(57)【要約】【課題】汎用性を高め、小型化でき、且つサージ電圧が小さくなるような半導体装置を提供する。【解決手段】図１（ａ）に示す柱状の平滑コンデンサ２０の側壁部２１に、図１（ｄ）に示す冷却器４０を取付ける。この冷却器４０には予めパワーモジュール３０が設けられている。図１（ｅ）にて、パワーモジュール３０に、平滑コンデンサ２０から延びるＰＮバスバー２４を接続する。【効果】組み付け前にパワーモジュールを個別に検査し、良品のみを組み付けることができる。個別化したパワーモジュールが、平滑コンデンサの側面部に配置されているため、平滑コンデンサとパワーモジュールとを電気的に接続するバスバーは、均等に且つ短くすることができ、サージ電圧を小さくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑コンデンサと、パワーモジュールと、ゲートドライブ基板と、モータ制御基板とを備える半導体装置において、
前記平滑コンデンサは、柱状を呈し、側面部と、上面部及び下面部とを有し、
前記ゲートドライブ基板が一体的に備えられている前記パワーモジュールが、前記平滑コンデンサの前記側面部に配置されており、
前記モータ制御基板は、前記平滑コンデンサの前記上面部もしくは前記下面部に配置され、
前記パワーモジュールに、電流センサと一体化された外部出力バスバー締結部が実装されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載モータの駆動制御に好適な半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車などの車両には、複数のモータ及びこれらのモータを制御するインバータ等が設けられている。
これらのうち、特にインバータを構成するパワーモジュールは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）などの電力用半導体素子を有して構成されていることが多く、スイッチング動作により半導体素子が発熱する。したがって、この熱を除去して半導体の過熱を防止するために、冷却器が取付けられている。冷却器とパワーモジュールとの組み合わせ構造は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１の図２に示されるように、冷却器本体（１００）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）は、下部筐体（１４０）と、この下部筐体（１４０）の開口を塞ぐ上部筐体（１３０）とで構成される。そして、上部筐体（１３０）に第一素子搭載領域（１０１）と第二素子搭載領域（１０２）が割り当てられ、第一素子搭載領域（１０１）と第二素子搭載領域（１０２）との間の中間領域（１０３）にバスバー（１３３）が配置されている。
【０００４】
特許文献１の図１に示されるように、第一素子搭載領域（１０１）と第二素子搭載領域（１０２）とには、各々複数個の発熱素子（１１１）が実装される。
すなわち、特許文献１では、全てのパワーモジュールを１つの冷却器に実装し、一体化している。そのため、専用設計となり仕様変更により汎用性が低く、かつ、製造時に不良部分があった場合、不良部分のみを交換するなど個別対応を行うことが出来ない。
【０００５】
また、バスバー（１１３）が背骨のように、第一素子搭載領域（１０１）のパワーモジュールと第二素子搭載領域（１０２）のパワーモジュールの間を横切る構造であるため、バスバー（１１３）が長くなる。バスバー（１１３）が長くなると、寄生インダクタンスが大きく、サージ電圧が大きくなり、結果として損失が増加し、冷却器本体（１００）を大きくするため、半導体装置が大型化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２３０９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、汎用性を高め、小型化でき、且つサージ電圧が小さくなるような半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、平滑コンデンサと、パワーモジュールと、ゲートドライブ基板と、モータ制御基板とを備える半導体装置において、
前記平滑コンデンサは、柱状を呈し、側面部と、上面部及び下面部とを有し、
前記ゲートドライブ基板が一体的に備えられている前記パワーモジュールが、前記平滑コンデンサの前記側面部に配置されており、
前記モータ制御基板は、前記平滑コンデンサの前記上面部もしくは前記下面部に配置され、
