(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板と、該セラミック基板の両主面に対向配置される２本のパワーラインと、前記セラミック基板の一方主面に配置された３本の出力ラインと、前記セラミック基板の一方主面に形成されているパワーライン及び各出力ラインに搭載されている複数個のスイッチング素子と、前記パワーライン上のスイッチング素子を各出力ラインに接続する第１の接続手段と、各出力ライン上に搭載されているスイッチング素子をセラミック基板の他方主面に形成されているパワーラインに接続する第２の接続手段と、前記セラミック基板の他方主面のパワーラインに絶縁層を介して接合された金属体とから成り、前記セラミック基板の他方主面に配置されたパワーライン、前記絶縁層及び前記金属体は各々の一端が前記セラミック基板の端部より外側に延出されており、かつ前記パワーライン及び前記金属体の延出部の体積が実質的に同一であることを特徴とするインバータ制御モジュール。
【請求項２】
前記セラミック基板及び絶縁層が窒化珪素質セラミック体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御モジュール。
【請求項３】
前記２本のパワーライン流れる電流の方向が逆であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ制御モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相モータ等を制御するためのインバータ制御モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３相モータ等を制御するためのインバータ制御モジュールは、一般に、セラミック基板の一主面に直流電源が供給される２本のパワーライン及び３相交流電源を出力する３本の出力ラインを被着形成したセラミック回路基板と、前記一方のパワーラインと各出力ライン上に搭載されている複数のスイッチング素子と、前記一方のパワーライン上に搭載された各スイッチング素子と各出力ラインとを電気的接続する金属細線よりなる第１の接続手段と、各出力ライン上に搭載された各スイッチング素子と他方のパワーラインとを電気的接続する金属細線よりなる第２の接続手段とにより構成されている。
【０００３】
かかるインバータ制御モジュールは、前記２本のパワーラインを外部電源に、出力ラインを３相モータ等に接続し、外部電源より２本のパワーライン間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子のオン・オフを少しずつずらせながら繰り返し行なわせることによって出力ラインを介し３相モータ等に３相交流電源が供給されることとなる。
【０００４】
なお、前記スイッチング素子としてはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌｏｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が一般に用いられている。
【０００５】
また前記インバータ制御モジュールに使用されるセラミック回路基板は、一般に酸化アルミニウム質セラミック体から成るセラミック基板の表面にメタライズ金属層を所定パターンに被着させるとともに該メタライズ金属層にパワーラインや出力ラインとなる銅等の金属回路板を銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けすることによって形成されており、具体的には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形技術を採用して複数のセラミックグリーンシートを得、次に前記セラミックグリーンシート上にタングステンやモリブデン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して得た金属ペーストをスクリーン印刷法等の印刷技術を採用することによって所定パターンに印刷塗布し、次に前記金属ペーストが所定パターンに印刷塗布されたセラミックグリーンシートを必要に応じて上下に積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成し、セラミックグリーンシートと金属ペーストを焼結一体化させて表面にメタライズ金属層を有する酸化アルミニウム質セラミック体から成るセラミック基板を形成し、最後に前記セラミック基板に被着されているメタライズ金属層上にパワーラインや出力ラインとなる銅等の金属回路板を間に銀ロウ等のロウ材を挟んで載置させるとともにこれを還元雰囲気中、約９００℃の温度に加熱してロウ材を溶融させ、該溶融したロウ材でメタライズ金属層と金属回路板とを接合することによって製作されている。
【０００６】
しかしながら、この従来のインバータ制御モジュールにおいては、２本のパワーラインがインダクタンスを有しており、２本のパワーライン間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子のオン・オフを少しずつずらせて出力ラインを介して３相モータ等に３相交流電源を供給する際、前記パワーラインのインダクタンスによってスイッチング素子のオン・オフ時に定格電圧より高いサージ電圧が発生してしまい、その結果、前記サージ電圧によってスイッチング素子に過電圧がかかり、スイッチング素子を破壊してインバータ制御モジュールを安定して信頼性よく作動させることができないという欠点を有していた。
