(57)【要約】【課題】  振動や温度変化によって生じる導体接合部の疲労劣化に対する耐性を向上させ、導体接合部の信頼性を向上させる。【解決手段】  上記課題は、パワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗと信号用端子２４ａ〜２４ｆとを、フレキシブル導体であるワイヤ配線１６ａ〜１６ｆによって電気的に接続すると共に、信号用端子２４ａ〜２４ｆと駆動回路装置ＤＣＵの駆動回路基板３０の配線導体とを、フレキシブル導体であるワイヤ配線１９によって電気的に接続することにより解決できる。ワイヤ配線１６ａ〜１６ｆ，１９は信号用端子に比べてはるかに柔軟であり、振動や温度変化に起因して導体接合部に生じる歪みを吸収して緩和させることができる。【選択図】図１
2006165409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子を有するパワーモジュール部と、
前記パワー半導体素子の動作を制御するための制御部とを有し、
前記パワーモジュール部は、前記パワー半導体素子と電気的に接続された信号用端子を備えており、
前記信号用端子は前記制御部と電気的に接続されており、
前記パワーモジュール部側と前記信号用端子との間及び前記信号用端子と前記制御部側との間はフレキシブルな導体によって電気的に接続されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記信号用端子は、階段状に成形された金属板から構成されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記導体は、細長いワイヤ状の導電性部材で構成されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記導体は、導電性部材が絶縁樹脂フィルムによって覆われた平たいリボン状の部材で構成されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュール部は、前記パワー半導体素子を電気的に絶縁するために充填される樹脂を保持するケースを備えており、
前記信号用端子は、前記ケースにインサートされて保持されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、
前記ケースの底部には熱伝導性部材が設けられており、
前記熱伝導部材の一方側には、電気的に絶縁された状態で前記パワー半導体素子が実装されており、
前記熱伝導性部材の他方側であって、前記パワー半導体素子の実装側とは反対側には冷却器が設けられている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、前記パワーモジュール部の上に載置されて構成されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に係り、特にパワーモジュール部と制御部の回路基板との電気的な接続構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュール部とそれを制御する制御部の回路基板との電気的な接続構成としては従来、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたものでは、パワーモジュール部のケースにインサート成型された端子に、制御部の回路基板に設けられたコネクタを差し込むことにより、パワーモジュール部と制御部の回路基板とを電気的に接続している。また、従来の接続構成としては、パワーモジュール部から突出する信号用端子を制御部の回路基板のスルーホールに貫通させて、信号用端子と回路基板とを半田で接合し、パワーモジュール部と制御部の回路基板とを電気的に接続するものもある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７８１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、電力変換装置には小型化が要求されている。このため、パワーモジュール部と制御部とを近接配置し、パワーモジュール部と制御部の回路基板とを、前述した背景技術のように、電気的に接続する構成が多く採用されている。ところが、前述した前者の背景技術のような接続構成では、パワーモジュール部と制御部の回路基板との接合作業性は容易になるが、コネクタを収納するためのスペースがパワーモジュール部に必要になり、電力変換装置が大型化する。この点、前述した後者の背景技術のような接続構成では、電力変換装置を大型化することがないので、前述した前者の背景技術のような接続構成に対して有利である。
【０００５】
ところが、最近、電力変換装置は、温度条件や振動などの厳しい環境下に置かれる場合が多くなっている。そのような状況の一方で、電力変換装置には長期の寿命が要求されている。このため、前述した後者の背景技術のような接続構成にはさらなる高信頼化が要求されている。すなわち上記環境下において、前述した後者の背景技術の接合材料として用いられる半田には、振動に起因する歪みや、温度変化時の信号用端子と制御部の回路基板との線膨張係数の違いに起因する歪みが生じる。歪みが繰り返し半田に生じると、半田はその内部から疲労劣化する。従って、上記環境下において電力変換装置の長期の寿命を満足するためには、信号用端子と制御部の回路基板との接合部を含む電力変換装置の導体接合部のさらなる高信頼化が必要である。
【０００６】
