(57)【要約】【課題】半導体モジュールを有する電力変換装置の小型化を図る。【解決手段】  半導体モジュールは、複数の半導体素子と、複数の半導体素子に電気的に接続された第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子とを備える。複数の半導体素子は、第１電力端子と第２電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの上アームスイッチング素子と、第２電力端子と第３電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの下アームスイッチング素子とを有する。そして、少なくとも一つの上アームスイッチング素子の数は、少なくとも一つの下アームスイッチング素子の数と異なる。【選択図】図６
2020136516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体素子と、
前記複数の半導体素子に電気的に接続された第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子と、
を備え、
前記複数の半導体素子は、
前記第１電力端子と前記第２電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの上アームスイッチング素子と、
前記第２電力端子と前記第３電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの下アームスイッチング素子と、を有し、
前記少なくとも一つの上アームスイッチング素子の数が、前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子の数と異なる、
半導体モジュール。
【請求項２】
前記少なくとも一つの上アームスイッチング素子は、第１スイッチング素子を含み、
前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子は、前記第１スイッチング素子と同じ構成を有する第２スイッチング素子を含み、
前記少なくとも一つの上アームスイッチング素子と、前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子との一方は、前記第１スイッチング素子と異なる構成を有する第３スイッチング素子をさらに含む、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記第１スイッチング素子は、第１種類の半導体材料を用いて構成されており、
前記第３スイッチング素子は、前記第１種類の半導体材料と異なる第２種類の半導体材料を用いて構成されている、請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記第２種類の半導体材料のバンドギャップは、前記第１種類の半導体材料のバンドギャップよりも広い、請求項３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記第３スイッチング素子のサイズは、前記第１スイッチング素子のサイズよりも小さい、請求項２から４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記少なくとも一つの上アームスイッチング素子が載置された第１導体板と、
前記少なくとも一つの上アームスイッチング素子を挟んで前記第１導体板に対向する第２導体板と、
前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子が載置されており、前記第１導体板と第１方向において横並びに配置されているとともに、前記第２導体板と電気的に接続された第３導体板と、
前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子を挟んで前記第３導体板に対向するとともに、前記第２導体板と前記第１方向において横並びに配置された第４導体板と、をさらに備え、
前記第１電力端子は、前記第１導体板に電気的に接続されており、
前記第２電力端子は、前記第２導体板又は前記第３導体板に電気的に接続されており、
前記第３電力端子は、前記第４導体板に電気的に接続されている、請求項２から５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子は、前記第１方向に沿って配列されており、
前記第１方向に関して、前記第３スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間に位置する、請求項６に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記第１導体板に垂直な平面視において、前記第３スイッチング素子の中心は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の各中心を通る直線から離れて位置する、請求項７に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記第３導体板は、第１継手部を介して、前記第２導体板と電気的に接続されており、
前記第３電力端子は、第２継手部を介して、前記第４導体板と電気的に接続されており、
前記第１方向に関して、前記第１継手部及び前記第２継手部は、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間に位置する、請求項７又は８に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記第１継手部及び前記第２継手部は、前記第１導体板に平行であるとともに前記第１方向に垂直な第２方向に関して、前記第３スイッチング素子に対して同じ側に位置する、請求項９に記載の半導体モジュール。
【請求項１１】
前記第１導体板に垂直な平面視において、前記第１継手部と前記第２継手部は、それぞれ前記第１方向に沿って延びるとともに、前記第２方向において互いに隣接している、請求項１０に記載の半導体モジュール。
【請求項１２】
前記第１導体板に垂直な平面視において、前記第１継手部と前記第２継手部は、それぞれ前記第２方向に沿って延びるとともに、前記第１方向において互いに隣接している、請求項１０に記載の半導体モジュール。
【請求項１３】
前記第１継手部と前記第２継手部は、前記第１導体板に平行であるとともに前記第１方向に垂直な第２方向に関して、前記第３スイッチング素子に対して互いに反対側に位置する、請求項９に記載の半導体モジュール。
【請求項１４】
前記第１導体板に垂直な平面視において、前記第１継手部は、前記第２方向に沿って延びており、前記第２継手部は、前記第１方向に沿って延びている、請求項１３に記載の半導体モジュール。
【請求項１５】
前記第１導体板に垂直な平面視において、前記第１電力端子、前記第２電力端子及び前記第３電力端子は、前記第１方向に沿って配列されているとともに、前記第３電力端子は、前記第１電力端子と前記第２電力端子との間に位置する、請求項６から１４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項１６】
前記第３スイッチング素子は、前記少なくとも一つの上アームスイッチング素子に含まれており、
前記第１導体板は、前記第１方向に沿って前記第３導体板側へ突出する第１突出部を有し、
前記第３スイッチング素子の少なくとも一部は、前記第１突出部に位置している、請求項６から１５のいずれか一項に記載に半導体モジュール。
【請求項１７】
前記第２導体板は、前記第１方向に沿って前記第４導体板側へ突出するとともに、前記第１突出部と対向する第２突出部を有し、
前記第２突出部の少なくとも一部は、前記第３スイッチング素子を挟んで前記第１突出部と対向している、請求項１６に記載の半導体モジュール。
【請求項１８】
前記第３導体板は、前記第１方向に沿って前記第１導体板側へ突出するとともに、前記第１方向に垂直な第２方向において前記第１突出部と隣接する第３突出部を有し、
前記第３導体板は、前記第３突出部において前記第２導体板と電気的に接続されている、請求項１６又は１７に記載の半導体モジュール。
【請求項１９】
前記第４導体板は、前記第１方向に沿って前記第２導体板側へ突出するとともに、その少なくとも一部が前記第３突出部と対向する第４突出部を有し、
前記第４導体板は、前記第４突出部において前記第３電力端子と電気的に接続されている、請求項１８に記載の半導体モジュール。
【請求項２０】
前記第３スイッチング素子は、前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子に含まれており、
前記第４導体板は、前記第１方向に沿って前記第２導体板側へ突出する第４突出部を有し、
前記第４突出部の少なくとも一部は、前記第３スイッチング素子を挟んで前記第３導体板と対向している、請求項６から１５のいずれか一項に記載に半導体モジュール。
【請求項２１】
前記第２導体板は、前記第１方向に沿って前記第４導体板側へ突出するとともに、前記第１方向に垂直な第２方向において前記第４突出部と隣接する第２突出部を有し、
前記第２導体板は、前記第２突出部において前記第３導体板と電気的に接続されている、請求項２０に記載の半導体モジュール。
【請求項２２】
第１絶縁回路基板と、前記複数の半導体素子を挟んで前記第１絶縁回路基板に対向する第２絶縁回路基板と、をさらに備え、
前記第１導体板と前記第３導体板は、前記第１絶縁回路基板に設けられており、
前記第２導体板と前記第４導体板は、前記第２絶縁回路基板に設けられている、請求項６から２１のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項２３】
第１半導体モジュールと、
前記第１半導体モジュールと電気的に接続された第２半導体モジュールと、
を備え、
前記第１半導体モジュールと前記第２半導体モジュールの各々は、
複数の半導体素子と、
前記複数の半導体素子に電気的に接続された第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子と、を備え、
前記複数の半導体素子は、
前記第１電力端子と前記第２電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの上アームスイッチング素子と、
前記第２電力端子と前記第３電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの下アームスイッチング素子と、を有し、
前記第１半導体モジュールの前記第１電力端子、前記第２電力端子及び前記第３電力端子は、それぞれ、前記第２半導体モジュールの前記第１電力端子、前記第２電力端子及び前記第３電力端子と電気的に接続されており、
前記第１半導体モジュールでは、前記少なくとも一つの上アームスイッチング素子の数が、前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子の数よりも多く、
前記第２半導体モジュールでは、前記少なくとも一つの上アームスイッチング素子の数が、前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子の数よりも少ない、
電力変換装置。
【請求項２４】
前記第１半導体モジュールの前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の総数は、前記第２半導体モジュールの前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の総数と等しい、請求項２３に記載の電力変換装置。
【請求項２５】
第３半導体モジュールをさらに備え、
前記第３半導体モジュールは、
複数の半導体素子と、
前記複数の半導体素子に電気的に接続された第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子と、を備え、
前記複数の半導体素子は、
