(57)【要約】【課題】パワー端子に接続される接続配線を短くしやすい半導体モジュール及び電力変換装置を提供すること。【解決手段】半導体モジュール２は、スイッチング素子２４を内蔵したモジュール本体部２１と、モジュール本体部２１の主面に平行な方向に、互いに平行に突出した３本以上のパワー端子２２からなるパワー端子群２２０と、を有する。パワー端子２２の突出方向に平行な方向をＺ方向とし、モジュール本体部２１の主面の法線方向をＸ方向とし、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向をＹ方向とし、Ｙ方向におけるモジュール本体部２１の両端をそれぞれ第１端部２１１及び第２端部２１２とし、Ｙ方向における第１端部２１１と第２端部２１２との中央をモジュール中央Ｃ２１としたとき、パワー端子群２２０のうちの過半数のパワー端子２２は、モジュール中央Ｃ２１と第１端部２１１との間の第１領域２０１に収まるように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子（２４）を内蔵したモジュール本体部（２１）と、
上記モジュール本体部から、該モジュール本体部の主面に平行な方向に、互いに平行に突出した３本以上のパワー端子（２２）からなるパワー端子群（２２０）と、を有し、
上記パワー端子の突出方向に平行な方向をＺ方向とし、上記モジュール本体部の主面の法線方向をＸ方向とし、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向をＹ方向とし、Ｙ方向における上記モジュール本体部の両端をそれぞれ第１端部（２１１）及び第２端部（２１２）とし、Ｙ方向における上記第１端部と上記第２端部との中央をモジュール中央（Ｃ２１）としたとき、
上記パワー端子群のうちの過半数の上記パワー端子は、上記モジュール中央と上記第１端部との間の第１領域（２０１）に収まるように配置されている、半導体モジュール（２）。
【請求項２】
上記パワー端子群は、上記モジュール本体部から互いに同じ方向に突出した３本以上の上記パワー端子からなる、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
上記モジュール本体部は、Ｙ方向の寸法（Ｌｙ）が、Ｚ方向の寸法（Ｌｚ）よりも大きい、請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
上記モジュール本体部における、上記パワー端子が突出した面とは異なる面から、制御端子（２３）が突出している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
上記モジュール本体部は、互いに直列接続されると共にＹ方向に並んだ複数の上記スイッチング素子を内蔵している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
上記モジュール本体部は、互いに並列接続されると共にＹ方向に並んだ複数の上記スイッチング素子を内蔵している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
上記モジュール本体部は、互いに直列接続されると共にＹ方向に並んだ複数の上記スイッチング素子を有すると共に、互いに並列接続されると共にＹ方向に並んだ複数の上記スイッチング素子を有しており、互いに並列接続された複数の上記スイッチング素子に接続された上記パワー端子の少なくとも一つは、当該パワー端子のＹ方向の中央である端子中央（Ｃ２２）が、Ｙ方向において、当該パワー端子に接続された上記スイッチング素子の間に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
上記パワー端子群は、上記パワー端子として、正極端子（２２Ｐ）と負極端子（２２Ｎ）と出力端子（２２Ａ）とを有し、上記正極端子と上記負極端子とは、互いにＸ方向に並ぶと共に、上記第１領域に収まるように配置されており、上記出力端子は、上記モジュール中央と上記第２端部との間の第２領域（２０２）に収まるように配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
請求項２に記載の半導体モジュールを備えた電力変換装置（１）であって、
上記半導体モジュールは、上記モジュール本体部から上記パワー端子と反対側へ、制御端子（２３）を突出してなり、
上記半導体モジュールに電気的に接続される電子部品（３）と、
上記パワー端子の一つに接続される出力配線（４１）の一部を保持する配線保持体（５）と、
上記制御端子と接続される制御基板（６）と、をさらに有し、
上記制御基板は、Ｚ方向において上記半導体モジュールに対向配置されており、
上記電子部品と上記配線保持体とは、上記半導体モジュールを挟んでＹ方向における互いに反対側に配置されている、電力変換装置。
【請求項１０】
上記モジュール本体部は、上記スイッチング素子として、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とを有し、上記下アームスイッチング素子は、上記第１領域に配置されており、上記制御基板は、上記半導体モジュールと上記配線保持体との双方に対して、Ｚ方向に対向しており、上記配線保持体は、上記出力配線に流れる電流を検出する電流センサ（７）を備えている、請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
上記モジュール本体部は、上記スイッチング素子として、上アームスイッチング素子（２４ｕ）と下アームスイッチング素子（２４ｄ）とを有し、上記上アームスイッチング素子は、上記第１領域に配置されており、上記制御基板は、上記半導体モジュールと上記配線保持体との双方に対して、Ｚ方向に対向しており、上記制御基板には、上記出力配線に流れる電流を検出する電流センサ（７）が搭載されている、請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