半田の疲労劣化速度は半田の量や形状に依存する。このため、制御部の回路基板の裏側の半田の量や形状を調整して半田のばらつきを調整することにより、信号用端子と制御部の回路基板との接続構造のさらなる高信頼化が可能である。しかし、前述した後者の背景技術のような接続構造では、パワーモジュール部と制御部とを近接配置する構成上、制御部の回路基板の裏側が目視しずらく、回路基板の裏側の半田の量や形状を調整する作業がしずらい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、パワーモジュール部と制御部との間の導体接合部の信頼性を向上させることができる電力変換装置を提供する。
【０００８】
本発明の特徴は、パワーモジュール部と制御部との間を電気的に接続する信号用端子とパワーモジュール部側との間及び信号用端子と制御部側との間をフレキシブル導体で電気的に接続したことにある。
【０００９】
信号用端子は、階段状に成形された細長い金属板から構成されている。フレキシブル導体は、細長いワイヤ状の導電性部材或いは導電性部材が絶縁樹脂フィルムで覆われた平たいリボン状の部材で構成されている。
【００１０】
フレキシブル導体は信号用端子に比べてはるかに柔軟である。このため、フレキシブル導体は、振動や温度変化による信号用端子とパワーモジュール部側との間及び信号用端子と制御部側との間の相対的な変位に起因する歪みが生じても、その歪みを緩和することができる。従って、本発明によれば、パワーモジュール部と制御部との間の導体接合部の疲労劣化に対する耐性が向上する。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明した本発明によれば、パワーモジュール部と制御部との間の導体接合部の疲労劣化に対する耐性が向上するので、パワーモジュール部と制御部との間の導体接合部の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
従って、本発明によれば、電力変換装置の長寿命化を図ることができ、電力変換装置が温度条件や振動などの厳しい環境下に置かれた場合でも、電力変換装置に要求されている所定年数以上（例えば１５年以上）の寿命を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の代表的な最良の実施形態は以下の通りである。
【００１４】
すなわちパワー半導体素子を有するパワーモジュール部と、パワー半導体素子の動作を制御するための制御部とを有するものであって、パワーモジュール部は、パワー半導体素子と電気的に接続された信号用端子を備えており、信号用端子は制御部と電気的に接続されており、パワーモジュール部側と信号用端子との間及び信号用端子と制御部側との間はフレキシブルな導体によって電気的に接続されている電力変換装置にある。
【００１５】
以下、本発明の電力変換装置の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例では、電力変換装置としてインバータ装置を例に挙げ説明する。尚、本実施例では、インバータ装置を例に挙げて説明するが、以下において説明する構成は、例えば直流−直流変換装置であるＤＣ／ＤＣコンバータ，交流−直流変換装置など、パワー半導体素子を有するモジュール部と、パワー半導体素子の動作を制御する制御部とを備えたものに、同じように、適用可能である。
【００１６】
図１乃至図３は本実施例のインバータ装置の構成を示す。図１及び図２は、本実施例のインバータ装置の機械的構成を示す。図３は、図１及び図２で示したインバータ装置の回路構成を示す。
【００１７】
インバータ装置ＩＮＶは、パワーモジュールＰＭＵ，駆動回路装置ＤＣＵ及びモータ制御装置ＭＣＵから構成されている。パワーモジュールＰＭＵはインバータ装置ＩＮＶの主回路（或いは変換回路）を構成している。駆動回路装置ＤＣＵはインバータ装置ＩＮＶの駆動部を構成している。モータ制御装置ＭＣＵはインバータ装置ＩＮＶの制御部を構成している。場合によっては、駆動回路装置ＤＣＵもインバータ装置ＩＮＶの制御部と呼ぶこともある。
【００１８】
尚、図３では、電源系及び電力系のラインと制御系のラインとが区別し易いように、電源系及び電力系のラインを実線で、制御系のラインを破線及び矢印でそれぞれ図示している。
【００１９】
まず、パワーモジュールＰＭＵの回路構成について説明する。
【００２０】
パワーモジュールＰＭＵは電力変換用の主回路を構成しており、駆動回路装置ＤＣＵから出力された駆動信号を受けて動作し、直流電源ＤＣから供給された直流電力を三相交流電力に変換し、交流負荷、例えばモータＭの固定子巻線に供給する。主回路は３相ブリッジ回路であり、３相分の直列回路が直流電源ＤＣの正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されることにより構成されている。直列回路はアームとも呼ばれ、２つのパワー半導体素子によって構成されている。
【００２１】
アームは、上アーム側のパワー半導体素子と下アーム側のパワー半導体素子とが電気的に直列に接続されて構成されている。本実施例では、パワー半導体素子として、スイッチング半導体素子であるＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いている。ＭＯＳＦＥＴを構成する半導体チップは、ドレイン電極，ソース電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。また、ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極とソース電極との間には、ソース電極からドレイン電極に向かう方向が順方向の寄生ダイオードが電気的に接続されている。