前記第１電力端子と前記第２電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの上アームスイッチング素子と、
前記第２電力端子と前記第３電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの下アームスイッチング素子と、を有し、
前記第３半導体モジュールの前記第１電力端子、前記第２電力端子及び前記第３電力端子は、それぞれ、前記第２半導体モジュールの前記第１電力端子、前記第２電力端子及び前記第３電力端子と電気的に接続されており、
前記第３半導体モジュールでは、前記少なくとも一つの上アームスイッチング素子の数が、前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子の数と等しい、
請求項２３又は２４に記載の電力変換装置。
【請求項２６】
前記第１半導体モジュールの前記少なくとも一つ上アームスイッチング素子と、前記第２半導体モジュールの前記少なくとも一つの上アームスイッチング素子とが、それぞれ第１スイッチング素子を含み、
前記第１半導体モジュールの前記少なくとも一つ下アームスイッチング素子と、前記第２半導体モジュールの前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子とが、それぞれ前記第１スイッチング素子と同じ構成を有する第２スイッチング素子を含み、
前記第１半導体モジュールの前記少なくとも一つ上アームスイッチング素子と、前記第２半導体モジュールの前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子とが、それぞれ前記第１スイッチング素子と異なる構成を有する第３スイッチング素子をさらに含む、
請求項２３から２５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項２７】
前記第１半導体モジュール及び前記第２半導体モジュールの動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１半導体モジュール及び前記第２半導体モジュールの前記第３スイッチング素子を相補的に駆動するとともに、前記第１半導体モジュール及び前記第２半導体モジュールの前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を駆動しない第１スイッチング制御を実行可能に構成されている、請求項２６に記載の電力変換装置。
【請求項２８】
前記制御装置は、前記第１半導体モジュール及び前記第２半導体モジュールの少なくとも一方の前記第１スイッチング素子と、前記第１半導体モジュール及び前記第２半導体モジュールの少なくとも一方の前記第２スイッチング素子を相補的に駆動するとともに、前記第１半導体モジュール及び前記第２半導体モジュールの前記第３スイッチング素子を駆動しない第２スイッチング制御をさらに実行可能に構成されている、請求項２７に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体モジュールとそれを用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、半導体モジュールとそれを用いた電力変換装置が開示されている。この半導体モジュールは、複数の半導体素子と、複数の半導体素子に電気的に接続された第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子とを備える。複数の半導体素子は、第１電力端子と第２電力端子との間に電気的に接続された上アームスイッチング素子と、第２電力端子と第３電力端子との間に電気的に接続された下アームスイッチング素子とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１２０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した電力変換装置において、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の数をそれぞれ複数にすると、取り扱うことのできる許容電流を大きくすることができる。この場合、一つの態様として、半導体モジュール内に、新たな上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を、それぞれ追加することが考えられる。しかしながら、半導体モジュール内のスイッチング素子が、少なくとも二つ増加することで、半導体モジュールは有意に大型化する。その結果、半導体モジュールだけでなく、電力変換装置の大幅な設計変更が必要となるおそれがある。これに対して、半導体モジュールの構成は変更せず、複数の半導体モジュールを用意して、それらを並列に接続することが考えられる。この場合、電力変換装置に必要とされる設計変更も、比較的に小さくて済むことが多い。しかしながら、半導体モジュールの数が単純に増大することで、電力変換装置の大型化を招いてしまう。本明細書は、これらの問題を少なくとも部分的に解決し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する技術では、一つの半導体モジュールにおいて、上アームスイッチング素子の数と、下アームスイッチング素子の数とが互いに相違することを許容する。これにより、半導体モジュールの大型化を抑制しつつ、必要とされる半導体モジュールの数も抑制することができる。例えば、電力変換装置が、三つの上アームスイッチング素子と、三つの下アームスイッチング素子とを必要とする場合を考える。この場合、本技術では、二つの半導体モジュールを並列に接続するとともに、一方の半導体モジュールには、新たな上アームスイッチング素子のみを追加し、他方の半導体モジュールには、新たな下アームスイッチング素子のみを追加する。これにより、各々の半導体モジュールの大型化を抑制しつつ、必要とされる半導体モジュールの数の増大も抑制することができる。
【０００６】
本技術の一側面により、半導体モジュールが開示される。この半導体モジュールは、複数の半導体素子と、複数の半導体素子に電気的に接続された第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子とを備える。複数の半導体素子は、第１電力端子と第２電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの上アームスイッチング素子と、第２電力端子と第３電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの下アームスイッチング素子とを有する。そして、少なくとも一つの上アームスイッチング素子の数は、少なくとも一つの下アームスイッチング素子の数と異なる。
【０００７】
上記した半導体モジュールにおいて、少なくとも一つの上アームスイッチング素子は、第１スイッチング素子を含み、前記少なくとも一つの下アームスイッチング素子は、第１スイッチング素子と同じ構成を有する第２スイッチング素子を含んでもよい。そして、少なくとも一つの上アームスイッチング素子と、少なくとも一つの下アームスイッチング素子との一方が、第１スイッチング素子と異なる構成を有する第３スイッチング素子をさらに含んでもよい。但し、他の実施形態として、第３半導体素子は、第１半導体素子及び第２スイッチング素子と同じ構成を有してもよい。ここで、二つのスイッチング素子が同じ構成を有するとは、製造上の不可避的な差異を除いて、二つのスイッチング素子が同じ構成（サイズ、材料及び構造など）で構成されていることを意味する。
【０００８】
本技術の一実施形態として、第１スイッチング素子は、第１種類の半導体材料を用いて構成されており、第３スイッチング素子は、第１種類の半導体材料と異なる第２種類の半導体材料を用いて構成されていてもよい。第１スイッチング素子と第３スイッチング素子とが異なる半導体材料で構成されていると、第１スイッチング素子と第３スイッチング素子との間で特性が有意に相違する。これにより、例えば半導体モジュールに関連する指標（例えば、電流値）に応じて、特性の異なる二つのスイッチング素子を使い分けることができる。
【０００９】
上記した実施形態では、第２種類の半導体材料のバンドギャップが、第１種類の半導体材料のバンドギャップよりも広くてもよい。この場合、例えば第１種類の半導体材料がシリコン（Ｓｉ）であり、第２種類の半導体材料が炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）といった窒化物半導体、又は酸化物半導体であってもよい。但し、第１種類の半導体材料及び第２種類の半導体材料の具体的な材料の組み合わせは任意であり、これらの例に限定されない。
【００１０】
上記に加え、又は代えて、第３スイッチング素子のサイズは、第１スイッチング素子のサイズよりも小さくてもよい。第３スイッチング素子のサイズが比較的に小さいと、例えば既存の半導体モジュールへ第３半導体素子を付加するときに、半導体モジュールの大型化を抑制することができる。
【００１１】
本技術の他の一側面により、電力変換装置がさらに開示される。この電力変換装置は、第１半導体モジュールと、第１半導体モジュールと電気的に接続された第２半導体モジュールとを備える。第１半導体モジュールと前記第２半導体モジュールの各々は、複数の半導体素子と、複数の半導体素子に電気的に接続された第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子とを備える。複数の半導体素子は、第１電力端子と第２電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの上アームスイッチング素子と、第２電力端子と第３電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの下アームスイッチング素子とを有する。第１半導体モジュールの第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子は、それぞれ、第２半導体モジュールの第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子と電気的に接続されている。第１半導体モジュールでは、少なくとも一つの上アームスイッチング素子の数が、少なくとも一つの下アームスイッチング素子の数よりも多い。第２半導体モジュールでは、少なくとも一つの上アームスイッチング素子の数が、少なくとも一つの下アームスイッチング素子の数よりも少ない。
【００１２】
本技術の一実施形態において、第１半導体モジュールの上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の総数は、第２半導体モジュールの上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の総数と等しくてもよい。このような構成によると、第１半導体モジュールと第２半導体モジュールとを同じ又は実質的に同じサイズとすることができる。
【００１３】
本技術の一実施形態において、電力変換装置は、第３半導体モジュールをさらに備えてもよい。この場合、第３半導体モジュールは、複数の半導体素子と、複数の半導体素子に電気的に接続された第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子とを備える。複数の半導体素子は、第１電力端子と第２電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの上アームスイッチング素子と、第２電力端子と第３電力端子との間に電気的に接続された少なくとも一つの下アームスイッチング素子とを有する。第３半導体モジュールの第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子は、それぞれ、第２半導体モジュールの第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子と電気的に接続されている。そして、第３半導体モジュールでは、少なくとも一つの上アームスイッチング素子の数が、少なくとも一つの下アームスイッチング素子の数と等しい。このように、第３半導体モジュールをさらに組み合わせることで、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の各数を適切に調整することができる。
