(57)【要約】【課題】熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない電力変換装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、基板を放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置において、フレーム１４は、フレーム１４を放熱器１３に固定する固定部１４ｂと、フレーム下端に形成され、放熱器１３に載置した基板１２の半導体素子配置面に接し、半導体素子配置面の裏面を放熱器１３に密着させ固定する複数の突起部１６と、各突起部１６を結んで設けられ、半導体素子配置面に接合する袴部１７と、フレーム１４の固定時、実装作業可能に半導体素子配置面を露出させるフレーム開口とを有する。【選択図】図１
2006303375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、前記基板を前記放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置において、
前記フレームは、
該フレームを前記放熱器に固定する固定部と、
フレーム下端に形成され、前記放熱器に載置した前記基板の半導体素子配置面に接し、前記半導体素子配置面の裏面を前記放熱器に密着させ固定する複数の押圧部と、
前記各押圧部を結んで設けられ、前記半導体素子配置面に接合する接合部と、
前記フレームの固定時、実装作業可能に前記半導体素子配置面を露出させるフレーム開口と
を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記基板は、複数個に分割されており、
分割された前記各基板に実装された各半導体素子を同一の出力端子に接続すると共に、前記各基板及び前記各半導体素子のそれぞれが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記フレームは、前記基板を個別に配置する複数のフレーム開口を有し、
前記各フレーム開口毎に配置された基板に実装された各半導体素子を同一の出力端子に接続すると共に、前記各基板及び前記各半導体素子のそれぞれが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記基板は、前記半導体素子を実装したセラミック基板、或いは前記半導体素子を実装したバスバ電極基板であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記基板は、前記セラミック基板或いは前記バスバ電極基板とベースプレートの積層構造を有することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記押圧部は、離間して配置された複数の突起部からなり、前記接合部は、前記突起部より柔軟な材料で、且つ、前記突起部より下方まで延びて形成され、隣接する前記各突起部を連結する袴部からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記突起部は、先端に樹脂材料或いはゴム材料からなる圧力変形部材を装着していることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記フレームの上端に配置した、前記半導体素子を外部電源に接続する外部バスバ電極、及び前記半導体素子と前記外部バスバ電極を電気的に接続する立ち上げ電極を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記フレームに、前記フレームの上端から突出しないように、前記フレーム開口を跨ぐ梁或いは前記フレームの上端部に形成した切り込みを介して、前記半導体素子への制御信号を送るゲート配線基板を配置したことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記フレームが、下側に突出するように反っている形状を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記放熱器の裏面側に形成された、前記フレームの短辺方向に沿って延びると共に前記フレームの長辺方向に沿って略等間隔で並設された複数の放熱フィンと、
前記放熱器の表面に形成された、前記フレームの短辺方向に沿って延び、且つ、前記基板側に開口する複数の溝と、
前記各溝に対応する前記放熱器の裏面側に形成された、溝幅より太い幅の幅広放熱フィンとを有し、
前記基板が、前記フレームの長辺方向辺が前記放熱フィンに対し略直交するように、且つ、前記フレームの短辺方向辺のそれぞれが前記各溝に臨むように配置され、絶縁性接着剤によって前記放熱器に接続されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記溝の側面を、開口側が広がる傾斜面により形成したことを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記溝に、前記放熱器の表面から一段下がって形成され、前記基板の前記半導体素子を実装した部分以外の部分の下に位置する段差部を設けたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記段差部に、スペーサとして機能する絶縁材料を配置したことを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記基板がバスバ電極であり、前記バスバ電極の表面に導電性の接合材料を介して前記半導体素子を実装することを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記フレームは、
結合部を有し、前記基板に接合する下部フレームと、前記結合部に嵌め合わされ結合する被結合部を有すると共に前記放熱部に固着する脚部を有し、前記下部フレームの上に配置される上部フレームからなる二分割構造を有することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記上部フレームと前記下部フレームの少なくとも一方に弾性構造体を配置し、前記弾性構造体を介在させて嵌め合わせることを特徴とする請求項１６に記載の電力変換装置。
【請求項１８】
前記基板の表面に突設され、上端に、前記上部フレームの結合部に結合する被結合部が形成された支柱を有することを特徴とする請求項１６または１７に記載の電力変換装置。
【請求項１９】
半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、前記基板を前記放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置の製造方法において、
先ず、前記基板の半導体素子配置面の上方から前記フレームを押圧して、前記フレームの下端に形成された接合部により前記フレームを前記半導体素子配置面に接合し仮止めするステップと、
次に、前記フレームのフレーム開口から、前記基板と外部バスバ電極を接続する接続手段を配置するステップと、
その後、前記フレームを前記放熱器に固定するステップと
を有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置及びその製造方法に関し、特に、半導体素子が実装された基板と放熱器の固定構造を有する電力変換装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力変換を行う電力変換装置として、「半導体組立ユニット」（特許文献１参照）や「パワーモジュール型インバータ装置」（特許文献２参照）或いは「半導体装置」（特許文献３参照）等が知られている。この電力変換装置は、一般に、パワーモジュールとして形成される。