【００２２】
パワー半導体素子とてはＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いてもよい。ＩＧＢＴは、別途、コレクタ電極とエミッタ電極との間にダイオード素子を電気的に接続する必要がある。ＩＧＢＴはコレクタ電極とエミッタ電極の他にゲート電極を備えている。
【００２３】
ｕ相アームＡｕは、パワー半導体素子Ｍｐｕのソース電極とパワー半導体素子Ｍｎｕのドレイン電極が電気的に直列に接続されることにより構成されている。ｖ相アームＡｖ及びｗ相アームＡｗもｕ相アームＡｕと同様に構成されており、パワー半導体素子Ｍｐｖのソース電極とパワー半導体素子Ｍｎｖのドレイン電極が電気的に直列に接続されることによりｖ相アームＡｖが、パワー半導体素子Ｍｐｗのソース電極とパワー半導体素子Ｍｎｗのドレイン電極が電気的に直列に接続されることによりｗ相アームＡｗがそれぞれ構成されている。
【００２４】
上アーム側パワー半導体素子Ｍｐｕ，Ｍｐｖ，Ｍｐｗのドレイン電極は直流電源ＤＣの高電位側（正極側）に、下アーム側パワー半導体素子Ｍｎｕ，Ｍｎｖ，Ｍｎｗのソース電極は直流電源ＤＣの低電位側（負極側）にそれぞれ電気的に接続されている。ｕ相アームＡｕの中点（上アーム側パワー半導体素子Ｍｐｕのソース電極と下アーム側パワー半導体素子Ｍｎｕのドレイン電極との接続部分）はモータＭのｕ相の固定子巻線に電気的に接続されている。ｖ相アームＡｖ及びｗ相アームＡｗの中点もｕ相アームＡｕの中点と同様の関係になっており、ｖ相アームＡｖの中点（上アーム側パワー半導体素子Ｍｐｖのソース電極と下アーム側パワー半導体素子Ｍｎｖのドレイン電極との接続部分）はモータＭのｖ相の固定子巻線に、ｗ相アームＡｗの中点（上アーム側パワー半導体素子Ｍｐｗのソース電極と下アーム側パワー半導体素子Ｍｎｗのドレイン電極との接続部分）はモータＭのｗ相の固定子巻線にそれぞれ電気的に接続されている。
【００２５】
直流電源ＤＣの正極側と負極側との間には、パワー半導体素子の動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するために、平滑用の電解コンデンサＳＥＣが電気的に接続されている。
【００２６】
次に、駆動回路装置ＤＣＵの構成について説明する。
【００２７】
駆動回路装置ＤＣＵは、モータ制御装置ＭＣＵから出力された制御信号（パワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗを動作させるための信号）に基づいて、パワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗを動作させる駆動信号Ｖｐｕ〜Ｖｎｗを出力し、パワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗを動作させる駆動部を構成するものであり、絶縁電源，インターフェース回路，駆動回路，センサ回路及びスナバ回路（いずれも図示省略）などの回路部品から構成されている。
【００２８】
絶縁電源は、動作電源を必要とする回路部品の電源を構成するものであり、一次側が直流電源ＤＣに、その二次側（低圧側）が、動作電源を必要とする回路部品にそれぞれ電気的に接続された変圧器である。動作電源を必要とする回路部品の動作電圧は例えば１２ｖである。
【００２９】
インターフェース回路は、モータ制御装置ＭＣＵと駆動回路との間に設けられた信号伝送回路であり、各相上下アームのパワー半導体素子に対応して設けられ、モータ制御装置ＭＣＵから出力された制御信号を、パワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗを動作させるための駆動信号Ｖｐｕ〜Ｖｎｗとして駆動回路に出力する。また、インターフェース回路は、センサ回路とモータ制御装置ＭＣＵとの間にも設けられており、センサ回路から出力された検知信号をモータ制御装置ＭＣＵに出力する。
【００３０】
駆動回路は、各相上下アームのパワー半導体素子のゲート電極に供給される最終の駆動信号Ｖｐｕ〜Ｖｎｗを出力すると共に、過電流，過電圧，過温度などの異常を検出し、過電流，過電圧，過温度からパワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗを保護するための回路である。
【００３１】
センサ回路は、パワーモジュールＰＭＵの各パワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗに流れる電流を検知するために設けられた電流検知素子であって、パワーモジュールＰＭＵの各パワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗのソース電極側に電気的に並列に接続された抵抗素子から構成されている。センサ回路からは、抵抗素子の両端の電圧（検知信号）が駆動回路に出力される。駆動回路は、センサ回路から出力された電圧に基づいて、各パワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗに流れる電流を検出する。これにより、駆動回路は、各パワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗの過電流保護を行える。
【００３２】
