(57)【要約】【課題】  パワー半導体モジュールと積層状態のバスバーを、低インダクタンスかつ低損失で接続できる電力変換装置を提供する。【解決手段】  直流電流が入力される電気回路体と、前記直流電流を前記電気回路体に伝達するパワーボードと、を備え、前記パワーボードは、正極導体板と、該正極導体板と対向して配置される負極導体板と、前記正極導体板に接続される正極端子と、前記負極導体板に接続されかつ前記正極端子と対向する負極端子と、を有し、前記パワーボードは、貫通孔を形成し、前記正極端子と前記負極端子のうちのいずれか一方の端子は、前記パワーボードの一方の面に突出し、前記正極端子と前記負極端子のうちの他方の端子は、前記貫通孔を通って前記パワーボードの前記一方の面に突出し、前記電気回路体は、前記正極端子及び前記負極端子と電気的に接続される。【選択図】  図８
2014171342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流が入力される電気回路体と、前記直流電流を前記電気回路体に伝達するパワーボードと、を備え、
前記パワーボードは、正極導体板と、該正極導体板と対向して配置される負極導体板と、前記正極導体板に接続される正極端子と、前記負極導体板に接続されかつ前記正極端子と対向する負極端子と、を有し、
前記パワーボードには、貫通孔が形成され、
前記正極端子または前記負極端子のいずれか一方の端子は、前記パワーボードの一方の面から突出し、
前記正極端子または前記負極端子の他方の端子は、前記貫通孔を通って前記パワーボードの前記一方の面から突出し、
前記電気回路体は、前記正極端子及び前記負極端子と電気的に接続される電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記電気回路体とは異なる第２電気回路体を備え、
前記正極端子及び前記負極端子は、前記パワーボードに対して前記電気回路体が配置される側に向かって突出し、
前記第２電気回路体は、前記パワーボードを挟んで前記電気回路体と対向して配置される電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記正極端子及び前記負極端子は、前記パワーボードに対して前記電気回路体が配置される側とは反対側に向かって突出し、
前記電気回路体の端子は、前記貫通孔を通って前記正極端子及び前記負極端子と電気的に接続される電力変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記電気回路体は、前記直流電流を交流電流に変換するパワー半導体モジュールであって、
前記パワー半導体モジュールは、モジュール正極端子と、該モジュール正極端子と対向するモジュール負極端子と、を有し、
前記モジュール正極端子は、前記正極端子と電気的に接続され、
前記モジュール負極端子は、前記負極端子と電気的に接続される電力変換装置。
【請求項５】
請求項１乃至３に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記電気回路体は、前記直流電流を平滑化する第１コンデンサと第２コンデンサであって、
前記第１コンデンサは、第１コンデンサ正極端子を有し、
前記第２コンデンサは、第２コンデンサ負極端子を有し、
前記第１コンデンサ正極端子は、前記正極端子と電気的に接続され、
前記第２コンデンサ負極端子は、前記負極端子と電気的に接続される電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載された電力変換装置であって、
前記第２コンデンサは、前記第２コンデンサ負極端子が前記第１コンデンサ正極端子と対向するように配置される電力変換装置。
【請求項７】
請求項４に記載された電力変換装置であって、
前記モジュール正極端子は、第１モジュール正極端子と、第２モジュール正極端子と、を有し、
前記モジュール負極端子は、前記第１モジュール正極端子と対向する第１モジュール負極端子と、前記第２モジュール正極端子と対向する第２モジュール負極端子と、を有し、
前記正極端子は、第１正極端子と、第２正極端子と、を有し、
前記負極端子は、前記第１正極端子と対向する第１負極端子と、前記第２正極端子と対向する第２負極端子と、を有し、
前記第１正極端子は、前記第２正極端子とは前記貫通孔を挟んで反対側に配置され、
かつ前記第１正極端子は、前記第２負極端子の側部に配置され、
前記第１モジュール正極端子は、前記第１正極端子と電気的に接続され、
前記第１モジュール負極端子は、前記第１負極端子と電気的に接続され、
前記第２モジュール正極端子は、前記第２正極端子と電気的に接続され、
前記第２モジュール負極端子は、前記第２負極端子と電気的に接続される電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載された電力変換装置であって、
前記パワー半導体モジュールは、前記第１モジュール正極端子と接続される第１中間正極端子と、前記第２モジュール正極端子と接続される第２中間正極端子と、前記第１モジュール負極端子と接続される第１中間負極端子と、前記第２モジュール負極端子と接続される第２中間負極端子と、を有し、
前記第１正極端子は、前記第１中間正極端子と電気的に接続され、
前記第２正極端子は、前記第２中間正極端子と電気的に接続され、
前記第１負極端子は、前記第１中間負極端子と電気的に接続され、
前記第２負極端子は、前記第２中間負極端子と電気的に接続され、
前記第１モジュール正極端子、前記第２モジュール正極端子、前記第１モジュール負極端子及び前記第２モジュール負極端子は、それぞれの主面が一つの仮想面上と重なるように配置され、
前記第１中間正極端子及び前記第２中間正極端子は、前記第１中間正極端子の幅と前記第２中間正極端子の幅との和が、前記第１モジュール正極端子の幅と前記第２モジュール正極端子の幅との和よりも大きくなるように形成され、
前記第１中間負極端子及び前記第２中間負極端子は、前記第１中間負極端子の幅と前記第２中間負極端子の幅との和が、前記第１モジュール負極端子の幅と前記第２モジュール負極端子の幅との和よりも大きくなるように形成される電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を交流電力に変換しあるいは交流電力を直流電力に変換するために使用する配線板およびそれを用いた電力変換装置に関し、特にハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる配線板および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる電力変換装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動トルクの増大に伴い出力電力の増大が求められている。出力電力の増大は通電電流の増大に繋がり、この通電電流を流すための配線板は抵抗損失とインダクタンスを低減することが求められる。
【０００３】
そこで特許文献１に示されるように、コンデンサモジュールの直流端子を積層状態で立ち上げ、次にコンデンサモジュールの直流端子の先端部に位置する接続部を、パワー半導体モジュールの積層状態の直流端子を両側から挟みこむ構造で溶接接続している。
【０００４】
