WO2007080922A1 - 半導体電力変換装置 - Google Patents

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WO2007080922A1
WO2007080922A1 PCT/JP2007/050241 JP2007050241W WO2007080922A1 WO 2007080922 A1 WO2007080922 A1 WO 2007080922A1 JP 2007050241 W JP2007050241 W JP 2007050241W WO 2007080922 A1 WO2007080922 A1 WO 2007080922A1
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semiconductor chip
conversion device
power conversion
semiconductor
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PCT/JP2007/050241
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Tomoya Imazu
Yuki Nakajima
Yukio Mizukoshi
Shoichi Maeda
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Nissan Motor Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention can be suitably used as a semiconductor power conversion device used in an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, for example, an inverter device that converts DC power supplied from a battery into AC power.
  • the present invention relates to a semiconductor power conversion device.
  • a semiconductor module called an IPM and a capacitor are used for power changes such as an inverter used for driving an AC motor.
  • This semiconductor module is a module in which a power semiconductor chip is electrically connected by a combination of busbar and wire bonds, and a thermal circuit is built to thermally connect the heat generated from the chip to a cooler. .
  • the above-described IPM and capacitor are designed separately. This is a force based on the desire to separately design and manufacture component functions (electrical specifications 'manufacturing process' cooling design, etc.) while at the same time adding new specifications to each other's designs Yes. For example, from the IPM design side, in order to keep the surge voltage during switching below the breakdown voltage of the chip, reducing the inductance inside and outside the IPM is a design issue.
  • the ripple current generated in the IPM part is given as a design condition from the capacitor design, and the capacitor itself to supply this has low ESL (reduction in parasitic inductance) and heat generation from the capacitor.
  • the design issues are the heat transfer design of the capacitor itself and the low ESL (reduction of parasitic resistance) to allow it.
  • a large capacitor has the advantage that the temperature rise is small because the thermal resistance is small.
  • the present invention eliminates the problems of the system design of connecting the IPM and the capacitor, and enables the semiconductor power that can realize both the reduction of the breakdown voltage of the semiconductor chip and the reduction of the heat generation of the capacitor at the same time.
  • An object is to provide a conversion device.
  • the present invention to achieve the above object includes a power semiconductor chip, a semiconductor chip structure including a P bus bar and an N bus bar provided so as to sandwich the power semiconductor chip from both sides, and a capacitor.
  • the capacitor is supported so as to be sandwiched between the P bus bar and the N bus bar in the semiconductor chip structure, and the semiconductor chip structure and the capacitor are adjacent in parallel.
  • the present invention relates to a semiconductor power conversion device characterized by being arranged in the manner described above.
  • the capacitors constituting the semiconductor power converter share the P bus bar and N bus bar of the semiconductor chip structure that also constitutes the semiconductor power converter, and are sandwiched between these bus bars.
  • the semiconductor chip structure and the capacitor are arranged adjacent to each other in parallel. Therefore, it is sufficient to determine the inductance of the capacitor so as to match the semiconductor chip structure. As a result, the inductance can be sufficiently reduced.
  • the bus bar inductance itself in the semiconductor chip structure is sufficiently small. There are very few elements that improve the inductance such as wire bonding for external connection. Therefore, the inductance of the capacitor can be further reduced due to the sufficiently small inductance of the semiconductor chip structure itself. Therefore, surge during switching can be sufficiently reduced, and the breakdown voltage of the semiconductor chip structure can be sufficiently reduced.
  • the power semiconductor chip is provided so as to be in contact with the first semiconductor chip provided in contact with the P bus bar and the N bus bar.
  • the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are positioned so as to face each other, the first semiconductor chip, the second semiconductor chip, and the second semiconductor chip.
  • An AC bus bar is provided between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip. The AC bus bar is configured to be electrically connected to the first semiconductor chip and the second semiconductor chip.
  • the AC bus bar is electrically connected to the first semiconductor chip and the second semiconductor chip via a clip-shaped panel.
  • the panel is pressed against the AC bus bar, the first semiconductor chip, and the second semiconductor chip between the AC bus bar, the first semiconductor chip, and the second semiconductor chip.
  • an insulating layer is formed on the outside of the N bus bar and the P bus bar so as to be in contact with at least one of the N bus bar and the P bus bar. It is configured to be mounted with a predetermined frame member through this insulating layer. As a result, the semiconductor power conversion device can be mounted while the insulating properties of the semiconductor chip structure and the like are reliably maintained.
  • a predetermined refrigerant may be allowed to flow through at least one of the N bus bar and the P bus bar, and a predetermined refrigerant may be provided in the AC bus bar.
  • a refrigerant can be flowed.
  • the bus bar or the like functions as a heat sink, and can effectively absorb the heat generated by the semiconductor chip force.
  • a cooling layer is provided between the insulating layer and at least one of the P bus bar and the N bus bar, and the heat generation described above is generated by this cooling layer. It can also be absorbed.
  • This cooling layer can be configured as a cooling jacket configured to allow a predetermined refrigerant to flow, or can be configured as a heat absorption layer, that is, a heat dissipation layer, by forming it from a material having excellent thermal conductivity. it can. In the latter case, at least a part of the layer is brought into contact with the coolant to cool it.
  • the frame member may have a disk shape, and the semiconductor power converter may be mounted in a disk shape.
  • the above-mentioned semiconductor power conversion device is built in the end of a motor having a disk type structure, for example, AC bus bar is connected to the winding of the motor, and PN bus bar is connected to the DC power supply line outside the motor. By doing so, the motor can be made compact.
  • the frame member may have a circular band shape
  • the semiconductor power conversion device may be arranged and mounted in a circular band shape.
  • the semiconductor power converter is built in the end of a motor having a cylindrical structure.
  • an AC bus bar is connected to a motor winding
  • a PN bus bar is connected to a DC power supply line outside the motor.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an example of a semiconductor power conversion device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a side (sectional) view specifically showing various aspects of the power conversion device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a side (sectional) view specifically showing various aspects of the power conversion apparatus shown in FIG.
  • FIG. 4 is a side (sectional) view specifically showing various aspects of the power conversion device shown in FIG.
  • FIG. 5 specifically shows various aspects of the power converter shown in FIG. It is a side (cut) side view.
  • FIG. 6 is a side (sectional) view specifically showing various aspects of the power conversion device shown in FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an example in which the power conversion device of the present invention is mounted as a specific application.
  • Fig. 8 is a side view showing an example in which the same power converter of the present invention is mounted as a specific application.
  • Fig. 8 (a) shows an example
  • Fig. 8 (b) shows another example. An example is shown.
  • FIG. 9 is a side (sectional) view specifically showing various aspects of the power conversion device shown in FIG.
  • FIG. 10 is a side (sectional) view specifically showing various aspects of the power conversion device shown in FIG.