スナバ回路は、パワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗのスイッチング動作の際、主回路に漂遊するインダクタンスなどの影響を受けて生じる異常電圧からパワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗを保護する保護回路であって、抵抗素子やダイオード素子などの複数の回路素子から構成され、各パワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗのドレイン電極とソース電極との間に電気的に並列に接続されている。
【００３３】
次に、モータ制御装置ＭＣＵについて説明する。
【００３４】
モータ制御装置ＭＣＵは、マイクロコンピュータから構成された演算装置であり、複数の入力信号を入力し、パワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗを動作させるための制御信号Ｖｐｕ*〜Ｖｎｗ*を駆動回路装置ＤＳＵに出力する。入力信号としてはトルク指令値τ，回転数指令値Ｎ，検知信号ｉｕ〜ｉｗ，検知信号θが入力されている。トルク指令値τ及び回転数指令値Ｎは車両の運転モードに応じて上位の制御装置から出力されたものである。検知信号ｉｕ〜Ｉｗは、モータＭの固定子ＳＴＲの固定子巻線に流れる電流のものであり、電流センサＣｕ〜Ｃｗから出力されたものである。検知信号θはモータＭの回転子ＲＯＴの磁極位置のものであり、検知磁極位置センサＭＰＣから出力されたものである。
【００３５】
電流センサＣｕ〜Ｃｗは、インバータ装置ＩＮＶからモータＭの固定子ＳＴＲの固定子巻線に供給されるｕ相〜ｗ相の相電流ｉｕ〜ｉｗを検出するためのものであり、シャント抵抗器，変流器（ＣＴ）などから構成されている。磁極位置センサＭＰＣは、モータＭの回転子ＲＯＴの磁極位置θを検出するためのものであり、レゾルバ，エンコーダ，ホール素子，ホールＩＣなどから構成されている。
【００３６】
モータ制御装置ＭＣＵは、入力信号に基づいて電圧制御値Ｖｕ〜Ｖｗを演算し、この電圧制御値Ｖｕ〜Ｖｗを、パワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子Ｍｐｕ〜Ｍｎｗを動作させるための制御信号（ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号））Ｖｐｕ*〜Ｖｎｗ*として駆動回路装置ＤＳＵに出力する。
【００３７】
次に、前述した回路構成が適用された本実施例のインバータ装置ＩＮＶの実際の構造を図１，図２に基づいて説明する。
【００３８】
インバータ装置ＩＮＶは、パワーモジュールＰＭＵ，駆動回路装置ＤＣＵ及びモータ制御装置ＭＣＵがアルミニウム製のインバータケース（図示省略）に収納されて構成されている。インバータケースは密閉容器であり、インバータ装置ＩＮＶの内部から外部へのノイズ放出、外部からインバータ装置ＩＮＶの内部へのノイズ伝達を遮蔽するように構成されている。
【００３９】
インバータケースの内部の底部には、冷却器である放熱部材９が設置されている。放熱部材９は、外部からインバータケースの内部の底部に供給された冷却媒体（水などの冷却液或いは冷却空気）によって冷却されるものであり、その一方側の面（底面）に、冷却媒体と接触する複数のフィン９ａが形成されている。
【００４０】
放熱部材９の他方側の面（フィン９ａが形成された側とは反対側の面であり、上面）上にはパワーモジュールＰＭＵが固定されている。パワーモジュールＰＭＵの上には駆動回路装置ＤＣＵの駆動回路基板３０が固定されている。駆動回路基板３０には、駆動回路装置ＤＣＵの電源及び各回路を構成する電気部品及び電子部品（いずれも図示省略）が実装されている。
【００４１】
尚、インバータ装置ＩＮＶにおいて、パワーモジュールＰＭＵと駆動回路装置ＤＣＵとを合体させた１つの組立構造体はインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）と呼ばれている。
【００４２】
インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）の上方にはモータ制御装置ＭＣＵの制御回路基板（図示省略）が配置されている。図示省略されたモータ制御装置ＭＣＵの制御回路基板には、モータ制御装置ＭＣＵを構成するマイクロコンピュータなどの電子部品が実装されている。駆動回路装置ＤＣＵとモータ制御装置ＭＣＵとの間は信号配線によって電気的に接続されている。
【００４３】
インバータケースからは入出力用の電力ケーブル（図示省略）が延びている。入力用の電力ケーブルは直流電源ＤＣの正負極とインバータ装置ＩＮＶの入力端とを、出力用の電力ケーブルはインバータ装置ＩＮＶの出力端とモータＭの固定子ＳＴＲの固定子巻線とをそれぞれ電気的に接続するものである。
【００４４】
パワーモジュールＰＭＵはモジュールケース１を備えている。モジュールケース１は絶縁樹脂製の直方体形状（高さが横及び縦の長さよりも小さい形状）の部材であり、対向する２対の側壁から構成されている。モジュールケース１の上部及び底部には開口部が形成されている。モジュールケース１の上部には、モジュールケース１の上部開口部を塞ぐように、駆動回路基板３０が固定されている。モジュールケース１の底部には、モジュールケース１の底部開口部を塞ぐように、モジュールベース７が固定されている。モジュールベース７は、銅製或いはＡｌ−ＳｉＣ合金製の熱伝導性部材であり、モジュールケース１の底部開口部よりも大きい平板状の部材である。モジュールベース７の対向する２対の辺のうちの１つである第１の辺は、モジュールケース１の２対の側壁のうちの１つである第１の側壁よりも外側に延出している。モジュールベース７の延出部の４つの角にはボルト孔８が形成されている。ボルト孔８は貫通孔である。モジュールベース７の底面と放熱部材９の上面との間には放熱グリース４２が塗布されている。モジュールベース７は、ボルト孔８を貫通したボルトが放熱部材９のボルト穴に螺合されることによって放熱部材９に螺設される。これにより、モジュールベース７の底面は放熱部材９の上面に放熱グリース４２を介して面接触し、放熱部材９と熱的に接続される。