しかしながら、コンデンサモジュールの直流端子がパワー半導体モジュールの積層状態の直流端子を挟み込むように形成される場合に、コンデンサモジュールの直流幅広導体から立ち上げられ幅狭直流端子が抵抗損失の抑制やインダクタンスの抑制の妨げとなるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２１７５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、コンデンサとパワー半導体モジュールとの間を接続する接続導体のインダクタンスの低減や損失の低減を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【０００８】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、直流電流が入力される電気回路体と、前記直流電流を前記電気回路体に伝達するパワーボードと、を備え、前記パワーボードは、正極導体板と、該正極導体板と対向して配置される負極導体板と、前記正極導体板に接続される正極端子と、前記負極導体板に接続されかつ前記正極端子と対向する負極端子と、を有し、前記パワーボードには、貫通孔が形成され、前記正極端子または前記負極端子のいずれか一方の端子は、前記パワーボードの一方の面から突出し、前記正極端子または前記負極端子の他方の端子は、前記貫通孔を通って前記パワーボードの前記一方の面から突出し、前記電気回路体は、前記正極端子及び前記負極端子と電気的に接続される電力変換装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、パワー半導体モジュールと積層状態の直流導体板を低インダクタンスかつ低損失で接続できる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電力変換装置の電気回路図の例である。
【図２】上アームＩＧＢＴがオンからオフに変化した時のパワー半導体モジュールに流れる過渡電流を示した電気回路図の例である。
【図３】上アームＩＧＢＴがオフからオンに変化した時のパワー半導体モジュールに流れる過渡電流を示した電気回路図の例である。
【図４】実施例１の電力変換装置の構成図の例である。
【図５】実施例１の電力変換装置において、正極導体板と、負極導体板と、パワー半導体モジュールとの接続部の断面形状を示した図である。
【図６】実施例１の電力変換装置において、正極導体板と、負極導体板と、コンデンサモジュールとの接続部の断面形状を示した図である。
【図７】パワーボードとパワー半導体モジュールとの接続部の、パワーボード上の正極電流と負極電流の流れを示した図である。
【図８】実施例２の電力変換装置の構成図の例である。
【図９】実施例２の電力変換装置において、パワーボードとパワー半導体モジュールとの接続部の断面形状を示した図である。
【図１０】実施例３の電力変換装置のパワーボードとパワー半導体モジュールとの接続を示した構成図の例である。
【図１１】実施例３のパワー半導体モジュールの電気回路図の例である。
【図１２】実施例３のパワー半導体モジュールの構成図の例である。
【図１３】１対の中間正極端子と中間負極端子を有するパワー半導体モジュールの構成図の例である。
【図１４（ａ）】パワー半導体モジュール１００の外観斜視図である。
【図１４（ｂ）】パワー半導体モジュール１００のケース１０３にモジュール封止体１９１を組み立てる工程を示す分解斜視図である。
【図１４（ｃ）】パワー半導体モジュール１００の上下アームの直列回路を構成する回路部品の分解斜視図である。
【図１５（ａ）】パワーボード３００の外観斜視図である。
【図１５（ｂ）】パワーボード３００の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
本実施例では、パワー半導体モジュールと直流導体板とを低インダクタンスかつ低損失で接続できる電力変換装置の例を説明する。
【００１３】
図１は、本実施例の電力変換装置５００の電気回路図の例である。本実施例の電力変換装置５００の動作原理について図１を用いて説明する。電力変換装置５００は、パワー半導体モジュール１００と、コンデンサモジュール２００と、正極導体板３１０と負極導体板３２０が積層されて構成されるパワーボード３００（図４参照）と、から構成される。本実施例の電力変換装置５００は、直流電流を３相の交流電流に変換、又は３相の交流電流を直流電流に変換する電力変換装置であり、３つのパワー半導体モジュール１００Ｕ、１００Ｖ、１００Ｗから構成される。
【００１４】
それぞれのパワー半導体モジュールには、交流端子が設けられる。すなわち、パワー半導体モジュール１００Ｕは、モジュール交流端子１５０Ｕを有する。パワー半導体モジュール１００Ｖは、モジュール交流端子１５０Ｖを有する。パワー半導体モジュール１００Ｗは、モジュール交流端子１５０Ｗを有する。モジュール交流端子１５０Ｕ、１５０Ｖ、１５０Ｗは、モータの３相端子と接続される。
【００１５】
正極導体板３１０の直流入出力正極端子３１９は、高電圧バッテリーの正極端子と接続される。負極導体板３２０の直流入出力負極端子３２９は、高電圧バッテリーの負極端子に接続される。
【００１６】
パワー半導体モジュール１００は、上アームと下アームから構成されている。なお、以下で半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。パワー半導体モジュール１００の上アームは、ＩＧＢＴ１６１とダイオード１６２から構成される。また、上アームには、ＩＧＢＴ１６１をオン・オフするための制御端子１７１が設けられている。パワー半導体モジュール１００の下アームは、ＩＧＢＴ１６３とダイオード１６４から構成される。また、下アームには、ＩＧＢＴ１６３をオン・オフするための制御端子１７２が設けられている。
【００１７】
上アームのＩＧＢＴ１６１のコレクタには、正極導体板３１０と接続するための第１モジュール正極端子１１１が設けられている。下アームのＩＧＢＴ１６３のエミッタは、負極導体板３２０と接続するための第１モジュール負極端子１２１が設けられている。また上アームＩＧＢＴ１６１のエミッタと下アームＩＧＢＴ１６３のコレクタとの間には、モジュール交流端子１５０が設けられている。
【００１８】
電力変換装置５００は、上アームの制御端子１７１および下アームの制御端子１７２に印加する制御信号を切り換えることで、直流電流から交流電流、又は交流電流から直流電流に変換できる。例えば、パワー半導体モジュール１００の上アームＩＧＢＴ１６１をオンにし、下アームＩＧＢＴ１６３をオフの定常状態では、正極導体板３１０から第１モジュール正極端子１１１を通ってモジュール交流端子１５０に向かって電流が流れる。逆にパワー半導体モジュール１００の上アームＩＧＢＴ１６１をオフにし、下アームＩＧＢＴ１６３をオンの定常状態では、モジュール交流端子１５０から第１モジュール負極端子１２１に向かって電流が流れる。
【００１９】
図２及び図３を用いて、ＩＧＢＴがオン状態からオフ状態、又はオフ状態からオン状態に変化した際の、過渡状態の例を説明する。図２は、パワー半導体モジュール１００Ｗの上アームＩＧＢＴ１６１がオンの状態かつ下アームＩＧＢＴ１６３がオフの状態から、上アームＩＧＢＴ１６１をオフの状態に変化させたときに、パワー半導体モジュール１００Ｗに流れる過度電流を示した電気回路図である。
【００２０】
過渡状態では、配線の寄生インダクタンスが回路動作を表現する上で重要な回路素子となる。そのため図２には、寄生インダクタンス３１４、３２４、１１４、１２４を追加している。寄生インダクタンス３１４は、正極導体板３１０の寄生インダクタンスである。寄生インダクタンス３２４は、負極導体板の寄生インダクタンスである。寄生インダクタンス１１４は、パワー半導体モジュール１００Ｗと直流導体板３１０との接続導体部である正極接続端子の寄生インダクタンスである。寄生インダクタンス１２４は、パワー半導体モジュール１００Ｗと直流導体板３２０との接続導体部である負極接続端子の寄生インダクタンスである。
【００２１】
パワー半導体モジュール１００ＷのＩＧＢＴ１６１をオンの状態では、正極導体板３１０から上アームＩＧＢＴ１６１を通ってモジュール交流端子１５０Ｗに向かって電流４１１が流れる。そして、負極導体板３２０から下アームダイオード１６４を通ってモジュール交流端子１５０Ｗに向かって流れる還流電流４２１はゼロである。