【０００３】
「半導体組立ユニット」は、放熱器として機能する支持体の上方に、順次、金属被膜（銅箔：放熱用）、絶縁板、金属被膜（銅箔：配線用）、半導体ペレット、電流導体が積層された構成を有している。ここで、金属被膜（銅箔：放熱用）、絶縁板、金属被膜（銅箔：配線用）を総称して基板と称する。この基板は、半導体素子を載置した状態で、絶縁ハウジングに支持された電流端子要素により押圧され、支持体（放熱器）上に固定される。
【０００４】
「パワーモジュール型インバータ装置」は、ヒートシンク上に絶縁シートを介して配置したパワーモジュールを、モジュール押さえ部材によりヒートシンク上に押圧固定すると共に、モジュール押さえ部材に固定された信号線とパワーモジュールに固定された信号端子を接触させて、導電性を確保した構成を有している。
【０００５】
「半導体装置」は、放熱体上に絶縁シートを介してマウント用導電体（上部に半導体及び半導体同士を接続するボンディングワイヤを備える）を配置し、このマウント用導電体と外装ケースに配置された外部接続端子を、ボンディングワイヤによって接続した構成を有している。
【０００６】
また、放熱体（ベースプレートに相当）上に電力変換装置を形成した後に、放熱体を冷却器上に固定する構成も知られている（特許文献３の従来技術（図１０）参照）。
【特許文献１】特公平６−４４６００号公報
【特許文献２】特開２００２−３２０３９２号公報
【特許文献３】特開２００４−８７７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、「半導体組立ユニット」（特許文献１参照）や「半導体装置」（特許文献３参照）においては、基板（半導体及び配線基板）を放熱器（冷却器）に固定するに当たり、フレームに配置されたバスバ電極若しくは信号端子と基板上の電極を、押圧して接触させることによって、電気的導電性を確保している。このため、例えば、押圧・接触箇所に振動等が加わった場合、電気的接触が途切れたり抵抗が変化したりしてしまう虞がある。
【０００８】
また、「パワーモジュール型インバータ装置」（特許文献２参照）においては、放熱器上に配置された基板とフレーム上に配置されたバスバ電極若しくは信号端子を、ワイヤボンディングにより結線しているので、振動等が加わった場合に電気的接触が途切れたり抵抗が変化したりすることはないが、基板やフレームを装着した後の放熱器をボンディングマシンに搬入する必要があり、製造工程において作業性が悪くなるのが避けられない。
【０００９】
これに対し、一旦、放熱板上に基板やフレームを配置し、その後、ボンディングを行って、放熱板を冷却器に固定するようにすれば（特許文献３の従来技術（図１０）参照）、電気的接触が途切れたり抵抗が変化したりすることや製造工程において作業性が悪化することは無いものの、放熱板を冷却器に固定した後、両者の熱膨張係数の差異によって放熱器が反ってしまう虞が生じる。
この発明の目的は、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない電力変換装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、この発明に係る電力変換装置は、半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、前記基板を前記放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置において、前記フレームは、該フレームを前記放熱器に固定する固定部と、フレーム下端に形成され、前記放熱器に載置した前記基板の半導体素子配置面に接し、前記半導体素子配置面の裏面を前記放熱器に密着させ固定する複数の押圧部と、前記各押圧部を結んで設けられ、前記半導体素子配置面に接合する接合部と、前記フレームの固定時、実装作業可能に前記半導体素子配置面を露出させるフレーム開口とを有することを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係る電力変換装置の製造方法は、半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、前記基板を前記放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置の製造方法において、先ず、前記基板の半導体素子配置面の上方から前記フレームを押圧して、前記フレームの下端に形成された接合部により前記フレームを前記半導体素子配置面に接合し仮止めするステップと、次に、前記フレームのフレーム開口から、前記基板と外部バスバ電極を接続する接続手段を配置するステップと、その後、前記フレームを前記放熱器に固定するステップとを有している。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、基板を放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置は、フレームが、フレームを放熱器に固定する固定部と、フレーム下端に形成され、放熱器に載置した基板の半導体素子配置面に接し、半導体素子配置面の裏面を放熱器に密着させ固定する複数の押圧部と、各押圧部を結んで設けられ、半導体素子配置面に接合する接合部と、フレームの固定時、実装作業可能に半導体素子配置面を露出させるフレーム開口とを有するので、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない。
【００１３】
また、この発明に係る電力変換装置の製造方法により、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない電力変換装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。図１〜３に示すように、電力変換装置１０は、半導体素子１１、半導体素子１１を実装する基板１２、半導体素子１１を冷却する放熱器１３、及び基板１２を放熱器１３に保持するフレーム１４を有している。
【００１５】
半導体素子１１は、基板１２の表面側に配置され（図１参照）、基板１２の表面に形成された金属箔１５のパターンに、はんだ付けにより接合されている。従って、半導体素子実装部は、放熱器１３の上に、シリコングリス（図示しない）、基板１２、金属箔１５（即ち、はんだ付けによる接合部）、半導体素子１１が記載順に積層された、５層構造となる（図３参照）。
【００１６】
フレーム１４は、基盤１２の周縁に略一致する大きさ及び形状を有する、平面が長方形状の枠体からなり、各角部下端から長辺延長方向下方に延びる脚部１４ａを有している（図１，２参照）。このフレーム１４は、放熱器１３或いは電力変換装置１０を収容するケース等（図示しない）の表面（フレーム載置面）に載置され、脚部１４ａ先端に形成した固定部１４ｂの丸孔（図１参照）等を介して、例えばねじ止めにより固定される。
【００１７】
フレーム１４の下端には、全周に渡って略等間隔に配置された複数の棒状の突起部１６、及び隣接する突起部１６の間を結ぶ縦壁状の袴部１７が形成されている（図２参照）。袴部１７は、突起部１６より柔軟な材質、例えば、接着部材等の粘着性のある材質を用いて、突起部１６と略同じ長さに形成されており、基板１２にフレーム１４を仮止め（接合）することができる。フレーム載置面、即ち、半導体素子１１が実装された半導体素子配置面にフレーム１４を載置した状態で、突起部１６は半導体素子配置面に点状に接触し、袴部１７は半導体素子配置面に線状に接触して、周縁に沿って基板１２を取り囲む。