【００４５】
モジュールケース１の２対の側壁のうちの残りの側壁（第１の側壁とは異なる側壁）である第２の側壁の一方からは出力端子（交流端子）４〜６が外側に延びるように突出している。出力端子４〜６は、長手方向が突出方向であり、短手方向が突出方向に直交する方向である細長い平板状の導電性部材であり、モジュールベース７に対して平行になるように、延びている。
【００４６】
モジュールケース１の第２の側壁の他方からは、入力端子（直流端子）４０が外側に延びるように突出している。入力端子４０は、短手方向が突出方向であり、長手方向が突出方向に直交する方向である幅広い平板状の導電性部材を積層した積層体から構成されており、モジュールベース７に対して平行になるように、延びている。入力端子４０の積層体は、正極側端子３，絶縁部材３１，負極側端子２がその順に下層側から上層側に向かって積層されて構成されている。絶縁部材３１は正極側端子３と負極側端子２との間を電気的に絶縁している。正極側端子３の短手方向の長さは負極側端子２の短手方向の長さよりも長い。
【００４７】
尚、正極側端子３と負極側端子２との積層位置は、正極側端子３が上層、負極側端子２が下層というように、逆転しても構わない。
【００４８】
入力端子４０にはコンデンサ端子５０がねじ止めによって固定されている。コンデンサ端子５０は、短手方向が入力端子４０の短手方向であり、長手方向が入力端子４０の長手方向である幅広い平板状の導電性部材を積層した積層体から構成されており、モジュールベース７に対して平行になるように、入力端子４０に向かって延びている。コンデンサ端子５０の積層体は、正極側端子５１，絶縁部材５３，負極側端子５２がその順に下層側から上層側に向かって積層されて構成されている。絶縁部材５３は正極側端子５１と負極側端子５２との間を電気的に絶縁している。負極側端子５２の短手方向の長さは正極側端子５１の短手方向の長さよりも長い。
【００４９】
尚、入力端子４０の正極側端子３と負極側端子２との積層位置が逆転した場合、コンデンサ端子５０の正極側端子５１と負極側端子５２との積層位置は、入力端子４０の積層位置に合わせて逆転する。
【００５０】
負極側端子５２は、下面が負極側端子２の上面に面接触するように、負極側端子２の上に積層されて固定されている。これにより、負極側端子５２と負極側端子２は電気的に接続される。正極側端子５１は、下面が正極側端子３の上面に面接触するように、正極側端子３の上に積層されて固定されている。これにより、正極側端子５２と正極側端子３は電気的に接続される。正極側端子５１の下面側には２つの平滑用電解コンデンサＳＥＣが配置されている。平滑用電解コンデンサＳＥＣはコンデンサ端子５０の長手方向に並設されている。平滑用電解コンデンサＳＥＣの正極端子は正極側端子５１に、平滑用電解コンデンサＳＥＣの負極端子は負極側端子５２にそれぞれねじ止めされている。これにより、平滑用電解コンデンサＳＥＣはコンデンサ端子５０に固定されると共に、正極端子と正極側端子５１が、負極端子と負極側端子５２がそれぞれ電気的に接続される。コンデンサ端子５０には直流電源ＤＣが電気的に接続されている。
【００５１】
入力端子４０は、前述した幅広い平板状部分（櫛本体部分に相当）（以下、「幅広平板部」と略称する）と、モジュールケース１の第２の側壁の他方の内壁面を貫いてモジュールケース１の内側に延びる３本の細長い平板状部分（櫛歯部分に相当）（以下、「細長平板部」と略称する）から構成された櫛形状の導電性部材である。入力端子４０の細長平板部も幅広平板部と同様に積層構造になっている。入力端子４０の細長平板部は、モジュールケース１の第２の側壁の他方の壁面に沿って等間隔かつ並列に配列されており、絶縁部材１７ａ，１７ｃ，１７ｆを介してモジュールベース７上に面実装されている。入力端子４０の細長平板部は短手方向が突出方向であり、長手方向が突出方向に直交する方向である。入力端子４０の正極側端子３の細長平板部の長手方向の長さは入力端子４０の負極側端子２の細長平板部の長手方向の長さよりも長くなっている。このような構成とする理由は、下層側に位置する正極側端子３と、後述するワイヤ配線との接合を可能にするためである。
【００５２】
出力端子４〜６は、モジュールケース１の側壁の外壁面を貫いてモジュールケース１の外側に延びる部分（以下、「外延部」と略称する）と、モジュールケース１の側壁の内壁面を貫いてモジュールケース１の内側に延びる部分（以下、「内延部」と略称する）から構成されており、モジュールケース１の第２の側壁の一方の壁面に沿って等間隔かつ並列に配列されている。出力端子４〜６の内延部は絶縁部材１７ｂ，１７ｄ，１７ｆを介してモジュールベース７上に面実装されている。出力端子４〜６は、前述したように、細長い平板状の導電性部材であり、長手方向が突出方向であり、短手方向が突出方向に直交する方向である。
【００５３】
出力端子４〜６の内延部及び入力端子４０の細長平板部は、同相のアームを構成するもの同士が対角状に対向するように、モジュールベース７上に配置されている。
【００５４】