【０００７】
そこで２本のパワーラインを近接配置させるとともに各々のパワーラインに流れる電流の方向を逆とし、２本のパワーライン間に相互インダクタンスを発生させるとともに該相互インダクタンスによって２本のパワーラインが有するインダクタンスを低減することが提案されている。
【０００８】
しかしながら、２本のパワーラインを近接配置させた場合、パワーラインには２０Ａ以上という非常に大きな電流が流れ６００Ｖ以上の電圧がかかることから、パワーライン間に放電が発生し、セラミック回路基板にショートが発生してインバータ制御モジュールの作動信頼性を損なうという欠点が誘発されてしまう。
【０００９】
また上記欠点を解消するためにインバータ制御モジュールを図３、図４に示すようにセラミック基板３２と、該セラミック基板３２の両主面に対向配置され、流れる電流の方向が逆である２本のパワーライン３３ａ、３３ｂと、前記セラミック基板３２の一方主面に配置された３本の出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃと、前記セラミック基板３２の一方主面に形成されているパワーライン３３ａ及び各出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃに搭載されている複数個のスイッチング素子３５と、前記パワーライン３２ａ上のスイッチング素子３５を各出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃに接続する第１の接続手段３６と、各出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃ上に搭載されているスイッチング素子３５をセラミック基板３２の他方主面に形成されているパワーライン３３ｂに接続する第２の接続手段３７とで形成することが考えられる。
【００１０】
かかるインバータ制御モジュールによれば、２本のパワーライン３３ａ、３３ｂを間にセラミック基板３２を挟んで対向配置させるとともに各々のパワーライン３３ａ、３３ｂに流れる電流の方向を逆としたことから２本のパワーライン３３ａ、３３ｂ間に相互インダクタンスを効率良く発生させるとともに該相互インダクタンスによって２本のパワーライン３３ａ、３３ｂが有するインダクタンスを大きく低減させることができ、これによって２本のパワーライン３３ａ、３３ｂ間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子３５のオン・オフを少しずつずらせて出力ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃより３相モータ等に３相交流電源を供給する際、スイッチング素子３５のオン・オフ時に前記２本のパワーライン３３ａ、３３ｂが有するインダクタンスに起因して定格電圧より高いサージ電圧が発生することはなく、その結果、スイッチング素子３５に過電圧がかかり、スイッチング素子３５が破壊するのを有効に防止してインバータ制御モジュールを安定、かつ信頼性よく作動させることが可能となる。
【００１１】
また同時に２本のパワーライン３３ａ、３３ｂはその間に絶縁性に優れたセラミック基板３２が介在していることからパワーライン３３ａ、３３ｂに２０Ａ以上という非常に大きな電流を流し６００Ｖ以上の電圧がかかったとしてもパワーライン３３ａ、３３ｂ間には放電が発生し、パワーライン３３ａ、３３ｂ間にショートを発生させることはなく、これによってインバータ制御モジュールの作動を高信頼性となすことが可能となる。
【００１２】
なお、上述のインバータ制御モジュールにおいてはセラミック基板３２の他方主面に配置されたパワーライン３３ｂの一部がセラミック基板３２の端部より外側に延出しており、該延出部にスイッチング素子３５がボンディングワイヤ等の第２の接続手段３７を介して接続されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のインバータ制御モジュールは、セラミック基板の他方主面に配置されたパワーラインの一部をセラミック基板の端部より外側に延出させるとともに該延出部にスイッチング素子をボンディングワイヤ等の第２の接続手段を介して接続するようになっており、パワーラインの延出部はセラミック基板に支持されておらず、機械的強度は弱い。そのためパワーラインの延出部にボンディングワイヤ等の第２の接続手段を接合させる際、パワーラインの延出部に力が作用するとパワーラインの延出部が容易に変形して第２の接続手段を強固に接合させることができず、その結果、インバータ制御モジュールを長期間にわたり安定して作動させることができないという課題を有していた。
【００１４】
また上述のインバータ制御モジュールは、セラミック基板が酸化アルミニウム質セラミック体からなり、その熱伝導率が約２０Ｗ／ｍ・Ｋと低いためインバータ制御モジュールを作動させた際にスイッチング素子が多量の熱を発生した場合、その熱をセラミック基板を介して大気中に効率良く放散させることができず、その結果、スイッチング素子が該スイッチング素子自身の発する熱によって高温となり、スイッチング素子に熱破壊が発生したり、特性に熱劣化が招来したりしてインバータ制御モジュールを正常に作動させることができないという解決すべき課題も有していた。