【００１８】
従って、フレーム１４の脚部１４ａを、放熱器１３の表面に固定することにより、枠体内部空間であるフレーム開口から、半導体素子１１が搭載された基板１２の表面、即ち、半導体素子配置面が露出する（図１参照）と共に、突起部１６及び袴部１７が基板１２の表面を押圧して基板１２の裏面を放熱器１３に密着させる（図２参照）。
【００１９】
つまり、フレーム１４は、フレーム１４を放熱器１３に固定する固定部１４ｂと、フレーム下端に形成され、基板１２の半導体素子配置面に接し、半導体素子配置面の裏面を放熱器１３に密着させ固定する複数の押圧部（突起部１６）と、各押圧部を結んで設けられ、半導体素子配置面に接合する接合部（袴部１７）と、フレーム１２の固定時、実装作業可能に半導体素子配置面を露出させるフレーム開口とを有している。
【００２０】
なお、基板１２は、例えば、セラミック基板が用いられるが、その他、導体である金属板を電極として金属板上に半導体素子を配置したバスバ電極基板、バスバ電極基板に接続される金属板、若しくは半導体素子をレイアウトする剛体として機能するベースプレート等でもよい。また、放熱器１３と半導体素子１１の距離や熱伝導性の観点から、放熱器１３と半導体素子１１の間に配置される構成部品等は少ない程好ましい。
【００２１】
フレーム１４の上面には、半導体素子配置面を覆うように、共に平板状のＰ電位側バスバ電極１８及びＮ電位側バスバ電極１９が、Ｐ電位側バスバ電極１８の上にＮ電位側バスバ電極１９を積層した状態で、配置されている（図２，３参照）。また、基板１２には、各短辺側に沿って、Ｐ電位側立ち上げバスバ電極２０及びＮ電位側立ち上げバスバ電極２１が配置されている（図１，３参照）。これらＰ電位側立ち上げバスバ電極２０及びＮ電位側立ち上げバスバ電極２１により、半導体素子１１とＰ電位側バスバ電極１８及びＮ電位側バスバ電極１９が電気的に接続されることで、Ｐ電位側バスバ電極１８及びＮ電位側バスバ電極１９を介して、半導体素子１１が外部電源に接続される。
【００２２】
なお、積層されている２個のバスバ電極の上側のバスバ電極と、この上側のバスバ電極に対応する立ち上げバスバ電極を接続する場合、下側のバスバ電極の一部に孔を開け、この孔を立ち上げバスバ電極が貫通するようにすれば良い（図３参照）。孔には、電気絶縁用のスペーサ等（図示しない）を装着する。
【００２３】
フレーム１４には、半導体素子１１へ制御信号を送るゲート配線基板２２が配置されている。ゲート配線基板２２は、フレーム１４の短辺に沿って両長辺間に掛け渡された梁部（図示しない）の上に装着され、或いは装着された梁部と共に、フレーム１４の上面に形成した切り込み部２３に収容される（図２参照）。この梁部は、ゲート配線基板２２と一体化して形成され、補強材として機能する。
【００２４】
このように、電力変換装置１０は、半導体素子１１を搭載した基板１２の表面に、フレーム１４の底面（突起部１６及び袴部１７）を押圧密着して、基板１２をフレーム１４により機械的に保持しているので、従来の支持基板や支持構造体としてのベースプレートを必要としない。
【００２５】
また、電力変換装置１０は、フレーム１４に保持された基板１２の半導体素子搭載部分がフレーム１４に覆われることなくフレーム開口から露出しているので、半導体素子１１の製造に際し、基板１２をフレーム１４に保持したまま、実装装置に載せてワイヤボンディングを行ったり超音波接合によるバスバ電極の接続を行う等の各種実装作業が可能である。
【００２６】
即ち、基板１２をフレーム１４に接続する前に、基板１２上に半導体素子１１をはんだ付けする作業を行い、基板１２をフレーム１４に接続した後に、その後の各種接続実装作業（基板１２上のワイヤボンディング、或いは基板１２とフレーム１４に配置されたバスバ電極１８，１９及びゲート配線基板２２のワイヤボンディング等）を行なえば良い。
【００２７】
図４は、図１の電力変換装置を適用したインバータの一例を示す平面図である。図４に示すように、フレーム１４を縦横に拡張し共通部分を一体化した形状を有するフレーム２４の複数のフレーム開口毎に、基板１２を一体的に配置することにより、例えば３相インバータを形成する場合や電流容量を大きくするために半導体素子１１を多数個用いる場合等に対応することができる。
【００２８】
フレーム２４は、例えば、フレーム１４を平面上に縦３列横２列配置したように、縦横に並設された６個のフレーム開口を有しており、ゲート配線基板２２も、３列に渡って共通配置されている。各フレーム開口にそれぞれ配置された基板１２は、隣接する基板１２同士が接触しないように、各基板１２の間に空間を有している。複数個配置された各基板１２間の電気的な接続、例えば出力端子への接続等は、フレームを跨ぐ形状の接続線（図示せず）等によりバスバ電極と併せて行なえば良い。
【００２９】
また、フレーム２４の各角部には、フレーム１４の脚部１４ａと同様の脚部２４ａが形成されているが、脚部２４ａは、必ずしも各基板１２に対応して設ける必要は無い。このようにすることで、半導体素子１１を複数用いる場合等においても好適に行える。
【００３０】
上記構成を有することにより、半導体素子１１から放熱器１３までの積層構造を簡素化することができる。即ち、従来の半導体素子実装部は、例えば、放熱器の上に、シリコングリス、ベースプレート（金属板）、はんだ付け接合部、基板（両面に金属箔パターン有り）、はんだ付け接合部、半導体素子からなる構造、或いは放熱器の上に、シリコングリス、ベースプレート、絶縁層、金属板（バスバ電極に接続される）、はんだ付け接合部、半導体素子からなる構造と、７層構造であったのに対し、電力変換装置１０にあっては、放熱器１３の上に、シリコングリス（図示しない）、基板１２、金属箔１５（即ち、はんだ付けによる接合部）、半導体素子１１からなる５層構造となる（図３参照）。
【００３１】
そして、基板１２の表面端部をフレーム１４に結合し機械的に保持するので、従来の支持構造体としてのベースプレートが不要になり、喩え、基板が複数有ったとしてもそれぞれをフレーム１２で固定することができる。また、半導体素子１１を実装している基板の中央部はフレーム開口から露出しているので、フレーム１４で保持されている基板１２を実装を行なう製造装置に載せて、ワイヤボンディングや超音波接合によるバスバ電極１８，１９の接続等の諸実装工程を実施することができる。即ち、基板１２をフレーム１４に接合する前に、基板１２上への半導体素子１１のはんだ付け等を行って、フレーム１４の接続後に、各種接続実装工程を行なえば良い。
【００３２】
このように、電力変換装置１０の製造は、先ず、基板１２の半導体素子配置面の上方からフレーム１４を押圧して、フレーム１４の下端に形成された接合部（袴部１７）によりフレーム１４を半導体素子配置面に接合し仮止めして、次に、フレーム１４のフレーム開口から、基板１２とバスバ電極１８，１９を接続する接続手段（Ｐ電位側立ち上げバスバ電極２０及びＮ電位側立ち上げバスバ電極２１）を配置し、その後、フレーム１４を放熱器１３に固定する、という一連の処理手順を経て行う。
【００３３】
その結果、以下の効果を得ることができる。
第１に、積層構造の簡素化（従来の７層から５層）により、熱抵抗を低減することができる。特に、ベースプレートは、低熱膨張材料としての銅合金等を用いると比較的熱抵抗が大きくなるが、電力変換装置１０にあってはベースプレート自体が不要である。
第２に、基板とベースプレートのはんだ付け接合部のような、熱膨張係数の異なる材料を広い面積で接合する部位が無い。このため、はんだ付け接合部にクラックや反りが生じないので、熱抵抗が増加する懸念が無い。
