(57)【要約】【課題】放熱性の確保、発熱の低減を実現するとともに、三相回路を構成するパワーモジュールの効率的な配置を可能にすることで、小型かつ高出力の電力変換装置を得る。【解決手段】パワーモジュールを構成する４個のパワー半導体チップは、直列に２個接続された一相分の回路を並列接続することで、２相分の回路を形成するように配置され、リードフレームは、互いに切り離されることで形成された２つのＰ電位リード、２つのＡＣ電位リード、および１つのＮ電位リードを有し、４個のパワー半導体チップは、２つのＰ電位リードおよび２つのＡＣ電位リードの４つのリードに個別に配置され、２つのＰ電位リードの端部は、共通に設けられたバスバーに対して、１相毎に個別の溶接点を介して接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング可能な４個のパワー半導体チップと、
前記４個のパワー半導体チップが搭載されるリードフレームと
を備えて構成されるパワーモジュールを３個組み合わせることで、電力変換用の３相回路を並列に２回路分搭載する電力変換装置において、
前記パワーモジュールを構成する前記４個のパワー半導体チップは、直列に２個接続された一相分の回路を並列接続することで、２相分の回路を形成するように配置され、
前記リードフレームは、互いに切り離されることで形成された２つのＰ電位リード、２つのＡＣ電位リード、および１つのＮ電位リードを有し、
前記４個のパワー半導体チップは、前記２つのＰ電位リードおよび前記２つのＡＣ電位リードの４つのリードに個別に配置され、
前記２つのＰ電位リードの端部は、共通に設けられたバスバーに対して、１相毎に個別の溶接点を介して接続されている
電力変換装置。
【請求項２】
前記パワーモジュールは、前記４個のパワー半導体チップを含む前記パワーモジュール内に組み込まれる部品と、前記２つのＰ電位リードと、前記２つのＡＣ電位リードと、前記１つのＮ電位リードとが、モールド樹脂で封止されたモールド封止型のパワーモジュールであり、
前記リードフレームは、
前記２つのＰ電位リード、前記２つのＡＣ電位リード、および前記１つのＮ電位リードの各リードが互いに対応する面が、前記モールド樹脂で覆われており、
前記部品が実装される面と反対側の面であり、かつ前記モールド樹脂で封止されていない領域が、絶縁性のフィラーを含有する絶縁部材を介してヒートシンクと接続されている、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記絶縁部材は、前記モールド樹脂と比較して、熱伝導率および比熱の大きい材料で構成されている
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記Ｐ電位リードが溶接される前記バスバーの板厚は、前記Ｐ電位リードの板厚に対して、１．４倍以上の板厚を有する
請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
３個の前記パワーモジュールの上部にわたって配置された制御基板をさらに備える
請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記バスバーは、矩形状の３辺を構成する形状として成形され、
３個の前記パワーモジュールは、前記バスバーの前記３辺の外周の１辺毎に１個、それぞれ配置される
請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記パワーモジュールのＰ電位とＮ電位との間に接続される平滑コンデンサをさらに備え、
前記平滑コンデンサは、３個の前記パワーモジュールが搭載されるヒートシンク上のパワーモジュール間のスペースに配置される
請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング可能なパワー半導体チップを内蔵するパワーモジュールを組み合わせて構成した電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機に用いられる電力変換装置は、高い放熱性と低い発生損失を実現することが望まれる。特に、電力変換装置の小型化は、高い放熱性と低い発生損失という性能を如何に実現するかが鍵となる。
【０００３】
電力変換装置は、電力変換回路、電力変換回路を制御するコントローラが搭載された制御基板、電圧変動とノイズ対策用の平滑コンデンサ、という組み合わせを基本構成としている。そして、電力変換装置は、電源から供給される直流電力を所望の交流電力に変換して、回転電機に供給することで、回転電機を制御している。
【０００４】
