略平行となるように配置されるので、導電部材の間の容量結合、および導電部材と半導体素子との間の容量結合を増大させることができ、電力変換装置全体に存在するインダクタンスを低減することが可能となる。

１，２１ バスバ部
２，２２ａ，２２ｂ パワーモジュール部
３ 支持基板
４，７，１０，２０７Ｎ，２０７Ｐ バスバ
４ａ，７ａ，１０ａ 平板形状部
４ｂ，７ｂ，１０ｂ 導電部
４ｃ，１０ｃ ブラケット
５ 第１半導体素子
６，９ 接続線
８ 第２半導体素子
２３ａ，２３ｂ 支持基板
２４，２５，２６，２７ 封止剤
２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ 樹脂
２９ コンデンサ
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，２０１，３０１，４０１，５０１ 電力変換装置
２０２ 第２主電極
２０３ 第１主電極
２０５ 封止剤
２０６ 接合材
２０７ａ，２０７ｂ パワー端子（第１主端子部、第２主端子部）
２０８，２０８Ｒ，２０８Ｌ，２０８ＡＲ，２０８ＡＬ，２０８Ｗ１，２０８Ｗ２ 半導体モジュール
２０９，２０９Ａ 第３主電極
２１０ 半導体素子
２２１，２２２ 連結金具
２３５ 絶縁体
ＲＧ 冷却器

Claims (17)

1. 上アームを構成する第１半導体素子と、
   下アームを構成する第２半導体素子と、
   前記上アームにプラス電位を供給するプラス側導電部材と、
   前記下アームにマイナス電位を供給するマイナス側導電部材と、
   前記上アームと前記下アームとの接続点の電位を出力する出力側導電部材と、
   を備え、
   前記プラス側導電部材は、半導体素子の主面に対して略平行となるように配置されるプラス側平板形状部を有し、
   前記マイナス側導電部材は、前記主面に対して略平行となるように配置されるマイナス側平板形状部を有し、
   前記出力側導電部材は、前記半導体素子の主面に対して略平行となるように配置される出力側平板形状部を有すること
   を特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記プラス側平板形状部は、前記第１半導体素子の主面の全体に対して重複するように配置されること、もしくは、
   前記マイナス側平板形状部は、前記第２半導体素子の主面の全体に対して重複するように配置されること、
   の少なくとも１つが成立するように前記プラス側平板形状部と前記マイナス側平板形状部とが配置されていること
   を特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の電力変換装置であって、
   前記第１半導体素子の一端側と前記第２半導体素子の一端側が接続され、
   前記プラス側導電部材は、前記第１半導体素子の他端側と接続され、
   前記マイナス側導電部材は、前記第２半導体素子の他端側に接続されること
   を特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
   前記出力側導電部材は、前記第１半導体素子、及び前記第２半導体素子の、少なくとも一方の主面全体に対して重複するように配置されること
   を特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
   前記プラス側平板形状部、前記マイナス側平板形状部、及び前記出力側平板形状部を、樹脂にて封止すること
   を特徴とする電力変換装置。
6. 請求項５に記載の電力変換装置であって、
   前記プラス側導電部材と前記マイナス側導電部材との間を接続するコンデンサを更に備え、
   前記プラス側平板形状部、前記マイナス側平板形状部、及び前記出力側平板形状部に加え、前記コンデンサを前記樹脂にて封止すること
   を特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
   前記第１半導体素子と前記第２半導体素子とを前記主面とは反対側の面で支持する支持基板を更に備え、
   前記プラス側導電部材、前記マイナス側導電部材、及び前記出力側導電部材は、それぞれ前記支持基板に直接的に固定するための固定面を有し、
   更に、
   前記第１半導体素子は、前記プラス側導電部材の前記固定面に設置され、
   前記第２半導体素子は、前記出力側導電部材の前記固定面に設置され、
   前記支持基板の少なくとも一部と、前記固定面、及び前記第１半導体素子、前記第２半導体素子を樹脂にて封止すること
   を特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   アームは、
   前記半導体素子と、
   前記半導体素子に前記主面で接続される第１主電極と、
   前記半導体素子に前記主面とは反対側の面で接続される第２主電極と、
   を有する半導体モジュールからなり、
   各アーム内で、前記第１主電極には、前記第２主電極よりも高電位の電位が印加され、
   複数の半導体モジュールは、上下アーム回路を形成するように直列に接続されており、
   前記プラス側導電部材、前記マイナス側導電部材、前記出力側導電部材のいずれかの一部を構成する第３主電極は、少なくとも前記第１主電極または前記第２主電極に平行する部位が垂直方向に重なる部分を有するように、前記半導体モジュールの冷却面と反対側に配置されること
   を特徴とする電力変換装置。
9. 請求項８に記載の電力変換装置であって、
   前記第３主電極は、前記複数のアームの間を、少なくとも前記第１主電極または前記第２主電極に平行してまたがるように配置されること
   を特徴とする電力変換装置。
10. 請求項８または請求項９のいずれかに記載の電力変換装置であって、
    前記第３主電極は、１つないし複数の前記半導体素子と垂直方向に重なるように配置されること
    を特徴とする電力変換装置。
11. 請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
    前記半導体モジュールは、外部と接続する第１主端子部および第２主端子部を更に有し、
    前記第１主端子部および前記第２主端子部は、それぞれ前記第１主電極および前記第２主電極と電気的に接続され、共に前記半導体モジュールの前面に配置されていること
    を特徴とする電力変換装置。
12. 請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
    前記半導体モジュールは、外部と接続する第１主端子部および第２主端子部を更に有し、
    前記第１主端子部および前記第２主端子部は、それぞれ前記第１主電極および前記第２主電極と電気的に接続され、前記第１主端子部は、前記半導体モジュールの前面に配置され、前記第２主端子部は、前記半導体モジュールの後面に配置されていること
    を特徴とする電力変換装置。
13. 請求項８〜請求項１２のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
    前記半導体モジュールは、金型成形で樹脂封止されること
    を特徴とする電力変換装置。
14. 請求項１３に記載の電力変換装置であって、
    前記第３主電極は、前記半導体モジュールの樹脂表面に面接地している部位を有すること
    を特徴とする電力変換装置。
15. 請求項１３に記載の電力変換装置であって、
    前記半導体モジュールは、樹脂封止された少なくとも１つ以上の前記アームを有し、
    前記第３主電極は、前記半導体モジュール内に樹脂封止されること
    を特徴とする電力変換装置。
16. 請求項８〜請求項１５のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
    前記半導体モジュールの前記冷却面が、絶縁材を介して冷却器に金属接合されること
    を特徴とする電力変換装置。
17. 請求項８〜請求項１６のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
    複数の第３主電極は、
    前記プラス側導電部材の一部を構成する、少なくとも１つの第３主電極と、
    前記マイナス側導電部材の一部を構成する、少なくとも１つの第３主電極と、
    前記出力側平板形状部の一部を構成する、少なくとも１つの第３主電極と、
    から構成され、
    前記複数の第３主電極は、前記第１主電極または前記第２主電極の上に平行して重なる部分を有するように配置されること
    を特徴とする電力変換装置。

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