モジュールベース７の上表面上には絶縁基板１５ａ〜１５ｆが配置されている。絶縁基板１５ａ〜１５ｆはセラミックス製（窒化アルミニウム製）の平板状絶縁基板である。絶縁基板１５ａ（１５ｃ，１５ｅ）は、入力端子４０の端子配列方向一方側（端子配列方向中央部，端子配列方向他方側）に配置された細長平板部の長手方向に対向すると共に、出力端子４（５，６）の内延部の端子配列方向他方側の側辺に隣接するように、モジュールベース７上に面実装されている。絶縁基板１５ｂ（１５ｄ，１５ｅ）は、入力端子４０の端子配列方向一方側（端子配列方向中央部，端子配列方向他方側）に配置された細長平板部の端子配列方向一方側の側辺に隣接すると共に、出力端子４（５，６）の内延部の長手方向に対向するように、モジュールベース７上に面実装されている。これにより、絶縁基板１５ａ〜１５ｆは、同相のもの同士が対角状に対向するように、モジュールベース７上に配置される。
【００５５】
絶縁基板１５ａ（１５ｃ，１５ｅ）の上表面上にはメタライズ加工が施されて、基板導体１８ａ（１８ｃ，１８ｅ）が設けられている。絶縁基板１５ａ（１５ｃ，１５ｅ）の下表面上にもメタライズ加工が施されて、基板導体（図示省略）が設けられている。基板導体１８ａ（１８ｃ，１８ｅ）及び絶縁基板１５ａ（１５ｃ，１５ｅ）の下表面側の基板導体は銅製の平板状の導電性部材である。基板導体１８ａ（１８ｃ，１８ｅ）の上表面上には、ろう材による接合によって、パワー半導体素子Ｍｐｕ（Ｍｐｖ，Ｍｐｗ）を構成するベアチップ１３ａ（１３ｃ，１３ｅ）が実装されている。これにより、パワー半導体素子Ｍｐｕ（Ｍｐｖ，Ｍｐｗ）のドレイン電極側と基板導体１８ａ（１８ｃ，１８ｅ）は電気的に接続される。
【００５６】
絶縁基板１５ｂ（１５ｄ，１５ｆ）の上表面上にはメタライズ加工が施されて、基板導体１８ｂ（１８ｄ，１８ｆ）が設けられている。絶縁基板１５ｂ（１５ｄ，１５ｆ）の下表面上にもメタライズ加工が施されて、基板導体（図示省略）が設けられている。基板導体１８ｂ（１８ｄ，１８ｆ）及び絶縁基板１５ｂ（１５ｄ，１５ｆ）の下表面側の基板導体は銅製の平板状の導電性部材である。基板導体１８ｂ（１８ｄ，１８ｆ）の上表面上には、ろう材による接合によって、パワー半導体素子Ｍｎｕ（Ｍｎｖ，Ｍｎｗ）を構成するベアチップ１３ｂ（１３ｄ，１３ｆ）が実装されている。これにより、パワー半導体素子Ｍｎｕ（Ｍｎｖ，Ｍｎｗ）のドレイン電極側と基板導体１８ｂ（１８ｄ，１８ｆ）は電気的に接続される。
【００５７】
絶縁基板１５ａ〜１５ｆの下表面上に設けられた基板導体はろう材によってモジュールベース７上に接合されている。
【００５８】
入力端子４０の端子配列方向一方側（端子配列方向中央部，端子配列方向他方側）に配置された細長平板部の正極側端子３と基板導体１８ａ（１８ｃ，１８ｅ）との間にはワイヤ配線１４ａ（１４ｅ，１４ｉ）がボンディングされている。これにより、入力端子４０の正極側端子３とベアチップ１３ａ（１３ｃ，１３ｅ）のドレイン電極は電気的に接続される。出力端子４（５，６）とベアチップ１３ａ（１３ｃ，１３ｅ）のソース電極との間にはワイヤ配線１４ｂ（１４ｆ，１４ｊ）がボンディングされている。これにより、ベアチップ１３ａ（１３ｃ，１３ｅ）のソース電極と出力端子４（５，６）は電気的に接続される。
【００５９】
入力端子４０の端子配列方向一方側（端子配列方向中央部，端子配列方向他方側）に配置された細長平板部の負極側端子２とベアチップ１３ｂ（１３ｄ，１３ｆ）のソース電極との間にはワイヤ配線１４ｄ（１４ｈ，１４ｌ）がボンディングされている。これにより、入力端子４０の負極側端子２とベアチップ１３ｂ（１３ｄ，１３ｆ）のソース電極は電気的に接続される。出力端子４（５，６）と基板導体１８ｂ（１８ｄ，１８ｆ）との間にはワイヤ配線１４ｃ（１４ｇ，１４ｋ）がボンディングされている。これにより、ベアチップ１３ｂ（１３ｄ，１３ｆ）のドレイン電極と出力端子４（５，６）は電気的に接続される。
【００６０】
ワイヤ配線１４ａ〜１４ｌは、アルミニウム製の細長い導電性部材であり、フレキシブル性を有する部材である。
【００６１】
モジュールケース１の中にはゲルが充填されている。ゲルは絶縁性の樹脂であり、ベアチップ１３ａ〜１３ｅの電気的な絶縁保護部材である。
【００６２】
モジュールケース１の第２の側壁には信号用端子２４ａ〜２４ｆが設けられている。信号用端子２４ａ〜２４ｆは、対応するベアチップ１３ａ〜１３ｆのゲート電極と駆動回路基板３０の配線導体との間に中継用として配置されて、それらに電気的に接続された階段形状の細長い金属板からなる制御用端子であり、モジュールケース１の第２の側壁にインサート成型されている。
【００６３】
モジュールケース１の第２の側壁は階段状に成型されており、モジュールベース７よりも高い位置にある下段と、下段よりもさらに高い位置にある上段から構成されている。信号用端子２４ａ〜２４ｆの一端側の電極面は、モジュールケース１の第２の側壁の上段の上面の表面に露出している。信号用端子２４ａ〜２４ｆの他端側の電極面は、モジュールケース１の第２の側壁の下段の上面の表面に露出している。
【００６４】
信号用端子２４ａ（２４ｂ〜２４ｆ）の他端側の電極面とベアチップ１３ａ（１３ｂ〜１３ｆ）のゲート電極との間及び信号用端子２４ａ（２４ｂ〜２４ｆ）の他端側の電極面と基板導体１８ａ（１８ｂ〜１８ｆ）との間にはワイヤ配線１６ａ（１６ｂ〜１６ｆ）がボンディングされている。これにより、信号用端子２４ａ（２４ｂ〜２４ｆ）とベアチップ１３ａ（１３ｂ〜１３ｆ）のゲート電極及び信号用端子２４ａ（２４ｂ〜２４ｆ）と基板導体１８ａ（１８ｂ〜１８ｆ）はそれぞれ電気的に接続される。
【００６５】