電力変換回路は、スイッチング可能なパワー半導体チップを内部に搭載したパワーモジュールを複数個組み合わせて構成されている。それぞれのパワーモジュールは、ヒートシンク上に搭載されている。
【０００５】
制御基板上のコントローラは、電力変換回路へパワー半導体チップをスイッチングするための制御信号を送出し、パワー半導体チップをオン・オフさせて電力を制御する。平滑コンデンサは、電力制御の際に生じる、電圧変動、ノイズを吸収する役割を担っている。
【０００６】
電源、パワーモジュール、平滑コンデンサなどの部品は、バスバーと呼ばれる金属製の板にそれぞれ接続されている。そして、電力変換回路の動作時には、それぞれの部品がバスバーを介して電力を伝達し合う。
【０００７】
３相の回転電機を制御するための電力変換回路は、３相回路を有して構成されている。そして、電力変換回路は、三相回路を２回路分並列に、バスバーを利用して接続配置されることで、回転電機を動作させるときの電磁音の低減、駆動トルク変動の平滑化を図ることができる。
【０００８】
パワーモジュールは、配線パターン状に成形されたリードフレーム上に、パワー半導体チップを搭載し、パワー半導体チップの上面電極パッドを配線部材により接続したものを、モールド樹脂で封止することで構成されている。
【０００９】
パワーモジュールに搭載されるパワー半導体チップは、通電により発熱し、温度が上昇する。このパワー半導体チップには、許容温度が定められている。そして、この許容温度を超えないようにするために、パワー半導体チップに通電する電流を適切に制御する必要がある。
【００１０】
通電時におけるパワー半導体チップは、出力を限界まで引き出そうとした場合にも、許容温度の範囲を超えないように制御される必要がある。この結果、つまり、電力変換装置の最大電力を向上させるには、パワー半導体チップの温度は、常に許容範囲内に維持されるように制御する必要がある。
【００１１】
最大電力でパワー半導体チップを活用するためには、同じ電力が入力されたときに、発熱損失を低減すること、外部から受ける熱量を低減すること、放熱を容易にすること、などが必要である。さらに、パワー半導体チップの温度を監視し、許容温度の限界まで電力の入力を許容することも、電力変換装置の最大電力の向上に必要である。
【００１２】
電力変換装置は、上述のとおり、電流がバスバー、リードフレーム、パワー半導体チップなど様々な部材、およびこれらの部材の溶接部などの接続部を介して通電される。高効率な電力変換装置を実現するためには、このような通電経路の損失も、可能な限り低減することが求められる。
【００１３】
上述した要求に対応するため、従来から様々な電力変換装置が提案されている。例えば、内部に電力変換用の三相回路を２並列に搭載している従来の制御装置一体型回転電機がある（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
この特許文献１に記載の電力変換回路は、二相分の回路を内蔵するパワーモジュールが、モータの回転軸を取り囲むように、軸方向に対して実装面を並行にして３個配置される構成を備えている。さらに、特許文献１に記載の電力変換回路は、実装面の裏側に配置されたヒートシンクに対して空気を流し、パワー半導体チップの発熱を外部へ効率よく放出しようとする構成を備えている。また、パワーモジュールどうしの接続部は、電流経路としての機能も兼ねている。この結果、特許文献１に記載の電力変換回路は、別々の部材を配置するよりも、部品数を少なくできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１７−１２７０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、この従来技術には、以下のような課題がある。上述した特許文献１に記載の制御装置一体型回転電機において、二相分の回路を内蔵したパワーモジュール内部では、パワー半導体チップ間の発熱が、相互に伝わってしまう構成となっている。そのため、パワー半導体チップは、自身の発熱と共に隣接したチップにおける発熱の両方の影響を受けるため、パワーモジュールの温度を上昇させる。
【００１７】
さらに、電力変換回路の入力側への電流の通電経路となるバスバーは、パワーモジュール毎に分割されている。この結果、バスバーの接続部での発熱損失が、大きくなる。接続部における大きな発熱損失は、電力変換効率を悪化させる。加えて、発熱損失による熱が、パワー半導体チップへ伝わり、パワーモジュールの大きな温度上昇を引き起こす要因となっている。
【００１８】
パワー半導体チップの温度上昇を、許容範囲内に収めるためには、パワー半導体チップへの入力電力の制限が、有効である。しかしながら、入力電力を制限した結果、制御装置一体型回転電機は、出力の低下を起こす。
