(57)【要約】【課題】複数の半導体装置や回路を一括して絶縁する。【解決手段】半導体装置５とバスバー１とで構成されたインバータ装置等の構造体に対して、上下両面から絶縁フィルム９でラミネート処理する。電力変換装置が絶縁フィルム９によって挟み込まれた状態となるので、電力変換装置の両面からの冷却が可能となる。特に、絶縁フィルム９で挟み込まれた範囲は、液体に直接浸漬することが可能となるなど、冷却構造の自由度が大幅に増大する。即ち、ハイブリッド自動車のモータ駆動等に適し、且つ多くの半導体装置や回路を一括して絶縁することが可能な電力変換装置を提供することができる。【選択図】図１
2006262664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の主電極面を、外部に接続するための金属板を用いて電気接続する電力変換装置において、
前記半導体装置及び前記金属板と、
前記金属板の一部を装置外部に露出させるように前記半導体装置及び前記金属板を挟み込むフィルム状の絶縁体と
を備える電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記絶縁体に、前記半導体装置の制御端子に接続されて外部に接続するための外部接続配線が内蔵されたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記金属板同士の間を電気的に絶縁する内部絶縁部材をさらに備え、
前記内部絶縁部材が、前記半導体装置及び前記金属板とともに前記絶縁体に挟み込まれて形成される電力変換装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置であって、
前記金属板を支持する電気絶縁性の構造部材をさらに備え、
前記構造部材が、前記半導体装置及び前記金属板とともに前記絶縁体に挟み込まれて形成される電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記構造部材が、前記絶縁体の周縁部を除くほぼ全域に亘って凹凸のない平坦な構造とされた電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばハイブリッド自動車のモータ駆動等に適した電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車のモータ駆動用の例えばインバータ装置等の電力変換器において、電極間配線に使用されるバスバーの絶縁構造として、従来、例えば特許文献１のように、絶縁体のラミネート構造を採用したものが公開されていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−００７８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来のラミネート構造では、バスバーのみを絶縁していた。
【０００５】
しかしながら、ハイブリッド自動車のモータ駆動用といった電力の大きい分野では、導体間の短絡や放電等を防止する上で、バスバーのみならず、多くの半導体装置や回路が存在しており、これらを一括して絶縁することが望まれていた。このため、バスバーだけを絶縁していた従来のラミネート構造だと、半導体装置と回路を一括でラミネートすることが行われていなかった。
【０００６】
これに対して、ＴＣＰ（tape carrier package）といった 実装方法もある。これは、ＩＣチップのパッケージ方法の一つで、ひとつのパッケージにテープ状の薄膜フィルムを使ったものである。
【０００７】
しかしながら、このＴＣＰは小電力用の技術であり、ハイブリッド自動車のモータ駆動用といった電力の大きい分野には不向きであって、特に半導体素子等と共にＴＣＰでバスバーを絶縁することは困難である。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、大電力用途に適し、且つ多くの半導体装置や回路を一括して絶縁することが可能な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、半導体装置の主電極面を、外部に接続するための金属板を用いて電気接続する電力変換装置において、前記半導体装置及び前記金属板と、前記金属板の一部を装置外部に露出させるように前記半導体装置及び前記金属板を挟み込むフィルム状の絶縁体とを備えるものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置であって、前記絶縁体に、前記半導体装置の制御端子に接続されて外部に接続するための外部接続配線が内蔵されたものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、前記金属板同士の間を電気的に絶縁する内部絶縁部材をさらに備え、前記内部絶縁部材が、前記半導体装置及び前記金属板とともに前記絶縁体に挟み込まれて形成されるものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置であって、前記金属板を支持する電気絶縁性の構造部材をさらに備え、前記構造部材が、前記半導体装置及び前記金属板とともに前記絶縁体に挟み込まれて形成されるものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電力変換装置であって、前記構造部材が、前記絶縁体の周縁部を除くほぼ全域に亘って凹凸のない平坦な構造とされたものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明の電力変換装置は、電力変換装置が絶縁体によって挟み込まれた状態となるので、大電力用途で電力変換装置に発熱が生じた際に、電力変換装置の両面からの冷却が容易に可能となる。