【００１５】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、その目的はサージ電圧印加によるスイッチング素子の破壊、２本のパワーライン間での放電及びセラミック基板の割れ、スイッチング素子の熱破壊等を有効に防止するとともに、第２の接続手段とパワーラインとの接続を確実にし、直流電源を３相交流電源に確実、かつ長期間にわたって変換することができるインバータ制御モジュールを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のインバータ制御モジュールは、セラミック基板と、該セラミック基板の両主面に対向配置される２本のパワーラインと、前記セラミック基板の一方主面に配置された３本の出力ラインと、前記セラミック基板の一方主面に形成されているパワーライン及び各出力ラインに搭載されている複数個のスイッチング素子と、前記パワーライン上のスイッチング素子を各出力ラインに接続する第１の接続手段と、各出力ライン上に搭載されているスイッチング素子をセラミック基板の他方主面に形成されているパワーラインに接続する第２の接続手段と、前記セラミック基板の他方主面のパワーラインに絶縁層を介して接合された金属体とから成り、前記セラミック基板の他方主面に配置されたパワーライン、前記絶縁層及び前記金属体は各々の一端が前記セラミック基板の端部より外側に延出されており、かつ前記パワーライン及び前記金属体の延出部の体積が実質的に同一であることを特徴とするものである。
また本発明のインバータ制御モジュールは、前記セラミック基板及び絶縁層が窒化珪素質セラミック体で形成されていることを特徴とするものである。
さらに本発明のインバータ制御モジュールは、前記２本のパワーライン流れる電流の方向が逆であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明のインバータ制御モジュールによれば、２本のパワーラインを間にセラミック基板を挟んで対向配置させるとともに各々のパワーラインに流れる電流の方向を逆としたことから２本のパワーライン間に相互インダクタンスを効率良く発生させるとともに該相互インダクタンスによって２本のパワーラインが有するインダクタンスを大きく低減させることができ、これによって２本のパワーライン間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子のオン・オフを少しずつずらせて出力ラインより３相モータ等に３相交流電源を供給する際、スイッチング素子のオン・オフ時に前記２本のパワーラインが有するインダクタンスに起因して定格電圧より高いサージ電圧が発生することはなく、その結果、スイッチング素子に過電圧がかかり、スイッチング素子が破壊するのを有効に防止してインバータ制御モジュールを安定、かつ信頼性よく作動させることが可能となる。
【００１８】
同時に２本のパワーラインはその間に絶縁性に優れたセラミック基板が介在していることからパワーラインに２０Ａ以上という非常に大きな電流を流し６００Ｖ以上の電圧がかかったとしてもパワーライン間に放電が発生し、セラミック回路基板にショートを発生させることはなく、これによってインバータ制御モジュールの作動を高信頼性となすことが可能となる。
【００１９】
また本発明のインバータ制御モジュールによれば、セラミック基板の他方主面に配置された一端がセラミック基板の端部より外側に延出しているパワーラインに絶縁層を介して金属体を接合させたことからパワーラインの延出部の機械的強度が絶縁層及び金属体によって強いものとなり、その結果、パワーラインの延出部にボンディングワイヤ等の第２の接続手段を接合させる際、パワーラインの延出部に力が作用してもパワーラインの延出部が容易に変形することはなく、これによってパワーラインの延出部に第２の接続手段を強固に接合させることができ、インバータ制御モジュールを長期間にわたり安定して作動させることが可能となる。
【００２０】
更に本発明のインバータ制御モジュールによれば、セラミック基板の端部より外側に延出するパワーラインと金属体の体積を実質的に同一としたことからパワーライン、絶縁体、金属体等にスイッチング素子の作動時に発する熱が作用し、パワーラインと絶縁層との間、金属体と絶縁層との間に熱応力が発生したとしてもその熱応力は互いに逆方向で同一の大きさとなって相殺され、その結果、パワーラインに熱応力によって変形等が発生するのが有効に防止され、パワーラインに対する第２の接続手段の接続信頼性を高いものとして、インバータ制御モジュールを長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００２１】
また更にセラミック基板の他方主面のパワーラインに間に絶縁層を介して金属体を接合させたことからインバータ制御モジュールを作動させた際にスイッチング素子が多量の熱を発生したとしてもその熱は金属体を介して大気中に効率良く放散されることとなり、その結果、スイッチング素子は異常に高温となるのが有効に防止されて常に適温となり、スイッチング素子を正常に作動させることを可能とするとともにインバータ制御モジュールを長期間にわたり正常に作動させることが可能となる。
【００２２】