【００１９】
また、特許文献１に記載の制御装置一体型回転電機は、パワーモジュールを軸方向に平行に配置している。このため、モータの軸方向のサイズも増大する。
【００２０】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、電力変換用の三相回路を電気的に２回路分並列に搭載した電力変換装置において、放熱性の確保、発熱の低減を実現するとともに、三相回路を構成するパワーモジュールの効率的な配置を可能にすることで、小型かつ高出力の電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る電力変換装置は、スイッチング可能な４個のパワー半導体チップと、４個のパワー半導体チップが搭載されるリードフレームとを備えて構成されるパワーモジュールを３個組み合わせることで、電力変換用の３相回路を並列に２回路分搭載する電力変換装置において、パワーモジュールを構成する４個のパワー半導体チップは、直列に２個接続された一相分の回路を並列接続することで、２相分の回路を形成するように配置され、リードフレームは、互いに切り離されることで形成された２つのＰ電位リード、２つのＡＣ電位リード、および１つのＮ電位リードを有し、４個のパワー半導体チップは、２つのＰ電位リードおよび２つのＡＣ電位リードの４つのリードに個別に配置され、２つのＰ電位リードの端部は、共通に設けられたバスバーに対して、１相毎に個別の溶接点を介して接続されているものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電力変換用の三相回路を電気的に２回路分並列に搭載した電力変換装置において、４個のパワー半導体チップを搭載することで２相分の回路を形成する１つのパワーモジュールを使用する際に、２本のＰ電位リードおよび２本のＡＣ電位リードを一相毎に分割することで４個のパワー半導体チップを個別に配置し、かつ、２本のＰ電位リードを個別の溶接点を介してバスバーと接続する構成を備えている。この結果、放熱性の確保、発熱の低減を実現するとともに、三相回路を構成するパワーモジュールの効率的な配置を可能にすることで、小型かつ高出力の電力変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の電力変換回路を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を構成するパワーモジュールの各要素の実装構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を構成するパワーモジュールの実装構成におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の図３の構成に制御基板を付加した実装構成におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置におけるバスバーとパワーモジュールの配置と接続を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の電力変換装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００２５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の電力変換回路を示す図である。本実施の形態１に係る電力変換回路は、ＰＮ間コンデンサ１１および三相回路１２を備えて構成されている。
【００２６】
ＰＮ間コンデンサ１１は、一対の入力端子（Ｐ）、（Ｎ）間に接続されている。ＰＮ間コンデンサ１１は、一対の入力端子（Ｐ）、（Ｎ）間において、三相回路１２と電気的に並列接続されている。また、三相回路１２からの出力は、電流検出用抵抗器２を介して回転電機１００に接続される。
【００２７】
図１の電力変換回路は、２つの三相回路１２が電源Ｂ１に対して並列に接続され、それぞれの回転電機１００が個別制御されている。インバータ回路として動作するパワーモジュール１０は、三相回路１２の二相分に相当する。このため、図１に例示したように、パワーモジュール１０は、直列に接続した２個のパワー半導体チップ１が２組、つまり４個のパワー半導体チップ１で構成される。
【００２８】
