【手続補正書】
【提出日】平成17年8月10日(2005.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
従来のパワーモジュール１０１Ｐでは、絶縁基板５Ｐの両主面には銅箔６Ｐが形成されており、銅箔６Ｐとベース板９Ｐとが半田付けされており、又、ダイオード１ＡＰ及びＩＧＢＴ１ＢＰは銅箔６Ｐ上に半田付けされている。更に、ヒートシンク２Ｐ上に絶縁層４Ｐを介して電極３Ｐが設けられている。そして、ワイヤ７Ｐによって所定の電気的結線がなされている。なお、ヒートシンク２Ｐ，ダイオード１ＡＰ及びＩＧＢＴ１ＢＰ等を含む構成はケース（図示せず）内に収められている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
電極３Ｐにバスバーないしは配線９１Ｐが接続されており、バスバー９１Ｐは上記ケースの外に引き出されている。ケースの外においてバスバー９１Ｐに電流検出用の変流器ないしはカレント・トランスフォーマ９２Ｐが取り付けられている。また、円筒形の直流電流平滑用キャパシタ８Ｐが、ケースの外にヒートシンク２Ｐ等とは別個に設けられている（その接続形態の図示化は省略する）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
図３５に第２の従来のパワーモジュール１０２Ｐの模式的な外観図を示す。パワーモジュール１０２Ｐは上述のベース板９Ｐを有さず、絶縁基板５Ｐが熱伝導グリスを介してヒートシンク２Ｐ上に配置されている。パワーモジュール１０２Ｐのその他の構造は上述のパワーモジュール１０１Ｐと同様である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
詳細には、ヒートシンク２Ｐ，２ＢＰとダイオード１ＡＰ及びＩＧＢＴ１ＢＰとの熱膨張率が異なる場合、上述の半田付け部分では半田の凝固点からの温度差に応じた熱応力が発生する。このため、パワーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐの使用時（動作時）における熱サイクル（又は温度サイクル）及び／又は使用と停止との繰り返しによる熱サイクルによって半田付け部分に亀裂が発生・進行するという問題点がある。このような半田付け部分の亀裂はパワーモジュールの寿命を縮めてしまう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
このとき、上述の熱応力を小さくするためには例えば半田を厚く（例えば３００μｍ以上）することが考えられる。ところが、そのような厚さではダイオード１ＡＰ等とヒートシンク２Ｐ，２ＢＰとの間の熱抵抗が大きくなってしまい、ヒートシンク２Ｐ，２ＢＰを大型化しなければならないという別個の問題が惹起される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
更に、従来のパワーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐでは、ダイオード１ＡＰ等の発熱によって絶縁基板５Ｐやベース板９Ｐ等に温度分布が生じると絶縁基板５Ｐ等に反りやうねりが発生する。このとき、温度差が大きい場合には、ヒートシンク２Ｐとベース板９Ｐとの間等に隙間が形成される。このため、ヒートシンク２Ｐ，２ＢＰと絶縁基板５Ｐ又はベース板９Ｐとの間が熱伝導グリスで満たされなくなり（空気が入り込み）、熱伝達が低下してしまうという問題点がある。また、上述の半田付け部分の亀裂の発生が助長される又は亀裂が進行するという問題点がある。かかる隙間が形成されると、パワーモジュールの信頼性が低下してしまう。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上述の隙間を発生させないようにするためには、例えば絶縁基板５Ｐ等内での温度分布を均一化したり、絶縁基板５Ｐ等を厚くして剛性を増大させることが考えられる。しかしながら、絶縁基板５Ｐ等を厚くすると絶縁基板５Ｐ等とヒートシンク２Ｐ，２ＢＰとの間の熱抵抗が大きくなってしまい、かかる場合にもヒートシンク２Ｐ，２ＢＰを大型化しなければならないという別個の問題が惹起される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、パワーモジュール１０３Ｐでは、ダイオード１ＡＰ及びＩＧＢＴ１ＢＰの各電力用半導体素子の配置位置によって、各電力用半導体素子と、電力変換器において低電位側に接続される電極６１Ｐ及び高電位側に接続される電極６２Ｐとの距離が異なっている。このため、ワイヤ７Ｐ等の配線のインダクタンスが電力用半導体素子毎に異なり、その結果、出力電圧がばらついてしまう。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
なお、パワーモジュール１０２は主として複数の電力用半導体素子の各裏面電極が同一電位となる回路構成に適用されるが、ヒートシンク２Ａと電力用半導体素子との間に、銅箔等の導電層を有する絶縁基板（従来の絶縁基板５Ｐ（図３４参照）に相当）を設けることによって、裏面電極の電位が異なる複数の電力用半導体素子を搭載することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