【００３４】
第３に、コストを低くすることができる。ベースプレート、特に低熱膨張材料を用いた銅合金による高価なベースプレートを用いない。
第４に、ベースプレートと放熱器の間で空隙が発生する等による熱抵抗増加が無い。つまり、ベースプレート自体が無いこともあるが、基板を直接ネジ等で放熱器に固定していないので、熱膨張が生じても、それによる変形はフレームの微小な撓みとして吸収され、基板と放熱器は密着したままである。
【００３５】
第５に、サイズを小さくすることができる。例えば、個々のベースプレートをその端部のネジ穴を介してネジにより放熱器に固定した場合、基板間隔が開いてしまう。特に、電流容量を増やすために電力変換装置を多数個並列接続すると、ベースプレートを覆うケース肉厚もあって更に間隔が開き大型化する。これに対し、電力変換装置１０にあっては、個々の基板を十分近接して配置することができ、その上、フレーム端部で放熱器に固定するので基板毎に固定用のネジ穴等を設ける必要も無く、小型化が可能である。
【００３６】
また、フレーム１４に突起部１６及び袴部１７を設けたことにより、以下の効果を得ることができる。
半導体素子１１が実装された基板１２は、その表面をフレーム１４の底面に接合させた状態になるが、そのとき、突起部１６で基板１２をピンポイント的に押圧することにより、基板１２の表面に確実に圧力を加えることができる。即ち、フレーム１４の底面と基板１２の表面を広い範囲（例えば全面同士）で接触させようとすると、接触面の当たりの不均一さで基板１２の四辺を押圧できない場合がある。しかしながら、突起部１６でピンポイント的に押圧するので、フレーム１４自体の撓みによって基板１２の四辺を確実に押圧することができる。更に、大きな押圧力も得られるので、より確実に基板１２を放熱器１３に密着させることができる。
【００３７】
電力変換装置１０の製造工程中、基板１２と放熱器１３を密着させる前は、基板１２をフレーム１４に対し確実に接合させている必要があるが、袴部１７を設けたことにより、基板１２をフレーム１４に広い面積で確実に接合できるので、製造工程中の剥がれを防止することができる。この袴部１７は、突起部１６から延伸しているので、フレーム１４と基板１２の接合時に邪魔になることは無く、更に、軟らかい材料により形成されており、基板１２に押圧して放熱器１３に密着させる際には潰れるので、突起部１７による押圧時に邪魔になることもない。
【００３８】
また、半導体素子１１と外部電源及び負荷を接続する、外部バスバ電極及び立ち上げ電極を、フレーム１４によって保持することにより、以下の効果を得ることができる。
バスバ電極は、低インダクタンス化のために幅広形状で形成されることが多く、特に、外部電源に接続されるＰ電位側バスバ電極１８及びＮ電位側バスバ電極１９は、低インダクタンス化のために積層させる場合が多い。これらＰ電位側バスバ電極１８及びＮ電位側バスバ電極１９を、フレーム１４の上に載せる形態で保持させることにより、大きく、且つ、幅広いＰ電位側バスバ電極１８及びＮ電位側バスバ電極１９を容易に形成することができる。更に、半導体素子１１及び基板１２の実装工程を終えた後に、Ｐ電位側バスバ電極１８及びＮ電位側バスバ電極１９を被せるようにフレーム１４に載せて、電気的に接続することができるので、電力変換装置１０の製造工程に支障を及ぼすことはない。
【００３９】
また、半導体素子１１と、Ｐ電位側バスバ電極１８、Ｎ電位側バスバ電極１９、Ｐ電位側立ち上げバスバ電極２０、及びＮ電位側立ち上げバスバ電極２１との接続距離、特に、積層形状のＰ電位側バスバ電極１８及びＮ電位側バスバ電極１９との接続距離を、短くすることができる。即ち、積層したＰ電位側バスバ電極１８及びＮ電位側バスバ電極１９を、半導体素子１１の直上に配置することもできるので、低インダクタンス化することが容易である。
【００４０】
加えて、半導体素子１１の直上に幅広いバスバ電極２０、２１を配置することができることから、特に、半導体素子１１を多数並列接続する場合は、低インダクタンス化のみならず各半導体素子１１の電流バランスを均一化し易く、電流バランスも改善することができる。このため、電力変換装置１０の電流容量を大きくすることも、容易に、且つ、低コストでできる。
【００４１】
また、フレーム開口を跨ぐ梁の上に、半導体素子１１への制御信号を送るゲート配線基板２２を配置し、フレーム１４上面の切り込み部２３に、梁とゲート配線基板２２を配置することにより、以下の効果を得ることができる。
ゲート配線基板２２を、各半導体素子１１の直近又は直上にも配置することができるため、ゲート配線を低インダクタンス化できると共に、前述したバスバ電極と同様に、半導体素子１１を多数並列接続する場合もゲート配線長を略同一にすることができ、安定した電気的な動作を容易に得ることができる。更に、梁の上にゲート配線基板２２を載せるため、この梁が補強材となって、ワイヤボンディング等の接続作業も容易に、且つ、確実に実施することができる。
【００４２】
また、フレーム１４上面の切り込み部２３に、梁とゲート配線基板２２を積層して配置することにより、以下の効果を得ることができる。
先ず、ゲート配線基板２２を、フレーム１４の表面とは別の高さに容易に配置することができるので、ゲート配線基板２２が、Ｐ電位側バスバ電極１８及びＮ電位側バスバ電極１９をフレーム１４の表面に配置する際の障害にならない。
【００４３】
次に、隣接する半導体素子１１或いは半導体素子１１を実装している基板１２の間の接続部分（例えばワイヤボンディング）の上に、ゲート配線基板２２を置くことができる。つまり、この接続工程を経た後に、ゲート配線基板２２を載せてゲート配線に関する工程に進むことができるため、電力変換装置１０を小型化することができる上に、接続長の短縮や接続長均一化により、電気的な特性を更に改善することができ、電力変換装置１０の大容量化を図ることもできる。
【００４４】
加えて、バスバーやゲート信号端子は、はんだ付け或いはワイヤボンディング等で接続することができるので、例えば、車両の振動等により外れてしまうという懸念が無く、基板１２をフレーム１４で保持することにより、基板１２や半導体素子１１間の電気的な接続も可能となる。
【００４５】
また、一つのフレーム２４（図４参照）により、半導体素子１１を実装した基板１２を複数個配置して、各基板１２の半導体素子１１を電力変換装置１０の同一の出力端子に接続し、更に、基板１２同士或いは半導体素子１１同士の電気的な接続を行なうことで、以下の効果を得ることができる。
【００４６】
電力変換装置、例えば３相インバータの電力容量を大きくする場合、一般的に各相或いは各アームの半導体素子を多数並列接続するが、この電力変換装置１０では、前述したように各相或いは各アームの半導体素子１１を同一の基板１２に実装する必要が無く、各相のハイサイド側とローサイド側のアームを、それぞれ別の基板１２に実装することができる。
【００４７】
従って、これらの基板１２の四辺をフレームで必ず保持する必要も無い。つまり、基板１２をフレームで保持するのは、実装工程中での基板１２の保持が主たる目的であり、実装工程が終了すると、基板１２はフレームからの圧力で放熱器１３に密着することになる。フレームは、脚部２４ａが放熱器１３に固定されているので、基板１２に対し圧力を加え続ける。
【００４８】
また、実装工程中でワイヤボンディングを行なう場合、基板１２はワイヤボンディング装置による真空引き吸着で同装置に固定されるので、各基板１２間を跨ぐ或いは繋ぐ形状でのワイヤボンディング工程等の実装工程において邪魔になることは無い。