【００２２】
パワー半導体モジュール１００ＷのＩＧＢＴ１６１をオンからオフに変化させると、上アームを流れる電流４１１が減少し、下アームを流れる還流電流４２１がゼロから増加する。ＩＧＢＴの特性で決まる過渡状態が終了すると、上アームに流れていた電流４１１はゼロになり、下アームに流れる還流電流４２１のみになる。これらの電流変化により、寄生インダクタンス３１４、１１４、１２４、３２４に電圧が発生する。
【００２３】
図３は、パワー半導体モジュール１００Ｗの上アームＩＧＢＴ１６１がオフの状態かつ下アームＩＧＢＴ１６３がオフの状態でかつ下アームダイオード１６４に還流電流４２１が流れている状態から、上アームＩＧＢＴ１６１をオンの状態に変化させたときに、パワー半導体モジュール１００Ｗに流れる過渡電流を示した電気回路図である。パワー半導体モジュール１００ＷのＩＧＢＴ１６１をオフの状態では、上アームを流れる電流４１１はゼロであり、下アームでは還流電流４２１が流れている。
【００２４】
ＩＧＢＴ１６１をオフからオンに変化させると、下アームダイオード１６４には逆方向バイアス電圧がかかるため、還流電流４２１は、ダイオード１６４のリカバリ期間を経てゼロに減少する。一方、上アームＩＧＢＴ１６１に流れる電流４１１はゼロから増加する。これらの電流変化により、寄生インダクタンス３１４、１１４、１２４、３２４に電圧が発生する。
【００２５】
ＩＧＢＴのオンからオフ、あるいはオフからオンへの状態変化により寄生インダクタンスに発生する電圧は、サージ電圧としてＩＧＢＴ及びダイオードを破壊する恐れがある。そのためサージ電圧は、ＩＧＢＴとダイオードの耐電圧以下になるように抑制する必要がある。サージ電圧は、電流の時間微分ｄｉ／ｄｔと寄生インダクタンスの積で決まるため、サージ電圧抑制のためにはこの積を低減する必要がある。電流の時間微分ｄｉ／ｄｔの低減は、ＩＧＢＴのスイッチング損失が増加するため限界がある。そのため、寄生インダクタンスの低減が、サージ電圧抑制の効果的な手段となる。
【００２６】
寄生インダクタンスの低減には、電流経路長を短縮する方法の他に、逆方向に電流が流れる正極配線と負極配線を近接配置する方法がある。これにより相互インダクタンスを増加させ、インダクタンスを打ち消す効果がある。図２および図３では、正極導体板３１０と負極導体板３２０との間の相互インダクタンス３１５の関係を模式的に表現している。同様に、正極接続端子と負極接続端子との間の相互インダクタンス１１５の関係を模式的に表現している。
【００２７】
正極導体板３１０と負極導体板３２０との間の相互インダクタンス３１５を増加させる方法として、正極導体と負極導体を積層した積層構造が一般に使用される。これらの直流導体を積層構造にすることで、正極導体と負極導体を広い面積で対向させることができ、その結果、相互インダクタンスを増加できる。
【００２８】
しかし、パワー半導体モジュールと直流導体板との従来の接続方法では、その接続部において積層構造にするためには、直流導体板の導体幅と比べて幅の狭い導体を、直流導体板から引き延ばして接続する必要があり、接続部のインダクタンス低減には限界があった。この課題を解決するために、本実施例では図４に示す構成でパワー半導体モジュールと直流導体板を接続する。
【００２９】
図４は、本実施例の電力変換装置５００の構成図の例である。電力変換装置５００は、正極導体板３１０と負極導体板３２０が積層されて構成されるパワーボード３００と、パワー半導体モジュール１００と、コンデンサモジュール２００と、から構成される。前述のように、電力変換装置５００は、直流電流を３相の交流電流に変換、又は３相の交流電流を直流電流に変換する電力変換装置であり、３つのパワー半導体モジュール１００を有する。
【００３０】
コンデンサモジュール２００には、パワーボードと電気的に接続される正極端子及び負極端子が設けられる。コンデンサモジュール２００の正極端子は、正極導体板３１０と電気的に接続される。コンデンサモジュール２００の負極端子は、負極導体板３２０と電気的に接続される。
【００３１】
パワーボード３００には、貫通孔３３１及び３３２、第１正極端子３１１、第１負極端子３２１が形成される。貫通孔３３１は、パワーボード３００を構成する正極導体板３１０に形成される。貫通孔３３２は、負極導体板３２０に形成される。貫通孔３３１及び３３２は、正極導体板３１０と負極導体板３２０が積層した状態で、各々が重なるように形成される。また、第１正極端子３１１は、貫通孔３３１の外縁部に形成される。第１負極端子３２１は、貫通孔３３２の外縁部に形成される。
【００３２】
パワー半導体モジュール１００の第１モジュール正極端子１１１は、正極導体板３１０の第１正極端子３１１と電気的に接続される。パワー半導体モジュール１００の第１モジュール負極端子１２１は、負極導体板３２０の第１負極端子３２１と電気的に接続される。
【００３３】
図５は、正極導体板３１０と、負極導体板３２０と、パワー半導体モジュール１００との接続部の断面形状を示した図である。正極導体板３１０と負極導体板３２０とは積層されており、パワーボード３００を構成している。パワーボード３００には、パワーボード３００とパワー半導体モジュール１００との接続部に、貫通孔３３１と貫通孔３３２とから成る貫通孔３３０が設けられている。
【００３４】
パワーボード３００において、パワー半導体モジュール１００と対向する面を第１表面３４１とする。本実施例においては、パワーボード３００の第１表面側３４１側に負極導体板３２０が配置される。正極導体板３１０は、パワーボード３００において第１表面３４１とは反対側に配置されている。
【００３５】
第１正極端子３１１は、正極導体板３１０に形成される。第１正極端子３１１は、貫通孔３３２を経由し、第１表面３４１から突出して形成される。また、負極導体板３２０の第１負極端子３２１も、第１表面３４１から突出して形成される。
【００３６】
パワー半導体モジュール１００は、互いに対向する第１モジュール正極端子１１１と第１モジュール負極端子１２１とを有する。これら第１モジュール正極端子１１１及び第１モジュール負極端子１２１は、パワー半導体モジュール１００本体から、パワーボード３００の配置側に向かって突出して形成されている。第１モジュール正極端子１１１は、第１正極端子３１１と電気的に接続される。第１モジュール負極端子１２１は、第１負極端子３２１と電気的に接続される。
【００３７】
また、パワーボード３００を挟んで、パワー半導体モジュール１００と対向する位置には、第２の電気回路体である制御基板６００が配置される。制御基板６００は、パワー半導体モジュール１００の信号端子と接続され、当該パワー半導体モジュール１００の動作を制御する。
【００３８】
図６は、正極導体板３１０と、負極導体板３２０と、コンデンサモジュール２００との接続部の断面形状を示した図である。上述のように、正極導体板３１０と負極導体板３２０は積層されており、パワーボード３００を構成している。パワーボード３００には、パワー半導体モジュール１００との接続部と同様に、パワーボード３００とコンデンサモジュール２００との接続部に、貫通孔３７１と貫通孔３７２とから成る貫通孔３７０が設けられている。
【００３９】
コンデンサ正極端子３６１は、正極導体板３１０に形成される。コンデンサ正極端子３６１は、貫通孔３７２を経由し、第１表面３４１から突出して形成される。また、負極導体板３２０に形成されるコンデンサ負極端子３６２も、第１表面３４１から突出して形成される。
【００４０】
また、正極導体板３１０は、当該正極導体板３１０の端部にコンデンサ正極端子３６３を形成する。コンデンサ正極端子３６３は、負極導体板３２０の端部を跨いで第１表面３４１から突出して形成される。負極導体板３２０は、当該負極導体板３２０の端部にコンデンサ負極端子３６４を形成する。コンデンサ負極端子３６４は、第１表面３４１から突出して形成される。
