(57)【要約】【課題】  小型高出力でかつ生産性に優れたパワーモジュールを提供する。【解決手段】  電力変換を行なうための一対のスイッチング素子から成るパワーモジュール１００において、ＩＧＢＴ素子Ｔ１とダイオード素子Ｄ１とは、ハイサイド電極１とミドルサイド電極３とに電気的に接続されて、上アームユニットを構成する。ＩＧＢＴ素子Ｔ２とダイオード素子Ｄ２とは、ミドルサイド電極３とローサイド電極２とに電気的に接続され、下アームユニットを構成する。本願発明において、パワーモジュール１００は、上アームユニットと下アームユニットとを一体化してモジュール化し、かつ積層方向に直列に配置することを特徴とする。【選択図】        図１
2006049542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧の電圧変換または電力変換を行なうためのパワーモジュールであって、
前記直流電圧の高位側および低位側をそれぞれ受ける第１電極板および第２電極板と、
前記第１電極板と前記第２電極板との間に直列接続される第１および第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との中間点に接続される出力電極板とを備え、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とは、前記出力電極板を挟んで積層されて配設される、パワーモジュール。
【請求項２】
ｎ個（ｎは自然数）の前記第１のスイッチング素子は、前記第１電極板と前記出力電極板との間において、前記第１電極板の面内方向に沿って並列に接続され、
ｎ個の前記第２のスイッチング素子は、前記出力電極板と前記第２電極板との間において、前記第２電極板の面内方向に沿って並列に接続される、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記第１電極板の内側主面と前記第２電極板の内側主面との間に充填され、前記第１および第２のスイッチング素子を封止する封止部材と、
前記第１電極板の外側主面および前記第２電極板の外側主面の各々に密着された第１および第２の冷却部材とをさらに備える、請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記第１および第２のスイッチング素子の各々と電気的に接続されて、前記第１および第２のスイッチング素子を駆動するための制御信号を伝達する第１および第２の信号線をさらに備え、
前記第１電極板、前記第２電極板および前記出力電極板は、前記封止部材の一方側面から面方向外方に突出され、
前記第１および第２の信号線は、前記封止部材の前記一方側面と対向する他方側面から面方向外方に突出される、請求項３に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記ｎ個の第１のスイッチング素子と前記第１の信号線とは、略同一配線長のｎ個の接続導体によって電気的に接続され、
前記ｎ個の第２のスイッチング素子と前記第２の信号線とは、略同一配線長のｎ個の接続導体によって電気的に接続される、請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記第１電極板、前記第２電極板、前記出力電極板、前記第１および第２のスイッチング素子および前記封止部材は、前記第１電極板および前記第２電極板の外側主面をそれぞれ上面および下面とするカード形状体を構成し、
前記第１および第２の冷却部材は、前記カード形状体の前記上面および下面にそれぞれ積層して配設される、請求項５に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワーモジュールに関し、特に、モータ駆動装置に搭載されるインバータやコンバータを構成するパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
【０００３】
また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、インバータに加えて、直流電源からの直流電圧を昇圧してインバータに供給し、または、インバータからの直流電圧を降圧して直流電源に供給する昇降圧コンバータが一般に備えられる。
【０００５】
このようなインバータおよび昇降圧コンバータとしては、上アームおよび下アームの各々に半導体スイッチング素子を接続して構成したパワーモジュールを複数個組み込んだ構成が知られている（たとえば特許文献１〜３参照）。これらの特許文献によれば、個々のパワーモジュールについて、パッケージ内で上、下アームの各半導体スイッチング素子を接続して一体化することによって、外部に敷設される配線数の低減が図られている。
【０００６】
図６は、従来のパワーモジュールの一構成例の厚さ方向断面図である。
【０００７】
図６を参照して、パワーモジュールは、半導体スイッチング素子４５，４６と、スペーサ４７と、電極板４０，４２，４３ａ〜４３ｃと、はんだ層４４と、モールド樹脂５０とを備える。
【０００８】
半導体スイッチング素子４５，４６は、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor；ＩＧＢＴ）である。
【０００９】