更にまた本発明のインバータ制御モジュールによれば、セラミック基板及び絶縁層を熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高く、高温機械的強度に優れる窒化珪素質セラミック体で形成しておくとインバータ制御モジュールの機械的強度を高いものに維持しつつ、スイッチング素子が作動に発する多量の熱を金属体に良好に伝達させるとともに金属体を介して大気中により一層効率良く放散させることができ、これによってインバータ制御モジュールをより一層長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１および図２は、本発明のインバータ制御モジュールの一実施例を示し、セラミック基板２の両主面に２本のパワーライン３ａ、３ｂを対向配置させるとともに一方主面に３本の出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃを配置したセラミック回路基板１とスイッチング素子５とから構成されており、セラミック基板２の一方主面に形成されているパワーライン３ａ及び各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上にスイッチング素子５を搭載し、パワーライン３ａ上のスイッチング素子５を各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃに第１の接続手段６を介して接続するとともに各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されているスイッチング素子５をセラミック基板２の他方主面に形成されているパワーライン３ｂに第２の接続手段７を介して接続することによって形成されている。
【００２４】
なお、前記パワーライン３ｂはその一部がセラミック基板２の端部より外側に延出する延出部を有しており、該延出部に第２の接続手段７を介して各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されているスイッチング素子５が接続されるようになっている。
【００２５】
前記セラミック回路基板１のセラミック基板２はパワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ及びパワーライン３ａ、出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されるスイッチング素子５を支持する支持部材として作用し、酸化アルミニウム質セラミック体や窒化珪素質セラミック体等のセラミック絶縁体で形成されている。
【００２６】
前記セラミック基板２は、例えば、窒化珪素質セラミック体から成る場合、窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに該泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、次に前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに必要に応じて複数枚を積層して成形体となし、しかる後、これを窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中、１６００乃至２０００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００２７】
また前記セラミック基板２は、その一方主面に１本のパワーライン３ａと３本の出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃが、他方主面に１本のパワーライン３ｂが活性金属ロウ材等の接着材を介してロウ付け取着されている。
【００２８】
前記パワーライン３ａは外部電源から供給される直流電源をスイッチング素子５に供給する作用をなし、また出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃはスイッチング素子５のオン・オフにより変換された３相交流電源を外部の３相モータ等に供給する作用をなす。
【００２９】
前記２本のパワーライン３ａ、３ｂ及び３本の出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃは銅やアルミニウム等の金属材料から成り、銅やアルミニウム等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって、例えば、厚さが５００μｍで、所定パターン形状に製作される。
【００３０】
更に前記２本のパワーライン３ａ、３ｂ及び３本の出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃのセラミック基板２への接着は、例えば、銀ロウ材（銀：７２重量％、銅：２８重量％）やアルミニウムロウ材（アルミニウム：８８重量％、シリコン：１２重量％）等にチタンやタングステン、ハフニウム及び／またはその水素化物の少なくとも１種を２乃至５重量％添加した活性ロウ材を使用することによって行なわれ，具体的にはセラミック基板２の表面に間に活性金属ロウ材を挟んでパワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃを載置させ、次にこれを真空中もしくは中性、還元雰囲気中、所定温度（銀ロウ材の場合は約９００℃、アルミニウムロウ材の場合は約６００℃）で加熱処理し、活性金属ロウ材を溶融せしめるとともにセラミック基板２の表面とパワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃの下面とを接合させることによって行われる。
【００３１】