【００１４】
本技術の一実施形態において、第１半導体モジュールの少なくとも一つ上アームスイッチング素子と、第２半導体モジュールの少なくとも一つの上アームスイッチング素子とが、それぞれ第１スイッチング素子を含んでもよい。また、第１半導体モジュールの少なくとも一つ下アームスイッチング素子と、第２半導体モジュールの少なくとも一つの下アームスイッチング素子とが、それぞれ第１スイッチング素子と同じ構成を有する第２スイッチング素子を含んでもよい。そして、第１半導体モジュールの少なくとも一つ上アームスイッチング素子と、第２半導体モジュールの少なくとも一つの下アームスイッチング素子とが、それぞれ第１スイッチング素子と異なる構成を有する第３スイッチング素子をさらに含んでもよい。このような構成によると、電力変換装置は、例えば取り扱う電力の大きさに応じて、少なくとも二種類のスイッチング素子を選択的に使用することができる。ここで、二つのスイッチング素子が同じ構成を有するとは、製造上の不可避的な差異を除いて、二つのスイッチング素子が同じ構成（サイズ、材料及び構造など）で構成されていることを意味する。
【００１５】
上記した実施形態において、電力変換装置は、第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールの動作を制御する制御装置をさらに備えてもよい。この場合、制御装置は、第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールの第３スイッチング素子を相補的に駆動するとともに、第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールの第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を駆動しない第１スイッチング制御を実行可能に構成されていてもよい。第１スイッチング制御では、互いに異なる半導体モジュール内に位置する二つのスイッチング素子が駆動されるので、各々の半導体モジュールの温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
上記した実施形態において、制御装置は、第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールの少なくとも一方の第１スイッチング素子と、第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールの少なくとも一方の第２スイッチング素子とを相補的に駆動するとともに、第１半導体モジュール及び第２半導体モジュールの第３スイッチング素子を駆動しない第２スイッチング制御をさらに実行可能に構成されていてもよい。このような構成によると、例えば取り扱う電力の大きさに応じて、第１スイッチング制御と第２スイッチング制御とを選択的に実行することにより、電力変換の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例の電力変換装置１０の構成を示す回路ブロック図。
【図２】Ｕ相スイッチング回路１２の構成を示す回路ブロック図である。Ｖ相スイッチング回路１４及びＷ相スイッチング回路１６も、Ｕ相スイッチング回路１２と同一の構成を有する。
【図３】第１スイッチング制御と第２スイッチング制御とを説明するタイムチャート。
【図４】第１半導体モジュール２０の外観を示す平面図。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線における断面図であって、第１半導体モジュール２０の内部構造を模式的に示す。
【図６】第１半導体モジュール２０の内部構造を示す平面図である。第１導体板４２に垂直な平面視における平面図であって、封止体２８及び第２絶縁回路基板５０の図示が省略されている。
【図７】図６に示す平面図に、第２導体板５２及び第４導体板５４が付加された図。
【図８】第１半導体モジュール２０の斜視図である。但し、封止体２８の図示は省略されている。
【図９】第１半導体モジュール２０の斜視図である。但し、封止体２８の図示は省略されており、第２絶縁回路基板５０が上方へ移動されている。
【図１０】図１０（Ａ）は、第１スイッチング素子２２の複数の信号電極２２ｄの配列を示す。図１０（Ｂ）は、第３スイッチング素子２６の複数の信号電極２６ｄの配列を示す。
【図１１】第２半導体モジュール７０の外観を示す平面図。
【図１２】図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線における断面図であって、第２半導体モジュール７０の内部構造を模式的に示す。
【図１３】第２半導体モジュール７０の内部構造を示す平面図である。第１導体板９２に垂直な平面視における平面図であって、封止体７８及び第２絶縁回路基板１００の図示が省略されている。
【図１４】図１３に示す平面図に、第２導体板１０２及び第４導体板１０４が付加された図。
【図１５】第２半導体モジュール７０の斜視図である。但し、封止体７８の図示は省略されている。
【図１６】第２半導体モジュール７０の斜視図である。但し、封止体７８の図示は省略されており、第２絶縁回路基板１００が上方へ移動されている。
【図１７】第３半導体モジュール１２０の外観を示す平面図。
【図１８】図１７中のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線における断面図であって、第３半導体モジュール１２０の内部構造を模式的に示す。
【図１９】第３半導体モジュール１２０の斜視図である。但し、封止体７８の図示は省略されており、第２絶縁回路基板１５０が上方へ移動されている。
【図２０】一変形例の第１半導体モジュール２０Ａの外観を示す平面図。
【図２１】図２０中のＸＸＩ−ＸＸＩ線における断面図であって、一変形例の第１半導体モジュール２０Ａの内部構造を模式的に示す。
【図２２】一変形例の第１半導体モジュール２０Ａの内部構造を示す平面図である。第１導体板４２に垂直な平面視における平面図であって、封止体２８及び第２絶縁回路基板５０の図示が省略されている。
【図２３】図２２に示す平面図に、第２導体板５２及び第４導体板５４が付加された図。
【図２４】他の一変形例の第１半導体モジュール２０Ｂの外観を示す平面図。
【図２５】図２４中のＸＸＶ−ＸＸＶ線における断面図であって、他の一変形例の第１半導体モジュール２０Ｂの内部構造を模式的に示す。
【図２６】他の一変形例の第１半導体モジュール２０Ｂの内部構造を示す平面図である。第１導体板４２に垂直な平面視における平面図であって、封止体２８及び第２絶縁回路基板５０の図示が省略されている。
【図２７】図２６に示す平面図に、第２導体板５２及び第４導体板５４が付加された図。
【図２８】一変形例の第２半導体モジュール７０Ａの外観を示す平面図。
【図２９】図２８中のＸＸＩＸ−ＸＸＩＸ線における断面図であって、一変形例の第２半導体モジュール７０Ａの内部構造を模式的に示す。
【図３０】一変形例の第２半導体モジュール７０Ａの内部構造を示す平面図である。第１導体板９２に垂直な平面視における平面図であって、封止体７８及び第２絶縁回路基板１００の図示が省略されている。
【図３１】図３０に示す平面図に、第２導体板１０２及び第４導体板１０４が付加された図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本技術の一実施形態において、半導体モジュールは、少なくとも一つの上アームスイッチング素子が載置された第１導体板と、少なくとも一つの上アームスイッチング素子を挟んで第１導体板に対向する第２導体板と、少なくとも一つの下アームスイッチング素子が載置されており、第１導体板と第１方向において横並びに配置されているとともに、前記第２導体板と電気的に接続された第３導体板と、少なくとも一つの下アームスイッチング素子を挟んで第３導体板に対向するとともに、第２導体板と第１方向において横並びに配置された第４導体板とをさらに備えてもよい。この場合、第１電力端子は、第１導体板に電気的に接続されており、第２電力端子は、第２導体板又は第３導体板に電気的に接続されており、第３電力端子は、第４導体板に電気的に接続されていてもよい。このような構成によると、各々の半導体素子が発生する熱を、一対の導体板を介して両側から効果的に放熱することができる。
【００１９】
上記した実施形態では、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が、第１方向に沿って配列されていてもよい。そして、第１方向に関して、第３スイッチング素子は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との間に位置してもよい。ここでいう「第１方向に関して」とは、第１方向における位置関係のみに着目し、第１方向に対して垂直な方向における位置関係は無視することを意味する。本明細書中の同一又は類似する他の記載（例えば、「第２方向に関して」）についても、同様である。
【００２０】
上記した実施形態では、第１導体板に垂直な平面視において、第３スイッチング素子の中心が、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の各中心を通る直線から離れて位置してもよい。即ち、第３スイッチング素子は、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の配列に対して、オフセットされていてもよい。
【００２１】
上記した実施形態では、第３導体板が、第１継手部を介して第２導体板と電気的に接続されており、第３電力端子が、第２継手部を介して第４導体板と電気的に接続されていてもよい。この場合、第１方向に関して、第１継手部及び第２継手部は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との間に位置してもよい。このような構成は、特に限定されないが、第３スイッチング素子のサイズが、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のサイズよりも小さいときに有利である。
【００２２】
上記した実施形態では、第１継手部及び第２継手部が、第１導体板に平行であるとともに第１方向に垂直な第２方向に関して、第３スイッチング素子に対して同じ側に位置してもよい。このような構成によると、第１継手部と第２継手部とが互いに隣接することで、半導体モジュール内の電流経路を短くすることができる。
【００２３】
上記した実施形態では、第１導体板に垂直な平面視において、第１継手部と第２継手部が、それぞれ第１方向に沿って延びるとともに、第２方向において互いに隣接していてもよい。このような構成によると、第１継手部及び第２継手部が、第３スイッチング素子に沿って延びることから、第３スイッチング素子と第１継手部（又は第２継手部）との間の電流経路を広くすることができる。
【００２４】
あるいは、第１導体板に垂直な平面視において、第１継手部と第２継手部は、それぞれ第２方向に沿って延びるとともに、第１方向において互いに隣接していてもよい。このような構成によると、第１導体板と第３導体板との間の間隔や、第２導体板と第４導体板との間の間隔を大きくして、それらの導体板の間の絶縁性を高めることができる。
【００２５】
他の一実施形態では、第１継手部及び第２継手部が、前記した第２方向に関して、第３スイッチング素子に対して互いに反対側に位置してもよい。このような構成によると、第３半導体素子と第２継手部とを隣接して配置させて、第３半導体素子と第３電力端子との間の電流経路を短くすることができる。
【００２６】