【００４１】
コンデンサモジュール２００は、第１コンデンサ２１０と、第２コンデンサ２２０と、を有する。第１コンデンサ２１０は、一方の面に形成される第１コンデンサ正極端子２１１と、前記一方の面と対向する他方の面に形成される第１コンデンサ負極端子２１２とを有する。第２コンデンサ２２０は、一方の面に形成される第２コンデンサ正極端子２２１と、前記一方の面と対向する他方の面に形成される第２コンデンサ負極端子２２２とを有する。
【００４２】
第１コンデンサ２１０は、第１コンデンサ正極端子２１１が第２コンデンサ負極端子２２２と対向するように、配置される。なお、図６においては、コンデンサモジュール２００として、コンデンサが２個の場合で図示したが、図４のように、３個以上を配置しても構わない。
【００４３】
第１コンデンサ２１０の第１コンデンサ正極端子２１１は、正極導体板３１０のコンデンサ正極端子３６１と電気的に接続される。第１コンデンサ２１０の第１コンデンサ負極端子２１２は、負極導体板３２０のコンデンサ負極端子３６４と電気的に接続される。
【００４４】
第２コンデンサ２２０の第２コンデンサ正極端子２２１は、正極導体板３１０のコンデンサ正極端子３６３と電気的に接続される。第２コンデンサ２２０の第２コンデンサ負極端子２２２は、負極導体板３２０のコンデンサ負極端子３６２と電気的に接続される。
【００４５】
図７は、パワーボード３００とパワー半導体モジュール１００との接続部を示しており、パワーボード上に流れる第１正極電流４１１と第１負極電流４１２の流れを示した図である。図７を用いて本実施例の作用効果を説明する。
【００４６】
第１正極電流４１１は、正極導体板３１０上の電流を模式的に示している。第１正極電流４１１は、第１正極端子３１１を通ってパワー半導体モジュール１００の第１モジュール正極端子１１１に流入する。
【００４７】
第１負極電流４１２は、負極導体板３２０上の電流を模式的に示している。第１負極電流４１２は、第１負極端子３２１を通ってパワー半導体モジュール１００の第１モジュール負極端子１２１から流出する。
【００４８】
正極導体板３１０と負極導体板３２０とは、積層されたパワーボード３００を形成しており、第１正極電流４１１と第１負極電流４１２が互いに逆向きに流れる領域４１３を有する。そのため、それぞれの電流に起因するインダクタンスを打ち消し合い、パワーボード上の寄生インダクタンスを低減される。
【００４９】
第１正極端子３１１と第１負極端子３２１の周辺部では、正極導体板３１０と負極導体板３２０とを積層構造にできないため、インダクタンスが増加する。しかし本実施例では、貫通孔３３０を通って第１正極端子３１１が構成されるため、貫通孔３００を迂回する電流経路長を小さくすることができ、迂回によるインダクタンス増加を抑制できる。さらに、迂回する電流経路長を小さくすることができるため、電気抵抗による損失も抑制できる。
【００５０】
上記の作用効果は、パワーボード３００とパワー半導体モジュール１００との接続部についてのみに働くものではなく、パワーボード３００とコンデンサモジュール２００との接続部についても働く。すなわち、パワーボード３００とコンデンサモジュール３００との接続部である貫通孔３７０を通ってコンデンサ正極端子３６１が構成されるため、貫通孔３７０を迂回する電流経路長を小さくすることができ、迂回によるインダクタンス増加を抑制できる。さらに、迂回する電流経路長を小さくすることができるため、電気抵抗による損失も抑制できる。
【００５１】
以上のように、パワーボードを構成する正極導体板と負極導体板のいずれか一方を、パワーボードに形成された貫通孔を通ってパワーボードの一方の面から突出して形成させることで、正極導体板と負極導体板とを流れる電流による寄生インダクタンスを低減することができる。また、パワーボードの正極端子と負極端子とを対向して配置することで、それぞれの端子を流れる電流も互いに逆向きに流れ、寄生インダクタンスを低減することができる。また、電流の迂回経路を短くすることができるため、損失も低減することができる。
【００５２】
また、パワーボードの正極端子と負極端子を、パワー半導体モジュールの配置側へ突出させることで、パワーボード端子とパワー半導体モジュール端子の接続部が、これらの部品の内側に位置することになる。これによりパワーボード上面は平坦に形成され、パワーボード上部空間が広く利用することができる。
【００５３】
また、パワー半導体モジュールのモジュール正極端子及びモジュール負極端子は互いに対向して配置されるため、モジュール正極端子を流れる電流と、モジュール負極端子を流れる電流とは、互いに逆向きに流れる。したがって、相互インダクタンスの打ち消し効果により、インダクタンスの増加を抑制できる。
【００５４】
また、コンデンサモジュールとして、第１コンデンサと第２コンデンサを用いることにより、正極端子と負極端子の間隔距離が大きい電気回路体であるコンデンサにおいても、パワーボードの正極端子と負極端子を近づけて対向させることができる。したがって、相互インダクタンスの打ち消し効果により、インダクタンスの増加を抑制できる。
【００５５】
さらに本実施例においては、第１コンデンサの正極端子と、第２コンデンサの負極端子も、対向して配置されるため、パワーボードの端子に係るインダクタンスだけでなく、コンデンサの端子に係るインダクタンスも、電流の打ち消し効果により増加を抑制できる。
【実施例２】
【００５６】
本実施例では、インダクタンスの低減と損失の低減だけでなく、パワーボードとパワー半導体モジュールの電気的接続を容易に行える電力変換装置の例を説明する。
【００５７】
本実施例の電力変換装置の構成を、図８と図９を用いて説明する。ただし、実施例１で既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００５８】
図８は、本実施例の電力変換装置の構成図の例である。また図９は、パワーボード３００とパワー半導体モジュール１００との接続部の断面形状を示した図である。パワーボード３００は、パワーボード３００とパワー半導体モジュール１００との接続部に、貫通孔３３０が設けられている。また、パワーボード３００には、第１正極端子３１１と第１負極端子３２１とが形成される。
【００５９】
本実施例では、第１正極端子３１１は、パワー半導体モジュール１００が配置される第１表面３４１とは反対側の第２表面３４２に突出する。第１負極端子３２１は、貫通孔３３１を通り、第２表面３４２に突出する。
【００６０】
パワー半導体モジュール１００の第１モジュール正極端子１１１及び第１モジュール負極端子１２１は、パワーボードに形成された貫通孔３３０を貫通して配置される。すなわち、第１モジュール正極端子１１１及び第１モジュール負極端子１２１は、第２表面３４２に突出して配置される。そして、第１モジュール正極端子１１１は、第１正極端子３１１と電気的に接続される。第２モジュール負極端子１２１は、第１負極端子３２１と電気的に接続される。
【００６１】
次に本実施例の作用効果を説明する。実施例１におけるパワーボード上の電流の流れを図７に示したが、本実施例におけるパワーボード３００上の電流の流れ方は実施例１と同様である。つまり、パワーボード上を迂回する電流の経路長を小さくすることができ、迂回によるインダクタンスの増加を抑制できる。さらに電気抵抗を小さくすることができ、損失の増大も抑制できる。
【００６２】
図９はパワーボード３００とパワー半導体モジュール１００との接続部の断面形状を示した図である。本実施例における、パワーボード３００とパワー半導体モジュール１００との接続端子である、第１モジュール正極端子１１１、第１モジュール負極端子１２１、第１正極端子３１１、第１負極端子３２１に流れる電流を、電流４３１〜４３４で示す。電流４３１は、第１正極端子３１１に流れる正極電流を示す。電流４３２は、第１モジュール正極端子１１１に流れる正極電流を示す。電流４３３は、第１負極端子３２１に流れる負極電流を示す。電流４３４は、第１モジュール負極端子１２１に流れる負極電流を示す。