電極板４０は、図示しない電源ラインに接続されるハイサイド電極を構成する。電極板４２は、図示しない接地ラインに接続されるローサイド電極を構成する。電極板４３ａ〜４３ｃは、互いに接続されて、図示しない出力ラインに接続される出力電極（ミドルサイド電極とも称する）を構成する。以下において、電極板４０，４２，４３ａ〜４３ｃをそれぞれハイサイド板４０、ローサイド板４２およびミドルサイド板４３ａ〜４３ｃとも称する。
【００１０】
半導体スイッチング素子４５は、ハイサイド板４０に固設され、ハイサイド板４０と電気的に接続される。半導体スイッチング素子４５とハイサイド板４０との接合は、はんだ層４４により成される。
【００１１】
スペーサ４７は、導電体からなり、半導体スイッチング素子４５およびミドルサイド板４３ａに固設される。スペーサ４７と半導体スイッチング素子４５との接合は、はんだ層４４により成される。したがって、半導体スイッチング素子４５は、ミドルサイド板４３ａとも電気的に接続される。
【００１２】
ハイサイド板４０とミドルサイド板４３ａとの間には、さらに、半導体スイッチング素子４５と並列に図示しないダイオード素子が固設される。半導体スイッチング素子４５とダイオード素子（図示せず）とは、インバータの上アームユニットを構成する。
【００１３】
半導体スイッチング素子４６は、ミドルサイド板４３ｃに固設され、はんだ層４４を介してミドルサイド板４３ｃと電気的に接続される。
【００１４】
スペーサ４７は、半導体スイッチング素子４６およびローサイド板４２に固設される。これにより、半導体スイッチング素子４６は、ローサイド板４２とも電気的に接続される。
【００１５】
ローサイド板４２とミドルサイド板４３ｃとの間には、さらに、半導体スイッチング素子４６と並列に図示しないダイオード素子が固設される。半導体スイッチング素子４６とダイオード素子（図示せず）とは、インバータの下アームユニットを構成する。
【００１６】
さらに、上アームユニットに接続されるミドルサイド板４３ａと、下アームユニットに接続されるミドルサイド板４３ｃとは、ミドルサイド板４３ｂによって接続される。
【００１７】
モールド樹脂５０は、封止部材であり、半導体スイッチング素子４５，４６を封止する。
【００１８】
以上の構成において、上、下アームユニットを構成する半導体スイッチング素子４５と半導体スイッチング素子４６とは、ミドルサイド電極４３ａ〜４３ｃによってモジュール内部において直列接続され、単一モジュール化された単相インバータを構成する。これにより、各素子を高密度に配置することができ、実装面積の小型化とともに、配線損失の低減を図ることができる。
【００１９】
さらに、パワーモジュールの小型化を実現する構成としては、図７に示すように、パワーモジュールの両面から冷却を行なう両面冷却型のものが開示されている。
【００２０】
図７は、たとえば特許文献１に記載される従来のパワーモジュールの他の構成例の厚さ方向断面図である。
【００２１】
図７を参照して、パワーモジュールは、電極板（ハイサイド板）４０と、電極板（ローサイド板）４２と、電極板（ミドルサイド板）４３と、スペーサ４７と、ハイサイド側の半導体スイッチング素子４５と、ローサイド側の半導体スイッチング素子４６と、はんだ層４４と、制御電極端子４８ａ，４８ｂと、ボンディングワイヤ４９ａ，４９ｂと、モールド樹脂５０とを備える。
【００２２】
半導体スイッチング素子４５は、ハイサイド板４０の内主面とスペーサ４７の一対の主面の一方との間に配される。半導体スイッチング素子４５とハイサイド板４０との接合面および半導体チップ４６とスペーサ４７と接合面は、それぞれはんだ層４４が介在する。
【００２３】
半導体スイッチング素子４６は、ミドルサイド板４３の内主面とスペーサ４７の一対の主面の一方との間に配され、はんだ層４４により接合されている。
【００２４】
スペーサ４７は、互いに厚さが異なる半導体スイッチング素子４５，４６の厚さの差を吸収するだけの厚さの差を有し、これにより、ハイサイド板４０の外主面と、ローサイド板４２の外主面とは同一高さとされている。
【００２５】
制御電極端子４８ａ，４８ｂは、ボンディングワイヤ４９ａ，４９ｂによって、半導体スイッチング素子４５，４６の制御電極をなすボンディングパッド（図示せず）に接続される。
【００２６】
モールド樹脂５０は、たとえばエポキシ樹脂であって、半導体スイッチング素子４５，４６をミドルサイド板４３、ハイサイド板４０およびローサイド板４２の外主面を露出させてモールドする。
【００２７】
本構成によれば、ミドルサイド板４３が両半導体スイッチング素子４５，４６の共通基板を兼ねるため、両半導体スイッチング素子の高密度配置が図られる。また、ハイサイド板４０およびローサイド板４２と、ミドルサイド板４３とをそれぞれ冷却部材に密着させる両面冷却構造によって放熱性を高め、パワーモジュールの小型大出力化を実現することができる。
【特許文献１】特開２００１−３０８２６３号公報
【特許文献２】特開平１０−２８５９５０号公報
【特許文献３】特開平６−７８５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上記のように、図６および図７に示す従来のパワーモジュールは、上下アームを構成する一対の半導体スイッチング素子をモジュール内で直列接続する構成とすることで、小型化を図るものである。