前記パワーモジュールに、電流センサと一体化された外部出力バスバー締結部が実装されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明では、個別化したパワーモジュールが、平滑コンデンサの側面部に配置されている。そのため、組み付け前にパワーモジュールを個別に検査し、良品のみを組み付けすることが出来るため、個別対応が可能となり、汎用性を高めることが出来る。
【００１０】
加えて、個別化したパワーモジュールが、平滑コンデンサの側面部に配置されているため、平滑コンデンサとパワーモジュールとを電気的に接続するバスバーは、均等に且つ短くすることができ、サージ電圧を小さくすることができる。
よって、本発明によれば、汎用性を高め、小型化でき、且つサージ電圧が小さくなるような半導体装置が提供される。
【００１１】
また、パワーモジュールに、電流センサと一体化された外部出力バスバー締結部が実装されているため、デッドスペースを低減することができ、配置構造とあいまって半導体装置の小型化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】平滑コンデンサにパワーモジュール及びゲートドライブ基板を取付ける要領を説明する図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の全体図及びモータ制御基板の取付ける要領を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例】
【００１４】
本発明に係る半導体装置１０の全体図は図２（ｃ）で示すが、半導体装置１０の内部構成が分かりにくいので、図１（ａ）〜（ｅ）及び図２（ａ）、（ｂ）に基づいて半導体装置１０の内部構成を詳しく説明する。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、平滑コンデンサ２０は、柱状を呈している。柱であるから、平滑コンデンサ２０は、例えば６面の側面部２１と、この側面部２１に直交する上面部２２及び下面部２３とを有する。
柱状を呈する平滑コンデンサ２０の側面部２１の各々から、ＰＮ（プラス・マイナス）バスバー２４が突出している。
実施例では、六角柱であるが、三角柱、四角柱、五角柱、八角柱などの多角形柱、又は円柱、楕円柱であってもよい。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、パワーモジュール３０は、細長い板状の冷却器４０の上面（又は下面）に実装されている。パワーモジュール３０は、絶縁基板３１と、この絶縁基板３１に設けられる金属層３２と、この金属層３２に実装されるＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）などの半導体素子３３ａと、金属層２２に実装されるダイオード３３ｂとを備える。
【００１７】
図１（ｃ）に示すように、冷却器４０は、断面が短冊形状であり、複数の冷却通路４１が設けられている。冷却器４０にはんだ４２を介して下側の金属層３２が設けられ、この下側の金属層３２に絶縁基板３１が設けられ、この絶縁基板３１に上側の金属層３２が設けられ、この上側の金属層３２にはんだ４２を介して半導体素子３３ａが設けられている。
【００１８】
図１（ｄ）に示すように、パワーモジュール３０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子３３ａと、ダイオード３３ｂと、電流センサ３４が一体化された外部出力バスバー締結部３５と、複数本のゲートドライブ基板接続信号ピン３６とを備える。パワーモジュール３０の実装後に、モールディング樹脂３７で、モールドする。なお、ゲートドライブ基板接続信号ピン３６の先と、電流センサ３４が一体化された外部出力バスバー締結部３５とは、モールディング樹脂３７から突出する。
【００１９】
このようなパワーモジュール３０が付いている冷却器４０を、図１（ａ）に示す平滑コンデンサ２０の側面部２１に沿えて機械的に締結する。結果を図１（ｅ）に示す。  図１（ｅ）にて、ＰＮバスバー２４を、ダイオードや半導体素子に電気的に接続する。
【００２０】
図１（ｆ）に示すように、ゲートドライブ基板４５は、冷却器４０と同様に細長い板状要素であり、電流センサ３４が一体化された外部出力バスバー締結部３５の通過を許容する切り欠き４６を有する。加えて、ゲートドライブ基板４５は、ゲートドライブ基板接続信号ピン３６の通過を許容するスルーホール４７を必要数有すると共に、一端部から延びるモータ制御基板接続信号ピン４８を有している。