上記した実施形態では、第１導体板に垂直な平面視において、第１継手部が第２方向に沿って延びており、第２継手部が第１方向に沿って延びていてもよい。このような構成によると、特に第１継手部が第２方向に沿って延びていることで、例えば第３半導体素子へ信号配線を接続するためのスペースを設けることができる。
【００２７】
本技術の一実施形態では、第１導体板に垂直な平面視において、第１電力端子、第２電力端子及び第３電力端子が、第１方向に沿って配列されていてもよい。この場合、第３電力端子は、第１電力端子と第２電力端子との間に位置してもよい。このような構成によると、各々の電力端子を、対応する導体板に対して近接配置することができる。
【００２８】
本技術の一実施形態において、第３スイッチング素子が、少なくとも一つの上アームスイッチング素子に含まれている場合、第１導体板は、第１方向に沿って第３導体板側へ突出する第１突出部を有してもよい。そして、第３スイッチング素子の少なくとも一部が、第１突出部に載置されていてもよい。このように、第３スイッチング素子のサイズに合わせて、第１導体板を部分的に拡大することで、半導体モジュールの小型化を図ることができる。
【００２９】
上記した実施形態では、第２導体板が、第１方向に沿って第４導体板側へ突出するとともに、第１突出部と対向する第２突出部を有してもよい。この場合、第２突出部の少なくとも一部は、第３スイッチング素子を挟んで第１突出部と対向してもよい。即ち、第１導体板の突出部に対応させて、第２導体板にも突出部を設けてもよい。
【００３０】
上記した実施形態では、第３導体板が、第１方向に沿って第１導体板側へ突出するとともに、第１方向に垂直な第２方向において第１突出部と隣接する第３突出部を有してもよい。この場合、第３導体板は、第３突出部において第２導体板と電気的に接続されていてもよい。このような構成によると、半導体モジュールの小型化を図ることができる。
【００３１】
上記した実施形態では、第４導体板が、第１方向に沿って第２導体板側へ突出するとともに、その少なくとも一部が第３突出部と対向する第４突出部を有してもよい。この場合、第４導体板は、第４突出部において第３電力端子と電気的に接続されていてもよい。このような構成によると、半導体モジュールのさらなる小型化を図ることができる。
【００３２】
本技術の一実施形態において、第３スイッチング素子が、少なくとも一つの下アームスイッチング素子に含まれている場合、第４導体板は、第１方向に沿って第２導体板側へ突出する第４突出部を有してもよい。この場合、第４突出部の少なくとも一部は、第３スイッチング素子を挟んで第３導体板と対向していてもよい。このように、第３スイッチング素子のサイズに合わせて、第４導体板を部分的に拡大することで、半導体モジュールの小型化を図ることができる。
【００３３】
上記した実施形態では、第２導体板が、第１方向に沿って第４導体板側へ突出するとともに、第１方向に垂直な第２方向において第４突出部と隣接する第２突出部を有してもよい。この場合、第２導体板は、第２突出部において第３導体板と電気的に接続されていてもよい。このような構成によると、半導体モジュールのさらなる小型化を図ることができる。
【００３４】
本技術の一実施形態では、半導体モジュールが、第１絶縁回路基板と、複数の半導体素子を挟んで第１絶縁回路基板に対向する第２絶縁回路基板とをさらに備えてもよい。この場合、第１導体板と第３導体板は、第１絶縁回路基板に設けられており、第２導体板と第４導体板は、第２絶縁回路基板に設けられていてもよい。ここでいう絶縁回路基板とは、例えばＡＭＣ（Active Metal brazed Copper）基板、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板又はＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板のように、絶縁体の基板（例えばセラミック基板）の一面又は両面に、導体板が接合された基板を意味する。
【実施例】
【００３５】
図面を参照して、実施例の電力変換装置１０について説明する。本実施例の電力変換装置１０は、例えば電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車といった電動型の自動車に採用され、直流電源２とモータ４との間で電力変換を行うことができる。但し、電力変換装置１０の用途は特に限定されない。電力変換装置１０は、様々な装置や設備に広く採用することができる。
【００３６】
図１に示すように、電力変換装置１０は、Ｕ相スイッチング回路１２と、Ｖ相スイッチング回路１４と、Ｗ相スイッチング回路１６と、それらのスイッチング回路１２、１４、１６の動作を制御する制御装置１８と備える。Ｕ相スイッチング回路１２は、直流電源２とモータ４のＵ相端子との間に電気的に接続されており、モータ４のＵ相端子を直流電源２の正極又は負極へ選択的に接続することができる。Ｖ相スイッチング回路１４は、直流電源２とモータ４のＶ相端子との間に電気的に接続されており、モータ４のＶ相端子を直流電源２の正極又は負極へ選択的に接続することができる。そして、Ｗ相スイッチング回路１６は、直流電源２とモータ４のＷ相端子との間に電気的に接続されており、モータ４のＷ相端子を直流電源２の正極又は負極へ選択的に接続することができる。
【００３７】
Ｕ相スイッチング回路１２は、複数の半導体モジュール２０、７０、１２０を備えている。複数の半導体モジュール２０、７０、１２０は、互いに並列に接続されている。なお、複数の半導体モジュール２０、７０、１２０の数については、特に限定されない。本実施例では、複数の半導体モジュール２０、７０、１２０が、第１半導体モジュール２０、第２半導体モジュール７０及び第３半導体モジュール１２０を有している。Ｖ相スイッチング回路１４及びＷ相スイッチング回路１６の各々も、Ｕ相スイッチング回路１２と同一の構成を有しており、第１半導体モジュール２０、第２半導体モジュール７０及び第３半導体モジュール１２０を備えている。
【００３８】
第１半導体モジュール２０は、複数の半導体素子２２、２４、２６と、それらの半導体素子２２、２４、２６に電気的に接続された複数の電力端子３２、３４、３６とを備える。複数の電力端子３２、３４、３６には、第１電力端子３２、第２電力端子３４及び第３電力端子３６が含まれる。第１電力端子３２は、直流電源２の正極に接続されている。第２電力端子３４は、モータ４に接続されている。そして、第３電力端子３６は、直流電源２の負極に接続されている。
【００３９】
複数の半導体素子２２、２４、２６には、少なくとも一つの上アームスイッチング素子２２、２６と、少なくとも一つの下アームスイッチング素子２４とが含まれる。少なくとも一つの上アームスイッチング素子２２、２６は、第１電力端子３２と第２電力端子３４との間に電気的に接続されており、少なくとも一つの下アームスイッチング素子２４は、第２電力端子３４と第３電力端子３６との間に電気的に接続されている。一例ではあるが、少なくとも一つの上アームスイッチング素子２２、２６には、第１スイッチング素子２２と第３スイッチング素子２６とが含まれている。少なくとも一つの下アームスイッチング素子２４には、第２スイッチング素子２４が含まれている。このように、第１半導体モジュール２０は、二つの上アームスイッチング素子２２、２６と、一つの下アームスイッチング素子２４とを備えており、上アームスイッチング素子２２、２６の数が、下アームスイッチング素子２４の数よりも多くなっている。
【００４０】
第１スイッチング素子２２と第２スイッチング素子２４は、互いに同じ構成を有している。一方、第３スイッチング素子２６は、第１スイッチング素子２２及び第２スイッチング素子２４と異なる構成を有している。詳しくは、第１スイッチング素子２２及び第２スイッチング素子２４が、シリコン（Ｓｉ）を用いて構成されているのに対して、第３スイッチング素子２６は、シリコンよりもバンドギャップの広い炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いて構成されている。また、第３スイッチング素子２６のサイズは、第１スイッチング素子２２及び第２スイッチング素子２４のサイズよりも小さい。一般に、炭化シリコンの基板は、シリコンの基板よりも優れた特性を有する一方で、シリコンの基板よりも高価である。そのことから、第３半導体素子２６に炭化シリコンを採用しつつ、そのサイズを小さくすることによって、その製造コストの増大を抑制しつつ、第１半導体モジュール２０の特性を向上することができる。
【００４１】
一例ではあるが、本実施例における第１スイッチング素子２２と第２スイッチング素子２４は、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor Insulated）であり、還流ダイオードを内蔵したＩＧＢＴである。一方、第３スイッチング素子２６は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。但し、第１スイッチング素子２２と第２スイッチング素子２４は、還流ダイオードを内蔵しないＩＧＢＴであってもよく、この場合、ダイオードを有する他の半導体素子が付加されてもよい。あるいは、第１スイッチング素子２２と第２スイッチング素子２４は、ＭＯＳＦＥＴであってもよい。また、第３スイッチング素子２６は、ＲＣ−ＩＧＢＴ又はＩＧＢＴであってもよい。
【００４２】
第２半導体モジュール７０は、複数の半導体素子７２、７４、７６と、それらの半導体素子７２、７４、７６に電気的に接続された複数の電力端子８２、８４、８６とを備える。複数の電力端子８２、８４、８６には、第１電力端子８２、第２電力端子８４及び第３電力端子８６が含まれる。第２半導体モジュール７０においても、第１電力端子８２は直流電源２の正極に接続されており、第２電力端子８４はモータ４に接続されており、第３電力端子８６は直流電源２の負極に接続されている。即ち、第２半導体モジュール７０の第１電力端子８２、第２電力端子８４及び第３電力端子８６は、それぞれ、第１半導体モジュール２０の第１電力端子３２、第２電力端子３４及び第３電力端子３６と電気的に接続されている。
【００４３】
第２半導体モジュール７０の複数の半導体素子７２、７４、７６には、少なくとも一つの上アームスイッチング素子７２と、少なくとも一つの下アームスイッチング素子７４とが含まれる。少なくとも一つの上アームスイッチング素子７２は、第１電力端子８２と第２電力端子８４との間に電気的に接続されており、少なくとも一つの下アームスイッチング素子７４、７６は、第２電力端子８４と第３電力端子８６との間に電気的に接続されている。一例ではあるが、少なくとも一つの上アームスイッチング素子７２には、第１スイッチング素子７２が含まれている。一方、少なくとも一つの下アームスイッチング素子７４、７６には、第２スイッチング素子７４及び第３スイッチング素子７６が含まれている。このように、第２半導体モジュール７０は、一つの上アームスイッチング素子７２と、二つの下アームスイッチング素子７４とを備えており、下アームスイッチング素子７４、７６の数が、上アームスイッチング素子７２の数よりも多くなっている。
【００４４】
第２半導体モジュール７０においても、第１スイッチング素子７２と第２スイッチング素子７４は、互いに同じ構成を有している。そして、第３スイッチング素子７６は、第１スイッチング素子７２及び第２スイッチング素子７４と異なる構成を有している。ここで、第２半導体モジュール７０の第１スイッチング素子７２及び第２スイッチング素子７４は、第１半導体モジュール２０の第１スイッチング素子２２及び第２スイッチング素子２４と同じ構成を有している。また、第２半導体モジュール７０の第３スイッチング素子７６は、第１半導体モジュール２０の第３スイッチング素子２６と同じ構成を有している。即ち、第２半導体モジュール７０においても、第１スイッチング素子７２及び第２スイッチング素子７４は、シリコン（Ｓｉ）を用いて構成されており、第３スイッチング素子７６は、炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いて構成されている。また、第３スイッチング素子７６のサイズは、第１スイッチング素子７２及び第２スイッチング素子７４のサイズよりも小さい。
【００４５】