【００２９】
一方、いずれの構成においても、両半導体スイッチング素子は平面上に配置されることから、パワーモジュールを複数個搭載してなる車載用のインバータにおいては、その実装面積が搭載する個数に比例して大きくなってしまう。
【００３０】
車載用のインバータにおいては、ハイブリッド自動車等の高出力化の要求に伴なって、出力特性の高いことが求められている。インバータの高出力化には、半導体スイッチング素子数を増やすことが有効である。しかしながら、半導体スイッチング素子を平面上に配置する従来のパワーモジュールにおいては、車両搭載スペース上の制約を受けて、増加できる素子数に限界が生じていた。
【００３１】
さらに、パワーモジュールにおいては、上記の小型高出力化に加えて、生産性の高いことが要求される。すなわち、できる限り簡素な構造であって、かつ組付が容易であることが要求される。
【００３２】
この点について、従来のパワーモジュールでは、隣り合う２つの電極板の外主面が同一平面をなすように組み付ける必要があり、高い組付精度が要求される。
【００３３】
特に、図７に示すパワーモジュールにおいては、隣り合うハイサイド板４０とローサイド板４２との平面性を確保して冷却部材に良好に密着させるために、上下の冷却部材をボルト締結してパワーモジュールを挟圧する構成が採られるが、部品点数および製造工程数の増加を招き、必ずしも生産性が高いとはいえない。
【００３４】
それゆえ、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型高出力でかつ生産性に優れたパワーモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
この発明によれば、直流電圧の電圧変換または電力変換を行なうためのパワーモジュールであって、直流電圧の高位側および低位側をそれぞれ受ける第１電極板および第２電極板と、第１電極板と第２電極板との間に直列接続される第１および第２のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との中間点に接続される出力電極板とを備え、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とは、出力電極板を挟んで積層されて配設される。
【００３６】
好ましくは、ｎ個（ｎは自然数）の第１のスイッチング素子は、第１電極板と出力電極板との間において、第１電極板の面内方向に沿って並列に接続され、ｎ個の第２のスイッチング素子は、出力電極板と第２電極板との間において、第２電極板の面内方向に沿って並列に接続される。
【００３７】
好ましくは、パワーモジュールは、第１電極板の内側主面と第２電極板の内側主面との間に充填され、第１および第２のスイッチング素子を封止する封止部材と、第１電極板の外側主面および第２電極板の外側主面の各々に密着された第１および第２の冷却部材とをさらに備える。
【００３８】
好ましくは、パワーモジュールは、第１および第２のスイッチング素子の各々と電気的に接続されて、第１および第２のスイッチング素子を駆動するための制御信号を伝達する第１および第２の信号線をさらに備える。第１電極板、第２電極板および出力電極板は、封止部材の一方側面から面方向外方に突出され、第１および第２の信号線は、封止部材の一方側面と対向する他方側面から面方向外方に突出される。
【００３９】
好ましくは、ｎ個の第１のスイッチング素子と第１の信号線とは、略同一配線長のｎ個の接続導体によって電気的に接続され、ｎ個の第２のスイッチング素子と第２の信号線とは、略同一配線長のｎ個の接続導体によって電気的に接続される。
【００４０】
好ましくは、第１電極板、第２電極板、出力電極板、第１および第２のスイッチング素子および封止部材は、第１電極板および第２電極板の外側主面をそれぞれ上面および下面とするカード形状体を構成し、第１および第２の冷却部材は、カード形状体の上面および下面にそれぞれ積層して配設される。
【発明の効果】
【００４１】
この発明によれば、小型高出力でかつ生産性に優れたパワーモジュール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】
【００４２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４３】
図１は、この発明の実施の形態に従うパワーモジュールの厚さ方向断面図である。
【００４４】
図１を参照して、パワーモジュール１００は、上下アームの半導体スイッチング素子からなる単相インバータ回路である。パワーモジュール１００は、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ素子Ｔ１，Ｔ２と、スペーサ７と、電極板１〜３と、はんだ層６と、モールド樹脂９と、ボンディングワイヤ８と、信号線４ａ，４ｂとを備える。なお、本実施の形態では、半導体スイッチング素子をバイポーラ構造を持つＩＧＢＴ素子で構成したが、ユニポーラ構造のＭＯＳトランジスタで構成してもよい。
【００４５】
電極板１〜３において、電極板１は、図示しない電源ラインに接続されるハイサイド電極を構成する。電極板２は、図示しない接地ラインに接続されるローサイド電極を構成する。電極板３は、図示しない出力ラインに接続される出力電極（ミドルサイド電極とも称する）を構成する。以下において、電極板１〜３をそれぞれハイサイド電極１、ローサイド電極２およびミドルサイド電極３とも称する。