パワーモジュール１０４では、貫通孔２ＢＨに冷媒、例えば空気，六フッ化硫黄（ＳＦ6），炭酸ガス等の気体や、水，油等の液体を流すことによって、ヒートシンク２Ｂを従ってダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂを強制的に冷却する。これにより、冷却能力を大幅に向上させることができる。その結果、従来のパワーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐのように信頼性を確保するためになされていた電流量の制限を緩和或いは解除することができるし、又、ヒートシンクを、従ってパワーモジュールを小型軽量化することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
このとき、（ｉ）両ヒートシンク２Ｂを同電位に設定する場合、換言すれば両ヒートシンク２Ｂ上のダイオード１Ａ等の裏面電極同士を同電位に設定する場合には、配管２ＢＪと冷媒との少なくとも一方に導電性の材料・物質を用い（以下、導電連結と呼ぶ）、（ｉｉ）逆に、両ヒートシンク２Ｂ間を絶縁する場合には、換言すれば両ヒートシンク２Ｂ上のダイオード１Ａ等同士を絶縁する場合には、配管２ＢＪ及び冷媒の双方に絶縁性の材料・物質を用いる（以下、絶縁連結と呼ぶ）。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
このとき、（ｉｉｉ）上記（ｉ）のように配管２ＢＪと冷媒との少なくとも一方に導電性の材料・物質を用いた場合であっても、ヒートシンク２Ｂとダイオード１Ａ等との間に既述の絶縁基板５Ｐ（及び銅箔６Ｐ）（図３４参照）を設ければ、上記（ｉｉ）と同様に両ヒートシンク２Ｂ間でダイオード１Ａ等を絶縁することができる。逆に言えば、上述の導電連結及び絶縁連結によれば、絶縁基板５Ｐ等を用いる必要がない。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
なお、３つ以上のパワーモジュール１０４を配管２ＢＪで連結してパワーモジュール１０４Ａを構成しても良い。このとき、導電連結の場合、同電位に設定する複数のパワーモジュール１０４を１グループとして、各グループ毎に、冷媒を流すためのポンプ（図示せず）を設ける。他方、絶縁連結の場合、パワーモジュール１０４Ａ全体に対して、１つのポンプを設ければ良い。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
そして、円形の主面２ＣＳ１上に、当該円形の中心付近に例えばセラミック板より成る絶縁基板５０Ｃが配置されている。絶縁基板５０Ｃの両主面上には例えば例えば銅箔が形成されており、絶縁基板５０Ｃは例えば半田により主面２ＣＳ１に接着されている。ヒートシンク２Ｃと対面しない銅箔は導電層６０Ｃを成す。絶縁基板５上のダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの各表面電極が例えばワイヤ７により導電層６０Ｃと電気的に接続されている。なお、絶縁基板５０Ｃや導電層６０Ｃ等の形状は、図１０等に図示された形状に限られない。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
ダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及びキャパシタ２０の各裏面電極はヒートシンク２Ｂに例えば半田により接着されている。これにより、各裏面電極同士が導電性のヒートシンク２Ｂを介して電気的に接続されている。他方、ダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及びキャパシタ２０の各表面電極（ヒートシンク２Ｂとは対面していない）同士はワイヤ７によって結線されている。なお、圧接や導電性接着剤等によって、各表面電極間を電気的に接続しても構わない。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
詳細には、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂ及びキャパシタ２０がヒートシンク２Ｂ上に直付けされている。このため、これらが別々に設けられている従来のパワーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐよりも、パワーモジュールを小型化することができる。また、ヒートシンク２Ｃの放熱作用によってダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの発熱のみならずキャパシタ２０の温度上昇をも抑制することができるため、キャパシタ２０の小型化、低インダクタンス化、長寿命化が図れる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