ここで、第１半導体モジュール２０及び第２半導体モジュール７０において、スイッチング素子２２、２４、２６、７２、７４、７６の数は特に限定されない。但し、特に限定されないが、本実施例の電力変換装置１０では、第１半導体モジュール２０の上アームスイッチング素子２２、２６及び下アームスイッチング素子２４の総数は、第２半導体モジュール７０の上アームスイッチング素子７２及び下アームスイッチング素子７４、７６の総数に等しい。また、第１半導体モジュール２０及び第２半導体モジュール７０の上アームスイッチング素子２２、２６、７２の総数は、第１半導体モジュール２０及び第２半導体モジュール７０の下アームスイッチング素子２４、７４、７６の総数に等しい。
【００４６】
第３半導体モジュール１２０は、複数の半導体素子１２２、１２４と、それらの半導体素子１２２、１２４に電気的に接続された複数の電力端子１３２、１３４、１３６とを備える。複数の電力端子１３２、１３４、１３６には、第１電力端子１３２、第２電力端子１３４及び第３電力端子１３６が含まれる。第３半導体モジュール１２０においても、第１電力端子１３２は直流電源２の正極に接続されており、第２電力端子１３４はモータ４に接続されており、第３電力端子１３６は直流電源２の負極に接続されている。即ち、第３半導体モジュール１２０の第１電力端子１３２、第２電力端子１３４及び第３電力端子１３６は、それぞれ、第１半導体モジュール２０の第１電力端子３２、第２電力端子３４及び第３電力端子３６と電気的に接続されている。
【００４７】
第３半導体モジュール１２０の複数の半導体素子１２２、１２４には、少なくとも一つの上アームスイッチング素子１２２と、少なくとも一つの下アームスイッチング素子１２４とが含まれる。少なくとも一つの上アームスイッチング素子１２２は、第１電力端子１３２と第２電力端子１３４との間に電気的に接続されており、少なくとも一つの下アームスイッチング素子１２４は、第２電力端子１３４と第３電力端子１３６との間に電気的に接続されている。一例ではあるが、少なくとも一つの上アームスイッチング素子１２２には、第１スイッチング素子１２２が含まれており、少なくとも一つの下アームスイッチング素子１２４には、第２スイッチング素子１２４が含まれている。第３半導体モジュール１２０は、一つの上アームスイッチング素子１２２と、一つの下アームスイッチング素子１２４とを備えており、上アームスイッチング素子７２の数が、下アームスイッチング素子７４の数と等しい。第１スイッチング素子１２２と第２スイッチング素子１２４は、互いに同じ構成を有しており、それらの構成は、その他の半導体モジュール２０、７０の第１スイッチング素子２２、７２及び第２スイッチング素子２４、７４の構成と同じでもある。
【００４８】
以上のように、Ｕ相スイッチング回路１２は、三つの半導体モジュール２０、７０、１２０を有しており、各々の半導体モジュール２０、７０、１２０には、少なくとも一つの上アームスイッチング素子２２、２６、７２、１２２と、少なくとも一つの下アームスイッチング素子２４、７４、７６、１２４とが含まれる。特に、第１半導体モジュール２０では、二つの上アームスイッチング素子２２、２６が設けられており、上アームスイッチング素子２２、２６の数が、下アームスイッチング素子２４の数よりも多くなっている。一方、第２半導体モジュール７０では、二つの下アームスイッチング素子７４、７６が設けられており、下アームスイッチング素子７４、７６の数が、上アームスイッチング素子７２の数よりも多くなっている。但し、Ｕ相スイッチング回路１２の全体では、上アームスイッチング素子２２、２６、７２、１２２の総数が、下アームスイッチング素子２４、７４、７６、１２４の総数と等しくなっている。
【００４９】
Ｖ相スイッチング回路１４及びＷ相スイッチング回路１６の各々は、Ｕ相スイッチング回路１２と同じ構成を有している。即ち、Ｖ相スイッチング回路１４及びＷ相スイッチング回路１６も同様に、第１半導体モジュール２０、第２半導体モジュール７０及び第３半導体モジュール１２０を含む、複数の半導体モジュール２０、７０、１２０を備えている。なお、各々のスイッチング回路１２、１４、１６は、少なくとも第１半導体モジュール２０及び第２半導体モジュール７０を備えればよい。あるいは、各々のスイッチング回路１２、１４、１６が、三つ以上の半導体モジュールを備えてもよい。いずれの場合においても、特に限定されないが、各々のスイッチング回路１２、１４、１６において、上アームスイッチング素子２２、２６、７２、１２２の総数が、下アームスイッチング素子２４、７４、７６、１２４の総数に等しくなるとよい。
【００５０】
本実施例の電力変換装置１０では、第１半導体モジュール２０と第２半導体モジュール７０とにおいて、上アームスイッチング素子２２、２６、７２の数と、下アームスイッチング素子２４、７４、７６の数とが互いに相違する。このように、いくつかの半導体モジュール２０、７０において、上アームスイッチング素子２２、２６、７２の数と、下アームスイッチング素子２４、７４、７６の数とが互いに相違することを許容すると、各々の半導体モジュール２０、７０の大型化を抑制しつつ、必要とされる半導体モジュール２０、７０、１２０の数も抑制することができる。即ち、本実施例の電力変換装置１０では、第３半導体モジュール１２０と比較して、第１半導体モジュール２０及び第２半導体モジュール７０の各々に、一つの第３スイッチング素子２６、７６のみが付加されている。これにより、例えば第１半導体モジュール２０へ二つの第３スイッチング素子２６、７６を付加する場合と比較して、第１半導体モジュール２０の大型化を抑制することでき、三つの半導体モジュール２０、７０、１２０の間でサイズの統一を図ることができる。
【００５１】
次に、図３を参照して、制御装置１８について説明する。制御装置１８は、Ｕ相スイッチング回路１２、Ｖ相スイッチング回路１４及びＷ相スイッチング回路１６の動作を制御して、直流電源２からの直流電力を、モータ４へ供給される三相交流電力へ変換する。このとき、制御装置１８は、電流指令値ＣＣに応じて、第１スイッチング制御と第２スイッチング制御とを選択的に実行する。詳しくは、電流指令値ＣＣが閾値ＣＸを下回る期間（Ａ）では、第１スイッチング制御が実行され、電流指令値ＣＣが閾値ＣＸを上回る期間（Ｂ）では、第２スイッチング制御が実行される。
【００５２】
第１スイッチング制御では、第１半導体モジュール２０及び第２半導体モジュール７０の第３スイッチング素子２６、７６が相補的に駆動され、その他のスイッチング素子２２、２４、７２、７４、１２２、１２４は駆動されない。即ち、炭化シリコンを用いて構成されたスイッチング素子２６、７６のみが駆動される。第１スイッチング制御では、各々の半導体モジュール２０、７０において第３スイッチング素子２６、７６のみが駆動されるので、各々の半導体モジュール２０、７０の温度上昇が抑制される。
【００５３】
第２スイッチング制御では、第１半導体モジュール２０、第２半導体モジュール７０及び第３半導体モジュール１２０の第１スイッチング素子２２、７２、１２２と、第１半導体モジュール２０、第２半導体モジュール７０及び第３半導体モジュール１２０の第２スイッチング素子２４、７４、１２４とが相補的に駆動される。即ち、シリコンを用いて構成されたスイッチング素子２２、２４、７２、７４、１２２、１２４のみが駆動される。このように、第２スイッチング制御では、比較的に大きな電流指令値ＣＣに対応して、多数のスイッチング素子２２、２４、７２、７４、１２２、１２４が駆動される。なお、第２スイッチング制御では、電流指令値ＣＣの大きさに応じて、駆動されるスイッチング素子２２、２４、７２、７４、１２２、１２４の数が変更されてもよい。
【００５４】
次に、図４−図１０を参照して、第１半導体モジュール２０の構成について説明する。第１半導体モジュール２０は、複数のスイッチング素子２２、２４、２６と、それらのスイッチング素子２２、２４、２６を封止する封止体２８とを備える。前述したように、複数のスイッチング素子２２、２４、２６には、第１スイッチング素子２２、第２スイッチング素子２４及び第３スイッチング素子２６が含まれる。各々のスイッチング素子２２、２４、２６は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴといった、パワー半導体素子である。封止体２８は、特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂といった樹脂で構成されている。本実施例における封止体２８は、概して板形状を有しており、上面２８ａと、上面２８ａの反対側に位置する下面２８ｂとを有する。封止体２８はさらに、上面２８ａと下面２８ｂとに隣接する第１端面２８ｃと、上面２８ａと下面２８ｂとに隣接するとともに第１端面２８ｃの反対側に位置する第２端面２８ｄとを有する。但し、封止体２８の形状は、本実施例で例示されるものに限定されず、適宜変更することができる。
【００５５】
第１半導体モジュール２０は、複数の電力端子３２、３４、３６と、複数の信号端子３８ａ、３８ｂとをさらに備える。複数の電力端子３２、３４、３６及び複数の信号端子３８ａ、３８ｂは、銅又はその他の金属といった導電体で構成されている。複数の電力端子３２、３４、３６には、第１電力端子３２、第２電力端子３４及び第３電力端子３６が含まれる。各々の電力端子３２、３４、３６は、封止体２８の外部から内部に亘って延びており、封止体２８の内部において、複数のスイッチング素子２２、２４、２６と電気的に接続されている。複数の電力端子３２、３４、３６は、封止体２８の第１端面２８ｃから外部へ突出しており、同一平面に沿って互いに平行に延びている。
【００５６】
複数の信号端子３８ａ、３８ｂには、複数の第１信号端子３８ａと、複数の第２信号端子３８ｂとが含まれる。各々の第１信号端子３８ａは、封止体２８の外部から内部に亘って延びており、封止体２８の内部において、第１スイッチング素子２２又は第３スイッチング素子２６と電気的に接続されている。各々の第２信号端子３８ｂは、封止体２８の外部から内部に亘って延びており、封止体２８の内部において、第２スイッチング素子２４と電気的に接続されている。ここで、複数の信号端子３８ａ、３８ｂと、複数のスイッチング素子２２、２４、２６との間は、ボンディングワイヤを介して接続されてもよいし、ボンディングワイヤを介することなく、直接的に接続されてもよい。複数の信号端子３８ａ、３８ｂは、封止体２８の第２端面２８ｄから外部へ突出しており、同一平面に沿って互いに平行に延びている。複数の信号端子３８ａ、３８ｂは、制御装置１８のコネクタ（図示省略）に接続される。
【００５７】
第１スイッチング素子２２は、半導体基板２２ａ、上面電極２２ｂ、下面電極２２ｃ及び複数の信号電極２２ｄを有する。特に限定されないが、第１スイッチング素子２２の半導体基板２２ａは、シリコンの基板である。また、上面電極２２ｂ、下面電極２２ｃ及び複数の信号電極２２ｄは、例えば金属といった導電体で構成されている。上面電極２２ｂ及び複数の信号電極２２ｄは、半導体基板２２ａの上面に位置しており、下面電極２２ｃは、半導体基板２２ａの下面に位置している。第１スイッチング素子２２は、半導体基板２２ａを挟んで一対の電極２２ｂ、２２ｃを有する縦型の半導体素子である。前述したように、本実施例における第１スイッチング素子２２は、ＲＣ−ＩＧＢＴであり、半導体基板２２ａの内部にＩＧＢＴ構造及びダイオード構造を有している。上面電極２２ｂは、ＩＧＢＴ構造のエミッタ及びダイオード構造のアノードに接続されており、下面電極２２ｃは、ＩＧＢＴ構造のコレクタ及びダイオード構造のカソードに接続されている。
【００５８】
図１０（Ａ）に示すように、第１スイッチング素子２２の複数の信号電極２２ｄには、ケルビンエミッタパッドＫＥ、センスエミッタパッドＳＥ、ゲートパッドＧ及び一対の温度センスパッドＴＡ、ＴＫが含まれる。ケルビンエミッタパッドＫＥは、ＩＧＢＴ構造のエミッタ（あるいは、上面電極２２ｂ）の電圧を示す信号を出力する。センスエミッタパッドＳＥは、ＩＧＢＴ構造を流れる電流を示す信号を出力する。ゲートパッドＧは、ＩＧＢＴ構造のゲートに接続されている。一対の温度センスパッドＴＡ、ＴＫは、第１スイッチング素子２２の温度を示す信号を出力する。第１スイッチング素子２２では、これらの信号電極２２ｄのうち、センスエミッタパッドＳＥ及びゲートパッドＧのみが、それぞれ対応する第１信号端子３８ａに接続されている。なお、複数の信号電極２２ｄの種類や数については、特に限定されず、様々に変更されてもよい。