【００６３】
電流４３１と電流４３２は同強度で逆向きであるため、電流４３１と電流４３２との間の相互インダクタンスによる打ち消し効果により、端子１１１、１３１のインダクタンスの増加を抑制できる。同様に、負極電流４３３と４３４は同強度で逆向きであるため打ち消し効果により、端子１２１、３２１のインダクタンスの増加を抑制できる。
【００６４】
また、パワー半導体モジュール１００の第１モジュール正極端子１１１及び第１モジュール負極端子１２１は互いに対向して配置されるため、第１モジュール正極端子１１１を流れる電流４３２と、第１モジュール負極端子１２１を流れる電流４３３とは、互いに逆向きに流れる。したがって、相互インダクタンスの打ち消し効果により、インダクタンスの増加を抑制できる。
【００６５】
以上のように、本実施例によると、パワーボードを構成する正極導体板と負極導体板のいずれか一方を、パワーボードに形成された貫通孔を通ってパワーボードの一方の面から突出して形成させることで、正極導体板と負極導体板とを流れる電流による寄生インダクタンスを低減することができる。また、パワーボードの正極端子と負極端子とを対向して配置することで、それぞれの端子を流れる電流も互いに逆向きに流れ、寄生インダクタンスを低減することができる。また、電流の迂回経路を短くすることができるため、損失も低減することができる。
【００６６】
さらに本実施例では、パワーボード３００とパワー半導体モジュール１００の接続端子１１１、１２１、３１１、３１２が、パワー半導体モジュール１００とは反対側のパワーボード第２表面３４２に突出するため、これら端子の電気的接続が容易にできる。これらの接続端子を接続する方法としては、例えば、溶接、固定部材による挟持などがある。
【実施例３】
【００６７】
本実施例では、インダクタンスを更に低減できる電力変換装置の例を説明する。ただし、実施例１又は２で既に説明した構成と同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００６８】
本実施例の電力変換装置の構成を、図１０と図１１を用いて説明する。図１０は、本実施例の電力変換装置のパワーボード３００とパワー半導体モジュール１００との接続を示した構成図の例である。
【００６９】
パワーボード３００は、パワーボード３００とパワー半導体モジュール１００との接続部に、貫通孔３３０が設けられている。パワーボード３００を構成する正極導体板３１０は、当該正極導体板３１０と電気的に接続された第１正極端子３１１と第２正極端子３１２とを有する。また、負極導体板３２０は、当該負極導体板３２０と電気的に接続された第１負極端子３２１と第２負極端子３２２とを有する。
【００７０】
第１正極端子３１１、第２正極端子３１２、第１負極端子３２１、第２負極端子３２２は、すべてパワー半導体モジュール１００が配置される第１表面３４１とは反対側の第２表面３４２に突出する。そして、第１負極端子３２１及び第２負極端子３２２は、貫通孔３３０を通って第２表面３４２に突出する。
【００７１】
第１正極端子３１１と第１負極端子３２１は、貫通孔３３０を挟んで対向して設置される。第２正極端子３１２は、第１負極端子３２１の側部に配置される。第２負極端子３２２は、第１正極端子３１１の側部に配置される。つまり、第２正極端子３１２と第２負極端子３２２も、貫通孔３３０を挟んで対向して設置される。
【００７２】
本実施例のパワー半導体モジュール１００は、第１モジュール正極端子１１１と、第１モジュール負極端子１２１と、第２モジュール正極端子１１２と、第２モジュール負極端子１２２と、を有する。第１モジュール正極端子１１１と第２モジュール正極端子１１２は、電気的に接続されている。第１モジュール負極端子１２１と第２モジュール負極端子１２２は、電気的に接続されている。
【００７３】
第１モジュール正極端子１１１と、第１モジュール負極端子１２１と、第２モジュール正極端子１１２と、第２モジュール負極端子１２２は、実施例２における第１モジュール正極端子１１１及び第１モジュール負極端子１２１と同様に、パワー半導体モジュール１００の本体部からパワーボード３００の配置側へ向かって突出し、貫通孔３３０を貫通する。第１モジュール正極端子１１１は、第１正極端子３１１と電気的に接続される。第１モジュール負極端子１２１は、第１負極端子３２１と電気的に接続される。第２モジュール正極端子１１２は、第２正極端子３１２と電気的に接続される。第２モジュール負極端子１２２は、第２負極端子３２２と電気的に接続される。
【００７４】
図１１は本実施例のパワー半導体モジュール１００の電気回路図の例である。パワー半導体モジュール１００は、上アームのＩＧＢＴ１６１とダイオード１６２と、下アームのＩＧＢＴ１６３とダイオード１６４とで構成される。上アームのＩＧＢＴ１６１は制御端子１７１に印加される制御信号によりオン状態とオフ状態とが切り換えられる。また下アームのＩＧＢＴ１６３は制御端子１７２に印加される制御信号によりオン状態とオフ状態とが切り換えられる。
【００７５】
上アームのＩＧＢＴ１６１のコレクタは、正極導体板３１０と電気的に接続するための第１モジュール正極端子１１１と第２正極モジュール端子１１２とが設けられている。下アームのＩＧＢＴ１６３のエミッタは、負極導体板３２０と電気的に接続するための第１モジュール負極端子１２１と第２モジュール負極端子１２２とが設けられている。また上アームＩＧＢＴ１６１のエミッタと下アームＩＧＢＴ１６３のコレクタとの間は、モジュール交流端子１５０が設けられている。
【００７６】
次に本実施例の作用効果を説明する。本実施例の効果は、実施例２で説明した効果に加え、以下に示すインダクタンス低減効果がある。
【００７７】
図１０には、パワーボード３００上の電流の流れを、第１正極電流４１１、第１負極電流４１２、第２正極電流４２１、第２負極電流４２２、として模式的に表現している。
正極導体板３１０と負極導体板３２０は、積層されたパワーボード３００を形成している。したがって、正極導体板３１０上を流れる第１正極電流４１１と第２正極電流４２１と、
負極導体板３２０上を流れる第１負極電流４１２と第２負極電流４２２とは、領域４１４において互いに逆向きに流れる。ゆえに、パワーボード上の寄生インダクタンスを低減することができる。
【００７８】
さらに、領域４２３においても、第１正極端子３１１と第２負極端子３２２とが隣接して配設されるため、第１正極端子３１１に流れ込む第１正極電流４１１と、第２負極端子３２２から流れ出す第２負極電流４２２とが、互いに逆向きに流れるためインダクタンスを低減できる。
【００７９】
同様に、領域４２４においても、第２正極端子３１２と第１負極端子３２１とが隣接して配置されるため、第２正極端子３２２に流れ込む第２正極電流４２１と、第１負極端子４２１から流れ出す第１負極電流４１２とが、互いに逆向きに流れるため、インダクタンスを低減できる。
【００８０】
以上のように、第１正極端子３１１と、第２正極端子３１２と、第１負極端子３２１と、第２負極端子３２２とを、貫通孔３３０に貫通させてパワーボードの一方の面から突出して形成させることで、正極導体板と負極導体板とを流れる電流による寄生インダクタンスを低減することができる。また、パワーボードの正極端子と負極端子とを対向して配置することで、それぞれの端子を流れる電流も互いに逆向きに流れ、寄生インダクタンスを低減することができる。また、電流の迂回経路を短くすることができるため、損失も低減することができる。
【００８１】