よって、フレームの同じ開口部にハイサイド側とローサイド側の基板１２を配置でき、且つ、電気的な接続ができることから、基板１２間の接続に必要な距離を短くすることができ、大電流容量の場合或いは電位が異なる電極を用いる場合でも、電力変換装置を小型に形成することができる。更に、それぞれの基板１２の小型化が可能になって、各基板当たりの半導体素子はんだ付け接合面積を低減することができるので、はんだ付け部の熱応力を起因とする基板１２の反りも防止することができる。
【００４９】
また、フレーム開口に、半導体素子１１を実装した基板１２を複数個配置して、各基板１２の半導体素子１１を電力変換装置１０の同一の出力端子に接続し、更に、各基板１２同士或いは各半導体素子１１同士の電気的な接続を行なうことで、以下の効果を得ることができる。
【００５０】
電力変換装置、例えば３相インバータの電力容量を大きくする場合、一般的に各相或いは各アームの半導体素子１１を多数並列接続するが、各相のハイサイド側、ローサイド側の半導体素子１１を多くした場合、これらを同一の基板１２に実装すると、半導体素子１１と基板１２のはんだ付け面積が大きくなり過ぎ、はんだ付け部の熱応力を起因として基板１２が反ってしまう懸念が生じかねない。電力変換装置１０では、ハイサイド側、ローサイド側の基板１２を分割しても、これら基板１２の間隔を短くすることができ、且つ、基板１２間或いは半導体素子１１間の電気的な接続もワイヤーボンディングや超音波接合等による電極溶接で容易に行なえる。このため、電力変換装置１０の電流容量を増やすことも容易にできる。
【００５１】
また、突起部１７の先端に、樹脂材料或いはゴム材料等の圧力変形部材を装着しても良い。これにより、突起部１７を基板１２に押圧すると、圧力変形部材に潰れが生じるため、基板１２の四辺で突起部１７との当たりにバラツキがあっても一様に押圧することができる。更に、フレームの若干の撓り変形と相俟って、基板１２の四辺を確実に押圧することができる。
【００５２】
また、フレームが下側に突出するように反っている形状を有する構成としても良い。これにより、フレームの脚部を放熱器１３に固定しフレームに下向きの圧力が加わると、フレームが平らになるように変形して、フレームの中央部から端部に圧力が加わることになり、基板１２を一様に押圧することができる。この結果、フレームと基板１２の接触部分の当たりが不均一なため、基板１２と放熱器１３の密着が不十分になってしまう事態を防止することができる。
【００５３】
（第２実施の形態）
図５は、この発明の第２実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。図６は、図５のＡ―Ａ線に沿う断面図であり、図７は、図５のＢ―Ｂ線に沿う断面説明図である。図５〜７に示すように、電力変換装置３０は、半導体素子１１を、基板（セラミック基板）１２でなく、金属板、即ち、バスバ電極３１,３２或いはバスバ電極に接続される金属板（図示しない）に実装している。そして、電力変換装置３０の冷却を行なう放熱器１３、或いは電力変換装置３０を収容するケースの筐体（図示しない）に、フレーム１４の脚部１４ａを固定することにより、基板としてのバスバ電極３１,３２或いは金属板の裏面と、放熱器１３或いはケース筐体とを密着させている。
【００５４】
その他の構成及び作用は、電力変換装置１０と同様であり、図５は図１に、図６は図２に、図７は図３に、それぞれ対応している。なお、半導体素子１１は、電位の相違から、バスバ電極（Ｐ電位側）３１とバスバ電極（出力電位側）３２に、それぞれ実装される。
この電力変換装置３０において、半導体素子実装部は、放熱器１３の上に、絶縁層３３、基板（バスバ電極或いは金属板）３１,３２、はんだ付け接合部（図示しない）、半導体素子１１が記載順に積層された、５層構造となる（図７参照）。ここで、絶縁層３３は、基板３１,３２と放熱器１３の絶縁を図るが、絶縁性能を確実に果たすため絶縁接着剤が主に用いられる。
【００５５】
図８は、図５の電力変換装置を適用したインバータの一例を示す平面図である。図８に示すように、例えば、３相インバータを形成する場合や電流容量を大きくするために半導体素子１１を多数個用いる場合、フレーム１４を縦横に拡張し共通部分を一体化した形状を有するフレーム２４の複数のフレーム開口毎に、基板３１,３２を一体的に配置すればよい。その他の構成及び作用は、図４における場合と同様であり、図８は、図４に対応している。
【００５６】
このチップオンバスバ構造の電力変換装置３０においても、電力変換装置１０の基板１２をバスバ電極等の半導体素子１１を実装している金属板に置き換えれば、前述した電力変換装置１０における第１から第５の効果を、同様に得ることができる。その上、次に示す第６の効果を得ることができる。
【００５７】
電力変換装置３０は、絶縁層とシリコングリスという高熱抵抗の領域を２重に持つ必要が無い。一般に、シリコングリスより絶縁接着剤の方が熱抵抗を低減し易いため、熱抵抗を顕著に低減することができる。また、通常、インバータ等の電力変換装置を構成する場合、半導体素子１１を実装しているバスバ電極の電位は一つでなく複数になるが、これら電位の異なるバスバ電極を保持するため、従来は、ベースプレートを必要としていた。
【００５８】
これに対し、電力変換装置３０は、これら電位の異なるバスバ電極をフレームで上方から保持するので、ベースプレートを必要としない。更に、基板３１,３２の表面端部を、フレームに結合し機械的に保持するので、ベースプレートが不要になる。即ち、基板３１,３２が複数個あったとしても、各々をフレームで固定することができ、且つ、後述するように実装も問題なく行なえるので、支持基板或いは支持構造体としてのベースプレートを必要としない。
【００５９】
また、半導体素子１１を実装している基板３１,３２の中央部は、フレーム自体で覆われていないため、フレームで保持されている基板３１,３２を実装用製造装置に載せて、ワイヤボンディング等或いは超音波接合によるバスバ電極の接続等の各種実装工程を実施することが可能である。即ち、基板３１,３２をフレーム１４に接合する前に、基板３１,３２上に半導体素子１１をはんだ付けし、基板３１,３２をフレーム１４に接続した後に、各種接続実装を行なえば良い。
【００６０】
なお、第１及び第２の実施の形態においては、ベースプレートを用いていないが、この発明に係る電力変換装置にあっては、ペースプレートを用いた場合でも所定の効果を得ることができる。
【００６１】
図９は、第１実施の形態に係る電力変換装置の他の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ線に沿う断面図である。図９に示すように、電力変換装置３５は、放熱器１３に固定することなくベースプレート３６を載置し、そのベースプレート３６上に基板（セラミック基板）１４を配置した、積層構造を有している。
【００６２】
このように、ベースプレート３６を、直接、放熱器１３に固定していないので、ベースプレート３６と放熱器１３の間で、熱膨張係数の相違によりはがれ等が生じて空隙が発生してしまうのを防止することができる。また、複数のベースプレート３６を用いる場合も間隔を狭めることが可能なので、小型化できる。また、半導体素子１１を実装したバスバ電極を、絶縁領域を介してベースプレート３６上に配置しても、同様の効果を得ることができる。
【００６３】
（第３実施の形態）