【００５９】
第２スイッチング素子２４は、第１スイッチング素子２２と同じ構成を有している。即ち、第２スイッチング素子２４は、半導体基板２４ａ、上面電極２４ｂ、下面電極２４ｃ及び複数の信号電極２４ｄを有する。但し、第２スイッチング素子２４の複数の信号電極２４ｄは、複数の第２信号端子３８ｂに接続されている。第２スイッチング素子２４の他の構成については、上述した第１スイッチング素子２２についての説明を参照することとして、ここでは重複する説明を省略する。
【００６０】
第３スイッチング素子２６は、半導体基板２６ａ、上面電極２６ｂ、下面電極２６ｃ及び複数の信号電極２６ｄを有する。特に限定されないが、第３スイッチング素子２６の半導体基板２６ａは、炭化シリコンの基板であり、そのサイズは、第１スイッチング素子２２の半導体基板２２ａのサイズよりも小さい。上面電極２６ｂ、下面電極２６ｃ及び複数の信号電極２６ｄは、例えば金属といった導電体で構成されている。上面電極２６ｂ及び複数の信号電極２６ｄは、半導体基板２６ａの上面に位置しており、下面電極２６ｃは、半導体基板２６ａの下面に位置している。第１スイッチング素子２２と同様に、第３スイッチング素子２６は、半導体基板２６ａを挟んで一対の電極２６ｂ、２６ｃを有する縦型の半導体素子である。前述したように、本実施例における第３スイッチング素子２６は、ＭＯＳＦＥＴであり、半導体基板２６ａの内部にＭＯＳＦＥＴ構造を有している。上面電極２６ｂは、ＭＯＳＦＥＴ構造のソースに接続されており、下面電極２６ｃは、ＭＯＳＦＥＴ構造のドレインに接続されている。
【００６１】
図１０（Ｂ）に示すように、第３スイッチング素子２６の複数の信号電極２６ｄには、ケルビンソースパッドＫＳ、センスソースパッドＳＳ、ゲートパッドＧ、及び、一対の温度センスパッドＴＡ、ＴＫが含まれる。ケルビンソースパッドＫＳは、ＭＯＳＦＥＴ構造のソース（あるいは、上面電極２４ｂ）の電圧を示す信号を出力する。センスソースパッドＳＳは、ＭＯＳＦＥＴ構造を流れる電流を示す信号を出力する。ゲートパッドＧは、ＭＯＳＦＥＴ構造のゲートに接続されている。一対の温度センスパッドＴＡ、ＴＫは、第３スイッチング素子２６の温度を示す信号を出力する。第３スイッチング素子２６では、これらの信号電極２２ｄのうち、センスソースパッドＳＳ、ケルビンソースパッドＫＳ、及びゲートパッドＧのみが、それぞれ対応する第１信号端子３８ａに接続されている。なお、複数の信号電極２６ｄの種類や数については、特に限定されず、様々に変更されてもよい。
【００６２】
第１半導体モジュール２０は、第１絶縁回路基板４０と第２絶縁回路基板５０とをさらに備える。第１絶縁回路基板４０は、絶縁基板４８と、絶縁基板４８の一方の面に設けられた内側導体板４２、４４と、絶縁基板４８の他方の面に設けられた外側導体板４６とを備える。絶縁基板４８は、例えばセラミックといった、絶縁体で構成されている。内側導体板４２、４４と外側導体板４６は、例えば銅又はその他の金属といった、導電体で構成されている。内側導体板４２、４４は、封止体２８の内部に位置しており、一又は複数のスイッチング素子２２、２４、２６と電気的に接続されている。外側導体板４６は、内側導体板４２、４４から電気的に絶縁されているとともに、封止体２８の下面２８ｂに露出している。第１絶縁回路基板４０は、スイッチング素子２２、２４、２６の熱を、封止体２８の外部へ放熱する放熱板としても機能する。
【００６３】
第２絶縁回路基板５０は、絶縁基板５８と、絶縁基板５８の一方の面に設けられた内側導体板５２、５４と、絶縁基板５８の他方の面に設けられた外側導体板５６とを備える。絶縁基板５８は、例えばセラミックといった、絶縁体で構成されている。内側導体板５２、５４と外側導体板５６は、例えば銅又はその他の金属といった、導電体で構成されている。内側導体板５２、５４は、封止体２８の内部に位置しており、一又は複数のスイッチング素子２２、２４、２６と電気的に接続されている。外側導体板５６は、内側導体板５２、５４から電気的に絶縁されているとともに、封止体２８の上面２８ａに露出している。第２絶縁回路基板５０もまた、スイッチング素子２２、２４、２６の熱を、封止体２８の外部へ放熱する放熱板としても機能する。
【００６４】
特に限定されないが、各々の絶縁回路基板４０、５０は、例えばＡＭＣ（Active Metal Brazed Copper）基板、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板、又は、ＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板であってよい。本明細書で説明される他の絶縁回路基板についても同様である。
【００６５】
第１絶縁回路基板４０の内側導体板４２、４４には、第１導体板４２と第３導体板４４とが含まれる。第１導体板４２と第３導体板４４は、第１方向（図中のＸ軸に平行な方向）に沿って、横並びに位置している。一方、第２絶縁回路基板５０の内側導体板５２、５４には、第２導体板５２と第４導体板５４とが含まれる。第２導体板５２と第４導体板５４も、第１方向（Ｘ）に沿って横並びに位置しており、それぞれ第１導体板４２と第３導体板４４と対向している。第１導体板４２には、第１電力端子３２が電気的に接続されており、第３導体板４４には、第２電力端子３４が電気的に接続されている。なお、第２電力端子３４は、第３導体板４４に代えて、第２導体板５２に接続されてもよい。第４導体板５４には、第３電力端子３６が電気的に接続されている。
【００６６】
第１導体板４２には、上アームスイッチング素子である第１スイッチング素子２２及び第３スイッチング素子２６が載置されている。第１導体板４２には、第１スイッチング素子２２の下面電極２２ｃと、第３スイッチング素子２６の下面電極２６ｃとが、例えばはんだ付けによって接合されている。第２導体板５２は、第１スイッチング素子２２及び第３スイッチング素子２６を挟んで、第１導体板４２に対向している。第２導体板５２には、第１スイッチング素子２２の上面電極２２ｂと、第３スイッチング素子２６の上面電極２６ｂとが、例えばはんだ付けによって接合されている。
【００６７】
第２導体板５２（又は、第１導体板４２）と、各々のスイッチング素子２２、２６との間には、必要に応じて導体スペーサ２３、２７が設けられてもよい。この場合、第１スイッチング素子２２に対する導体スペーサ２３と、第３スイッチング素子２６に対する導体スペーサ２７との間で、構造及び／又は材料を変更してもよい。第１スイッチング素子２２と第３スイッチング素子２６は、互いに異なる半導体材料で構成されているので、例えばヤング率や線膨張係数といった機械的特性が互いに相違する。従って、それらのスイッチング素子２２、２６に接合される導体スペーサ２３、２７に対しても、構造及び／又は材料を互いに相違させることによって、互いに異なる機械的特性を与えてもよい。
【００６８】
第３導体板４４には、下アームスイッチング素子である第２スイッチング素子２４が載置されている。第３導体板４４には、第２スイッチング素子２４の下面電極２４ｃが、例えばはんだ付けによって接合されている。第４導体板５４は、第２スイッチング素子２４を挟んで、第３導体板４４に対向している。第４導体板５４には、第２スイッチング素子２４の上面電極２４ｂが、例えばはんだ付けによって接合されている。第４導体板５４（又は、第３導体板４４）と、第２スイッチング素子２４の間についても、必要に応じて導体スペーサ２５が設けられてもよい。この場合、第２スイッチング素子２４に対する導体スペーサ２５と、第３スイッチング素子２６に対する導体スペーサ２７との間で、構造及び／又は材料を変更してもよい。
【００６９】
ここで、第１絶縁回路基板４０では、複数に分割された内側導体板４２、４４に対応させて、外側導体板４６も複数の導体板に分割されており、これによって第１絶縁回路基板４０の熱変形に起因する反りが抑制される。同様に、第２絶縁回路基板５０においても、複数に分割された内側導体板５２、５４に対応させて、外側導体板５６が複数の導体板に分割されており、これによって第２絶縁回路基板５０の熱変形に起因する反りが抑制される。
【００７０】
第１半導体モジュール２０は、第１継手部６０と第２継手部６２とをさらに備える。第１継手部６０は、封止体２８の内部において、第２導体板５２と第３導体板４４との間を電気的に接続する。第１継手部６０は、銅又はその他金属といった、導電体で構成されている。第１継手部６０は、第２導体板５２と第３導体板４４との間に位置しており、各々の導体板４４、５２に、例えばはんだ付けによって接合されている。なお、第１継手部６０は、第２導体板５２又は第３導体板４４と一体に構成されていてもよい。あるいは、第１継手部６０は、はんだ又はその他の接合材のみで構成されていてもよい。
【００７１】
第２継手部６２は、封止体２８の内部において、第４導体板５４と第３電力端子３６との間を電気的に接続する。第２継手部６２は、銅又はその他金属といった、導電体で構成されている。第２継手部６２は、第４導体板５４と第３電力端子３６との間に位置しており、第４導体板５４及び第３電力端子３６に、例えばはんだ付けによって接合されている。なお、第２継手部６２は、第４導体板５４及び第３電力端子３６と一体に構成されていてもよい。あるいは、第２継手部６２は、はんだ又はその他の接合材のみで構成されていてもよい。
【００７２】
以上の構成において、第１半導体モジュール２０では、第１スイッチング素子２２と第２スイッチング素子２４が、第１方向（Ｘ）に沿って配列されている。そして、第１方向（Ｘ）に関して、第３スイッチング素子２６は、第１スイッチング素子２２と第２スイッチング素子２４との間に位置している。このような構成によると、同じ構成を有する二つのスイッチング素子２２、２４の間に、異なる構成を有するスイッチング素子２６が配置されるので、第１半導体モジュール２０の構造的な対称性を高めることができる。特に、炭化シリコンを用いて構成された第３スイッチング素子２６は、シリコンを用いて構成された第１スイッチング素子２２及び第２スイッチング素子２４と比較して、ヤング率や線膨張係数といった機械的特性が異なる。このような第３スイッチング素子２６を、第１スイッチング素子２２と第２スイッチング素子２４との間に配置することで、第１半導体モジュール２０の内部で生じる応力や熱分布の均一化を図ることができる。
【００７３】
本実施例の第１半導体モジュール２０では、第１導体板４２に垂直な平面視において（図６参照）、第３スイッチング素子２６の中心が、第１スイッチング素子２２及び第２スイッチング素子２４の各中心を通る直線Ｌから離れて位置している。即ち、第３スイッチング素子２６は、第１スイッチング素子２２及び第２スイッチング素子２４の配列に対して、オフセットされている。そして、第１方向（Ｘ）に関して、第１継手部６０及び第２継手部６２についても、第１スイッチング素子２２と第２スイッチング素子２４との間に位置している。第３スイッチング素子２６のサイズは、第１スイッチング素子２２及び第２スイッチング素子２４のサイズよりも小さいので、このような構成によると、第１半導体モジュール２０の小型化を図ることができる。
【００７４】
本実施例の第１半導体モジュール２０では、第１継手部６０及び第２継手部６２が、第１導体板４２に平行であるとともに第１方向（Ｘ）に垂直な第２方向（Ｙ）に関して、第３スイッチング素子２６に対して同じ側に位置している。このような構成によると、第１継手部６０と第２継手部６２とが互いに隣接することで、第１半導体モジュール２０内の電流経路を短くすることができる。また、第１導体板４２に垂直な平面視において（図６参照）、第１継手部６０と第２継手部６２は、それぞれ第２方向（Ｙ）に沿って延びるとともに、第１方向（Ｘ）において互いに隣接している。このような構成によると、第１導体板４２と第３導体板４４との間の間隔や、第２導体板５２と第４導体板５４との間の間隔を大きくして、それらの導体板４２、４４、５２、５４の間の絶縁性を高めることができる。