  • FIG. 11 is a side (cut) view showing a current path of the semiconductor power conversion device.
  • FIG. 12 is a side (cut) view showing the flow of ripple current in the semiconductor power converter.
  • FIG. 13 is a side (cut) view showing a transmission path of an external force input to the semiconductor power converter.
  • FIG. 14 is a side (section) side view specifically showing various aspects of the power conversion device shown in FIG. 1.
  • FIG. 15 is a perspective view showing an example in which the power conversion device of the present invention is mounted as a specific application.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an example of a semiconductor power conversion device of the present invention.
  • a semiconductor power conversion device 10 shown in FIG. 1 includes a semiconductor chip structure 20 and a capacitor 30 arranged in parallel to each other.
  • the P bus bar 23 and the N bus bar 24 are arranged so as to face each other, and a first power semiconductor chip (Noise) is formed on the lower surface of the P bus bar 23.
  • Side semiconductor chip) 21 is attached, and a second single semiconductor chip (low-side semiconductor chip) 22 is attached to the upper surface of N bus bar 24 and arranged so as to face each other.
  • An AC bus bar 25 is provided between the high-side semiconductor chip 21 and the low-side semiconductor chip 22.
  • the AC bus bar 25 is electrically connected to the high-side semiconductor chip 21 and the low-side semiconductor chip 22 by a member (chair) not shown.
  • the capacitor 30 has upper and lower (positive and negative) electrodes shared by the P bus bar 23 and the N busno 24 of the semiconductor chip structure 20. Therefore, the semiconductor chip structure 20 and the capacitor 30 use the P bus bar 23 and the N bus bar 24 as a common support. Therefore, in the semiconductor power conversion device 10, the semiconductor chip structure 20 and the capacitor 30 which are constituent elements thereof are supported by a common support, so that the support structure can be simplified.
  • the capacitor 30 is positioned so as to be sandwiched between the P bus bar 23 and the N bus bar 24, and the semiconductor chip structure 20 and the capacitor 30 are arranged adjacent to each other in parallel. Therefore, it is sufficient to determine the inductance of the capacitor 30 so as to match the semiconductor chip structure 20, and as a result, the inductance can be sufficiently reduced.
  • the inductance of the P bus bar 23 and the N bus bar 24 in the semiconductor chip structure 20 is sufficiently small as will be described later, such as wire bonding for external connection. There are very few factors that increase the inductance of the. Therefore, the inductance of the capacitor 30 can be further reduced due to the sufficiently small inductance of the semiconductor chip structure 20 itself. Accordingly, the surge at the time of switching can be sufficiently reduced, and the breakdown voltage of the semiconductor chip structure 20 can be sufficiently reduced.
  • the AC bus bar 25 is provided between the high-side semiconductor chip 21 and the low-side semiconductor chip 22 and is configured to be electrically coupled to each other. Therefore, the AC power converted from the DC power in the power conversion device 10 without increasing the conductance of the semiconductor chip structure 20 is efficiently used. Can be taken out. Further, when taking out the AC power, no stress is applied to the semiconductor chip structure 20 as will be described later, so that damage to the semiconductor chip structure 20 can be greatly reduced.
  • a predetermined frame member is provided on the outside of the P bus bar 23 and the N bus bar 24 via the insulating layers 41 and 42. It has been implemented.
  • the P bus bar 23, the N bus bar 24, and the AC bus bar 25 can function as a predetermined cooling layer as described below.
  • FIGS. 2 to 6 and FIGS. 9 to 14 are side (sectional) sectional views specifically showing various aspects of the power conversion device 10 shown in FIG.
  • FIG. 2 is a diagram mainly illustrating a connection mode of the P bus bar 23 and the N bus bar 24 and the AC bus bar 25.
  • the basic configuration is the same as the configuration shown in FIG. 1, which includes a semiconductor chip structure having the same configuration as the semiconductor chip structure shown in FIG. 1, and the same capacitor as the capacitor shown in FIG.
  • the P bus bar 23 and N busno 24 that constitute the semiconductor chip structure 20 and the AC bus bar 25 are required to be electrically connected. In this example, such an electrical connection is used. Is carried out by using two clip-like panel 45.
  • the panel 45 comes into pressure contact with the AC bus bar 25, the high-side semiconductor chip 21, and the low-side semiconductor chip 22. Therefore, the electrical connection between the AC bus bar 25 and the high-side semiconductor chip 21 and the low-side semiconductor chip 22 is achieved. Will be able to be done reliably.
  • an insulating support member 47 for mounting is inserted between the frame members 43 and 44, so that mounting is performed more accurately.
  • a gate signal line 46 is connected to the high side semiconductor chip 21 and the low side semiconductor chip 22.
  • FIG. 3 is also a diagram mainly illustrating a connection mode between the P bus bar 23 and the N bus bar 24 and the AC bus bar 25.
  • the mode shown in FIG. 3 is basically the same as the mode shown in FIG. 2.
  • the electrical connection between the AC bus bar 25, the high-side semiconductor chip 21, and the low-side semiconductor chip 22 is the same.
  • the connection was made with panel 45 doubled, as shown in Figure 3. This example differs in that panel 45 is single.
  • the electrical connection between the AC bus bar 25 and the high-side semiconductor chip 21 and the low-side semiconductor chip 22 can be reliably performed.
  • the force that allows the insulating support member 47 to be inserted between the P bus bar 23 and the N bus bar 24 during mounting is the same as that shown in FIG. Similarly, implementation can be performed reliably.
  • FIG. 4 is a diagram mainly illustrating an aspect in the case where a cooling effect is imparted in the power conversion device of the present invention.
  • refrigerant passages 23A and 24A are formed in a P bus bar 23 and an N bus bar 24, respectively, and a refrigerant such as water flows through them.
  • the P bus bar 23 and the N bus bar 24 function as a heat sink, and can effectively absorb the heat generated from the high side semiconductor chip 21 and the low side semiconductor chip 22, and the size is reduced and the inductance is reduced. As a result, the heat generated from the capacitor 30 can be effectively absorbed.
  • the example shown in FIG. 4 may be configured such that only one of the forces configured to flow the refrigerant through both the P bus bar 23 and the N bus bar 24 is allowed to flow.
  • the clip-like panel 45 provided between the AC bus bar 25 and the high-side semiconductor chip 21 and the low-side semiconductor chip 22 not only performs the electrical connection function but also performs the thermal connection function.
  • the AC bus bar 25, the no-side semiconductor chip 21, and the low-side semiconductor chip 22 are pressed against each other.
  • the refrigerant when the refrigerant is configured to flow only in the P bus bar 23, the panel 45, the AC bus bar 25, the high side semiconductor chip 21, and the low side semiconductor chip 22 function as a thermal connection.