更に、ダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及びキャパシタ２０がヒートシンク２Ｂ上に直付けされているので、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂとキャパシタ２０との間を結ぶ配線の長さを従来のパワーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐよりも短くすることができる。特に、ヒートシンク２Ｂは導電性を有するので、ダイオード１Ａ，ＩＧＢＴ１Ｂ及びキャパシタ２０はヒートシンク２Ｂを介して最短経路で電気的に結ばれている。このため、従来のパワーモジュール１０１Ｐ〜１０３Ｐよりも回路インダクタンスを低減することができる。従って、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂのスイッチング動作時に生じる跳ね上がり電圧（オーバーシュート）を低減でき、その結果、ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの耐圧及び損失を低減することができる。また、配線長が短くなることに起因して、電磁ノイズの発生を低減することができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
また、パワーモジュール１１１によれば、ヒートシンク２Ｂが導電性を有するので、当該ヒートシンク２Ｂを電極として用いることができる。このため、例えば、絶縁性のヒートシンクの場合に必要な配線等の部品点数及びそれの形成工程を削減することができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
＜実施の形態７の変形例２＞
図１９に実施の形態７の変形例２に係るパワーモジュール１１２Ｂの模式的な外観図を示す。パワーモジュール１１２Ｂでは、パワーモジュール１１１Ｂ（図１６参照）と同様に、キャパシタ用誘電体３３及びキャパシタ用電極３１が、表面２ＢＳとは異なる、ヒートシンク２Ｂの表面２ＢＳ２上や表面２ＢＳ３上に配置されている。このような構成はヒートシンク２Ａを用いる場合にも適用可能である。パワーモジュール１１２Ｂによれば、上述のパワーモジュール１１１Ｂと同様の効果が得られる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
パワーモジュール１１１Ｃは電力変換器のアームを３つ備える。各アームの下アームを成す各１つのダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂは共に裏面電極をヒートシンク２Ｂに対面させてヒートシンク２Ｂの表面２ＢＳ上に直に配置されている。また、各下アームのダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの各表面電極は、それぞれ電力変換器の出力端子を成す電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗに例えばワイヤ７によって電気的に接続されている。なお、各電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗは各絶縁基板（又は各絶縁層）５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗを介してヒートシンク２Ｂの表面２ＢＳ上に配置されている。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
各上アーム用のヒートシンク２Ｂは各アーム用の電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗと例えばワイヤ（可撓性の配線）７で電気的に接続されている。特に、当該ワイヤ７は、電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗの内で絶縁部材１０上に配置された部分（導電部材）を中継点ないしは経由点として、上アームと下アームとを電気的に接続している。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
更に、パワーモジュール１１３では上アーム及び下アームの両構成が大略同等であるので、パワーモジュール全体の製造コストを低減することができる。その結果、安価なパワーモジュール１１３を提供することができる。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
特に、パワーモジュール１１１Ｄでは電極６１，６２の接続形態が既述のパワーモジュール１０５とは異なる。詳細には、図２５に示すように、棒状の電極６１はヒートシンク２Ｃ及びキャパシタ２０（表面電極２０Ｅ１を除く）を貫いて延在し、キャパシタ２０の表面電極２０Ｅ１と電気的に接続されている。このとき、電極６１と共に絶縁部材１１も伸長されており、電極６１がヒートシンク２Ｃ及びキャパシタ２０（表面電極２０Ｅ１を除く）から絶縁されている。他方、筒状の電極６２は絶縁基板５０Ｃを貫いて配置されており、ヒートシンク２Ｃと電気的に接続されている。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