直列接続した２個のパワー半導体チップ１のうち、一対の入力端子（Ｐ）、（Ｎ）間に接続された電源Ｂ１のプラス（Ｐ）端子に接続されるパワー半導体チップ１は、高電位側スイッチング素子になる。また、直列接続した２個のパワー半導体チップ１のうち、一対の入力端子（Ｐ）、（Ｎ）間に接続された電源Ｂ１のマイナス（Ｎ）端子に接続されるパワー半導体チップ１は、低電位側スイッチング素子になる。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を構成する１つのパワーモジュールの各要素の実装構成を示す図である。また、図３は、図２に示した本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を構成する１つのパワーモジュールの実装構成におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。
【００３０】
図２、図３に示すように、パワーモジュール１０は、金属製のリードフレーム、パワー半導体チップ１、電流検出用抵抗器２、配線部材５、接合部材４０、モールド樹脂９から構成されている。さらに、パワーモジュール１０は、絶縁部材４１を介してヒートシンク３０に配置され、バスバー２０の溶接点８で接続し電力変換回路を構成する。
【００３１】
金属製のリードフレームは、あらかじめ配線パターン状に成形されている。すなわち、リードフレームは、パワー半導体チップ１を搭載するＰ電位リード３およびＡＣ電位リード６と、Ｎ電位リード４とを備えている。Ｐ電位リード３およびＡＣ電位リード６は、パワー半導体チップ１のチップ上面電極と配線部材５を介して接続する電極と、チップ下面電極と導電性の接合部材４０を介して接続する電極とを備えている。
【００３２】
なお、図３に示したように、電流検出用抵抗器２をパワーモジュール１０内に内蔵する場合には、ＡＣ電位リード６を、ＡＣ電位リード６と信号用端子７とに分割し、信号用端子７上にパワー半導体チップを実装するとともに、ＡＣ電位リード６と信号用端子７との間に電流検出用抵抗器２を実装することとなる。
【００３３】
図２に示すように、パワーモジュール１０は、２本のＰ電位リード３、２本のＡＣ電位リード６、および２本の信号用端子７が、一相毎に分割して外部に突出している。そして、各相のＰ電位リードは、独立してバスバー２０に接続できるようになっている。
【００３４】
金属製のリードフレームは、例えば、銅あるいはアルミニウムを基材とした合金を用いる。金属製のリードフレームは、板状の材料をエッチング加工、プレス加工などにより、配線パターン状に成形されている。リードフレームとしては、表面に基材の金属が露出しているもの、一部にメッキ処理を施されているもののいずれも使用可能である。
【００３５】
リードフレームは、実装面側にパワー半導体チップ１、電流検出用抵抗器２、導電性の接合部材４０、配線部材５などが実装され、モールド樹脂９で封止される。モールド樹脂９で封止されたリードフレームは、その後、電気配線に不要な部分が除去される。この結果、２相分がモジュール化された電力変換回路が構成される。リードフレームの２相分で共通のＮ電位リード４、および２相でそれぞれ個別のＰ電位リード３、ＡＣ電位リード６、信号用端子７は、モールド樹脂９の側面から出ており、外部の導線と接続される。この結果、パワーモジュール１０は、２相分の電力変換回路を構成する。
【００３６】
パワー半導体チップ１は、チップ上面およびチップ下面に、それぞれ上面電極および下面電極を持っている。上面電極は、配線部材５よって、電気的、機械的にリードフレームと接続される。また、下面電極は、導電性の接合部材４０によって、電気的、機械的にリードフレームと接続される。このような接続構成により、パワー半導体チップ１は、動作時の電流が、パワー半導体チップ１の厚さ方向に流れる。
【００３７】
上述した図１に示す回路図においては、パワー半導体チップ１がＭＯＳＦＥＴである場合を示したが、ＩＧＢＴのようなスイッチング可能な素子をパワー半導体チップ１として適用することも可能である。パワー半導体チップ１の材料としては、Ｓｉのみならず、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓなどの化合物半導体を用いることも可能である。また、パワー半導体チップ１の上面電極は、インナーリードなどの配線部材５の使用を考慮して、はんだ接合が可能なように、ニッケルメッキ層を設けてもよい。
【００３８】
モールド樹脂９は、金属製のリードフレーム、パワー半導体チップ１、電流検出用抵抗器２、導電性の接合部材４０および配線部材５を包含するようにして、リードフレームの実装面を封止する。すなわち、リードフレーム上に、上述した各種構成部品を実装した後に、モールド樹脂９が成形される。
【００３９】