  • the heat generated by the low-side semiconductor chip 22 cannot be sufficiently absorbed by the P bus bar 23 through the panel 45.
  • the refrigerant when the refrigerant is configured to flow only in the N bus bar 25, the panel 45, the AC bus bar 25, the noise side semiconductor chip 21, and the low side semiconductor chip 22 perform the function of thermal connection.
  • the heat generated by the high-side semiconductor chip 21 cannot be sufficiently absorbed by the N bus bar 24 through the panel 45.
  • the panel 45 can be made of a spring material such as general-purpose beryllium. In this case, a sufficient contact area between the panel 45, the AC bus bar 25, the high-side semiconductor chip 21, and the low-side semiconductor chip 22 that sufficiently secure the thermal connection is ensured. Specifically, as shown in FIG. 14, the panel 45 may be increased to increase the contact area.
  • the panel 45 is also composed of a material with high thermal conductivity such as gold, silver, copper, or aluminum.
  • FIG. 5 is a diagram mainly illustrating an aspect in the case where a cooling effect is imparted in the power conversion device of the present invention, similarly to the example shown in FIG.
  • the refrigerant passages 23A and 24A are formed in the P bus bar 23 and the N bus bar 24, respectively, and the refrigerant passage 25A is also formed in the AC bus bar 25, and water or the like is formed in these passages.
  • the refrigerant is configured to flow.
  • the P bus bar 23, the N bus bar 24, and the AC bus bar 25 function as heat sinks, and can effectively absorb heat generated from the high side semiconductor chip 21 and the low side semiconductor chip 22, Heat generated from the capacitor 30 due to downsizing and reduced inductance can be effectively absorbed.
  • the clip-like panel 45 provided between the AC bus bar 25 and the high-side semiconductor chip 21 and the low-side semiconductor chip 22 functions as an electrical connection, as in the case shown in FIG.
  • the AC bus bar 25, the high-side semiconductor chip 21, and the low-side semiconductor chip 22 are pressed against each other so as to perform a thermal connection function.
  • the panel 45 and the AC bus bar 25 and the high-side semiconductor chip 21 and the low-side semiconductor chip 22 have a function of thermal and thermal connection.
  • the heat generated by the high-side semiconductor chip 21 and the single-side semiconductor chip 22 cannot be sufficiently absorbed by the AC bus bar 25 through the panel 45.
  • FIG. 6 is a diagram mainly illustrating an aspect when a cooling effect is imparted in the power conversion device of the present invention, as in the example shown in FIG.
  • P Busva 23 and The cooling layer 48 is provided between the insulating layer 41 and between the N bus bar 24 and the insulating layer 42. Therefore, the cooling layer 48 can absorb the heat generated from the high-side semiconductor chip 21 and the low-side semiconductor chip 22, and can absorb the heat generated from the capacitor 30 due to the downsizing and the reduced inductance. .
  • the cooling layer 48 may be configured as a cooling jacket configured to flow a predetermined refrigerant, or may be configured as a heat absorption layer, that is, a heat dissipation layer, by being configured from a material having excellent thermal conductivity. You can also. In the latter case, at least a part of the layer may be brought into contact with a cooling medium for cooling.
  • FIG. 9 and FIG. 10 are configuration diagrams showing a specific junction structure in the semiconductor power conversion device of the present invention.
  • the semiconductor power converter 10 shown in FIGS. 9 and 10 also includes a semiconductor chip structure 20 and a capacitor 30 arranged in parallel with each other.
  • Capacitor 30 has upper and lower (positive and negative) electrodes shared by P bus bar 23 and N busno 24 of semiconductor chip structure 20, and semiconductor chip structure 20 and capacitor 30 use P bus bar 23 and N bus bar 24 as a common support! /
  • the upper and lower (positive and negative) electrodes of the capacitor 30 are joined to the P bus bar 23 and the N bus bar 24 by solder layers 49 and 50 made of solder, respectively.
  • the surface electrode of the high-side semiconductor chip 21 is joined to the P bus bar 23 with the solder layer 51.
  • the surface electrode of the low-side semiconductor chip 22 is bonded to the N bus bar 24 with the solder layer 52.
  • Means for joining the P bus bar 23 and the N bus bar 24, the capacitor 30 and the semiconductor chips 21 and 22 may be any conductive joining means in addition to the solder layers 49 to 52!
  • the upper end of the capacitor 30 is bonded to the P bus bar 23 with an adhesive layer 53 made of an adhesive.
  • These adhesive layers 53 and 54 are insulating support members, and support the capacitor 30 between the P bus bar 23 and the N bus bar 24 under insulation.
  • the positive and negative electrodes of capacitor 30 are joined to P bus bar 23 and N bus bar 24 by lead wires 55 and 56, respectively.
  • FIG. 11 shows the current path that flows through the semiconductor chip structure 20 during caulking and regeneration, which causes ripple current.
  • the solid line arrows indicate the current flow during the run. At the time of driving, current flows through the capacitor 30, the solder layer 49, the P bus bar 23, the solder layer 51, the high side semiconductor chip 21, the node 45, and the AC bus bar 25 in order.
  • the dashed arrows indicate the flow of current during regeneration.
  • the current flows through the capacitor 30, the solder layer 50, the N bus bar 24, the solder layer 52, the low side semiconductor chip 22, the node 45, and the AC bus bar 25 sequentially.
  • the ripple current flows as shown by solid arrows in FIG.
  • the ripple current is AC bus bar 25, NE 45, low side semiconductor chip 22, solder layer 52, N bus bar 24, solder layer 50, capacitor 30, solder layer 49, P bus bar 23, solder layer. 51, high-side semiconductor chip 21 and panel 45 flow in order, and go around to return to AC bus bar 25.
  • the ripple current path shown by the solid line in FIG. 12 can be minimized, so that the inductance of the semiconductor power conversion device 10 is reduced to / J. be able to.
  • the stress applied to the semiconductor power conversion device 10 will be described.
  • Various external forces are applied to the external terminal (busbar) of the semiconductor power conversion device 10. That is, the tip 25s of the AC bus bar 25 protruding from the semiconductor power conversion device 10 is coupled to the conductor 57 with a bolt, nut, or the like.
  • the conductor 57 side force is also applied to the bus bar 25 side by external forces such as twisting and twisting.
  • FIG. 7 shows an example in which the power conversion device of the present invention is mounted as a specific application.
  • the frame members 43 and 44 have a disk shape, and the semiconductor power conversion device 10 is arranged and mounted in a disk shape.
  • the direction of the power conversion device 10 can be arbitrarily set.
  • the capacitor 30 can be arranged so that it is located inside the radius, and the semiconductor chip structure 20 can be arranged so that it is located outside the radius, and vice versa. Further, the semiconductor chip structure 20 and the capacitor 30 can be arranged so as to be located on the same circumference.