【００７５】
本実施例の第１半導体モジュール２０では、第１導体板４２が、第１方向（Ｘ）に沿って第３導体板４４側へ突出する第１突出部４２ａを有する。そして、第３スイッチング素子２６が、第１突出部４２ａに載置されていている。このように、第３スイッチング素子２６のサイズに合わせて、第１導体板４２を部分的に拡大することで、第１半導体モジュール２０の小型化を図ることができる。なお、本実施例では、第３スイッチング素子２６の全体が、第１導体板４２の第１突出部４２ａに載置されている。しかしながら、他の実施形態として、第３スイッチング素子２６の一部のみが、第１導体板４２の第１突出部４２ａに載置されていてもよい。
【００７６】
上記に加えて、第２導体板５２は、第１方向（Ｘ）に沿って第４導体板５４側へ突出するとともに、第１突出部４２ａと対向する第２突出部５２ａを有する。そして、第２突出部５２ａの一部又は全部が、第３スイッチング素子２６を挟んで第１突出部４２ａと対向している。このように、第１導体板４２の第１突出部４２ａに対応させて、第２導体板５２には第２突出部５２ａを設けることができる。
【００７７】
本実施例の第１半導体モジュール２０では、第３導体板４４が、第１方向（Ｘ）に沿って第１導体板４２側へ突出する第３突出部４４ａを有する。第３突出部４４ａは、第１方向（Ｘ）に垂直な第２方向（Ｙ）において、第１突出部４２ａと隣接している。そして、第３導体板４４は、第３突出部４４ａにおいて、第２導体板５２と電気的に接続されている。即ち、第１継手部６０が、第３導体板４４の第３突出部４４ａに位置している。このような構成によると、第１半導体モジュール２０の小型化を図ることができる。
【００７８】
上記に加え、第４導体板５４は、第１方向（Ｘ）に沿って第２導体板５２側へ突出するとともに、その少なくとも一部が第３突出部４４ａと対向する第４突出部５４ａを有してもよい。この場合、第４導体板５４は、第４突出部５４ａにおいて、第３電力端子３６と電気的に接続されている。即ち、第２継手部６２が、第４導体板５４の第４突出部５４ａに位置している。このような構成によると、第１半導体モジュール２０のさらなる小型化を図ることができる。
【００７９】
本実施例の第１半導体モジュール２０では、第１導体板４２及び第３導体板４４が、第１絶縁回路基板４０に設けられており、第２導体板５２及び第４導体板５４が、第２絶縁回路基板５０に設けられている。しかしながら、第１導体板４２及び第３導体板４４は、第１絶縁回路基板４０に代えて、例えば銅板といった単なる金属板で構成されてもよい。同様に、第２導体板５２及び第４導体板５４についても、第２絶縁回路基板５０に代えて、例えば銅板といった単なる金属板で構成されてもよい。第１導体板４２、第２導体板５２、第３導体板４４及び第４導体板５４の具体的な構成については、特に限定されず、様々に変更することができる。
【００８０】
次に、図１１−図１６を参照して、第２半導体モジュール７０の構成について説明する。第２半導体モジュール７０は、複数のスイッチング素子７２、７４、７６と、それらのスイッチング素子７２、７４、７６を封止する封止体７８とを備える。前述したように、複数のスイッチング素子７２、７４、７６には、第１スイッチング素子７２、第２スイッチング素子７４及び第３スイッチング素子７６が含まれる。各々のスイッチング素子７２、７４、７６は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴといった、パワー半導体素子である。封止体７８は、特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂といった樹脂で構成されている。第２半導体モジュール７０の封止体７８は、第１半導体モジュール２０の封止体７８と同一の形状を有しており、上面７８ａ、下面７８ｂ、第１端面２８ｃ及び第２端面２８ｄとを有する。但し、封止体７８の形状は、本実施例で例示されるものに限定されず、適宜変更することができる。
【００８１】
第２半導体モジュール７０は、複数の電力端子８２、８４、８６と、複数の信号端子８８ａ、８８ｂとをさらに備える。複数の電力端子８２、８４、８６には、第１電力端子８２、第２電力端子８４及び第３電力端子８６が含まれる。複数の信号端子８８ａ、８８ｂには、複数の第１信号端子８８ａと複数の第２信号端子８８ｂとが含まれる。複数の電力端子８２、８４、８６は、封止体７８の第１端面７８ｃから外部へ突出しており、複数の信号端子３８ａ、３８ｂは、封止体７８の第２端面７８ｄから外部へ突出している。第２半導体モジュール７０の複数の電力端子８２、８４、８６及び複数の信号端子８８ａ、８８ｂは、第１半導体モジュール２０の複数の電力端子３２、３４、３６及び複数の信号端子３８ａ、３８ｂと同一の構成及び機能を有する。従って、第２半導体モジュール７０の複数の電力端子８２、８４、８６及び複数の信号端子８８ａ、８８ｂの詳細な説明については、上述した第１半導体モジュール２０の説明を参照することとして、ここでは重複する説明を省略する。
【００８２】
第２半導体モジュール７０の第１スイッチング素子７２及び第２スイッチング素子７４の各々は、第１半導体モジュール２０の第１スイッチング素子２２と同一の構成を有しており、半導体基板７２ａ、７４ａ、上面電極７２ｂ、７４ｂ、下面電極７２ｃ、７４ｃ及び複数の信号電極７２ｄ、７４ｄを備える。同様に、第２半導体モジュール７０の第３スイッチング素子７６は、第１半導体モジュール２０の第３スイッチング素子２６と同一の構成を有しており、半導体基板７６ａ、上面電極７６ｂ、下面電極７６ｃ及び複数の信号電極７６ｄを備える。第２半導体モジュール７０のスイッチング素子７２、７４、７６の詳細な説明については、上述した第１半導体モジュール２０の説明を参照することとして、ここでは重複する説明を省略する。
【００８３】
第２半導体モジュール７０は、第１絶縁回路基板９０と第２絶縁回路基板１００とをさらに備える。第１絶縁回路基板９０は、絶縁基板９８と、絶縁基板９８の一方の面に設けられた内側導体板９２、９４と、絶縁基板９８の他方の面に設けられた外側導体板９６とを備える。絶縁基板９８は、例えばセラミックといった、絶縁体で構成されている。内側導体板９２、９４と外側導体板９６は、例えば銅又はその他の金属といった、導電体で構成されている。内側導体板９２、９４は、封止体７８の内部に位置しており、一又は複数のスイッチング素子７２、７４、７６と電気的に接続されている。外側導体板９６は、内側導体板９２、９４から電気的に絶縁されているとともに、封止体７８の下面７８ｂに露出している。第２半導体モジュール７０においても、第１絶縁回路基板９０は、スイッチング素子７２、７４、７６の熱を、封止体２８の外部へ放熱する放熱板としても機能する。
【００８４】
第２絶縁回路基板１００は、絶縁基板１０８と、絶縁基板１０８の一方の面に設けられた内側導体板１０２、１０４と、絶縁基板１０８の他方の面に設けられた外側導体板１０６とを備える。絶縁基板１０８は、例えばセラミックといった、絶縁体で構成されている。内側導体板１０２、１０４と外側導体板１０６は、例えば銅又はその他の金属といった、導電体で構成されている。内側導体板１０２、１０４は、封止体７８の内部に位置しており、一又は複数のスイッチング素子７２、７４、７６と電気的に接続されている。外側導体板１０６は、内側導体板１０２、１０４から電気的に絶縁されているとともに、封止体７８の上面７８ａに露出している。第２絶縁回路基板１００もまた、スイッチング素子７２、７４、７６の熱を、封止体７８の外部へ放熱する放熱板としても機能する。
【００８５】
第１絶縁回路基板９０の内側導体板９２、９４には、第１導体板９２と第３導体板９４とが含まれる。第１導体板９２と第３導体板９４は、第１方向（図中のＸ軸に平行な方向）に沿って、横並びに位置している。一方、第２絶縁回路基板１００の内側導体板１０２、１０４には、第２導体板１０２と第４導体板１０４とが含まれる。第２導体板１０２と第４導体板１０４も、第１方向（Ｘ）に沿って横並びに位置しており、それぞれ第１導体板９２と第３導体板９４と対向している。第１導体板９２には、第１電力端子８２が電気的に接続されており、第３導体板９４には、第２電力端子８４が電気的に接続されている。なお、第２電力端子８４は、第３導体板９４に代えて、第２導体板１０２に接続されてもよい。第４導体板５４には、第３電力端子３６が電気的に接続されている。これらの構成については、第１半導体モジュール２０と共通している。
【００８６】
但し、第２半導体モジュール７０の第１導体板９２には、上アームスイッチング素子として、第１スイッチング素子７２のみが載置されている。第１導体板９２には、第１スイッチング素子７２の下面電極７２ｃが、例えばはんだ付けによって接合されている。第２導体板１０２は、第１スイッチング素子７２を挟んで、第１導体板９２に対向している。第２導体板１０２には、第１スイッチング素子７２の上面電極７２ｂが、例えばはんだ付けによって接合されている。第２半導体モジュール７０においても、第２導体板１０２（又は、第１導体板９２）と、第１スイッチング素子７２との間には、必要に応じて導体スペーサ７３が設けられてもよい。
【００８７】
第２半導体モジュール７０の第３導体板９４には、下アームスイッチング素子として、第２スイッチング素子７４及び第３スイッチング素子７６が載置されている。第３導体板９４には、第２スイッチング素子７４の下面電極７４ｃと、第３スイッチング素子７６の下面電極７６ｃとが、例えばはんだ付けによって接合されている。第４導体板１０４は、第２スイッチング素子７４及び第３スイッチング素子７６を挟んで、第３導体板９４に対向している。第４導体板１０４には、第２スイッチング素子７４の上面電極７４ｂと、第３スイッチング素子７６の上面電極７６ｂとが、例えばはんだ付けによって接合されている。第４導体板１０４（又は、第３導体板９４）と、各々のスイッチング素子７４、７６との間には、必要に応じて導体スペーサ７５、７７が設けられてもよい。この場合、第３スイッチング素子７６に対する導体スペーサ７７は、第１スイッチング素子７２及び第２スイッチング素子７４に対する導体スペーサ７３、７５と比較して、構造及び／又は材料が変更されてもよい。
【００８８】
第２半導体モジュール７０は、第１継手部１１０と第２継手部１１２とをさらに備える。第１継手部１１０は、封止体７８の内部において、第２導体板１０２と第３導体板９４との間を電気的に接続する。第２継手部１１２は、封止体７８の内部において、第４導体板１０４と第３電力端子８６との間を電気的に接続する。第２半導体モジュール７０の第１継手部１１０及び第２継手部１１２は、第１半導体モジュール２０の第１継手部６０及び第２継手部６２と同一の構造及び機能を有する。上記した第１半導体モジュール２０の第１継手部６０及び第２継手部６２についての説明は、特に言及されない限り、第２半導体モジュール７０の第１継手部１１０及び第２継手部１１２にも適用される。従って、ここでは重複する説明を省略する。
【００８９】
以上の構成において、第２半導体モジュール７０では、第１スイッチング素子７２と第２スイッチング素子７４が、第１方向（Ｘ）に沿って配列されている。そして、第１方向（Ｘ）に関して、第３スイッチング素子７６は、第１スイッチング素子７２と第２スイッチング素子７４との間に位置している。この点については、第１半導体モジュール２０と同様であり、第２半導体モジュール７０においても、その内部で生じる応力や熱分布の均一化が図られている。
【００９０】
第２半導体モジュール７０では、第１導体板９２に垂直な平面視において（図１３参照）、第３スイッチング素子７６の中心が、第１スイッチング素子７２及び第２スイッチング素子７４の各中心を通る直線Ｌから離れて位置している。即ち、第３スイッチング素子７６は、第１スイッチング素子７２及び第２スイッチング素子７４の配列に対して、オフセットされている。そして、第１方向（Ｘ）に関して、第１継手部１１０及び第２継手部１１２についても、第１スイッチング素子７２と第２スイッチング素子７４との間に位置している。第３スイッチング素子７６のサイズは、第１スイッチング素子７２及び第２スイッチング素子７４のサイズよりも小さいので、このような構成によると、第２半導体モジュール７０の小型化を図ることができる。