図１０は、この発明の第３実施の形態に係る、複数のインバータを組み合わせた電力変換装置の回路図である。図１１は、図１０の電力変換装置における一相部分の平面図であり、図１２は、図１１のＡ―Ａ線に沿う断面図であり、図１３は、図１１のＢ―Ｂ線に沿う断面図である。この実施の形態に係る電力変換装置４０は、第１実施の形態の電力変換装置１０（図１参照）の構造を基にして、２個のインバータを組み合わせたものである。この第１実施の形態の構造を基にした場合の他、マトリックスコンバータの場合、マトリックスコンバータとインバータを組み合わせ或いは一体化した構造の場合、更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ等他の電力変換装置の場合にも、以下に述べる効果を同様に得ることができる。
【００６４】
図１０に示すように、電力変換装置４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相毎に、２個の直流電源から交流電力を得る２個のインバータを複合して形成されている。例えば、Ｕ相は、２個の半導体素子４１，４２で一方のインバータのハイサイド側を構成し、２個の半導体素子４３，４４で他方のインバータのハイサイド側を構成する。ここで、２個の電源の大小関係は任意であるので、従来のダイオードに代えて、逆方向耐圧を有する半導体素子４２，４４を用いる。また、２個の半導体素子４５，４６で２個のインバータのローサイド側を構成する。
【００６５】
図１１に示すように、第２実施の形態の電力変換装置３０の構成に基づき、半導体素子４１を、基板としての第１バスバ電極（Ｐ電位側）４７に、半導体素子４２，４４，４５，４６を、基板としての第２バスバ電極（出力端子側）４８に、半導体素子４３を、基板としての第３バスバ電極（Ｐ電位側）４９に、それぞれ実装する。第１バスバ電極４７に第１Ｐ電位側立ち上げバスバ電極５０を、第２バスバ電極４８にＮ電位側立ち上げバスバ電極５１を絶縁領域を介して、第３バスバ電極４９に第２Ｐ電位側立ち上げバスバ電極５２を、それぞれ接続する。
【００６６】
基板としての第１バスバ電極（Ｐ電位側）４７と基板としての第２バスバ電極（出力端子側）４８の間、及び基板としての第２バスバ電極（出力端子側）４８と基板としての第３バスバ電極（Ｐ電位側）４９の間には、それぞれゲート配線基板５３が、電力変換装置１０（図２参照）と同様に、梁５４（図１２，１３参照）の上に載せた状態で配置されている。
【００６７】
図１２及び図１３に示すように、フレーム１４上に、第１バスバ電極（Ｐ電位側）５５、第２バスバ電極（Ｎ電位側）５６、及び第３バスバ電極（Ｐ電位側）５７を積層して配置する。そして、第１バスバ電極（Ｐ電位側）５５と第１Ｐ電位側立ち上げバスバ電極５０を、第２バスバ電極（Ｎ電位側）５６とＮ電位側立ち上げバスバ電極５１を、第３バスバ電極（Ｐ電位側）５７と第２Ｐ電位側立ち上げバスバ電極５２を、それぞれ接続する。
【００６８】
この電力変換装置４０においても、上述した第２実施の形態におけるのと同様の効果を得ることができる。特に、半導体素子と外部電源及び負荷を接続する、外部バスバ電極及び立ち上げ電極を、フレーム１４によって保持することによって得られる効果に加え、例えば、２個のインバータを複合し二組のＰＮバスバを有する場合でも、各バスバを低インダクタンスに、且つ、各半導体素子への接続長をほぼ同一にすることができる。このため良好な電気特性を容易に得ることができる。
【００６９】
なお、これまでの説明は、電力変換装置として、主にインバータを例に挙げて行なったが、前述のように、インバータに限らずマトリックスコンバータのような交流電力間の電力変換装置にも適用することができる。更に、複数の電源や負荷との間で電力変換を行なう、例えば複数のインバータやマトリクスコンバータを組み合わせた複合型の電力変換装置にも、適用することができる。特に、これら複数の電力変換装置を複合した構成の場合は、半導体素子が多くなるばかりでなくバスバ電極も多くなるが、このような場合も、熱抵抗を下げると共に、低インダクタンス化や電流バランス改善等の電気特性も良好にすることができる。よって、小型化を図ることが可能となり低コスト化することができる。
【００７０】
構成については、第２実施の形態に基づいて説明したが、第１実施の形態において説明した構成に適用しても、上述した効果と第１実施の形態において述べた効果を同様に得ることができる。
【００７１】
また、梁とゲート配線基板を積層してフレームに配置した構成においても、第１及び第２実施の形態におけるものと同様の効果も得ることができる。更に、半導体素子が多い或いはバスバ電極が多い構成の場合、半導体素子の表面電極へのワイヤボンディング等の接続線（図示せず）の上に、ゲート信号線を配置すれば、特に小型化への寄与が大きい。この構成では、半導体素子の表面電極の接続線を設けた後に、ゲート配線基板を接続線直上に配置すると共に同基板への接続ができるので、容易に小型化することができる。
【００７２】
なお、ここで述べた、ゲート配線基板の配置場所や配置順序に関する小型化効果は、第３実施の形態において説明した内容に限るものでなく、この発明の全ての実施の形態に対し同様に得ることができる。
【００７３】
（第４実施の形態）
図１４は、この発明の第４実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。図１５は、図１４の電力変換装置から上部フレームを外した状態の平面図であり、図１６は、図１４の電力変換装置におけるフレーム結合部分の断面図であり、図１７は、図１４のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図１８は、図１４のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。
【００７４】
図１４〜１８に示すように、電力変換装置６０は、第１実施の形態における電力変換装置１０を、フレーム１４の高さ方向途中の平面で上下に二分割して形成した構造を有しており、フレーム１４に代えて、上部フレーム６１と下部フレーム６２を有している。その他の構成及び作用は、電力変換装置１０と同様である。
【００７５】
即ち、電力変換装置６０は、半導体素子１１を実装した基板１２を備えた下部フレーム６２（図１５参照）と、下部フレーム６２の上に配置される上部フレーム６１から構成されており、上部フレーム６１は、枠体長辺部間を連結する連結部６１ａ（図１４参照）を有している。この上部フレーム６１の側面に形成された、フレーム１４の脚部１４ａと同様の脚部６１ｂを、放熱器１３に固着することにより、基板１２を放熱器１３に密着させることができる。
【００７６】
図１６に示すように、上部フレーム６１の底面に、例えば突部６３を形成し、下部フレーム６２の上面に、突部６３を嵌めこむことができる凹部６４を形成して、突部６３を凹部６４に嵌め込むことにより、上部フレーム６１と下部フレーム６２を結合することができる。この結合構造は、上部フレーム６１に突部６３、下部フレーム６２に凹部６４の組み合わせに限るものではなく、上部フレーム６１に凹部６４、下部フレーム６２に突部６３の組み合わせでも良い。
【００７７】
なお、上部フレーム６１の下面或いは下部フレーム６２の上面に配置した、ゴム材やバネ等からなる弾性構造体（図示しない）を介して、上部フレーム６１と下部フレーム６２を嵌め合わせる構成としても良い。これにより、上部フレーム６１から下部フレーム６２に、より均一に圧力を加えることができる。
【００７８】
また、半導体素子１１を実装した基板１２の表面には、上端が上部フレーム６１の連結部６１ａに接触する支柱６５が、複数本突設されている（図１５，１８参照）。支柱６５の上端面と、この上端面が接触する連結部６１ａの下面には、上部フレーム６１と下部フレーム６２に形成した突部６３（或いは凹部）及び凹部６４（或いは凸部）と同様に、嵌め合わせ可能な凸部（或いは凹部）及び凹部（或いは凸部）が形成されている。この凸部（或いは凹部）及び凹部（或いは凸部）により、支柱６５を連結部６１ａに結合することができる。