  • the semiconductor power conversion device 10 is built in the end of a motor having a disk type structure, for example, the AC bus bar 25 is used as the motor winding, and the PN bus bars 23 and 24 are used.
  • the motor can be made compact by connecting to a DC power supply line outside the motor.
  • the semiconductor power converter 10 is attached to the end of the motor 58 that is opposite to the rotating shaft 59 protruding in the axial direction from the motor 58. .
  • DC power supply lines 60 and 61 are connected to the PN bus bars 23 and 24 of the semiconductor power converter 10, respectively.
  • the coil 62 of the motor 58 is connected to the AC bus bar 25 of the semiconductor power converter 10 through the conductor 57.
  • the coils 62 are arranged at equal intervals in the circumferential direction in the outer diameter direction of the rotor 63 coupled to the rotating shaft 59.
  • FIG. 8 shows an example in which the power conversion device of the present invention is implemented as a specific application, as in the case shown in FIG.
  • the frame members 43 and 44 have a circular band shape, and the semiconductor power conversion device 10 is arranged and mounted in a circular band shape.
  • the direction of the power conversion device 10 can be arbitrarily set.
  • the semiconductor chip structure 20 and the capacitor 30 can be arranged on the same circumference so as to be located at different parts in the circumferential direction.
  • the semiconductor chip structure 20 and the capacitor 30 are on the same circumference and in the same direction in the circumferential direction, and the capacitor 30 is located on one side in the axial direction. They can be arranged so as to be located on the other side in the axial direction.
  • the semiconductor power conversion device 10 is built in the end of a motor having a cylindrical structure, for example, the AC bus bar 25 is used as the motor winding, and the PN bus bars 23 and 24 are used.
  • the motor can be made compact by connecting to a DC power supply line outside the motor.

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Abstract

　半導体チップ構造２０において、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４を相対向するようにして配置し、Ｐブスバ２３の下面には第１のパワー半導体チップ２１を取り付けるとともに、Ｎブスバ２４の上面に第２のパワー半導体チップ２２を取り付ける。次いで、ハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２間にこれらと電気的に接続するようにしてＡＣブスバ２５を設ける。一方、コンデンサ３０は、上下（正負）電極を半導体チップ構造２０のＰブスバ２３及びＮブスバ２４で共有し、半導体チップ構造２０とコンデンサ３０とはＰブスバ２３及びＮブスバ２４を共通の支持体とすることにより、半導体チップ構造２０及びコンデンサ３０を互いに近接して並列に配置し、半導体電力変換装置１０を構成する。

Description

明 細 書
半導体電力変換装置
技術分野
[0001] 本発明は、電気自動車ゃハイブッリド電気自動車などの電動車両に用いられる半 導体電力変換装置、例えばバッテリから供給された直流電力を交流電力に変換する インバータ装置などとして好適に用いることができる半導体電力変換装置に関する。 背景技術
[0002] 交流モータの駆動などに用いられるインバータなどの電力変^^には、 IPMと呼ば れる半導体モジュールとコンデンサとが用いられている。この半導体モジュールは、 パワー半導体チップをブスバ 'ワイヤボンドなどの組み合わせで電気的に接続すると 共に、チップからの発熱を冷却器へと熱的に接続するための熱回路を作りこんだモ ジュールである。
[0003] 従来、上述した IPMとコンデンサとは別々に設計されている。これは、部品機能の 設計製造 (電気的仕様'製造工程 '冷却設計など)を別々に行いたいという要望に基 づくものである力 一方でお互いの設計に新たな仕様を追加する要因となっている。 例えば IPM設計側からは、スイッチング時のサージ電圧をチップの耐圧以下にする ために、 IPM内外のインダクタンス低減が設計上の課題となる。
[0004] また、コンデンサ設計からは、 IPM部分で発生するリプル電流が設計条件として与 えられ、これを供給するためのコンデンサ自体の低 ESLィ匕（寄生インダクタンスの低 減）、またコンデンサ発熱を許容するためのコンデンサ自体の伝熱設計や低 ESL化（ 寄生抵抗の低減)が設計課題となる。寄生抵抗 =発熱はコンデンサの容量に反比例 するので、損失が小さく放熱性のよいコンデンサ =大形 '大容量のコンデンサが必要 となってしまう。但し、大形のコンデンサでは熱抵抗が小さいため、温度上昇が少なく て済むという利点が生じる。