図２６と既述の図２４とを比較すれば分かるように、パワーモジュール１１２Ｄは、パワーモジュール１１１Ｄのキャパシタ２０に変えて、キャパシタ用電極３１及びキャパシタ用誘電体３３を備える。詳細には、キャパシタ用誘電体３３はヒートシンク２Ｃの主面２ＣＳ２と対面して配置され、ヒートシンク２Ｃとキャパシタ用電極３１とで挟まれている。これにより、ヒートシンク２Ｃとキャパシタ用誘電体３３とキャパシタ用電極３１とで以て上述の平板形のキャパシタ３０が構成されている。そして、パワーモジュール１１１Ｄと同様に、パワーモジュール１１２Ｄの棒状の電極６１は、ヒートシンク２Ｃ，キャパシタ用誘電体３３を貫いて延在し、キャパシタ用電極３１と電気的に接続されている。その他の構成はパワーモジュール１１１Ｄと同様である。このため、パワーモジュール１１１Ｄと同様の効果を得ることができる。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
詳細には、導電性を有するヒートシンク２Ｃの主面２ＣＳ１上に、電力変換器の下アームを成すダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂが直に配置されている（図２９参照）。そして、当該ダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの表面電極同士が接続されている。他方、キャパシタ２０の表面２０Ｓ１上に（詳細には表面電極上に）、絶縁基板５が配置されており、絶縁基板５の導電層６上に、電力変換器の上アームを成すダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂが配置されている（図３０参照）。絶縁基板５上のダイオード１Ａ及びＩＧＢＴ１Ｂの表面電極はキャパシタ２０の表面２０ＳＩに接続されている。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２７】
隙間２０３には、筐体２０２の一部である絶縁性の蓋（図示せず）が被せられおり、これにより両凹部２０２Ｋがいわば一続きの空間を成す。このため、パワーモジュール２０１では、一方の凹部２０２Ｋの上記一方の穴から冷媒を流し込み、両凹部２０２Ｋ内に冷媒を流すことができる。このとき、筐体２０２及び上記蓋が共に絶縁性なので、例えば絶縁性の冷媒を用いれば各ヒートシンク２Ｂ間を絶縁することができる（絶縁連結）。なお、絶縁性の冷媒として、例えば空気，六フッ化硫黄（ＳＦ6）等の気体や、油等の液体が挙げられる。また、例えば導電性の冷媒を用いれば導電性のヒートシンク２Ｂ同士を同電位に設定可能である（導電連結）。また、絶縁性のヒートシンク２Ｂと導電性のヒートシンク２Ｂとを組み合わせ、導電性の冷媒を用いれば所望の導電性のヒートシンク２Ｂのみを導電連結することができる。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３３】
パワーモジュール１１４ではシャント抵抗９０により電流を計測するので、従来のパワーモジュール１０１Ｐ等で用いられる変流器９２Ｐとは異なり、制御電源が不要であるし、原理的にオフセットが無い。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３４】
また、シャント抵抗９０は電極６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗの出力端に直接に接続されているので、変流器９２Ｐがケースの外に別個に設けられている従来のパワーモジュール１０１Ｐ等と比較して、パワーモジュール全体を小型軽量化することができるし、電流計測用部品の点数を削減することができる。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３６】
パワーモジュール１１４Ａによれば、ヒートシンク２Ｂの作用によりシャント抵抗９０の温度上昇を抑制することができる。このため、温度変化に起因したシャント抵抗の特性変化を大幅に抑制することができ、その結果、電流量の検出精度をさらに向上することができる。また、シャント抵抗９０がヒートシンク２Ｂの上方に配置されているので、上述のパワーモジュール１１４と比較して更に小型化可能である。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２１】
2001332679.tif 000001
【手続補正３１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３２】
2001332679.tif 000002
【手続補正３２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３３】
2001332679.tif 000003