さらに、正極端子と負極端子とを隣り合って配置させることによって、インダクタンス打ち消し効果を更に高めることができる。
【００８２】
なお本実施例では、正極端子と負極端子が２対で構成される場合について説明したが、２対以上の正極端子と負極端子から構成される電力変換装置でも良い。また、本実施例では、パワーボード３００の正極端子３１１、３１２と負極端子３２１、３２２とが、パワー半導体モジュール１００が配置される側とは反対側の第２表面３４２に突出して形成される例を説明したが、これら端子３１１、３１２、３２１、３２２が、パワー半導体モジュール１００と向かい合う側のパワーボード第１表面３４１に突出して形成される電力変換装置でも良い。
【００８３】
続いて、上記の実施例３の電力変換装置に用いられるパワー半導体モジュール１００の構成例について説明する。
【００８４】
図１２は、本実施例の電力変換装置に用いられるパワー半導体モジュール１００の構成図の例である。図１１に示したように、パワー半導体モジュール１００は、上アームのＩＧＢＴ１６１とダイオード１６２と、下アームのＩＧＢＴ１６３とダイオード１６４とで構成される。
【００８５】
本実施例のパワー半導体モジュール１００は、内部のＩＧＢＴやダイオードを保護するために、樹脂でモールドされている。パワー半導体モジュール１００のモールド端子面１９０には、パワーボード３００の端子と接続するための、第１モジュール正極端子１１１と、第２モジュール正極端子１１２と、第１モジュール負極端子１２１と、第２モジュール負極端子１２２と、が設置されている。これらのモジュール端子は、インダクタンスを低減するために、正極端子と負極端子が交互に設置されている。本実施例においては、第１負極端子１２１、第１正極端子１１１、第２負極端子１２２、第２正極端子１１２、という順に設置されている。
【００８６】
また、これらの端子（第１負極端子１２１、第１正極端子１１１、第２負極端子１２２、第２正極端子１１２）は、それぞれの主面が一つの仮想面上と重なるように配置されている。
【００８７】
これらの端子には、パワーボード３００の端子と接続するための中間端子が接続されている。第１正極端子１１１は、パワーボード３００の第１正極端子３１１と接続するための第１中間正極端子１３１が電気的に接続される。第１負極端子１２１は、パワーボード３００の第１負極端子３２１と接続するための第１中間負極端子１４１が電気的に接続される。第２正極端子１１２は、パワーボード３００の第２正極端子３１２と接続するための第２中間正極端子１３２が電気的に接続される。第２負極端子１２２は、パワーボード３００の第２負極端子３２２と接続するための第２中間負極端子１３２が電気的に接続される。
【００８８】
第１中間正極端子１３１は、第１正極端子１１１と接続される一部が屈曲し、第１正極端子１１１の主面と重なる仮想面とは異なる仮想面上に、当該第１中間正極端子１３１の主面が重なるように、形成される。第１中間正極端子１３１の主面とは、パワーボード３００の第１正極端子３１１と接続される部分である。第２中間負極端子１４２も同様に屈曲し、当該第２中間負極端子１４２の主面と第１中間正極端子１３１の主面とが一つの仮想面上と重なるように形成される。
【００８９】
そして、第１中間正極端子１３１及び第２中間正極端子１３２は、第１中間正極端子１３１の端子幅と第２中間正極端子１３２の端子幅の和が、第１正極端子１１１の端子幅と第２正極端子１１２の端子幅の和よりも大きくなるように形成される。また、第１中間負極端子１４１及び第２中間負極端子１４２は、第１中間負極端子１４１の端子幅と第２中間負極端子１４２の端子幅の和が、第１負極端子１２１の端子幅と第２負極端子１２２の端子幅の和よりも大きくなるように形成される。
【００９０】
本実施例の電力変換装置に用いられるパワー半導体モジュール１００は、モールド端子面１９０に設置された第１モジュール正極端子１１１と、第２モジュール正極端子１１２と、第１モジュール負極端子１２１と、第２モジュール負極端子１２２と、のそれぞれの主面が一つの仮想面上と重なるように形成されている。そのため、パワー半導体モジュール１００のモールド工程において、端子部分のモールド治具の形状を簡単化できるため、モールド工程を容易化できる。
【００９１】
また、モールド端子面１９０に設置された端子（第１モジュール正極端子１１１、第２モジュール正極端子１１２、第１モジュール負極端子１２１、第２モジュール負極端子１２２）は、正極端子（１１１、１１２）と負極端子（１２１、１２２）とが交互に配置されており、これによりインダクタンスを低減できる。
【００９２】
また、パワー半導体モジュール１００のモールド端子面１９０に設置される端子（第１モジュール正極端子１１１、第２モジュール正極端子１１２、第１モジュール負極端子１２１、第２モジュール負極端子１２２）の端子幅は、端子部分の電気抵抗による損失を低減するために、広くすることが望まれる。しかし端子幅を広くすると、それに伴いパワー半導体モジュール１００のモールド端子面１９０の幅が広くなり、結果としてパワー半導体モジュールが大きくなるため、端子幅を広げることは限界がある。本実施例のパワー半導体モジュールによれば、パワー半導体モジュールの端子の端子幅より広い幅を持つ中間端子を接続することで、パワー半導体モジュールを大きくしなくても、接続端子部分の損失を低減できる。
【００９３】
図１２では、２対の中間端子を設置したパワー半導体モジュールの構成を例として説明した。ここでさらに、図１２のパワー半導体モジュールの変形例として図１３のパワー半導体モジュールを示す。
【００９４】
図１３は、第１中間正極端子１３１と第１中間負極端子１４１を有するパワー半導体モジュール１００の構成例である。図１３に示すパワー半導体モジュール１００は、図１２とは異なり、中間端子として１対のみを有する。本パワー半導体モジュールは、実施例１又は実施例２の電力変換装置に用いることができる。
【００９５】
第１中間正極端子１３１は、パワー半導体モジュール１００のモールド端子面１９０に設置された第１モジュール正極端子１１１と第２モジュール正極端子１１２とに、電気的に接続される。第１中間負極端子１４１は、モールド端子面１９０に設置された第１モジュール負極端子１２１と第２モジュール負極端子１２２とに電気的に接続される。
【００９６】
第１中間正極端子１３１は、当該第１中間正極端子１３１の端子幅が、第１モジュール正極端子１１１の端子幅と第２モジュール正極端子１１２の端子幅の和よりも広くなるように形成される。第１中間負極端子１４１は、当該第１中間負極端子１４１の端子幅が、第１モジュール負極端子１２１の端子幅と第２モジュール負極端子１２２の端子幅の和よりも広くなるように形成される。
【００９７】
図１３に示すパワー半導体モジュールの作用効果については、図１２に示すパワー半導体モジュールと同様に、端子部分の電気抵抗による損失を低減することである。
【００９８】
上記のパワー半導体モジュールのより詳細な実施形態の一例について図１４を用いて説明する。なお、図１２に示すパワー半導体モジュール１００と、図１３に示すパワー半導体モジュール１００とは、構造的に中間端子部の構造が異なるのみであり、パワー半導体モジュールの内部構造については同一の構成であるため、ここでは代表して図１２のパワー半導体モジュールについての実施形態を図１４を用いて説明する。
【００９９】
図１４は、図１２に示すパワー半導体モジュール１００の詳細な実施形態の一例について説明するための図である。
【０１００】
図１４（ａ）は、パワー半導体モジュール１００の外観斜視図である。パワー半導体モジュール１００は、端子を出力する開口部以外は全閉な構造となっているケース１０３を有する。ケース１０３は、側壁及び底面を形成する枠体１０４と、パワー半導体素子を冷却する放熱フィン１０５と、フランジ部１０６と、により構成される。
【０１０１】