特に、絶縁体で挟み込まれた範囲は、液体に直接浸漬することが可能となるなど、冷却構造の自由度が大幅に増大する。また、金属板の一部を装置外部に露出させるように半導体装置及び金属板をフィルム状の絶縁体で挟み込む構成としているので、この絶縁体により、多くの半導体装置や回路を一括して絶縁することが可能となる。したがって、製造工程の簡略化及び低コスト化を実現できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明の電力変換装置は、半導体装置の制御電極を外部に接続するためにワイヤボンディング等を行わず、予め絶縁体に内蔵された外部接続配線を中継して外部接続を行うことができるので、絶縁体の挟み込み処理を行うだけで電極接合を行うごとができるという利点がある。
【００１６】
請求項３に記載の発明の電力変換装置は、金属板同士の間を内部絶縁部材で電気的に絶縁できるので、さらに信頼性が向上する。
【００１７】
請求項４に記載の発明の電力変換装置は、金属板を構造部材で支持する構造となっているので、電力変換装置全体の強度を向上することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明の電力変換装置は、構造部材が、絶縁体の周縁部を除くほぼ全域に亘って凹凸のない平坦な構造とされているので、電力変換装置を所定の平坦な部材に取付けしやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
｛第１実施形態｝
図１は本発明の一の実施の形態に係る電力変換装置の一例を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２０】
この電力変換装置は、図１の如く、例えばハイブリッド自動車のモータ駆動用のインバータ装置等として適用されるものであって、製造工程の大幅な簡略化と低コスト化を実現するために、バスバー１を用いて構成されたブリッジ回路である主回路３と、スイッチング用トランジスタ及び還流ダイオード等を含む複数の半導体装置５と、当該電力変換装置とは別体の半導体装置制御基板（図示省略）に接続される外部接続配線７とを、ポリイミドまたはフッ素樹脂等からなる絶縁フィルム９で一括してラミネートすることにより形成されるものである。
【００２１】
図１及び図２に示した電力変換装置では、インバータ装置で一般的に使用されるブリッジ回路としての主回路３が、バスバー１で構成されている。このバスバー１は、銅または銅合金が使用された金属板であり、このバスバー１が、半導体装置５のトランジスタに直接に接続されて、ブリッジ回路としての主回路３が構成される。
【００２２】
半導体装置５のスイッチング用トランジスタは、主電極（コレクタ−エミッタ、又はドレイン−ソース）がチップの対向する１対の面（主電極面）にそれぞれ形成される縦型トランジスタであり、主電極面のいずれか一方の面に、制御電極（ベース、又はゲート）も形成される。
【００２３】
この半導体装置５（チップ）の主電極面（即ち、上下面）は、それぞれ対応するバスバー１に対して銀（Ａｇ）ペースト等の導電性樹脂１１で接合されて、このバスバー１によって各半導体装置５が扶持される。また、半導体装置５の制御電極は、バスバー１から露出するように実装される。
【００２４】
また、外部接続配線７は、予め絶縁フィルム９に内蔵されている。この外部接続配線７は、絶縁フィルム９の一部に露出して内蔵されており、これにより半導体装置５の制御電極等や外部の配線（図示省略）と絶縁フィルム９に内蔵された外部接続配線７とを接続できるように構成されている。この半導体装置５と外部接続配線７との接続は、例えば銀（Ａｇ）ペースト等の導電性樹脂１２が用いられる。
【００２５】
絶縁フィルム９は、２枚のフィルム状の絶縁体、即ち、上側フィルム体９ａと下側フィルム体９ｂとからなり、各フィルム体９ａ，９ｂが、ＦＰＣ等の樹脂基材の片面全面に接着層が形成されている。尚、上記の外部接続配線７は、上側フィルム体９ａに内蔵されている。
【００２６】
また、上述のバスバー１の一部は、絶縁フィルム９の周縁部から外側に突き出るように配置される。このようにバスバー１の一部を絶縁フィルム９の外側に突き出して構成することで、バスバー１を外部配線に接続可能に構成する。
【００２７】
そして、半導体装置５を複数のバスバー１によって挟持させた状態で、それらの上下両面側に、予め外部接続配線７が内蔵された上側フィルム体９ａと下側フィルム体９ｂとを挟み込むようにして貼り付け、絶縁フィルム９のバスバー１等が存在していない端部において両フィルム体９ａ，９ｂ同士を直接に貼着することによって、この電力変換装置のラミネート構造が形成されている。
【００２８】
この場合、絶縁フィルム９内の外部接続配線７の露出部分は、半導体装置５の制御電極に接続されている。
【００２９】
かかる電力変換装置の構造を採用することにより、電力変換装置の上下両面が絶縁フィルム９の両フィルム体９ａ，９ｂによってラミネートされた状態となるので、大電力用途で電力変換装置に発熱が生じた際に、電力変換装置の両面からの冷却が容易に可能となる。特に、絶縁フィルム９でラミネートされている範囲は、液体に直接浸漬することが可能となることから、冷却構造の自由度が大幅に増大する。
【００３０】