[0005] 一方、特開 2004— 335625では IPM内に平型のコンデンサを近接設置している 1S 上部構造がコンデンサ、下部構造がチップ実装面となっており、コンデンサ及び 半導体モジュールをそれぞれ別の部材で支持することになつて支持構造が複雑にな る。また、特にコンデンサ自体の小型ィ匕も図れていないので、インダクタンスも従来よ り小さくなつてはいない。したがって、このような技術では、上述した従来の問題を何 ら解決するには至って ヽな 、。
[0006] このように、 IPM設計とコンデンサ設計とでは互いに相反するような観点から設計を 行う必要があり、半導体チップの耐圧の低減とコンデンサの発熱低減との双方を同時 に実現できるような（半導体)電力変換装置は未だに得られて 、な 、。
[0007] 本発明は、上記の IPMとコンデンサとを接続するというシステム設計の持つ問題点 を解消し、半導体チップの耐圧の低減とコンデンサの発熱低減との双方を同時に実 現できるような半導体電力変換装置を提供することを目的とする。
発明の開示
[0008] 上記目的を達成すベぐ本発明は、パワー半導体チップ、並びにこのパワー半導 体チップを両側から挟み込むようにして設けられた Pブスバ及び Nブスバを含む半導 体チップ構造と、コンデンサとを具える半導体電力変換装置であって、前記コンデン サは、前記半導体チップ構造における前記 Pブスバ及び前記 Nブスバで挟み込むよ うにして支持し、前記半導体チップ構造と前記コンデンサとを並列に近接して配置す るようにしたことを特徴とする、半導体電力変換装置に関する。
[0009] 本発明によれば、半導体電力変換装置を構成するコンデンサが、同じく前記半導 体電力変換装置を構成する半導体チップ構造の Pブスバ及び Nブスバを共有し、こ れらブスバ間に挟まれるようにして位置し、前記半導体チップ構造と前記コンデンサ とが並列に隣接して配置されるようにして構成されている。したがって、前記コンデン サのインダクタンスを前記半導体チップ構造に合致させるようにして決定させれば良 ぐその結果、前記インダクタンスを十分に低減させることができるようになる。
[0010] また、前記半導体チップ構造におけるブスバのインダクタンス自体が十分に小さぐ 外部結線のためのワイヤボンディングなどのインダクタンスを向上させるような要素も 極めて少ない。したがって、前記半導体チップ構造自体のインダクタンスが十分に小 さいことに起因して、前記コンデンサのインダクタンスをさらに低減することができる。 したがって、スイッチング時のサージも十分に低減することができるので、前記半導体 チップ構造の耐圧も十分に低減することができる。 [0011] なお、本発明の好ましい態様においては、前記パワー半導体チップは、前記 Pブス バに接触するようにして設けられた第 1の半導体チップと、前記 Nブスバに接触する ようにして設けられた第 2の半導体チップとを含み、前記第 1の半導体チップ及び前 記第 2の半導体チップは、互いに対向するようにして位置し、前記第 1の半導体チッ プと前記第 2の半導体チップとの間に ACブスバを具え、この ACブスバは前記第 1の 半導体チップ及び前記第 2の半導体チップと電気的に接合されているように構成す る。
[0012] このような構成によれば、上記半導体チップ構造のコンダクタンスを増大させること なぐ前記電力変換装置において直流電力力 変換された交流電力を効率的に取り 出すことができるようになる。また、前記交流電力を取り出すに際して、前記半導体チ ップ構造に対して応力が負荷されることがないので、前記半導体チップ構造に対す るダメージを大幅に低減することができる。
[0013] また、本発明の他の好ましい態様においては、前記 ACブスバは、前記第 1の半導 体チップ及び前記第 2の半導体チップに対してクリップ状のパネを介して電気的に接 続する。この場合、前記 ACブスバ及び前記第 1の半導体チップ、前記第 2の半導体 チップ間において、前記パネは前記 ACブスバ及び前記第 1の半導体チップ、前記 第 2の半導体チップに対して圧接するようになるので、前記 ACブスバと前記第 1の半 導体チップ及び前記第 2の半導体チップとの電気的接続を確実に行うことができるよ うになる。
[0014] さらに、本発明のその他の好ましい態様においては、前記 Nブスバ及び前記 Pブス バの少なくとも一方に接触するようにして、前記 Nブスバ及び前記 Pブスバの外方に ぉ 、て絶縁層を具え、この絶縁層を介して所定のフレーム部材で実装するように構 成する。これによつて、前記半導体チップ構造などの絶縁性を確実に保持した上で、 半導体電力変換装置の実装を行うことができるようになる。
[0015] また、本発明の他の態様にぉ 、ては、前記 Nブスバ及び前記 Pブスバの少なくとも 一方に所定の冷媒を流すように構成することができ、また、前記 ACブスバ内に所定 の冷媒を流すように構成することができる。これによつて、前記ブスバなどがヒートシン クとして機能するようになり、前記半導体チップ力 の発熱を効果的に吸収することが できるとともに、小型化してインダクタンスが小さくなつたことによる前記コンデンサから の発熱を効果的に吸収することができる。
[0016] なお、上述したブスバ内などに冷媒を流す代わりに、前記絶縁層と前記 Pブスバ及 び前記 Nブスバの少なくとも一方との間に冷却層を設け、この冷却層によって上述し た発熱を吸収するようにすることもできる。この冷却層は、所定の冷媒を流すように構 成した冷却ジャケット様に構成することもできるし、熱伝導性に優れた材料から構成 することにより、熱吸収層すなわち放熱層として構成することもできる。また、後者の 場合においては、層の少なくとも一部を冷媒と接触させて冷却するように構成するこ とちでさる。
[0017] なお、本発明の一態様において、前記フレーム部材はディスク状であって、前記半 導体電力変換装置はディスク状に配列して実装するようにすることができる。本例に おいては、円盤型の構造をもつモータの端部などに上記半導体電力変換装置を内 蔵し、例えば ACブスバをモータの巻き線に、 PNブスバをモータ外部の直流給電線 に接続することにより、前記モータをコンパクトィ匕することができる。
[0018] また、本発明の他の態様において、前記フレーム部材は円帯状であって、前記半 導体電力変換装置は円帯状に配列して実装するようにすることができる。本例にお いても、円筒型の構造をもつモータの端部などに上記半導体電力変換装置を内蔵し 、例えば ACブスバをモータの巻き線に、 PNブスバをモータ外部の直流給電線に接 続することにより、前記モータをコンパクトィ匕することができる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]図 1は、本発明の半導体電力変換装置の一例を概略的に示す構成図である。
[図 2]図 2は、図 1に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（断） 面図である。
[図 3]図 3は、同じぐ図 1に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す 側 (断)面図である。
[図 4]図 4は、同じぐ図 1に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す 側 (断)面図である。
[図 5]図 5は、同じぐ図 1に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す 側 (断)面図である。
[図 6]図 6は、同じぐ図 1に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す 側 (断)面図である。
[図 7]図 7は、本発明の電力変換装置を具体的な用途として実装した例を示す斜視 図である。