【００７９】
上述した電力変換装置６０により、第１実施の形態における効果を得ることができるのに加え、基板１２が下部フレーム６２と接合していることによって、次の効果を得ることができる。
【００８０】
先ず、下部フレーム６２の高さが抑えられるので、電力変換装置６０の製造工程中においてフレームが作業の妨げになる懸念が更に低下する。つまり、フレーム側面部の高さは、脚部６１ｂを有する上部フレーム６１によって形成されるので、下部フレーム６２は基板１２を保持するために必要な構造のみでよい。次に、複数ある基板１２の全てを同じフレームで保持する必要が無い。即ち、全ての基板１２の内の一部枚数を、個々の下部フレーム６２で保持し、これら下部フレーム６２を複数個合わせて上部フレーム６１により纏めて押圧することができるので、製造工程中に扱うフレームの大きさを小さくすることができ、製造が更に容易になる。
【００８１】
また、支柱６５を設けることで、以下の効果が新たに得られる。フレームが接触する基板１２の表面端部以外の箇所である、基板１２の中央部近傍等も押圧することができる。つまり、基板１２の表面端部の、下部フレーム６２が当接する箇所以外に、支柱６５が設置され、嵌合状態に接続されるので、基板１２のサイズが大きい場合でも、基板１２全体を確実に放熱器１３に密着させることができる。特に、基板１２の中央部近傍は、電力変換装置製造工程においてワイヤボンディング等が行われることが多いが、製造工程中は単に支柱６５が立っているだけなので、作業の邪魔にはならない。
【００８２】
また、フレーム１４が下側に突出するように反っている形状を有する構成とすることにより、第１実施の形態における効果を得ることができる。特に、フレームを上部フレーム６１と下部フレーム６２に分けて、上部フレーム６１を下側に突出するような形状にした場合、基板１２を保持する下部フレーム６２は平坦なままで上部フレーム６１により均一に加圧することができるため、基板１２に悪影響を与えることなく確実に押圧することができる。
なお、第４実施の形態の構成を、第３実施の形態に適用すれば、第３実施の形態及び第４実施の形態において得られるそれぞれ効果を何れも得ることができる。
【００８３】
（第５実施の形態）
図１９は、この発明の第５実施の形態に係る電力変換装置の平面図であり、図２０は、図１９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１９，２０に示すように、電力変換装置７０は、第２実施の形態の構成に第４実施の形態の構成を併せて適用したものである。
つまり、半導体素子１１を、バスバ電極３１,３２等に実装し、基板としてのバスバ電極３１,３２等の裏面と放熱器１３等を密着させている構成（図５〜７参照）と、フレーム１４に代えて、上部フレーム６１と下部フレーム６２を有する構成（図１４〜１８参照）とを併せたものである。
【００８４】
この第５実施の形態に係る電力変換装置７０により、第２実施の形態において得られる効果と第４実施の形態において得られる効果を併せて得ることができる。また、電力変換装置７０を、第３実施の形態に適用すれば、第３実施の形態において得られる効果と第５実施の形態において得られる効果を併せて得ることができる。
【００８５】
（第６実施の形態）
図２１は、この発明の第６実施の形態に係る電力変換装置の基板と放熱器の接合部分の断面図である。この実施の形態に係る電力変換装置は、半導体素子を、バスバ電極３１,３２或いはバスバ電極に接続される金属板（図示しない）に実装し、基板としてのバスバ電極３１,３２或いは金属板の裏面と、放熱器１３或いはケース筐体（図示しない）を密着させている（第２実施の形態、図５参照）。この図２１は、図５のＢ−Ｂ線に沿う断面と同様位置での断面を示す。なお、以下の説明において、フレーム１４の短辺方向を縦方向、長辺方向を横方向（図面、左右方向）とする。
【００８６】
図２１に示すように、この実施の形態に係る電力変換装置の放熱器１３は、裏面側に形成された、縦方向に沿って延びると共に横方向に沿って略等間隔で並設された複数の放熱フィン７５を有している。また、放熱器１３は、表面の横方向両端部と略中央部の３箇所に、縦方向に沿って延び、且つ、基板側である上方に開口する溝７６を有し、これら各溝７６に対応する裏面側に、溝７６の幅より太い幅の幅広放熱フィン７５ａを有している。
【００８７】
そして、基板としてのバスバ電極３１，３２は、その横方向辺が放熱フィン７５に対し略直交するように、且つ、その縦方向辺のそれぞれが各溝７６に臨むように、配置されており、更に、絶縁性接着剤によって放熱器１３に接続されている。この絶縁性接着剤は、溝７６の内部にも塗布され、基板としてのバスバ電極３１，３２と放熱器１３の接着力を高めている。
【００８８】
このように、電力変換装置の基板と放熱器の接合部分の構成として、半導体素子を実装し、基板でもあるバスバ電極３１，３２を放熱器１３に絶縁接着剤によって接着することにより、バスバ電極３１，３２と放熱器１３の接合と同時に両者間の電気絶縁状態も確保することもできる。しかしながら、一般に、バスバ電極３１，３２は銅又は銅合金で形成され、放熱器１３はアルミ系の材料で形成されるため、両者の熱膨張率の違いから熱応力が生じるが、この熱応力は、基板端部、特に長辺の端部側、即ち、短辺に沿って集中する。そこで、この短辺部分の絶縁接着剤領域を厚くし、大きな熱応力に対して絶縁接着剤が変形することにより応力を緩和できるように、溝７６を設けて絶縁接着剤の体積を大きくしている。
【００８９】
また、この溝７６が、放熱器１３の放熱フィン７５と並行になるように位置していることから、以下の効果も得ることができる。先ず、この溝７６を、放熱器１３の裏面の幅広放熱フィン７５ａ形成位置に対応する表面に形成するので、放熱器１３に穴を開け対することなく充分大きい溝７６を設けることができる。このため、更に大きな応力緩和効果を得ることができる。次に、この溝７６を設ける部分、即ち、幅広放熱フィン７５ａ形成位置には、発熱源としての半導体素子は無い。このため、半導体素子の放熱性能に悪影響を与えることが無い上に、熱応力による放熱器１３の変形に対し幅広放熱フィン７５ａが補強材としても機能する。
【００９０】
また、この溝７６の側面を、開口側が広がる傾斜面により形成しているため、溝７６内部の絶縁接着剤領域における角部（面交差部）が鈍角によって構成されることになり、熱応力が角部に過度に集中することがなく、熱応力の緩和効果が大きくなる。
【００９１】
図２２は、図２１の基板と放熱器の接合部分の他の例を示し、（ａ）は溝に段差部を形成した例の図２１と同様の断面図、（ｂ）は溝に絶縁材料を装着した例の図２１と同様の断面図である。図２２に示すように、放熱器１３の溝７６に段差部７６ａを設け（（ａ）参照）、或いは、この段差部７６ａに絶縁材料７７を配置（（ｂ）参照）している。
【００９２】
段差部７６ａは、各溝７６のバスバ電極３１，３２にかかる斜面、即ち、バスバ電極３１，３２の裏面に対向する放熱器１３表面の、横方向両端部の溝７６では内側斜面、略中央部の溝７６では両側斜面の各上部に、放熱器１３表面から一段下がって形成されている。つまり、この段差部７６ａは、基板の半導体素子を実装した部分以外の部分の略直下に位置することになる。
【００９３】
このように、段差部７６ａを、溝７６に繋がって溝７６の一部を形成するように設けて、絶縁接着剤の厚さが段階的に薄くなるようにしているので、溝７６と一体化して絶縁接着剤の応力緩和領域を形成することができる。このため、絶縁接着剤の厚さが急に薄くなる部分が形成されてそこに応力が集中するのを防止することができる。なお、段差部７６ａには半導体素子が実装されないので、放熱性能に悪影響を与えることは無い。