図１に示すように、回転電機１００は、パワーモジュール１０に内蔵されたパワー半導体チップ１がスイッチング動作することで生成される出力電圧が印加されることで駆動させる。この構成によると、図２に示したような、Ｐ端子側のバスバー２０とＰ電位リード３との溶接点８には、大電流が流れる。このため、２個のパワー半導体チップ１が２組実装されているパワーモジュール１０は、発熱による不具合が発生しやすくなる。
【００４０】
図２に示すように、本実施の形態１に係るパワーモジュール１０は、パワー半導体チップ１を搭載するＰ電位リード３を一相毎に分割し、２つのＰ電位リード３のそれぞれを、溶接点８において溶接により、独立してバスバー２０に接続している。この構成によると、Ｐ電位リード３とバスバー２０との溶接点８は、パワーモジュール１個毎に２か所に分散配置することができる。
【００４１】
つまり、一相毎にＰ電位リード３とバスバー２０が溶接されている。このため、それぞれの溶接点８における電流は、バスバー２０から一相分に分岐した電流のみとなる。この結果、バスバー２０とＰ電位リード３との溶接点８、およびＰ電位リード３自体における発熱が抑えられる。
【００４２】
特に、溶接点８は、大電流が流れるため、断面積を大きくすることが好ましい。しかしながら、断面積の大きな溶接点８を形成しようとすると、１つの溶接点８において、溶接に要する時間が長くなる、あるいは金属を溶かすために必要なエネルギーが大きくなる。この結果、溶接点８の形状が不安定であったり、溶接点８の周囲の部材が溶けたりする問題があった。
【００４３】
これに対して、２つの溶接点８を個別に設ける本実施の形態１の構成によれば、共通の１つの溶接点を用いる場合と比較して、１つの溶接点８における溶接時間および必要なエネルギーを低減することが可能となる。すなわち、２つの溶接点を個別に設けることで、共通の溶接点の断面積を大きくした場合と同様に、大電流を流すことが可能となる。
【００４４】
また、溶接点８は、一相毎に任意の位置に設定できる。この結果、溶接点８どうしの距離を任意に設定できる。従って、２つの溶接点８の距離を適切に設定することで、それぞれの溶接点８での発熱が、相互に干渉して高温になることを防止することができる。
【００４５】
さらに、２つの溶接点８の距離を適切に設定することで、溶接点８自体の温度変化も、小さくできる。このため、溶接点８において、金属結晶粒の微細化などによる劣化現象の進行を遅らせることができる。すなわち、本実施の形態１における溶接点８の構成は、上述した劣化現象の進行を遅らせ、長期信頼性を向上させることができる。この結果、本実施の形態１に係る電力変換装置は、長期信頼性を確保するために、追加の部材を配置する必要がなくなる。
【００４６】
さらに、パワー半導体チップ１が搭載されるリードは、一相毎に分割されている。このため、駆動中のパワー半導体チップ１相互における熱が、共通のリードを介して伝わり合うことがない。つまり、リードの分割は、パワー半導体チップ１の温度上昇を抑える有効な手段であり、結果的に、高出力の電力変換装置を実現できる。また、三相回路を２回路分並列に搭載しているため、従来技術と同様に、回転電機１００を駆動するときに、電磁音と駆動トルクの変動とを低減できる。
【００４７】
図３に示したように、本実施の形態１に係るパワーモジュール１０は、各リードと搭載部品がモールド樹脂９によって封止された、モールド封止型のパワーモジュールである。従って、本実施の形態１に係るパワーモジュール１０は、パワーモジュール１０のヒートシンク３０との対向面に、Ｐ電位リード３、ＡＣ電位リード６、およびＮ電位リード４の一部が露出している。また、パワーモジュール１０内では、２本のＰ電位リード３、２本のＡＣ電位リード６、および１本のＮ電位リード４の側面どうしの対向面が、モールド樹脂９に覆われている。
【００４８】
さらに、各リードは、絶縁性のフィラーを含有する絶縁部材４１の接着剤でヒートシンク３０と機械的に接続されている。このように構成することで、本実施の形態１に係る電力変換装置は、通電時におけるパワー半導体チップ１の発熱が隣接したリードに伝わることを、モールド樹脂９によって抑制することができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態１に係る電力変換装置は、モールド樹脂よりも熱伝導率が高い、絶縁性フィラーを含有する絶縁部材４１の接着剤を使用することで、パワー半導体チップ１の発熱をヒートシンク３０側へ効率的に促すことができる。
【００５０】
上述した構成によれば、パワーモジュール１０は、モジュール内部において、パワー半導体チップ１どうしで相互に熱が伝わり合うことを防ぎつつ、それぞれのパワー半導体チップ１の発熱をモジュール外部へ効率よく排出することができる。この結果、パワーモジュール１０内の複数のパワー半導体チップ１の温度上昇を、抑制することができる。