[図 8]図 8は、同じぐ本発明の電力変換装置を具体的な用途として実装した例を示 す側面図であり、図 8 (a)は一例を、図 8 (b)は他の例を示す。
[図 9]図 9は、図 1に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（断） 面図である。
[図 10]図 10は、同じぐ図 1に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示 す側 (断)面図である。
[図 11]図 11は、半導体電力変換装置の電流経路を示す側 (断)面図である。
[図 12]図 12は、半導体電力変換装置のリプル電流の流れを示す側（断)面図である
[図 13]図 13は、半導体電力変換装置に入力される外力の伝達径路を示す側 (断)面 図である。
[図 14]図 14は、図 1に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（ 断)面図である。
[図 15]図 15は、本発明の電力変換装置を具体的な用途として実装した例を示す斜 視図である。
発明を実施するための最良の形態
[0020] 以下、本発明の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基 づいて詳細に説明する。
[0021] 図 1は、本発明の半導体電力変換装置の一例を概略的に示す構成図である。図 1 に示す半導体電力変換装置 10は、互いに並列に配置された半導体チップ構造 20と コンデンサ 30とを具えて ヽる。
[0022] 半導体チップ構造 20においては、 Pブスバ 23及び Nブスバ 24が相対向するように して配置されているとともに、 Pブスバ 23の下面には第 1のパワー半導体チップ (ノヽィ サイド半導体チップ） 21が取り付けられるとともに、 Nブスバ 24の上面には第 2のパヮ 一半導体チップ（ローサイド半導体チップ） 22が取り付けられ、互いに対向するように して配置されている。また、ハイサイド半導体チップ 21及びローサイド半導体チップ 2 2間には ACブスバ 25が設けられている。なお、 ACブスバ 25は、図示しない部材（ヮ ィャ）などで、ハイサイド半導体チップ 21及びローサイド半導体チップ 22と電気的に 接続されている。
[0023] 一方、コンデンサ 30は、上下（正負）電極を半導体チップ構造 20の Pブスバ 23及 び Nブスノ 24で共有している。したがって、半導体チップ構造 20とコンデンサ 30とは Pブスバ 23及び Nブスバ 24を共通の支持体としている。したがって、半導体電力変 換装置 10において、その構成要素である半導体チップ構造 20及びコンデンサ 30は 共通の支持体で支持されることになるので、それらの支持構造を簡略化することがで きる。
[0024] また、コンデンサ 30が Pブスバ 23及び Nブスバ 24間に挟まれるようにして位置し、 半導体チップ構造 20とコンデンサ 30とが並列に隣接して配置されるようにして構成さ れて 、るので、コンデンサ 30のインダクタンスを半導体チップ構造 20に合致させるよ うにして決定させれば良ぐその結果、前記インダクタンスを十分に低減させることが でさるよう〖こなる。
[0025] なお、図 1に示す電力変換装置 10においては、半導体チップ構造 20における Pブ スバ 23及び Nブスバ 24のインダクタンス自体が後述するように十分に小さぐ外部結 線のためのワイヤボンディングなどのインダクタンスを増加させるような要素も極めて 少ない。したがって、半導体チップ構造 20自体のインダクタンスが十分に小さいこと に起因して、コンデンサ 30のインダクタンスをさらに低減することができる。したがって 、スイッチング時のサージも十分に低減することができるので、半導体チップ構造 20 の耐圧も十分に低減することができる。
[0026] また、図 1に示す電力変換装置 10においては、 ACブスバ 25はハイサイド半導体 チップ 21及びローサイド半導体チップ 22間に設けられ、互いに電気的に結合するよ うにして構成されている。したがって、半導体チップ構造 20のコンダクタンスを増大さ せることなぐ電力変換装置 10において直流電力から変換された交流電力を効率的 に取り出すことができるようになる。また、前記交流電力を取り出すに際して、半導体 チップ構造 20に対して後述するように応力が付加されることがないので、半導体チッ プ構造 20に対するダメージを大幅に低減することができる。
[0027] さらに、図 1に示す電力変換装置 10においては、 Pブスバ 23及び Nブスバ 24の外 方にお!、て絶縁層 41及び 42を介して所定のフレーム部材が設けられ、これによつて 実装されている。
[0028] なお、 Pブスバ 23及び Nブスバ 24、並びに ACブスバ 25は、以下に示すように所定 の冷却層として機能させることができる。
[0029] 図 2〜図 6、図 9〜図 14は、図 1に示す電力変換装置 10における種々の態様を具 体的に示す側（断)面図である。
[0030] 図 2は主として、 Pブスバ 23及び Nブスバ 24と ACブスバ 25との接続態様を説明す るための図である。基本的な構成は図 1に示す構成と同じである、図 1に示す半導体 チップ構造と同一構成の半導体チップ構造と、図 1に示すコンデンサと同じコンデン サとを含んでいる。上述したように、半導体チップ構造 20を構成する Pブスバ 23及び Nブスノ 24と ACブスバ 25とは電気的に接続されていることが必要である力 本例に おいては、このような電気接続をクリップ状のパネ 45を 2重に配置して用いることによ り実施している。パネ 45は、 ACブスバ 25及びハイサイド半導体チップ 21、ローサイ ド半導体チップ 22に対して圧接するようになるので、 ACブスバ 25とハイサイド半導 体チップ 21及びローサイド半導体チップ 22との電気的接続を確実に行うことができ るよつになる。
[0031] なお、本例では、実装を行うための絶縁性支持部材 47がフレーム部材 43及び 44 間に挿入されており、実装をより正確に行うように構成されている。また、ハイサイド半 導体チップ 21及びローサイド半導体チップ 22にはゲート信号線 46が接続されてい る。
[0032] 図 3も主として、 Pブスバ 23及び Nブスバ 24と ACブスバ 25との接続態様を説明す るための図である。但し、図 3に示す態様は、基本的には図 2に示す態様と同じであ る力 図 2に示す態様では、 ACブスバ 25とハイサイド半導体チップ 21及びローサイ ド半導体チップ 22との電気的接続をパネ 45を 2重にして実施したのに対し、図 3に示 す例は、パネ 45を 1重にしている点で相違する。しかしながら、図 3に示す態様にお いても図 2に示す態様と同様に、 ACブスバ 25とハイサイド半導体チップ 21及びロー サイド半導体チップ 22との電気的接続を確実に行うことができる。
[0033] また、図 3に示す態様では、実装の際の絶縁性支持部材 47を Pブスバ 23及び Nブ スバ 24間に挿入するようにしている力 この場合においても、図 2に示す態様と同様 に実装を確実に行うことができるようになる。
[0034] 図 4は主として、本発明の電力変換装置において冷却効果を付与した場合の態様 を説明するための図である。図 4に示す例においては、 Pブスバ 23及び Nブスバ 24 内にそれぞれ冷媒用通路 23A及び 24Aを形成し、この中を水などの冷媒が流れるよ うにして構成している。この場合、 Pブスバ 23及び Nブスバ 24がヒートシンクとして機 能するようになり、ハイサイド半導体チップ 21及びローサイド半導体チップ 22からの 発熱を効果的に吸収することができるとともに、小型化してインダクタンスが小さくなつ たことによるコンデンサ 30からの発熱を効果的に吸収することができる。