なお、前記パワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃはこれを無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなく活性金属ロウ材との濡れ性が良好となり、セラミック基板２への活性金属ロウ材を介しての接合が強固となる。従って、前記パワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃはこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【００３２】
また前記パワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃはその表面にニッケルから成る良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材に対する濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、パワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃの酸化腐蝕を有効に防止しつつパワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃにスイッチング素子５や外部電源、外部の３相モータ等を半田等のロウ材を介して極めて強固に接続させることができる。従って、前記パワーライン３ａ、３ｂ及び出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃはその表面にニッケル等から成る良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材に対する濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくことが好ましい。
【００３３】
更に前記セラミック回路基板１はまたセラミック基板２の一方主面に配置されたパワーライン３ａ及び各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に複数のスイッチング素子５が搭載されており、かつパワーライン３ａ上に搭載されたスイッチング素子５はワイヤ等からなる第１の接続手段６を介して各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃに、また出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されたスイッチング素子５はワイヤ等からなる第２の接続手段７を介してセラミック基板２の他方主面に配置されたパワーライン３ｂに電気的に接続されている。
【００３４】
前記スイッチング素子５はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌｏｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の素子が用いられており、電流のオン、オフを制御し、各スイッチング素子５のオン・オフを少しずつずらせることによってパワーライン３ａ、３ｂより供給された直流電源を３相の交流電源に変換し出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃに供給する作用をなす。
【００３５】
前記第１の接続手段６及び第２の接続手段７は、アルミニウムやアルミニウム−珪素合金からなる、例えば直径が３００μｍの金属細線（ワイヤ）からなり、従来周知のワイヤーボンディング法等の接合技術を用いることによって、パワーライン３ａ上に搭載されたスイッチング素子５と各出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃに、また出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃ上に搭載されたスイッチング素子５とセラミック基板２の他方主面に配置されたパワーライン３ｂに接続される。
【００３６】
本発明のインバータ制御モジュールにおいては、２本のパワーライン３ａ、３ｂを間にセラミック基板２を挟んで対向配置させるとともにパワーライン３ａ、３ｂに流れる電流の方向を逆としておくことが重要である。
【００３７】
前記２本のパワーライン３ａ、３ｂを間にセラミック基板２を挟んで対向配置させるとともにパワーライン３ａ、３ｂに流れる電流の方向を逆としておくと２本のパワーライン３ａ、３ｂ間に相互インダクタンスが効率良く発生し、この発生した相互インダクタンスによって２本のパワーライン３ａ、３ｂの各々が有するインダクタンスを大きく低減させ、その結果、２本のパワーライン３ａ、３ｂ間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子５のオン・オフを少しずつずらせて出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃより３相モータ等に３相交流電源を供給する際、スイッチング素子５のオン・オフ時に前記２本のパワーライン３ａ、３ｂが有するインダクタンスに起因して定格電圧より高いサージ電圧が発生することはなく、これによってスイッチング素子５に過電圧がかかり、スイッチング素子５が破壊するのを有効に防止してインバータ制御モジュールを安定、かつ信頼性よく作動させることが可能となる。
【００３８】
また同時に２本のパワーライン３ａ、３ｂはその間に絶縁性に優れたセラミック基板２が介在していることからパワーライン３ａ、３ｂに２０Ａ以上という非常に大きな電流を流し６００Ｖ以上の電圧がかかったとしてもパワーライン３ａ、３ｂ間に放電が発生し、セラミック回路基板１にショートを発生させることはなく、これによってインバータ制御モジュールの作動を高信頼性となすことが可能となる。