【００９４】
また、段差部７６ａに、例えば絶縁テープ等の絶縁材料７７を配置することにより、半導体素子を実装した基板と放熱器１３を絶縁接着剤により接合する際に絶縁性能が低下してしまう懸念を、無くすことができる。つまり、絶縁接着剤により接合する際に、基板としてのバスバ電極３１，３２が傾いて配置された場合、接合面における絶縁接着剤の厚さが薄くなって絶縁性能が低下してしまう懸念があるが、段差部７６ａに配置した絶縁材料７７がスペーサとしての機能を有するので、このような懸念が生じることはない。
【００９５】
更に、この絶縁材料７７は、段差部７６ａに配置されており、絶縁材料７７が接着剤塗布面である放熱器１３表面に突出することが無いので、絶縁接着剤を塗布した際に接着剤層が厚くなって熱抵抗が増大してしまうのを防止することができる。即ち、段差部７６ａを設けずに放熱器１３表面に絶縁材料７７を配置した場合、接着剤領域は熱抵抗低減のためできるだけ薄くしたいことも相俟って、接着剤領域の表面を均一な高さにすることは困難であるが、絶縁材料７７の有無に拘わらず接着剤領域を薄く、且つ、その表面を均一な高さにすることが容易にできる。
【００９６】
上記構成を有することにより、基板であるバスバ電極の表面に導電性の接合材料を介して半導体素子を実装する構成とすれば、半導体素子から放熱器までの絶縁領域を１層のみで形成することが可能となる。この結果、熱抵抗を大幅に低減することができる。
なお、この第６実施の形態に係る構成を、第１実施の形態における基板（セラミック基板）を用いる構成に適用しても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。また、第３実施の形態から第５実施の形態において第６実施の形態の構成を適用すれば、第３実施の形態から第５実施の形態において得られる効果に加えて、第６実施の形態において得られる効果も得ることができる。
【００９７】
このように、この発明に係る電力変換装置の構成は、例えば、個々のパワーモジュールを連結板のような押さえ部材で放熱器に押圧する構造とは根本的に異なっている。つまり、個々のパワーモジュールを押圧するだけでは、半導体素子から放熱器までの範囲における熱抵抗を低減することができず、また、モジュール外側でバスバ電極等の接続を行なうことから小型化することも困難である。
【００９８】
また、この発明に係る電力変換装置の構成は、例えば、電子回路基板を単にフレームに固定する構造とも根本的に異なっており、発熱源である半導体素子から放熱器への熱抵抗を下げることを容易化すると共に、大電流での安定的な動作を可能にすることを実現している。
【００９９】
つまり、この発明によれば、半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、基板を放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置は、フレームが、フレームを放熱器に固定する固定部と、フレーム下端に形成され、放熱器に載置した基板の半導体素子配置面に接し、半導体素子配置面の裏面を放熱器に密着させ固定する複数の押圧部と、各押圧部を結んで設けられ、半導体素子配置面に接合する接合部と、フレームの固定時、実装作業可能に半導体素子配置面を露出させるフレーム開口とを有するので、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない。
【０１００】
また、この発明に係る電力変換装置の製造方法により、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない電力変換装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】この発明の第１実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。
【図４】図１の電力変換装置を適用したインバータの一部を示す平面図である。
【図５】この発明の第２実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。
【図６】図５のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図７】図５のＢ―Ｂ線に沿う断面説明図である。
【図８】図５の電力変換装置を適用したインバータの一例を示す平面図である。
【図９】第１実施の形態に係る電力変換装置の他の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図１０】この発明の第３実施の形態に係る、複数のインバータを組み合わせた電力変換装置の回路図である。
【図１１】図１０の電力変換装置における一相部分の平面図である。
【図１２】図１１のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図１３】図１１のＢ―Ｂ線に沿う断面図である。
【図１４】この発明の第４実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。
【図１５】図１４の電力変換装置から上部フレームを外した状態の平面図である。
【図１６】図１４の電力変換装置におけるフレーム結合部分の断面図である。
【図１７】図１４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１８】図１４のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。
【図１９】この発明の第５実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２１】この発明の第６実施の形態に係る電力変換装置の基板と放熱器の接合部分の断面図である。
【図２２】図２１の基板と放熱器の接合部分の他の例を示し、（ａ）は溝に段差部を形成した例の図２１と同様の断面図、（ｂ）は溝に絶縁材料を装着した例の図２１と同様の断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０，３０，３５，４０，６０，７０  電力変換装置
１１，４１，４２，４３，４４，４５，４６  半導体素子
１２  基板
１３  放熱器
１４，２４  フレーム
１４ａ，２４ａ，６１ｂ  脚部
１４ｂ  固定部
１５  金属箔
１６  突起部
１７  袴部
１８  Ｐ電位側バスバ電極
１９  Ｎ電位側バスバ電極
２０  Ｐ電位側立ち上げバスバ電極
２１  Ｎ電位側立ち上げバスバ電極
２２，５３  ゲート配線基板
２３  切り込み部
３１,３２  バスバ電極
３３  絶縁層
３６  ベースプレート
４７，５５  第１バスバ電極（Ｐ電位側）
４８  第２バスバ電極（出力端子側）
４９，５７  第３バスバ電極（Ｐ電位側）
５０  第１Ｐ電位側立ち上げバスバ電極
５１  Ｎ電位側立ち上げバスバ電極
５２  第２Ｐ電位側立ち上げバスバ電極
５４  梁
５６  第２バスバ電極（Ｎ電位側）
６１  上部フレーム
６１ａ  連結部
６２  下部フレーム
６３  突部
６４  凹部
６５  支柱
７５  放熱フィン
７５ａ  幅広放熱フィン
７６  溝
７６ａ  段差部
７７  絶縁材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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