【００４６】
ＩＧＢＴ素子Ｔ１は、ハイサイド電極１に固設され、ハイサイド電極１と電気的に接続される。ＩＧＢＴ素子１とハイサイド電極１との接合は、はんだ層６により成される。
【００４７】
スペーサ７は、導電体からなり、ＩＧＢＴ素子Ｔ１およびミドルサイド電極３に固設される。スペーサ７とＩＧＢＴ素子Ｔ１との接合は、はんだ層６により成される。したがって、ＩＧＢＴ素子Ｔ１は、ミドルサイド電極３とも電気的に接続される。ハイサイド電極１とミドルサイド電極３とは、ＩＧＢＴ素子Ｔ１およびスペーサ７を挟み込むように平行に設けられる。
【００４８】
ハイサイド電極１とミドルサイド電極３との間には、さらに、ＩＧＢＴ素子Ｔ１と並列にダイオード素子Ｄ１が固設される。ダイオード素子Ｄ１は、ＩＧＢＴ素子Ｔ１と同様に、はんだ層６によってハイサイド電極１およびスペーサ７に接合される。これにより、ダイオード素子Ｄ１は、ハイサイド電極１とミドルサイド電極３とに電気的に接続され、かつＩＧＢＴ素子Ｔ１と並列接続される。ＩＧＢＴ素子Ｔ１とダイオード素子Ｄ１とは、インバータの上アームユニットを構成する。
【００４９】
ＩＧＢＴ素子Ｔ２は、ミドルサイド電極３に固設され、ミドルサイド電極３と電気的に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｔ２とミドルサイド電極３との接合は、はんだ層６により成される。
【００５０】
スペーサ７は、ＩＧＢＴ素子Ｔ２およびローサイド電極２に固設される。スペーサ７とＩＧＢＴ素子Ｔ２との接合は、はんだ層６により成される。したがって、ＩＧＢＴ素子Ｔ２は、ローサイド電極２とも電気的に接続される。ローサイド電極２とミドルサイド電極３とは、ＩＧＢＴ素子Ｔ２とスペーサ７とを挟み込むように平行に設けられる。
【００５１】
ローサイド電極２とミドルサイド電極３との間には、さらに、ＩＧＢＴ素子Ｔ２と並列にダイオード素子Ｄ２が固設される。ダイオード素子Ｄ２は、ＩＧＢＴ素子Ｔ２と同様に、はんだ層６によってローサイド電極２とミドルサイド電極３とに接合される。これにより、ダイオード素子Ｄ２は、ローサイド電極２とミドルサイド電極３とに電気的に接続され、かつＩＧＢＴ素子Ｔ２と並列接続される。ＩＧＢＴ素子Ｔ２とダイオード素子Ｄ２とは、インバータの下アームユニットを構成する。
【００５２】
信号線４ａ，４ｂは、それぞれボンディングワイヤ８を介してＩＧＢＴ素子Ｔ１，Ｔ２と電気的に接続される。信号線４ａ，４ｂは、図示しない制御装置で生成されたＩＧＢＴ素子Ｔ１，Ｔ２をオン／オフするための制御信号をボンディングワイヤ８を介して、ＩＧＢＴ素子Ｔ１，Ｔ２へ伝達する。
【００５３】
モールド樹脂９は、封止部材であり、ＩＧＢＴ素子Ｔ１，Ｔ２、ダイオード素子Ｄ１，Ｄ２、スペーサ７、電極板１〜３および信号線４ａ，４ｂを封止する。このとき、電極板１〜３は、いずれもモールド樹脂９から同一方向に突出している。また、信号線４ａ，４ｂは、いずれもモールド樹脂９から、電極板１〜３とは反対方向に突出している。なお、電極板１および２の外主面（厚さ方向の最上面と最下面に相当）は、モールド樹脂９に覆われず、露出されている。
【００５４】
以上の構成において、本実施の形態に係るパワーモジュール１００は、上アームユニットと下アームユニットとが積層方向に直列配置されることを特徴とする。これにより、上アームユニットと下アームユニットとを同一平面上に配置する従来のパワーモジュールと比較して、実装面積を飛躍的に小さくすることができる。
【００５５】
また、従来のパワーモジュールにおいて求められていた、隣り合う電極板間の平面性が不要となることから、組付けが容易となり、生産性を改善することができる。
【００５６】
また、電極板１〜３は、同一方向に突出していることから、配線長を短くでき、配線損失を低減することができる。信号線４ａ，４ｂにおいても同様に、同一方向に突出しており、配線損失の低減が図られる。さらに、電極板１〜３と信号線４ａ，４ｂとの突出方向は互いに逆向きであることから、両者間の電気的絶縁が容易となる。
【００５７】
図２は、図１に示すパワーモジュール１００の外観図である。
【００５８】
図２を参照して、パワーモジュール１００は、薄いカード形状からなり、側面の一方面から電極板１〜３が互いに平行に突出している。また、側面の当該一方面と対向する他方面からは、複数の信号線４が突出している。なお、図２では、複数の信号線４が示されるが、この内訳は、ＩＧＢＴ素子Ｔ１，Ｔ２のゲートに制御信号を伝達する信号線４ａ，４ｂ以外に、各素子と図示しないセンサ類とを結ぶ信号線などが含まれる。
【００５９】
このように、パワーモジュール１００をカード形状とすることで、上面および下面から冷却する両面冷却が可能となり、高い冷却効率を得ることができる。
【００６０】
また、電極板１〜３の突出方向と信号線４の突出方向とが互いに逆向きとなっていることから、配線の引き回しをなくして配線長を短くできるとともに、良好な電気的絶縁を得ることができる。
【００６１】
図３は、本実施の形態に従うパワーモジュール１００が搭載されるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【００６２】