信号用端子２４ａ〜２４ｆの一端側の電極面と駆動回路基板３０の配線導体との間にはワイヤ配線１９がボンディングされている。これにより、信号用端子２４ａ〜２４ｆと駆動回路基板３０の電子部品（駆動回路）とは電気的に接続される。
【００６６】
ワイヤ配線１６ａ〜１６ｆ，１９は、アルミニウム製の細長い導電性部材であり、フレキシブル性を有する部材である。ワイヤ配線１６ａ〜１６ｆ，１９のフレキシブル性は信号用端子２４ａ〜２４ｆに比べてはるかに柔軟である。
【００６７】
尚、本実施例では、フレキシブル導体としてワイヤ配線を用いた場合を例にとり説明したが、フレキシブル導体として、導電性部材が絶縁樹脂フィルムで覆われた平たいリボン状の配線部材を用いてもよい。
【００６８】
以上説明した本実施例では、信号用端子２４ａ〜２４ｆとして階段状のものを用い、信号用端子２４ａ〜２４ｆの一端側の電極面をモジュールケース１の第２の側壁の上段の上面の表面上に露出させているので、信号用端子２４ａ〜２４ｆと駆動回路基板３０の上表面上の配線導体との接続面をほぼ同一面にでき、信号用端子２４ａ〜２４ｆと駆動回路基板３０の上表面上の配線導体との電気的な接続を、ワイヤ配線１９を用いて行うことができる。従って、本実施例によれば、インバータ装置ＩＮＶの小型化のために、パワーモジュールＰＭＵと駆動回路装置ＤＣＵの駆動回路基板３０とを近接配置した場合でも、信号用端子２４ａ〜２４ｆと駆動回路基板３０の上表面上の配線導体との電気的な接続作業が容易になる。
【００６９】
また、本実施例では、信号用端子２４ａ〜２４ｆと駆動回路基板３０の上表面上の配線導体との電気的な接続作業を、パワーモジュールＰＭＵと駆動回路装置ＤＣＵの駆動回路基板３０の表面上において行うことができるので、両者間のワイヤ配線１９の接合部における接合条件の調整が容易であると共に、ワイヤ配線１９による接合ばらつきが少なく、かつ目視でワイヤ配線１９の接合状況の確認できるので、両者間のワイヤ配線１９の接合部の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
また、本実施例では、信号用端子２４ａ〜２４ｆとベアチップ１３ａ〜１３ｆのゲート電極及び基板導体１８ａ〜１８ｆとの間の電気的な接続にワイヤ配線１６ａ〜１６ｆ，信号用端子２４ａ〜２４ｆと駆動回路基板３０の上表面上の配線導体との間の電気的な接続に、信号用端子２４ａ〜２４ｆに比べてフレキシブル性がはるかに大きいワイヤ配線１９を用いている。これにより、本実施例では、ベアチップ１３ａ〜１３ｆのゲート電極及び基板導体１８ａ〜１８ｆと信号用端子２４ａ〜２４ｆとの間、信号用端子２４ａ〜２４ｆと駆動回路基板３０の上表面上の配線導体との間に、振動や温度変化による相対的な変位に起因した歪みが生じても、その歪みを吸収して緩和することができる。従って、本実施例によれば、それらの間のワイヤ配線１９の接合部の疲労劣化に対する耐性を向上させてその接合部の信頼性を向上させることができるので、インバータ装置ＩＮＶの長寿命化を図ることができると共に、インバータ装置ＩＮＶが温度条件や振動などの厳しい環境下に置かれた場合でも、インバータ装置ＩＮＶに要求されている所定年数以上（例えば１５年以上）の寿命を確保することができる。
【００７１】
また、本実施例では、絶縁基板１５ａ〜１５ｆと入力端子４０の細長平板部と出力端子４〜６とがモジュールベース７の上表面上に市松模様状に配置されるように、出力端子４〜６と絶縁基板１５ａ，１５ｃ，１５ｅとを、絶縁基板１５ｂ，１５ｄ，１５ｅと入力端子４０の細長平板部とをそれぞれ端子配列方向に交互に配置している。これにより、本実施例では、絶縁基板１５ａ〜１５ｆの上表面上に余分な基板導体を設けることなく、ベアチップ１３ａ〜１３ｆのソース電極及び基板導体１８ａ〜１８ｆと入力端子４０と出力端子４〜６との間をワイヤ配線１４ａ〜１４ｌによって電気的に接続することができる。従って、本実施例によれば、ワイヤ配線接続箇所を削減でき、パワーモジュールＰＭＵにおける実装面積を縮小でき、パワーモジュールＰＭＵを小型化できる。
【００７２】
さらに、本実施例では、絶縁基板１５ａ〜１５ｆと入力端子４０の細長平板部と出力端子４〜６との配置構成によって、モジュールベース７上に小さなループ状の電流経路を形成できる。例えばＵ相アームでは入力端子４０の端子配列方向一方側の細長平板部の正極側端子３→ワイヤ配線１４ａ→基板導体１８ａ→ベアチップ１３ａのドレイン電極→ベアチップ１３ａのソース電極→ワイヤ配線１４ｂ→出力端子４→ワイヤ配線１４ｃ→基板導体１８ｂ→ベアチップ１３ｂのドレイン電極→ベアチップ１３ｂのソース電極→ワイヤ配線１４ｄ→入力端子４０の端子配列方向一方側の細長平板部の負極側端子２というようにループ状の電流経路を形成できる。これにより、本実施例では、電流量が時間的変化した場合、ループ状の電流経路を流れる電流と対向し、かつ通電方向が逆向きの渦電流をモジュールベース７上に流すことができ、ループ状の電流経路を流れる電流によって生じる磁束と渦電流によって生じる磁束との電磁干渉によって、電流経路中に寄生するインダクタンスを低減できる。従って、本実施例では、パワー半導体素子のスイッチング動作時における跳ね上がり電圧を抑制できる。
【００７３】
しかも、本実施例では、ループ状の電流経路を最小にできるので、電流経路に寄生するインダクタンスをさらに低減できる。
【００７４】
また、本実施例では、ワイヤ配線による配線方向を直交させることができるので、ワイヤ配線に流れる電流によって生じる電磁ノイズを軽減できる。
【００７５】