【００９１】
第２半導体モジュール７０では、第１継手部１１０及び第２継手部１１２が、第２方向（Ｙ）に関して、第３スイッチング素子７６に対して同じ側に位置している。このような構成によると、第１継手部１１０と第２継手部１１２とが互いに隣接することで、第２半導体モジュール７０内の電流経路を短くすることができる。また、第１導体板９２に垂直な平面視において（図１３参照）、第１継手部１１０と第２継手部１１２は、それぞれ第２方向（Ｙ）に沿って延びるとともに、第１方向（Ｘ）において互いに隣接している。このような構成によると、第１導体板９２と第３導体板９４との間の間隔や、第２導体板１０２と第４導体板１０４との間の間隔を大きくして、それらの導体板９２、９４、１０２、１０４の間の絶縁性を高めることができる。
【００９２】
第２半導体モジュール７０では、第４導体板１０４が、第１方向（Ｘ）に沿って第２導体板１０２側へ突出する第４突出部１０４ａを有している。そして、第４突出部１０４ａの一部又は全部が、第３スイッチング素子７６を挟んで第３導体板９４と対向していている。このように、第３スイッチング素子７６のサイズに合わせて、第４導体板１０４を部分的に拡大することで、第２半導体モジュール７０の小型化を図ることができる。加えて、第２導体板１０２は、第１方向（Ｘ）に沿って第４導体板１０４側へ突出する第２突出部１０２ａを有している。第２突出部１０２ａは、第１方向（Ｘ）に垂直な第２方向（Ｙ）において、第４突出部１０４ａと隣接している。そして、第２導体板１０２は、第２突出部１０２ａにおいて、第３導体板９４と電気的に接続されている。即ち、第１継手部１１０が、第２導体板１０２の第２突出部１０２ａに位置している。このような構成によると、第２半導体モジュール７０の小型化を図ることができる。
【００９３】
次に、図１７−図１９を参照して、第３半導体モジュール１２０の構成について説明する。第３半導体モジュール１２０は、第１半導体モジュール２０から第３スイッチング素子２６を取り除いた構成に等しい。即ち、第３半導体モジュール１２０は、第１スイッチング素子１２２と、第２スイッチング素子１２４と、それらのスイッチング素子１２２、１２４を封止する封止体１２８とを備える。封止体１２８は、第１半導体モジュール２０の封止体２８と同じく、概して板形状を有しており、上面１２８ａ、下面１２８ｂ、第１端面１２８ｃ及び第２端面１２８ｄを有する。
【００９４】
第３半導体モジュール１２０は、複数の電力端子１３２、１３４、１３６と、複数の信号端子１３８ａ、１３８ｂとをさらに備える。複数の電力端子１３２、１３４、１３６には、第１電力端子１３２、第２電力端子１３４及び第３電力端子１３６が含まれる。複数の信号端子１３８ａ、１３８ｂには、複数の第１信号端子１３８ａと、複数の第２信号端子１３８ｂとが含まれる。第３半導体モジュール１２０の複数の電力端子１３２、１３４、１３６及び複数の信号端子１３８ａ、１３８ｂは、第１半導体モジュール２０の複数の電力端子３２、３４、３６及び複数の信号端子３８ａ、３８ｂと同一の構成及び機能を有する。
【００９５】
第３半導体モジュール１２０は、第１絶縁回路基板１４０と第２絶縁回路基板１５０とをさらに備える。第３半導体モジュール１２０の第１絶縁回路基板１４０と第２絶縁回路基板１５０は、それぞれ第１半導体モジュール２０の第１絶縁回路基板４０と第２絶縁回路基板５０と、同一の機能及び構成を有する。即ち、第１絶縁回路基板１４０は、絶縁基板１４８と内側導体板１４２、１４４と外側導体板１４６とを備え、内側導体板１４２、１４４には、第１導体板１４２と第３導体板１４４とが含まれている。第２絶縁回路基板１５０は、絶縁基板１５８と内側導体板１５２、１５４と外側導体板１５６とを備え、内側導体板１５２、１５４には、第２導体板１５２と第４導体板１５４とが含まれている。第３導体板１４４は、第１継手部１６０を介して、第２導体板１５２と電気的に接続されており、第４導体板１５４は、第２継手部１６２を介して、第３電力端子１３６と電気的に接続されている。
【００９６】
なお、第３半導体モジュール１２０では、第１スイッチング素子１２２の全ての信号電極１２２ｄが、複数の第１信号端子１３８ａに接続されており、この点については第１半導体モジュール２０と相違する。第３半導体モジュール１２０の他の構成については、第１半導体モジュール２０と同じであるので、ここでは重複する説明を省略する。
【００９７】
本実施例の電力変換装置１０では、第１半導体モジュール２０、第２半導体モジュール７０及び第３半導体モジュール１２０を、それらの厚み方向に沿って積層されてもよい。この場合、第１半導体モジュール２０と第２半導体モジュール７０は、互いに隣接して配置されるとよい。第１半導体モジュール２０と第２半導体モジュール７０とが互いに隣接していると、第１スイッチング制御を実行したときの電力損失を低減することができる。即ち、第１スイッチング制御では、第１半導体モジュール２０及び第２半導体モジュール７０の第３スイッチング素子２６、７６が相補的に駆動される。このとき、第１半導体モジュール２０と第２半導体モジュール７０とが互いに隣接していると、通電によって生成される磁場が互いに打ち消しあうことで、それらの半導体モジュール２０、７０のインダクタンスが低減され得る。
【００９８】
また、半導体モジュール２０、７０、１２０の間には、例えば冷却水といった冷媒を用いた冷却器を介在させてもよい。この場合、第１半導体モジュール２０及び第２半導体モジュール７０の温度上昇を抑制するために、第１半導体モジュール２０及び第２半導体モジュール７０を、冷却器において冷媒の上流側に位置する箇所に配置してもよい。
【００９９】
図２０から図２３に、一変形例の第１半導体モジュール２０Ａを示す。この第１半導体モジュール２０Ａでは、前述した第１半導体モジュール２０と比較して、第１継手部６０と第２継手部６２の構成が変更されている。即ち、本変形例の第１半導体モジュール２０Ａでは、第１導体板４２に垂直な平面視において（図２２参照）、第１継手部６０と第２継手部６２が、それぞれ第１方向（Ｘ）に沿って延びるとともに、第２方向（Ｙ）において互いに隣接している。このような構成によると、第１継手部６０及び第２継手部６２が、第３半導体素子２６に沿って延びることから、第３半導体素子２６と第１継手部６０（又は第２継手部６２）との間の電流経路を広くすることができる。なお、上記の変更に伴って、第１導体板４２、第２導体板５２、第３導体板４４及び第４導体板５４の形状も変更されている。
【０１００】
第１半導体モジュール２０Ａの他の構成については、図４−図１０に示した第１半導体モジュール２０の構成と一致する。そのことから、図２０から図２３では、第１半導体モジュール２０と同一又は対応する構成に対して、同一の符号が付されている。第１半導体モジュール２０Ａの他の構成については、前述した第１半導体モジュール２０の説明を参照することによって、ここでは重複する説明を省略する。
【０１０１】
図２４から図２７に、他の一変形例の第１半導体モジュール２０Ｂを示す。この半導体モジュール２０Ｂにおいても、前述した第１半導体モジュール２０と比較して、第１継手部６０と第２継手部６２の構成が変更されている。本変形例の第１半導体モジュール２０Ｂでは、第１継手部６０及び第２継手部６２が、第２方向（Ｙ）に関して、第３スイッチング素子２６に対して互いに反対側に位置している。即ち、第１導体板４２に垂直な平面視において（図２６参照）、第１継手部６０は、封止体２８の第２端面２８ｄ側に位置しており、第２継手部６２は、封止体２８の第１端面２８ｃ側に位置している。そして、第１継手部６０は、第２方向（Ｙ）に沿って延びており、第２継手部６２は、第１方向（Ｘ）に沿って延びていている。
【０１０２】
加えて、第１絶縁回路基板４０には、複数の信号中継経路４９が設けられおり、いくつかの第１信号端子３８ａが、複数の信号中継経路４９を介して、第３スイッチング素子２６の信号電極２６ｄに接続されている。一例ではあるが、複数の信号中継経路４９は、第１継手部６０と平行に、第２方向（Ｙ）に沿って延びている。言い換えると、第１継手部６０が第２方向（Ｙ）に沿って延びていることで、第１絶縁回路基板４０の絶縁基板４８に、複数の信号中継経路４９を形成するスペースが設けられている。
【０１０３】
第１半導体モジュール２０Ｂの他の構成については、図４−図１０に示した第１半導体モジュール２０の構成と一致する。そのことから、図２４から図２７では、第１半導体モジュール２０と同一又は対応する構成に対して、同一の符号が付されている。第１半導体モジュール２０Ｂの他の構成については、前述した第１半導体モジュール２０の説明をここに引用することによって、重複する説明を省略する。
【０１０４】
図２８から図３１に、一変形例の第２半導体モジュール７０Ａを示す。この第２半導体モジュール７０Ａでは、前述した第２半導体モジュール７０と比較して、第１継手部１１０と第２継手部１１２の構成が変更されている。本変形例の第２半導体モジュール７０Ｂでは、第１導体板９２に垂直な平面視において（図３０参照）、第１継手部１１０と第２継手部１１２が、それぞれ第１方向（Ｘ）に沿って延びるとともに、第２方向（Ｙ）において互いに隣接している。このような構成によると、第１継手部１１０及び第２継手部１１２が、第３スイッチング素子７６に沿って延びることから、第３スイッチング素子７６と第１継手部１１０（又は第２継手部１１２）との間の電流経路を広くすることができる。なお、上記の変更に伴って、第１導体板９２、第２導体板１０２、第３導体板９４及び第４導体板１０４の形状も変更されている。
【０１０５】
第２半導体モジュール７０Ｂの他の構成については、図１１−図１６に示した第２半導体モジュール７０の構成と一致する。そのことから、図２８から図３１では、第２半導体モジュール７０と同一又は対応する構成に対して、同一の符号が付されている。第２半導体モジュール７０Ｂの他の構成については、前述した第２半導体モジュール７０の説明をここに引用することによって、重複する説明を省略する。
【０１０６】
以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、本実施例では、三つのスイッチング回路１２、１４、１６を備え、インバータとして機能する電力変換装置１０について説明したが、そのうちの一つのスイッチング回路１２のみを用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する電力変換装置を具現化することもできる。
【０１０７】
本明細書、又は、図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書、又は、図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【０１０８】
１０：電力変換装置
１２、１４、１６：スイッチング回路
１８：制御装置
２０、２０Ａ、２０Ｂ、７０、７０Ａ、１２０：半導体モジュール
２２、７２、１２２：第１スイッチング素子
２４、７４、１２：第２スイッチング素子
２６、７６：第３スイッチング素子
２８、７８、１２８：封止体
３２、８２、１３２：第１電力端子
３４、８４、１３４：第２電力端子
３６、８６、１３６：第３電力端子
３８ａ、８８ａ、１３８ａ：第１信号端子
３８ｂ、８８、１３８ｂ：第２信号端子
４０、９０、１４０：第１絶縁回路基板
４２、９２、１４２：第１導体板
４４、９４、１４４：第３導体板
４６、９６、１４６：外側導体板
４８、９８、１４８：セラミック基板
４９：信号中継回路
５０、１００、１５０：第２絶縁回路基板
５２、１０２、１５２：第２導体板
５４、１０４、１５４：第４導体板
５６、１０６、１５６：外側導体板
５８、１０８、１５８：セラミック基板
６０、１１０、１６０：第１継手部
６２、１１２、１６２：第２継手部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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