図３を参照して、モータ駆動装置は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、昇圧コンバータ１１と、コンデンサ１２と、インバータ２０と、電圧センサ１０，１６と、電流センサ２４と、制御装置３０とを備える。図３のモータ駆動装置において、本実施の形態に係るパワーモジュールは、昇圧コンバータ１１とインバータ２０とに適用される。
【００６３】
交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、交流モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジンを始動し得るようなモータである。
【００６４】
昇圧コンバータ１１は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオード素子Ｄ１，Ｄ２とを含む。
【００６５】
リアクトルＬ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１とＩＧＢＴ素子Ｑ２との中間点、すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタとＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。
【００６６】
ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインと接地ラインとの間に直列に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタは接地ラインに接続される。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオード素子Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ配されている。ＩＧＢＴ素子Ｑ１とダイオード素子Ｄ１とは、上アームユニットを構成し、ＩＧＢＴ素子Ｑ２とダイオード素子Ｄ２とは、下アームユニットを構成する。
【００６７】
インバータ２０は、三相インバータであって、Ｕ相アーム２１と、Ｖ相アーム２２と、Ｗ相アーム２３とからなる。Ｕ相アーム２１、Ｖ相アーム２２およびＷ相アーム２３は、電源ラインと接地ラインとの間に並列に設けられる。
【００６８】
Ｕ相アーム２１は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４からなる。Ｖ相アーム２２は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６からなる。Ｗ相アーム２３は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８からなる。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード素子Ｄ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００６９】
各相アームは、図１および２に示すカード形状のパワーモジュール１００からなり、このパワーモジュール１００を３個並列に配設してインバータ２０が構成される。
【００７０】
各相アームの中間点は、交流モータＭの各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭは、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００７１】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池からなる。電圧センサ１０は、直流電源Ｂから出力される電圧Ｖｂを検出し、検出した電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。
【００７２】
昇圧コンバータ１１は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサ１２に供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１１は、制御装置３０から信号ＰＷＣを受けると、信号ＰＷＣによってＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサ１２に供給する。
【００７３】
また、昇圧コンバータ１１は、制御装置３０から信号ＰＷＣを受けると、コンデンサ１２を介してインバータ２０から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂへ供給する。
【００７４】
コンデンサ１２は、昇圧コンバータ１１から出力された直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧をインバータ２０へ供給する。
【００７５】
電圧センサ１６は、コンデンサ１２の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。
【００７６】