また、製造時においても、半導体装置５とバスバー１とを接続した状態で、外部接続配線７が内蔵された絶縁フィルム９（上側フィルム体９ａ及び下側フィルム体９ｂ）を貼着するだけで、容易に電力変換装置を構成できるので、製造工程の簡略化及び低コスト化を実現できる。特に、半導体装置５の制御電極を外部に接続するためにワイヤボンディング等を行わず、予め絶縁フィルム９内に内蔵された外部接続配線７を中継して外部接続を行うことができるので、絶縁フィルム９のラミネート処理を行うだけで電極接合を行うごとができるという利点がある。
【００３１】
さらに、バスバー１の一部を装置外部に露出させるように半導体装置及びバスバー１を絶縁フィルム９で挟み込む構成としているので、この絶縁フィルム９により、多くの半導体装置や回路を一括して絶縁することが可能となる。したがって、製造工程の簡略化及び低コスト化を実現できる。
【００３２】
尚、上記実施の形態では、半導体装置５とバスバー１で構成された構造物に絶縁フィルム９のラミネート処理を行っていたが、半導体装置５及びバスバー１に流れる電流や電圧または温度を検出するためのセンサを設け、このセンサを併せて絶縁フィルム９でラミネートするようにしてもよい。
【００３３】
また、上記実施の形態では、電力変換装置をラミネートする絶縁フィルム９に外部接続配線７を内蔵していたが、例えば図３に示したＦＰＣ７ａやテープ電線等の予め絶縁された電線を各半導体装置５の制御端子やセンサ電極等に予め接合させた状態で絶縁フィルム９のラミネート処理を行っても良い。
【００３４】
さらに、上記実施の形態では、バスバー１や半導体装置５からなる構造体に絶縁フィルム９を直接ラミネート処理していたが、例えば図４の如く、バスバー１同士の交差部の隙間等に絶縁紙または絶縁フィルム等の内部絶縁部材２１を挟み込んでから、絶縁フィルム９のラミネート処理を行っても良い。あるいは、半導体装置５の端部や半導体装置５の電極間の絶縁を確保するために、予め内部絶縁部材２１を塗布等してから絶縁フィルム９のラミネート処理を行ってもよい。このようにすることで、絶縁フィルム９を直接ラミネート処理する場合に比べて、さらに信頼性が向上する。
【００３５】
さらにまた、上記実施の形態では、バスバー１と半導体装置５との接続をＡｇペースト等の導電性樹脂で接合していたが、ハンダで接合しても差し支えない。また、半導体装置５の制御電極等や外部の配線（図示省略）と絶縁フィルム９に内蔵された外部接続配線７との接続についても、上記実施の形態では銀（Ａｇ）ペースト等の導電性樹脂１２等を用いて接続していたが、この導電性樹脂１２に代えてハンダを使用してもよい。
【００３６】
あるいは、絶縁フィルム９のラミネート処理で接着している構造上、バスバー１と半導体装置５及びＦＰＣ７ａとを圧接により接続しても差し支えない。この場合は、半導体装置５及びＦＰＣ７ａとバスバー１の間に、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等からなる半導体装置５の線熱膨張率に近似させたタングステンまたはモリブデンを主成分とした平板を担持させるようにして、絶縁フィルム９でラミネート処理を行っても良い。
【００３７】
また、ラミネート構造を採用した電力変換装置の構造的な強度が弱い場合、例えば、電力変換装置の強度がバスバー１の強度のみに依存する場合にバスバー１の歪みが強度の低下をもたらすような場合には、強度確保のための電気絶縁性の構造部材を用いて、この構造部材を絶縁フィルム９で併せてラミネート処理しても良い。これにより、電力変換装置全体の強度が向上する。
【００３８】
この場合、例えば図５の如く、枠状の構造部材でバスバー１を保持した状態で、構造部材２３を内包して絶縁フィルム９でラミネートすればよい。
【００３９】
あるいは、構造部材２３として、例えば図６の如く、絶縁性のプラスチック材が使用された補強板を利用してもよい。即ち、補強板（構造部材２３）として、絶縁フィルム９の周縁部を除くほぼ全域に亘って凹凸のない平坦な構造のものを使用し、かかる構造部材を併せて絶縁フィルム９でラミネート処理してもよい。これにより、電力変換装置を所定の平坦な部材に取付しやすくなる利点がある。
【００４０】
また、上記実施の形態では、絶縁フィルム９として、上側フィルム体９ａと下側フィルム体９ｂの別体の部材を貼着するようにしていたが、代わりに、上側フィルム体９ａと下側フィルム体９ｂの一辺を除く外周部分を予め接着させた袋状のものとして、その内部に半導体装置５とバスバー１１の組付体を収容し、内部を真空にした後、開口部を接着してラミネート処理するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一の実施の形態に係る電力変換装置を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の他の例に係る電力変換装置を示す断面図である。
【図４】本発明のさらに他の例に係る電力変換装置を示す断面図である。
【図５】本発明のさらに他の例に係る電力変換装置を示す断面図である。
【図６】本発明のさらに他の例に係る電力変換装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  バスバー
３  主回路
５  半導体装置
７  外部接続配線
７ａ  ＦＰＣ
９  絶縁フィルム
９ａ  上側フィルム体
９ｂ  下側フィルム体
１１  導電性樹脂
２１  内部絶縁部材
２３  構造部材
【図１】
2006262664.tif 000003
【図２】
2006262664.tif 000004
【図３】
2006262664.tif 000005
【図４】
2006262664.tif 000006
【図５】
2006262664.tif 000007
【図６】
2006262664.tif 000008