【００５１】
本実施の形態１では、パワー半導体チップ１のチップ上の配線部材５に、インナーリードを使用する場合を想定している。パワー半導体チップ１の上面電極とインナーリードとの間、インナーリードとリードフレームとの間、パワー半導体チップ１の下面電極とリードフレームとの間を、はんだで接続することができる。また、本実施の形態１では、電流検出用抵抗器２をパワーモジュール１０の内部に搭載する場合を想定している。すなわち、本実施の形態１によれば、電流検出用抵抗器２などの部品を追加でパワーモジュール１０内に配置し、ＡＣ電位リード６を２個に分割した場合にも、本発明の効果を得られる。
【００５２】
上述したように、部品の接続は、各リードと部品との間には、導電性の接合部材４０が配置され、電気的、機械的に接続される。パワー半導体チップ１、インナーリード、電流検出用抵抗器２、およびリードフレームの相互の接続に用いられるはんだは、リフロー装置など一括の熱処理により接合可能であり、製造性を向上できる。
【００５３】
なお、電力変換装置の使用時における、温度変化などに起因したひずみが生じた場合には、はんだ接合を適用する場所毎に、耐久性の差が生じる。この場合には、適用する場所毎に異なる組成のはんだを使用してもよい。さらに、本実施の形態１においては、例として、導電性部材としてはんだを示したが、はんだの代わりに、導電性樹脂ペーストやシンタリングペーストを使用してもよい。
【００５４】
配線部材は、パワー半導体チップ１の上面電極とリードフレームとを接続する。本実施の形態１では、パワー半導体チップ１の上面電極を、リードフレームの各リードに接続する際に、個片の金属製板材を配線部材の形状へ加工したインナーリードを使用する場合について示した。しかしながら、このようなインナーリードの代わりに、銅やアルミニウムもしくは銅とアルミニウムのクラッド材からなるワイヤボンド、リボンボンドなどを用いて、パワー半導体チップ１の上面電極を、リードフレームの各リードに接続してもよい。
【００５５】
インナーリードを用いる場合には、導電性部材を介して電極と接続される部分以外のインナーリードの部分は、モールド樹脂９と接するように配置される。また、インナーリードは、モールド樹脂９内部に包括されるように配置されており、製造時に外部からインナーリードを支える部分をもたない。導電性部材を介して接続される部分同士をつなぐインナーリードの胴体部は、接続される端部よりも、リードフレームから離れる方向に変形している。これにより、リードフレームとインナーリードが短絡することを防止することができる。
【００５６】
インナーリードの胴体部の断面積は、通電する電流の量によって決められる。また、インナーリードなどの配線部材を介して伝わるパワー半導体チップ１の発熱をさらに低減させたい場合には、インナーリードの胴体部に貫通穴を設けたり、くびれ部を設けたり、その両方を同時に設けることができる。これにより、インナーリード長手方向の熱抵抗を大きくすることができ、パワー半導体チップ１間の熱の伝わり合いを低減できる。なお、本実施の形態１では、瞬間的に付加される電流まで含めると、数Ａから数百Ａ程度まで通電する電力変換装置を想定している。
【００５７】
バスバー２０は、板厚がＰ電位リード３の板厚の１．４倍以上となるように構成する。長くても数秒程度の時間に数百Ａの電流が通電される場合には、Ｐ電位リード３端部の溶接点８で発熱が生じる。この場合にも、バスバー２０の板厚をＰ電位リード３の１．４倍以上になるように構成することで、溶接点８の熱がバスバー２０へ拡散されるようになり、Ｐ電位リード３へ伝わる熱量を低減できる。
【００５８】
Ｐ電位リード３上には、パワー半導体チップ１が搭載されている。従って、Ｐ電位リード３へ伝わる熱量が低減することで、パワー半導体チップ１へ流入する熱量も低減することができ、この結果、パワー半導体チップ１の温度上昇が小さくなる。上述した効果により、三相回路を２回路分内部に構成した場合にも、小型かつ高出力の電力変換装置を実現することが可能となる。
【００５９】
以上のように、実施の形態１の電力変換装置によれば、三相回路を２回路分内蔵するパワーモジュールにおいて、パワー半導体チップを搭載するＰ電位リードを一相毎に分割する構成を備えている。この結果、個別の接続点を介して、２つのＰ電極リードを１本のバスバーに接続することができ、放熱性の確保、発熱の低減を実現できる。
【００６０】
また、モールド樹脂よりも熱伝導率が高い、絶縁性フィラーを含有する絶縁部材の接着剤を使用することで、パワー半導体チップからの排熱を、ヒートシンク側へ効率的に促すことができる。