また、本実施例によれば、直流端子４０の正極側端子３と負極側端子２とを積層構造としているので、正極側端子３に流れる電流と負極側端子２に流れる電流とを近接させ、しかも相反する方向に流すことができる。これにより、本実施例では、相反する方向に流れる電流に生じる２つの磁束の電磁干渉によって、直流端子４０の寄生インダクタンスを低減できるので、寄生インダクタンスによる跳ね上がり電圧を低く抑えることができる。さらに、本実施例では、コンデンサ端子５０も入力端子４０と同様の構成であるので、同様の作用効果を得ることができる。
【００７６】
以上本実施例で述べたインバータ装置ＩＮＶは、温度条件や振動などの厳しい環境下に置かれた場合でも、インバータ装置ＩＮＶに要求されている所定年数以上（例えば１５年以上）の寿命を確保することができるので、特に自動車に用いられる車載用インバータ装置ＩＮＶとして好適である。
【００７７】
その自動車としては、例えば内燃機関であるエンジンを車両の駆動源とし、エンジンの側部に搭載されてエンジンとベルトによって機械的に連結されたモータジェネレータをエンジンの始動源，エンジンのアシスト源及び車両の電力発生源とするハイブリッド自動車がある。このハイブリッド自動車において、前述したインバータ装置ＩＮＶはモータジェネレータの制御装置として、高圧バッテリ（例えばバッテリ電圧３６Ｖ）とモータジェネレータと間に電気的に接続される。従って、図３における直流電源ＤＣは高圧バッテリに相当し、モータＭはモータジェネレータに相当する。
【００７８】
ハイブリッド自動車においては、信号待ちなどの停車中に一旦、エンジンを停止し、発進時にエンジンを再び始動させるアイドルストップ運転モードにある場合、高圧バッテリから供給された直流電力をインバータ装置ＩＮＶにおいて交流電力に変換し、この交流電力をモータジェネレータに供給する。これにより、モータジェネレータはモータとして動作し、回転駆動力を発生する。この回転駆動力はエンジンに伝達される。これにより、エンジンはクランキングされて再始動する。この場合、モータジェネレータはインバータ装置ＩＮＶによって回転数制御される。
【００７９】
尚、エンジンの初期始動時（エンジンが冷えた状態でエンジンを始動する時）はエンジン負荷が大きいので、別途設けられているスタータを用いてエンジンを始動する。エンジンが温まった状態ではエンジン負荷が小さいので、前述したように、モータジェネレータを用いてエンジンを始動（ホットスタート）する。
【００８０】
車両の加速時にエンジンの駆動をアシストする加速運転モードにある場合は、高圧バッテリから供給された直流電力をインバータ装置ＩＮＶにおいて交流電力に変換し、この交流電力をモータジェネレータに供給する。これにより、モータジェネレータはモータとして動作し、回転駆動力を発生する。この回転駆動力はエンジンに伝達され、エンジンの回転駆動力と共に車両駆動力として車軸に伝達される。この場合、モータジェネレータはインバータ装置ＩＮＶによってトルク制御される。
【００８１】
エンジン走行中に発電するエンジン走行発電モードにある場合は、モータジェネレータをエンジンによって回転駆動する。これにより、モータジェネレータは発電機として動作し、交流電力を発生する。この発生した交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって直流電力に変換され、高圧バッテリに供給される。高圧バッテリは、インバータ装置ＩＮＶから供給された直流電力を充電する。
【００８２】
車両の減速時や制動時などの回生運転モードにある場合は、車両の運動エネルギーによってモータジェネレータを回転駆動する。これにより、モータジェネレータは発電機として動作し、回生制動力を発生すると共に、交流電力を発生する。この発生した交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって直流電力に変換され、高圧バッテリに供給される。高圧バッテリは、インバータ装置ＩＮＶから供給された直流電力を充電する。
【００８３】
モータジェネレータとしては、回転子の界磁磁極が永久磁石で構成された永久磁石式交流同期機，Ｎ極とＳ極の爪状磁極が回転方向に交互に配置された磁極鉄心に界磁巻線が巻かれてなるルンデル形回転子を備えた交流同期機，成層鉄心からなる回転子鉄心に二次導体（アルミニウム製の棒状導体）が鋳入まれ、二次導体の軸方向両端部が銅製の短絡環によって機械的に接続されかつ電気的に短絡された回転子を備えた交流誘導機を用いることができる。
【００８４】
本実施例では、モータジェネレータがエンジンの側部に配置されてエンジンと機械的に連結されると共に、エンジンの始動源，エンジンのアシスト源及び車両の電力発生源として用いられることから、ルンデル形回転子を備えた交流同期機をモータジェネレータとして用いている。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施例のインバータ装置ＩＮＶの機械的構成を示す断面図であり、図２の一点鎖線で示す断面構成を示す。
【図２】本発明の一実施例のインバータ装置ＩＮＶの機械的構成を示す平面図であり、パワーモジュールの全体構成を示す。
【図３】図１，図２のインバータ装置ＩＮＶの回路構成を示す回路図。
【符号の説明】
【００８６】
Ｍｐｕ〜Ｍｎｗ…パワー半導体素子、ＰＭＵ…パワーモジュール、ＤＣＵ…駆動回路装置、ＭＣＵ…モータ制御装置、１６ａ〜１６ｆ，１９…ワイヤ配線、２４ａ〜２４ｆ…信号用端子、３０…駆動回路基板。
【図１】
2006165409.tif 000003
【図２】
2006165409.tif 000004
【図３】
2006165409.tif 000005