インバータ２０は、コンデンサ１２から直流電圧が供給されると、制御装置３０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭを駆動する。これにより、交流モータＭは、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。
【００７７】
また、インバータ２０は、モータ駆動装置が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサ１２を介して昇圧コンバータ１１へ供給する。
【００７８】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。
【００７９】
電流センサ２４は、交流モータＭに流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。
【００８０】
制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electrical Control Unit）からトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサ１６から電圧Ｖｍを受け、図示しない電流センサからリアクトルＬ１を流れるリアクトル電流ＩＬを受け、電流センサ２４からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。制御装置３０は、電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、インバータ２０が交流モータＭを駆動するときにインバータ２０のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＰＷＭを生成し、生成した信号ＰＷＭをインバータ２０へ出力する。出力された信号ＰＷＭは、図１に示す信号線４ａ，４ｂを介して、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のゲートに与えられる。
【００８１】
また、制御装置３０は、インバータ２０が交流モータＭ１を駆動するとき、電圧Ｖｂ、Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ１１のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＣを生成し、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。出力された信号ＰＷＣは、図１に示す信号線４ａ，４ｂを介して、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに与えられる。
【００８２】
さらに、制御装置３０は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭを生成し、生成した信号ＰＷＭをインバータ２０へ出力する。この場合、インバータ２０のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭによってスイッチング制御される。これにより、インバータ２０は、交流モータＭが発電した交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１１へ供給する。
【００８３】
さらに、制御装置３０は、回生制動時、電圧Ｖｂ，Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＣを生成し、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭが発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
【００８４】
以上の構成において、昇圧コンバータ１１およびインバータ２０に図１および図２に示す積層型のパワーモジュール１００を適用することにより、各々の占有面積が抑えられ、モータ駆動装置全体の実装面積を縮小することができる。
【００８５】
さらに、昇圧コンバータ１１およびインバータ２０は、両面冷却可能な構成であることから、図４に示す冷却構造を用いることによって高い放熱性が実現される。
【００８６】
図４は、本実施の形態に従うパワーモジュール１００の冷却構造を示す概略図である。本図では、パワーモジュール１００は、３個が並列に配列され、図３に示す３相インバータ２０を構成する。
【００８７】
図４を参照して、パワーモジュール１００の上面と下面とには、冷却器１１０，１１２が設置される。冷却器１１０，１１２は、長手方向に冷却媒体を流通させるための流路を有する。したがって、３個のパワーモジュール１００は、いずれにおいても、上面および下面が冷却媒体の流路に接するように、長手方向に並列に配列される。
【００８８】
ここで、本実施の形態に係るパワーモジュール１００は、上面および下面の平面性が良い（平坦である）ことから、冷却器１１０，１１２との接触面において、互いに密着させることができる。このため、パワーモジュール１００と冷却器１１０，１１２との接触熱抵抗を小さくでき、高い熱伝導性が得られる。
【００８９】