【００３９】
なお、前記セラミック基板２はその厚みが２ｍｍを超えると２本のパワーライン３ａ、３ｂ間に相互インダクタンスを効率良く発生させるのが困難となり、また０．２ｍｍ未満となるとセラミック基板２の機械的強度が劣化してインバータ制御モジュールとしての信頼性が低下してしまう危険性がある。従って、前記セラミック基板２はその厚みを０．２ｍｍ乃至２ｍｍの範囲としておくことが好ましい。
【００４０】
また前記セラミック基板２はその絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍｍ未満となるとセラミック基板２の厚みが、例えば、０．２ｍｍの薄いものとなったときにパワーライン３ａ、３ｂ間に放電が生じ、セラミック回路基板１にショートが発生してしまう危険性がある。従って、前記セラミック基板２はその耐電圧を１０ｋＶ／ｍｍ以上としておくことが好ましい。
【００４１】
更に本発明のインバータ制御モジュールにおいては、前記セラミック基板２の他方主面のパワーライン３ｂに絶縁層８を介して金属体９を接合させておくことが重要であり、セラミック基板２及び絶縁層８を窒化珪素質セラミック体で形成しておくことが好ましい。
【００４２】
前記セラミック基板２の他方主面のパワーライン３ｂに絶縁層８を介して金属体９を接合させておくと、パワーライン３ｂのセラミック基板２の端部より外側に延出している延出部の機械的強度が絶縁層８及び金属体９によって強いものとなり、その結果、パワーライン３ｂの延出部にボンディングワイヤ等の第２の接続手段７を接合させる際、パワーライン３ｂの延出部に力が作用してもパワーライン３ｂの延出部が容易に変形することはなく、これによってパワーライン３ｂの延出部に第２の接続手段７を強固に接合させることができ、インバータ制御モジュールを長期間にわたり安定して作動させることが可能となる。
【００４３】
また前記セラミック基板２の他方主面のパワーライン３ｂに絶縁層８を介して金属体９を接合させておくと、インバータ制御モジュールを作動させた際にスイッチング素子５が多量の熱を発生したとしてもその熱は金属体９を介して大気中に効率良く放散されることとなり、その結果、スイッチング素子５は異常に高温となるのが有効に防止されて常に適温となり、スイッチング素子５を正常に作動させることを可能とするとともにインバータ制御モジュールを長期間にわたり正常に作動させることが可能となる。
【００４４】
前記金属体９は例えば、銅やアルミニウム等の金属材よりなり、窒化珪素質セラミック体や酸化アルミニウム質セラミック体等からなる絶縁層８を間に挟んでセラミック基板２の他方主面に接合されている。
【００４５】
前記金属体９は板状であったり、多数のフィンを有する櫛歯状であったりし、銅やアルミニウムのインゴット（塊）に圧延加工法や研削加工を施すことによって製作される。
【００４６】
また前記窒化珪素質セラミック体や酸化アルミニウム質セラミック体等からなる絶縁層８はセラミック基板２の他方主面に配されているパワーライン３ｂと金属体９との電気的絶縁を図る作用をなし、セラミック基板２の他方主面に溶射法やスパッタリング法等を採用することによって所定厚みに形成される。
【００４７】
前記セラミック基板２の他方主面のパワーライン３ｂへの金属体９の接合は、まずセラミック基板２の他方主面のパワーライン３ｂに絶縁層８を溶射法やスパッタリング法等によって所定厚みに形成し、次にこの絶縁層８の表面にＮｉＣｒ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ等からなる下地金属層８ａを蒸着法やスパッタリング法により被着させ、最後にこの下地金属層８ａに銅やアルミニウム等の金属材からなる金属体９を銀ロウ材（銀：７２重量％、銅：２８重量％）やアルミニウムロウ材（アルミニウム：８８重量％、シリコン：１２重量％）等を使用し、ロウ付けすることによって行なわれる。
【００４８】
なお、前記セラミック基板２及び絶縁層８を窒化珪素質セラミック体で形成しておくと窒化珪素質セラミック体は高温機械的強度に優れ、かつ熱伝導率が６０Ｗ／ｍｋ以上と高いことインバータ制御モジュールの機械的強度を高いものに維持しつつ、スイッチング素子５が作動に発する多量の熱を金属体９に良好に伝達させるとともに金属体９を介して大気中により一層効率良く放散させることができる。従って、前記セラミック基板２及び絶縁層８はこれを窒化珪素で形成しておくことが好ましい。
【００４９】
また更に本発明のインバータ制御モジュールにおいては、前記セラミック基板２の端部より外側に延出するパワーライン３ｂと金属体９の体積を実質的に同一としておくことが重要である。
【００５０】
前記セラミック基板２の端部より外側に延出するパワーライン３ｂと金属体９の体積を実質的に同一としておくとパワーライン３ｂ、絶縁体８、金属体９等にスイッチング素子５の作動時に発する熱が作用し、パワーライン３ｂと絶縁層８との間、金属体９と絶縁層８との間に熱応力が発生したとしてもその熱応力は互いに逆方向で同一の大きさとなって相殺され、その結果、パワーライン３ｂに熱応力による変形等が発生するのが有効に防止されて、パワーライン３ｂに対する第２の接続手段７の接続信頼性が極めて高いものとなり、インバータ制御モジュールを長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００５１】