[0035] なお、図 4に示す例では、 Pブスバ 23及び Nブスバ 24の双方に冷媒を流すように構 成している力 いずれか一方のみに流すように構成することもできる。この場合、 AC ブスバ 25とハイサイド半導体チップ 21及びローサイド半導体チップ 22との間に設け たクリップ状のパネ 45は、電気的接続の機能を果たすのみでなぐ熱的接続の機能 をも果たすようにして、 ACブスバ 25及びノヽィサイド半導体チップ 21、ローサイド半導 体チップ 22に対して圧接するようにする。
[0036] 具体的には、 Pブスバ 23内のみに冷媒を流すように構成した場合は、パネ 45と AC ブスバ 25及びハイサイド半導体チップ 21、ローサイド半導体チップ 22とが、熱的接 続の機能を果たすようにして構成されて 、な 、と、ローサイド半導体チップ 22による 発熱をパネ 45を介して Pブスバ 23で十分に吸収することができない。また、 Nブスバ 25内のみに冷媒を流すように構成した場合は、パネ 45と ACブスバ 25及びノヽィサイ ド半導体チップ 21、ローサイド半導体チップ 22とが、熱的接続の機能を果たすように して構成されて ヽな 、と、ハイサイド半導体チップ 21による発熱をパネ 45を介して N ブスバ 24で十分に吸収することができな 、。
[0037] なお、パネ 45は汎用のベリリウムなどのバネ材で構成することができ、このような場 合は、上記熱的接続を十分に確保すベぐパネ 45と ACブスバ 25及びハイサイド半 導体チップ 21、ローサイド半導体チップ 22との接触面積を十分に確保するようにす る。具体的には、図 14に示すように、パネ 45を増やして接触面積を増加させるとよい 。また、パネ 45は金、銀、銅、又はアルミニウムなど高熱伝導性の材料力も構成する ことちでさる。
[0038] 図 5は主として、図 4に示す例と同様に、本発明の電力変換装置において冷却効果 を付与した場合の態様を説明するための図である。図 5に示す例においては、 Pブス バ 23及び Nブスバ 24内にそれぞれ冷媒用通路 23A及び 24Aを形成するとともに、 ACブスバ 25内にも冷媒用通路 25Aを形成し、これら通路内に水などの冷媒が流れ るようにして構成している。この場合、 Pブスバ 23、 Nブスバ 24及び ACブスバ 25がヒ ートシンクとして機能するようになり、ハイサイド半導体チップ 21及びローサイド半導 体チップ 22からの発熱を効果的に吸収することができるとともに、小型化してインダク タンスが小さくなつたことによるコンデンサ 30からの発熱を効果的に吸収することがで きる。
[0039] なお、図 5に示す例では、 Pブスバ 23及び Nブスバ 24と、 ACブスバ 25とに冷媒を 流すように構成している力 ACブスバ 25のみに流すように構成することもできる。こ の場合においても、図 4に示す場合と同様に、 ACブスバ 25とハイサイド半導体チッ プ 21及びローサイド半導体チップ 22との間に設けたクリップ状のパネ 45は、電気的 接続の機能を果たすのみでなぐ熱的接続の機能をも果たすようにして、 ACブスバ 2 5及びハイサイド半導体チップ 21、ローサイド半導体チップ 22に対して圧接するよう にする。
[0040] 具体的には、 ACブスバ 25内のみに冷媒を流すように構成した場合は、パネ 45と A Cブスバ 25及びハイサイド半導体チップ 21、ローサイド半導体チップ 22と力 熱的接 続の機能を果たすようにして構成されて 、な 、と、ハイサイド半導体チップ 21及び口 一サイド半導体チップ 22による発熱をパネ 45を介して ACブスバ 25で十分に吸収す ることができない。
[0041] 図 6は主として、図 4に示す例と同様に、本発明の電力変換装置において冷却効果 を付与した場合の態様を説明するための図である。本例においては、 Pブスバ 23及 び絶縁層 41間、並びに Nブスバ 24及び絶縁層 42間において、冷却層 48を設けて いる。したがって、この冷却層 48によって、ハイサイド半導体チップ 21及びローサイド 半導体チップ 22からの発熱を吸収し、小型化してインダクタンスが小さくなつたことに よるコンデンサ 30からの発熱を吸収するようにすることができる。
[0042] 冷却層 48は、所定の冷媒を流すように構成した冷却ジャケット様に構成することも できるし、熱伝導性に優れた材料から構成することにより、熱吸収層すなわち放熱層 として構成することもできる。また、後者の場合においては、層の少なくとも一部を冷 媒と接触させて冷却するように構成することもできる。
[0043] なお、冷却層 48を Pブスバ 23側あるいは Nブスバ 24側のみに設ける場合、上記同 様にノ ネ 45の、 ACブスバ 25及びハイサイド半導体チップ 21、ローサイド半導体チッ プ 22との熱的接続を十分に採るようにする。
[0044] 図 9および図 10は、本発明の半導体電力変換装置につき、具体的な接合構造を 示す構成図である。図 9および図 10に示す半導体電力変換装置 10も、図 1に示す 実施例と同様、互いに並列に配置された半導体チップ構造 20とコンデンサ 30とを具 えている。コンデンサ 30は、上下（正負）電極を半導体チップ構造 20の Pブスバ 23及 び Nブスノ 24で共有し、半導体チップ構造 20とコンデンサ 30とは Pブスバ 23及び N ブスバ 24を共通の支持体として!/、る。
[0045] 一方、図 9に示す半導体電力変換装置 10は、コンデンサ 30の上下 (正負）電極を ハンダからなるハンダ層 49, 50で Pブスバ 23及び Nブスバ 24にそれぞれ接合する。 ハイサイド半導体チップ 21の表面電極をハンダ層 51で Pブスバ 23に接合する。ロー サイド半導体チップ 22の表面電極をハンダ層 52で Nブスバ 24に接合する。
[0046] これら Pブスバ 23及び Nブスバ 24と、コンデンサ 30および半導体チップ 21, 22を 接合する手段としてはハンダ層 49〜52の他、導電性の接合手段であればよ!、。
[0047] また、図 10に示す半導体電力変換装置 10は、コンデンサ 30の上端を接着剤から なる接着層 53で Pブスバ 23に接着する。コンデンサ 30の下端を接着剤カゝらなる接着 層 54で Nブスバ 24に接着する。これら接着層 53, 54は絶縁性支持部材であって、 コンデンサ 30を Pブスバ 23及び Nブスバ 24間に絶縁下に支持する。そしてコンデン サ 30の正負電極をリード線 55, 56で Pブスバ 23及び Nブスバ 24にそれぞれ接合す る。
[0048] 半導体電力変換装置 10のインダクタンスについて説明すると、電磁誘導はインダク タンスと電流の変化率との積によって決まることから、電力変換装置 10においてリブ ル電流が流れる部位のインダクタンスを小さくすることが効果的である。まずリプル電 流の原因となる、カ行時及び回生時に半導体チップ構造 20を流れる電流経路につ き図 11に示す。図 11の構成図において、実線の矢はカ行時の電流の流れを示す。 カ行時において電流は、コンデンサ 30と、ハンダ層 49と、 Pブスバ 23と、ハンダ層 51 と、ハイサイド半導体チップ 21と、ノ ネ 45と、 ACブスバ 25とを順次流れる。
[0049] 図 11中、破線の矢は回生時の電流の流れを示す。回生時において電流は、コン デンサ 30と、ハンダ層 50と、 Nブスバ 24と、ハンダ層 52と、ローサイド半導体チップ 2 2と、ノ ネ 45と、 ACブスバ 25とを順次流れる。