一方、図６および図７に示す従来のパワーモジュールでは、上面および下面の平面性を得難いため、冷却器１１０，１１２との良好な密着性を保つことが困難である。この点について、図７に示すパワーモジュールでは、パワーモジュールの上下面に配した冷却部材の左右両端部に貫通孔を設け、パワーモジュールを貫通孔を介してボルト締結する構成が採られている。本構成によれば、パワーモジュールを冷却部材で挟圧して良好に密着させることができるものの、部品点数および製造工程数の増加、および冷却構造の大規模化といった不具合が生じてしまう。
【００９０】
なお、本実施の形態によれば、図３のモータ駆動装置において、昇圧コンバータ１１およびインバータ２０を冷却器１１０，１１２とともに積層する構成とすることによって、さらに実装性を高めることができる。
【００９１】
図５は、本実施の形態に係るパワーモジュール１００の変更例を示す図である。詳細には、図５（Ａ）に、本実施の形態に係るパワーモジュール１００の配置図を示し、図５（Ｂ）に、変更例に係るパワーモジュール１１０の配置図を示す。
【００９２】
図５（Ａ）を参照して、パワーモジュール１００の電極板（たとえば１とする）には、図１で示したように、上アームユニットとして、１個のＩＧＢＴ素子Ｔ１と１個のダイオード素子Ｄ１とが並列に配置される。ＩＧＢＴ素子Ｔ１の各部は、ボンディングワイヤ８によって、複数の信号線４のうちの所望の信号線４とそれぞれ接続される。
【００９３】
この構成において、パワーモジュール１００の電流レベルを倍増して高電力化を図るためには、図５（Ｂ）に示すように、上アームユニットを２個のＩＧＢＴ素子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂと２個のダイオード素子Ｄ１ａ，Ｄ１ｂとで構成する手段が採られる。
【００９４】
そこで、本変更例では、パワーモジュール１１０を、２個のＩＧＢＴ素子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂを並列に配置し、信号線４とＩＧＢＴ素子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂとをボンディングワイヤ８で並列に接続する構成とする。
【００９５】
これによれば、素子数が増加した場合であっても、素子間で信号線４が共有されることから、信号線４の増設が不要となり、実装規模の増大を抑えることができる。また、信号線４を素子数に関係なく一ヶ所に集約できることから、配線の引き回しや増長による配線損失を伴なわず、高電力化を図ることができる。
【００９６】
さらに、各アームユニットにおいて並列する複数のＩＧＢＴ素子に対する配線長さが略同一となることから、ＩＧＢＴ素子間でのスイッチング特性を均一にすることができる。
【００９７】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、上下アームの半導体スイッチング素子を積層方向に直列に配置する構成とすることにより、小型高出力で、かつ生産性に優れたパワーモジュールを実現することができる。
【００９８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
この発明は、モータ駆動装置に搭載されるパワーモジュールに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】この発明の実施の形態に従うパワーモジュールの厚さ方向断面図である。
【図２】図１に示すパワーモジュールの外観図である。
【図３】本実施の形態に従うパワーモジュールが搭載されるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図４】本実施の形態に従うパワーモジュールの冷却構造を示す概略図である。
【図５】本実施の形態に係るパワーモジュールの変更例を示す図である。
【図６】従来のパワーモジュールの一構成例の厚さ方向断面図である。
【図７】たとえば特許文献１に記載される従来のパワーモジュールの他の構成例の厚さ方向断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１〜３，４０〜４３，４３ａ〜４３ｃ  電極板、４，４ａ，４ｂ  信号線、６，４４  はんだ層、７，４７  スペーサ、８  ボンディングワイヤ、９，５０  モールド樹脂、１０，１６  電圧センサ、１１  昇圧コンバータ、１２  コンデンサ、２０  インバータ、２１  Ｕ相アーム、２２  Ｖ相アーム、２３  Ｗ相アーム、２４  電流センサ、３０  制御装置、４５，４６  半導体スイッチング素子、１００  パワーモジュール、１１０，１１２  冷却器、Ｂ  直流電源、ＳＲ１，ＳＲ２  システムリレー、Ｑ１〜Ｑ８，Ｔ１，Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２  ＩＧＢＴ素子、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ  ダイオード素子、Ｌ１  リアクトル、Ｃ２  コンデンサ、Ｍ  交流モータ。
【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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