かくして上述のインバータ制御モジュールによれば、２本のパワーライン３ａ、３ｂを外部電源に、出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃを３相モータ等に接続し、外部電源より２本のパワーライン３ａ、３ｂ間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子５のオン・オフを少しずつずらせながら繰り返し行なわせることによって出力ライン４ａ、４ｂ、４ｃから３相の交流電源が導出され、これによってインバータ制御モジュールとして機能する。
【００５２】
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明のインバータ制御モジュールによれば、２本のパワーラインを間にセラミック基板を挟んで対向配置させるとともに各々のパワーラインに流れる電流の方向を逆としたことから２本のパワーライン間に相互インダクタンスを効率良く発生させるとともに該相互インダクタンスによって２本のパワーラインが有するインダクタンスを大きく低減させることができ、これによって２本のパワーライン間に２０Ａ以上の直流電源を供給するとともに各スイッチング素子のオン・オフを少しずつずらせて出力ラインより３相モータ等に３相交流電源を供給する際、スイッチング素子のオン・オフ時に前記２本のパワーラインが有するインダクタンスに起因して定格電圧より高いサージ電圧が発生することはなく、その結果、スイッチング素子に過電圧がかかり、スイッチング素子が破壊するのを有効に防止してインバータ制御モジュールを安定、かつ信頼性よく作動させることが可能となる。
【００５４】
同時に２本のパワーラインはその間に絶縁性に優れたセラミック基板が介在していることからパワーラインに２０Ａ以上という非常に大きな電流を流し６００Ｖ以上の電圧がかかったとしてもパワーライン間に放電が発生し、セラミック回路基板にショートを発生させることはなく、これによってインバータ制御モジュールの作動を高信頼性となすことが可能となる。
【００５５】
また本発明のインバータ制御モジュールによれば、セラミック基板の他方主面に配置された一端がセラミック基板の端部より外側に延出しているパワーラインに絶縁層を介して金属体を接合させたことからパワーラインの延出部の機械的強度が絶縁層及び金属体によって強いものとなり、その結果、パワーラインの延出部にボンディングワイヤ等の第２の接続手段を接合させる際、パワーラインの延出部に力が作用してもパワーラインの延出部が容易に変形することはなく、これによってパワーラインの延出部に第２の接続手段を強固に接合させることができ、インバータ制御モジュールを長期間にわたり安定して作動させることが可能となる。
【００５６】
更に本発明のインバータ制御モジュールによれば、セラミック基板の端部より外側に延出するパワーラインと金属体の体積を実質的に同一としたことからパワーライン、絶縁体、金属体等にスイッチング素子の作動時に発する熱が作用し、パワーラインと絶縁層との間、金属体と絶縁層との間に熱応力が発生したとしてもその熱応力は互いに逆方向で同一の大きさとなって相殺され、その結果、パワーラインに熱応力によって変形等が発生するのが有効に防止され、パワーラインに対する第２の接続手段の接続信頼性を高いものとして、インバータ制御モジュールを長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００５７】
また更にセラミック基板の他方主面のパワーラインに間に絶縁層を介して金属体を接合させたことからインバータ制御モジュールを作動させた際にスイッチング素子が多量の熱を発生したとしてもその熱は金属体を介して大気中に効率良く放散されることとなり、その結果、スイッチング素子は異常に高温となるのが有効に防止されて常に適温となり、スイッチング素子を正常に作動させることを可能とするとともにインバータ制御モジュールを長期間にわたり正常に作動させることが可能となる。
【００５８】
更にまた本発明のインバータ制御モジュールによれば、セラミック基板及び絶縁層を熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高く、高温機械的強度に優れる窒化珪素質セラミック体で形成しておくとインバータ制御モジュールの機械的強度を高いものに維持しつつ、スイッチング素子が作動に発する多量の熱を放熱体に良好に伝達させるとともに放熱体を介して大気中により一層効率良く放散させることができ、これによってインバータ制御モジュールをより一層長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインバータ制御モジュールの一実施例を示す平面図である。
【図２】図１に示すインバータ制御モジュールの断面図である。
【図３】従来のインバータ制御モジュールを示す平面図である。
【図４】図３に示すインバータ制御モジュールの断面図である。
【符号の説明】
２・・・・・・・・・セラミック基板
３ａ、３ｂ・・・・・パワーライン
４ａ、４ｂ、４ｃ・・出力ライン
５・・・・・・・・・スイッチング素子
６・・・・・・・・・第１の接続手段
７・・・・・・・・・第２の接続手段
８・・・・・・・・・絶縁層
８ａ・・・・・・・・下地金属層
９・・・・・・・・・金属体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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