【００２１】
このようなゲートドライブ基板４５を、図１（ｅ）のパワーモジュール３０に取り付ける。
結果を、図１（ｇ）に示す。図１（ｇ）にて、はんだなどにより、ゲートドライブ基板接続信号ピン３６をゲートドライブ基板４５に電気的に接続する。
【００２２】
次に、図２（ａ）に示すように、平滑コンデンサ２０の上下に、一対の冷媒ジャケット５０、５１を準備する。
冷媒ジャケット５０は、冷却器４０の一端に接続することができる口５２を備える中空の円板ジャケット５３と、この円板ジャケット５３から冷媒を導出（又は導入）する管部５４とからなる。
【００２３】
冷媒ジャケット５１は、冷媒ジャケット５０と同じ構成物であるため、符号を流用し、詳細な説明は省略する。
冷却器４０の一端に冷媒ジャケット５０を接続し、他端に冷媒ジャケット５１を接続する。接続部位にシールリングを介在させることで、冷媒の漏れを防止することが出来る。
冷媒ジャケット５１から冷却器４０へ冷媒を供給し、冷却器４０でパワーモジュール３０を冷却する。暖まった冷媒は、冷却ジャケット５０で回収する。冷媒は、冷却ジャケット５０から供給し、冷却ジャケット５１で回収するようにしてもよい。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示すように、平滑コンデンサ２０の上方（又は下方）に、モータ制御基板６０を準備する。モータ制御基板６０には、管部５４を通すセンター穴６１、及びモータ制御基板接続信号ピン４８の通過を許容するスルーホール６２が必要数設けられている。センター穴６１に管部５４を通すと共にスルーホール６２にモータ制御基板接続信号ピン４８を通すようにして、モータ制御基板６０をセットする。すなわち、モータ制御基板６０を平滑コンデンサ２０の上面部（図２、符号２２）に配置する。
【００２５】
図２（ｃ）にて、モータ制御基板接続信号ピン４８を、半田などによりモータ制御基板６０に電気的に接続する。これで、本発明の半導体装置１０が得られた。
すなわち、本発明の半導体装置１０は、平滑コンデンサ（図１（ａ）符号２０）と、半導体素子が実装されているパワーモジュール（図１（ｄ）符号３０）と、ゲートドライブ基板（図１（ｆ）符号４５）と、モータ制御基板（図２符号６０）とを備えている。
【００２６】
そして、図１（ａ）に示すように、平滑コンデンサ２０は、柱状を呈し、側面部２１と、上面部２２及び下面部２３とを有し、図１（ｅ）に示すように、ゲートドライブ基板４５が一体的に備えられているパワーモジュール３０が、平滑コンデンサ２０の側面部２１に配置されており、図２（ｂ）に示すように、モータ制御基板６０は、平滑コンデンサ２０の上面部２２もしくは下面部２３に配置され、図１（ｄ）に示すように、パワーモジュール３０に、電流センサ３４と一体化された外部出力バスバー締結部３５が実装されている。
【００２７】
図１（ｅ）に示すように、パワーモジュール３０が複数個（この例では６個）に分割されている。すなわち、個別化したパワーモジュール３０が、平滑コンデンサ２０の側面部２１に配置されているため、組み付け前にパワーモジュール３０を個別に検査し、良品のみを組み付けることが出来るため、個別対応が可能となり、汎用性を高めることが出来る。
【００２８】
加えて、個別化したパワーモジュール３０が、平滑コンデンサ２０の側面部２１に配置されているため、平滑コンデンサ２０とパワーモジュール３０とを電気的に接続するバスバー（図１（ａ）符号２４）は、均等に且つ短くすることができ、サージ電圧を小さくすることができる。
【００２９】
また、パワーモジュール３０に、電流センサ３４と一体化された外部出力バスバー締結部３５が実装されているため、デッドスペースを低減することができ、配置構造とあいまって半導体装置１０の小型化が達成できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、ハイブリッド車や電気自動車などの車両に搭載される半導体装置に好適である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…半導体装置、２０…平滑コンデンサ、２１…平滑コンデンサの側面部、２２…平滑コンデンサの上面部、２３…平滑コンデンサの下面部、２４…ＰＮバスバー、３０…パワーモジュール、３４…電流センサ、３５…外部出力バスバー締結部、４５…ゲートドライブ基板、６０…モータ制御基板。
【図１】
2018129488.tif 000003
【図２】
2018129488.tif 000004