放熱フィン１０５は、ケース１０３の側壁及び底面と直交する最も広い長手の面に形成される。放熱フィン１０５は、対向する反対の面にも同様の形状で形成されている。
【０１０２】
フランジ部１０６は、パワー半導体モジュール１００を電力変換装置に組み付ける際の位置決めの役割を果たす。本実施例のパワー半導体モジュール１００は、放熱フィン１０５が形成される放熱部が直接冷媒と接する形式の電力変換装置を想定しており、前記フランジ部１０６は、冷媒と接する放熱部と、端子部との間の気密性を確保する役割も果たす。フランジ部１０６に設けられた溝部１０６Ａには、例えばＯリングのような気密性を確保する部材が配置される。なお、ここでは前記のような直冷方式の電力変換装置について例示し説明したが、本実施形態のパワー半導体モジュールは、特にこれらの用途に限定されるわけではなく、他の方式の電力変換装置に利用しても良い。
【０１０３】
絶縁モールド端子１９３は、第１中間正極端子１３１と、第１中間負極端子１４１と、第２中間正極端子１３２と、第２中間負極端子１４２と、中間交流端子１５１と、中間制御端子１７３、１７４と、モールド部材１９４と、により構成される。中間交流端子１５１は、パワー半導体モジュール１００のモジュール交流端子１５０（図１参照）と、電力変換装置の交流出力端子とを接続する部材である。中間制御端子１７３は、パワー半導体モジュール１００の制御端子１７１（図１１参照）と、電力変換装置内に設置される制御回路部とを接続する。中間制御端子１７４は、パワー半導体モジュール１００の制御端子１７２（図１１参照）と、電力変換装置内に設置される制御回路部とを接続する。
【０１０４】
モールド部材１９４には、これらの中間端子（第１中間正極端子１３１、第１中間負極端子１４１、第２中間正極端子１３２、第２中間負極端子１４２、中間交流端子１５１、中間制御端子１７３、１７４）を貫通させるための複数の貫通孔が形成される。当該モールド部材１９４により、これらの中間端子は互いに電気的に絶縁される。
【０１０５】
また、別体の絶縁板材を各端子間に組み付けて絶縁を確保する構成としても良い。
【０１０６】
図１４（ｂ）は、パワー半導体モジュール１００のケース１０３にモジュール封止体１９１を組み立てる工程を示す分解斜視図である。パワー半導体素子（上アームのＩＧＢＴ１６１とダイオード１６２、下アームのＩＧＢＴ１６３とダイオード１６４）を封止して内蔵するモジュール封止体１９１は、前記ケース１０３の挿入口１０７に挿入される。その際、絶縁部材１０８が、モジュール封止体１９１のそれぞれの面と対向して配置される。
【０１０７】
図１４（ｃ）は、パワー半導体モジュール１００の上下アームの直列回路を構成する回路部品の分解斜視図である。図１４（ｃ）においては、モジュール封止体１９１の封止材は図示していない。
【０１０８】
上アーム回路を構成するＩＧＢＴ１６１は、当該ＩＧＢＴ１６１のコレクタ電極が導体板１８１に接合されるように配置される。上アーム回路を構成するダイオード１６２は、当該ダイオード１６４のカソード電極が導体板１８１に接合されるように配置される。電極板１８２は、ＩＧＢＴ１６１及びダイオード１６２を挟んで、電極板１８１と対向して配置される。電極板１８１は、ＩＧＢＴ１６１のエミッタ電極と、ダイオード１６２のアノード電極と接合される。上アーム回路のパワー半導体素子（ＩＧＢＴ１６１、ダイオード１６２）は、電極板１８１と電極板１８２に平行に挟まれるようにして、並列に接続される。
【０１０９】
下アーム回路を構成するＩＧＢＴ１６３は、当該ＩＧＢＴ１６３のコレクタ電極が導体板１８４に接合されるように配置される。下アーム回路を構成するダイオード１６４は、当該ダイオード１６４のカソード電極が導体板１８４に接合されるように配置される。電極板１８５は、ＩＧＢＴ１６３及びダイオード１６４を挟んで、電極板１８４と対向して配置される。電極板１８５は、ＩＧＢＴ１６３のエミッタ電極と、ダイオード１６４のアノード電極と接合される。下アーム回路のパワー半導体素子（ＩＧＢＴ１６３、ダイオード１６４）は、電極板１８４と電極板１８５に平行に挟まれるようにして、並列に接続される。
【０１１０】
導体板１８２と導体板１８４は、導体板１８２に形成された中間電極１８３Ａと、導体板１８４に形成された中間電極１８３Ｂとが金属接合されることにより、接続される。すなわち、上アーム回路のパワー半導体素子（ＩＧＢＴ１６１、ダイオード１６２）と下アーム回路のパワー半導体素子（ＩＧＢＴ１６３、ダイオード１６４）は、直列に接続される回路を構成する。
【０１１１】
また、信号端子１７１、１７２は、不図示のボンディングワイヤなどによりＩＧＢＴのゲート電極等と接続される。
【０１１２】
導体板１８２と導体板１８５は、同一平面上に配置される。また、図１４（ｂ）に示すように、これらの導体板１８２、１８５は、ＩＧＢＴとダイオードが接合される面とは反対側の面がモジュール封止体１９１の封止材から露出するように配置される。
【０１１３】
導体板１８１と導体板１８４は、同一平面上に配置される。また、図１４（ｂ）に図示されないが、これらの導体板１８１、１８４は、ＩＧＢＴとダイオードが接合される面とは反対側の面がモジュール封止体１９１の封止材から露出するように配置される。
【０１１４】
上記の導体板１８２、１８３、１８４、１８５の露出面は、ケース１０３の放熱フィン１０５と対向して配置される。
【０１１５】
また、モジュール封止体１９１のモジュール端子面１９０からは、第１モジュール正極端子１１１、第１モジュール負極端子１２１、第２モジュール正極端子１１２、第２モジュール負極端子１２２が突出して配置される。前述のように、これらの端子は、それぞれの主面が一つの仮想面上と重なるように配置される。また、インダクタンスを低減するために、正極端子と負極端子が交互に設置されている。
【０１１６】
本実施例のパワー半導体モジュール１００においては、ケース１０３は、電気伝導性を有する部材、例えばＣｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃなどの複合材などから形成されている。また、ケース１０３は、溶接など防水性の高い接合法で、あるいは鍛造、鋳造法などにより成形されている。
【０１１７】
モジュール封止体１９１の封止材としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができ、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を導体部３１５，３２０，３１８，３１９に近づける。これにより、部材間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワー半導体モジュールの寿命をのばすことが可能となる。また、モールド部材１９４の成型材には、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）といった高耐熱な熱可塑性樹脂が適している。
【０１１８】
導体板とパワー半導体素子との接合などに用いる金属接合剤は、例えばＳｎ合金系の軟ろう材（はんだ）やＡｌ合金・Ｃｕ合金等の硬ろう材や金属のナノ粒子・マイクロ粒子を用いた金属焼結材を用いることができる。
【０１１９】
また、図１４のパワー半導体モジュールと接続されるパワーボードの実施形態の一例について図１５を用いて説明する。
【０１２０】
図１５（ａ）は、パワーボード３００の外観斜視図である。パワーボード３００は、積層された正極導体板３１０（不図示）と負極導体板３２０（不図示）とを被覆する絶縁被覆材３０２を備える。絶縁被覆材３０２は、正極導体板３１０と負極導体板３２０を互いに電気的に絶縁する。
【０１２１】
また、本実施例のパワーボード３００は、交流導体板３５０（不図示）も、正極導体板３１０及び負極導体板３２０と同様に、絶縁被覆材３０２に被覆される。交流導体板３５０は、パワー半導体モジュール１００のモジュール交流端子１５０と接続される導体板である。