[0050] そうするとリプル電流の流れは図 12に実線の矢で示すようなものとなる。リプル電流 は ACブスバ 25と、ノ ネ 45と、ローサイド半導体チップ 22と、ハンダ層 52と、 Nブスバ 24と、ハンダ層 50と、コンデンサ 30と、ハンダ層 49と、 Pブスバ 23と、ハンダ層 51と、 ハイサイド半導体チップ 21と、パネ 45とを順次流れ、 ACブスバ 25に戻るよう周回す る。
[0051] 本発明の半導体電力変換装置 10によれば、図 12に実線で示すリプル電流の経路 を最短にすることが可能となることから、半導体電力変換装置 10のインダクタンスを /J、さくすることができる。
[0052] 半導体電力変換装置 10に付加される応力について説明する。半導体電力変換装 置 10の外部端子 (ブスバ）には各種の外力がかかる。つまり、半導体電力変換装置 1 0から突出する ACブスバ 25の先端 25sは、ボルト及びナット等で導体 57と結合する 。図 13に矢で示すように、導体 57側力もブスバ 25側にねじれやこじれといった外力 がかかる。
[0053] 本発明の半導体電力変換装置 10によれば、図 13に矢で示すように絶縁性支持部 材 47が上記の外力を受け持つため、半導体電力変換装置 10内部の半導体チップ 2 1, 22に応力が発生することを防止することが可能になる。したがって、応力による半 導体電力変換装置 10の損傷を回避することができる。 [0054] 図 7は、本発明の電力変換装置を具体的な用途として実装した例を示すものである 。図 6に示す例においては、フレーム部材 43及び 44がディスク状であって、半導体 電力変換装置 10はディスク状に配列されて実装されている。なお、この場合におい て、電力変換装置 10の向きは任意に設定することができる。例えば、コンデンサ 30 が半径内側に位置し、半導体チップ構造 20が半径外側に位置するように配列するこ とができ、さらにはその逆に配列するようにすることもできる。また、半導体チップ構造 20及びコンデンサ 30が同じ円周上に位置するように配列することができる。
[0055] 図 7に示す構成によれば、円盤型の構造をもつモータの端部などに半導体電力変 換装置 10を内蔵し、例えば ACブスバ 25をモータの巻き線に、 PNブスバ 23及び 24 をモータ外部の直流給電線に接続することにより、前記モータをコンパクトィ匕すること ができる。
[0056] 具体的には図 15の斜視図に示すように、モータ 58から軸方向に突出する回転軸 5 9とは軸方向反対側になるモータ 58の端部に半導体電力変換装置 10を取り付ける。 半導体電力変換装置 10の PNブスバ 23及び 24には、直流給電線 60及び 61をそれ ぞれ接続する。半導体電力変換装置 10の ACブスバ 25には、導体 57を介してモー タ 58のコイル 62を接続する。このコイル 62は、回転軸 59と結合するロータ 63の外径 方向に周方向等間隔に配列されている。
[0057] 図 8は、図 7に示す場合と同様に、本発明の電力変換装置を具体的な用途として実 装した例を示すものである。図 8に示す例においては、フレーム部材 43及び 44が円 帯状であって、半導体電力変換装置 10は円帯状に配列されて実装されている。な お、この場合において、電力変換装置 10の向きは任意に設定することができる。例 えば、図 8 (a)に示すように、半導体チップ構造 20及びコンデンサ 30が同じ円周上に 周方向で異なる部位で位置するように配列することができる。また、図 8 (b)に示すよ うに、半導体チップ構造 20及びコンデンサ 30が同じ円周上かつ周方向で同じ部位 であってコンデンサ 30が軸方向の一方側に位置し、半導体チップ構造 20が軸方向 の他方側に位置するように配列することができる。
[0058] 図 8に示す構成によれば、円筒型の構造をもつモータの端部などに半導体電力変 換装置 10を内蔵し、例えば ACブスバ 25をモータの巻き線に、 PNブスバ 23及び 24 をモータ外部の直流給電線に接続することにより、前記モータをコンパクトィ匕すること ができる。
[0059] 以上、具体例を挙げながら本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に 限定されるものではなぐ本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変 更が可能である。
産業上の利用可能性
[0060] 本発明によれば、 IPMとコンデンサとを接続すると 、うシステム設計の持つ問題点 を解消し、半導体チップの耐圧の低減とコンデンサの発熱低減との双方を同時に実 現できるような半導体電力変換装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲
[1] パワー半導体チップ、並びにこのパワー半導体チップを両側から挟み込むようにし て設けられた Pブスバ及び Nブスバを含む半導体チップ構造と、コンデンサとを具え る半導体電力変換装置であって、
前記コンデンサは、前記半導体チップ構造における前記 Pブスバ及び前記 Nブス バで挟み込むようにして支持し、前記半導体チップ構造と前記コンデンサとを並列に 近接して配置するようにしたことを特徴とする、半導体電力変換装置。
[2] 前記パワー半導体チップは、前記 Pブスバに接触するようにして設けられた第 1の 半導体チップと、前記 Nブスバに接触するようにして設けられた第 2の半導体チップと を含み、前記第 1の半導体チップ及び前記第 2の半導体チップは、互いに対向する ようにして位置し、
前記第 1の半導体チップと前記第 2の半導体チップとの間に ACブスバを具え、この
ACブスバは前記第 1の半導体チップ及び前記第 2の N型半導体チップと電気的に 接合されて ヽることを特徴とする、請求項 1に記載の半導体電力変換装置。
[3] 前記 ACブスバは、前記第 1の半導体チップ及び前記第 2の半導体チップに対して クリップ状のパネを介して電気的に接続されていることを特徴とする、請求項 2に記載 の半導体電力変換装置。
[4] 前記 Nブスバ及び前記 Pブスバの少なくとも一方に接触するようにして、前記 Nブス バ及び前記 Pブスバの外方にお 、て絶縁層を具え、この絶縁層を介して所定のフレ 一ム部材で実装するように構成したことを特徴とする、請求項 1〜3のいずれか一に 記載の半導体電力変換装置。
[5] 前記 Nブスバ及び前記 Pブスバの少なくとも一方に所定の冷媒を流すように構成し たことを特徴とする、請求項 4に記載の半導体電力変換装置。
[6] 前記 ACブスバ内に所定の冷媒を流すように構成したことを特徴とする、請求項 1〜
5のいずれか一に記載の半導体電力変換装置。
[7] 前記絶縁層と前記 Pブスバ及び前記 Nブスバの少なくとも一方との間に冷却層を具 えることを特徴とする、請求項 4〜6のいずれか一に記載の半導体電力変換装置。
[8] 前記フレーム部材はディスク状であって、前記半導体電力変換装置はディスク状に 配列されて実装されることを特徴とする、請求項 1〜7のいずれか一に記載の半導体 電力変換装置。
[9] 前記フレーム部材は円帯状であって、前記半導体電力変換装置は円帯状に配列 されて実装されることを特徴とする、請求項 1〜7のいずれか一に記載の半導体電力 変換装置。
[10] 請求項 8に記載の半導体電力変換装置を具えることを特徴とする、モータ。
[11] 請求項 9に記載の半導体電力変換装置を具えることを特徴とする、モータ。
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