【００６１】
さらに、モールド樹脂より熱伝導率の高い接着剤の使用、およびパワー半導体チップごとに分割されたリードの使用により、パワー半導体チップは、相互に熱が伝わり合うことを防止できる。さらに、これらの使用により、パワー半導体チップの発熱自体も、パワーモジュールの外部へ効率よく排出することができる。このため、パワー半導体チップの温度上昇を小さくでき、小型かつ高出力の電力変換装置を実現できる。
【００６２】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、各リードの分割配置の採用、およびモールド樹脂と絶縁部材の採用により、放熱性の向上を図る手法について説明した。これに対して、本実施の形態２では、制御基板の配置とバスバーの配置に関連する放熱性の改善および小型化について説明する。
【００６３】
図４は、実施の形態２に係る電力変換装置において、図３の断面図に対して、さらに制御基板を付加した実装構成の断面を示す図である。制御基板５０は、三相回路を２回路分構成する３個のパワーモジュール１０の上部に制御基板５０が配置されるが、図４では、１個のパワーモジュール１０上に配置された制御基板５０を例示している。
【００６４】
パワーモジュール１０の搭載平面上での外形サイズは、パワーモジュール１０の搭載面と同一平面上に、制御基板５０を搭載しようとすると、増大する。しかしながら、本発明では、パワーモジュール１０の信号用リード７ａを介して、パワーモジュール１０の上部に制御基板５０を配置する構成を採用している。この結果、パワーモジュール１０の搭載平面上での外形サイズを小型化することができる。ここで、信号用リード７ａは、信号用端子７の端部としてモールド樹脂９の外部に露出し、かつ、上方に折り曲げられた部分に相当する。
【００６５】
ただし、パワーモジュール１０の上部に制御基板５０を配置した場合には、バスバー２０とＰ電位リード３との溶接点８は、図４に示すように、制御基板５０の近傍に配置されることになる。このため、溶接点８の発熱が、制御基板５０に伝わることが懸念される。ここで、本実施の形態２における電力変換装置は、先の実施の形態１で説明したように、バスバー２０の厚さが、Ｐ電位リード３の厚さの１．４倍以上となるように構成されている。溶接点８で発熱が生じた場合には、溶接点８と接続されたバスバー２０の、発熱していない部分に熱が拡散する。
【００６６】
長時間電流が連続して通電される場合においても、溶接点８で生じる熱が、連続的にバスバー２０へ拡散される。このため、溶接点８において過度の発熱を防止することができる。つまり、パワーモジュール１０の上部に搭載された制御基板５０は、溶接点８の発熱に影響されて温度を上昇することが抑制できる。その結果、制御基板５０上の溶接点８の近くにも、耐熱温度が低い部品を配置することができ、効率的な実装レイアウトを実現できる。従って、小型の電力変換装置を形成できる。
【００６７】
図５は、実施の形態２に係る電力変換装置におけるバスバー２０と３個のパワーモジュール１０のそれぞれの配置と接続関係を示す図である。バスバー２０は、矩形状に成形されており、パワーモジュール１０が、バスバー２０の連続した３辺の外周の１辺毎に１個、接続されている。
【００６８】
また、図示は省略しているが、Ｐ電位リード３とＮ電位リードとの間接続される平滑コンデンサを、ヒートシンク３０上に搭載される３個のパワーモジュール１０の間に搭載させることも可能である。これにより、矩形状のバスバー２０のコーナー部にあたる、パワーモジュール１０間のスペースに、平滑コンデンサを敷き詰めるように配置することが可能となる．この結果、電力変換装置を小型にできる。
【００６９】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形および置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  パワー半導体チップ、２  電流検出用抵抗器、３  Ｐ電位リード、４  Ｎ電位リード、５  配線部材、６  ＡＣ電位リード、７  信号用端子、７ａ  信号用リード、８  溶接点、９  モールド樹脂、１０  パワーモジュール、１１  ＰＮ間コンデンサ、１２  三相回路、２０  バスバー、２１  バスバー固定部材、３０  ヒートシンク、４０  接合部材、４１  絶縁部材、５０  制御基板、１００  回転電機。
【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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