【０１２２】
パワーボード３００には、貫通孔３３０が形成される。貫通孔３３０の外縁部には、図１０で説明したように、パワーボード３００とパワー半導体モジュール１００の端子とを接続する、第１正極端子３１１、第１負極端子３２１、第２正極端子３１２、第２負極端子３２２が形成される。第１負極端子３２１及び第２負極端子３２２は、貫通孔３３０を通って、パワーボード３００の第２表面３４２に突出して形成される。
【０１２３】
第２負極端子３２２の側部には、交流端子３５１が形成される。交流端子３５１は、交流導体板３５０とパワー半導体モジュール１００のモジュール交流端子１５０とを電気的に接続する。なお、本実施例では、交流端子３５１を、第１正極端子３１１、第１負極端子３２１、第２正極端子３１２、第２負極端子３２２と同様に貫通孔３３０内に形成しているが、貫通孔３３０とは別に交流端子３５１を形成する貫通孔を形成する構成としても良い。
【０１２４】
また、パワーボード３００には、制御端子１７３を貫通させるための貫通孔３３５が形成される。制御端子１７４は、貫通孔３３０を貫通する構成となっている。しかしながら、制御端子１７４を貫通させるための貫通孔を別途形成する構成としても良い。
【０１２５】
コンデンサ端子３６０も、パワーボード３００の正極端子、負極端子と同様に、パワーボード３００の正極導体板３１０及び負極導体板３２０に形成される。
【０１２６】
正極導体板３１０は、パワーボード３００の絶縁被覆部材３０２から露出して形成される直流入出力正極端子３１９を有する。また、負極導体板３２０は、パワーボード３００の絶縁被覆部材３０２から露出して形成される直流入出力負極端子３２９を有する。交流導体板３５０は、パワーボード３００の絶縁被覆部材３０２から露出して形成される交流入出力端子３５２を有する。
【０１２７】
図１５（ｂ）は、パワーボード３００の上面図である。図１５（ｂ）には、パワーボード３００の絶縁被覆部材３０２に覆われる正極導体板３１０と負極導体板３２０のうち、正極導体板３１０を点線で図示している。また、交流導体板３５０も同様に図示している。
【０１２８】
正極導体板３１０は、直流入出力正極端子３１９と、コンデンサ端子３６０と、第１正極端子３１１と、第２正極端子３１２と、を有する。また、正極導体板３１０は、貫通孔３３０と、貫通孔３３５とを形成する。
【０１２９】
正極導体板３１０と負極導体板３２０を、絶縁被覆材３０２を介して対向して積層配置することで、インバータ主回路の配線インダクタンスを低減することができる。
【０１３０】
絶縁被覆材３０２は、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができ、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を導体部３１５，３２０，３１８，３１９に近づけた材料を用いることができる。他には、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）といった高耐熱な熱可塑性樹脂でも良い。また、ガラスクロスを含浸したガラスエポキシ等のプリント基板材料でも良い。絶縁被覆部材とバスバーは、接着材で接着されていても良い。また、導体板は、例えば、Ｃｕ合金やＡｌ合金といった熱伝導率が高く、電気抵抗が低い材料が適しており、絶縁被覆部材との接着強度を向上するために、表面に酸化処理や粗化処理が施されていても良い。
【０１３１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 
【符号の説明】
【０１３２】
１００    パワー半導体モジュール
１０２    封止体
１０３    ケース
１０４    枠体
１０５    放熱フィン
１０６    フランジ
１０６Ａ  溝部
１０７    挿入口
１０８    絶縁部材
１１１    第１モジュール正極端子
１１２    第２モジュール正極端子
１１４    正極接続端子の寄生インダクタンス
１１５    正極接続端子と負極接続端子との間の相互インダクタンス
１２１    第１モジュール負極端子
１２２    第２モジュール負極端子
１２４    負極接続端子の寄生インダクタンス
１３１    第１中間正極端子
１３２    第２中間正極端子
１４１    第１中間負極端子
１４２    第２中間負極端子
１５０    モジュール交流端子
１５１    中間交流端子
１６１    上アームのＩＧＢＴ
１６２    上アームのダイオード
１６３    下アームのＩＧＢＴ
１６４    下アームのダイオード
１７１    上アームの制御端子
１７２    下アームの制御端子
１７３    上アームの中間制御端子
１７４    下アームの中間制御端子
１８１    導体板
１８２    導体板
１８３Ａ  中間電極
１８３Ｂ  中間電極
１８４    導体板
１８５    導体板
１９０    モールド端子面
１９１    モジュール封止体
１９３    絶縁モールド端子
１９４    モールド部材
２００    コンデンサモジュール
２０１    コンデンサ正極端子
２０２    コンデンサ負極端子
２１０    第１コンデンサ
２１１    第１コンデンサ正極端子
２１２    第１コンデンサ負極端子
２２０    第２コンデンサ
２２１    第２コンデンサ正極端子
２２２    第２コンデンサ負極端子
３００    パワーボード
３０２    絶縁被覆部材
３１０    正極導体板
３１１    第１正極端子
３１４    正極導体板の寄生インダクタンス
３１５    正極導体板と負極導体板との間の相互インダクタンス
３１２    第２正極端子
３１９    直流入出力正極端子
３２０    負極導体板
３２１    第１負極端子
３２２    第２負極端子
３２４    負極導体板の寄生インダクタンス
３２９    直流入出力負極端子
３３０    貫通孔
３３１    貫通孔
３３２    貫通孔
３３５    貫通孔
３４１    第１表面
３４２    第２表面
３５０    交流導体板
３５１    交流端子
３５２    交流入出力端子
３６１    コンデンサ正極端子
３６２    コンデンサ負極端子
３６３    コンデンサ正極端子
３６４    コンデンサ負極端子
３７０    貫通孔
３７１    貫通孔
３７２    貫通孔
４１１    第１正極電流
４１２    第１負極電流
４２１    第２正極電流
４２２    第２負極電流
５００    電力変換装置
６００    制御基板
【図１】
2014171342.tif 000003
【図２】
2014171342.tif 000004
【図３】
2014171342.tif 000005
【図４】
2014171342.tif 000006
【図５】
2014171342.tif 000007
【図６】
2014171342.tif 000008
【図７】
2014171342.tif 000009
【図８】
2014171342.tif 000010
【図９】
2014171342.tif 000011
【図１０】
2014171342.tif 000012
【図１１】
2014171342.tif 000013
【図１２】
2014171342.tif 000014
【図１３】
2014171342.tif 000015
【図１４（ａ）】
2014171342.tif 000016
【図１４（ｂ）】
2014171342.tif 000017
【図１４（ｃ）】
2014171342.tif 000018
【図１５（ａ）】
2014171342.tif 000019
【図１５（ｂ）】
2014171342.tif 000020