上記パワー端子のうち上記出力配線に接続される出力端子（２２Ａ）は、上記モジュール中央と上記第２端部との間の第２領域（２０２）に収まるように配置されている、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
上記パワー端子群は、上記出力端子以外の上記パワー端子として、正極端子（２２Ｐ）と負極端子（２２Ｎ）とを有し、上記正極端子と上記負極端子とは、互いにＸ方向に並ぶと共に、上記第１領域に収まるように配置されている、請求項１２に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
複数の上記半導体モジュールが互いにＸ方向に積層配置されており、複数の上記半導体モジュールは、Ｚ方向の同じ方向に、上記パワー端子を突出させている、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
複数の上記半導体モジュールは、複数の冷却管（８１）と共に、Ｘ方向に積層されており、上記冷却管は、Ｙ方向に冷媒（ｗ）を流通させるよう構成されており、上記第２端部よりも上記第１端部側が、上記冷媒の上流側である、請求項１４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、半導体モジュール及びこれを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ等の電力変換装置においては、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールを備えたものがある。半導体モジュールは、スイッチング素子によってオンオフ制御される電力を授受するための複数のパワー端子を備える。特許文献１には、３本のパワー端子を備えた半導体モジュールが開示されている。
【０００３】
これら３本のパワー端子は、半導体モジュールの主面に平行な方向に、並んで配置されている。パワー端子には、半導体モジュールの外部の電力配線に接続される。すなわち、例えば、コンデンサに接続されるバスバーや、外部出力端子に接続されるバスバーが、パワー端子に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４９６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、３本以上のパワー端子を備えた半導体モジュールにおいては、パワー端子の配置によっては、それぞれのパワー端子に接続される接続配線が長くなるおそれがある。すなわち、スイッチング素子を内蔵したモジュール本体部と、モジュール本体部から突出したパワー端子との位置関係によって、パワー端子に接続される接続配線を長くせざるを得なくなるおそれがある。その結果、配線抵抗の低減、損失の低減を図ることが困難となるおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、パワー端子に接続される接続配線を短くしやすい半導体モジュール及び電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、スイッチング素子（２４）を内蔵したモジュール本体部（２１）と、
上記モジュール本体部から、該モジュール本体部の主面に平行な方向に、互いに平行に突出した３本以上のパワー端子（２２）からなるパワー端子群（２２０）と、を有し、
上記パワー端子の突出方向に平行な方向をＺ方向とし、上記モジュール本体部の主面の法線方向をＸ方向とし、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向をＹ方向とし、Ｙ方向における上記モジュール本体部の両端をそれぞれ第１端部（２１１）及び第２端部（２１２）とし、Ｙ方向における上記第１端部と上記第２端部との中央をモジュール中央（Ｃ２１）としたとき、
上記パワー端子群のうちの過半数の上記パワー端子は、上記モジュール中央と上記第１端部との間の第１領域（２０１）に収まるように配置されている、半導体モジュール（２）にある。
【０００８】
本発明の他の態様は、上記半導体モジュールを備えた電力変換装置（１）であって、
上記半導体モジュールは、上記モジュール本体部から上記パワー端子と反対側へ、制御端子（２３）を突出してなり、
上記半導体モジュールに電気的に接続される電子部品（３）と、
上記パワー端子の一つに接続される出力配線（４１）の一部を保持する配線保持体（５）と、
上記制御端子と接続される制御基板（６）と、をさらに有し、
上記制御基板は、Ｚ方向において上記半導体モジュールに対向配置されており、
上記電子部品と上記配線保持体とは、上記半導体モジュールを挟んでＹ方向における互いに反対側に配置されている、電力変換装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
上記半導体モジュールにおいては、上記パワー端子群のうちの過半数の上記パワー端子は、上記第１領域に収まるように配置されている。これにより、過半数のパワー端子を、Ｙ方向において、上記モジュール本体部の第１端部に近い位置に配置することができる。その結果、過半数のパワー端子にそれぞれ接続される接続配線を、第１端部側に引き出すことにより、接続配線を短くしやすくなる。
【００１０】
すなわち、接続配線による接続先である電子部品や、接続配線を保持する保持部品を、半導体モジュールの近傍に配置する際、これらの部品がモジュール本体部に干渉しないように配置することとなる。それゆえ、過半数のパワー端子を第１領域に配置することで、これらのパワー端子と第１端部側に配置した上記部品との間の距離を短くしやすくなる。その結果、接続配線を短くしやすくなる。
【００１１】
上記電力変換装置においては、上記電子部品と上記配線保持体とが、上記半導体モジュールを挟んでＹ方向における互いに反対側に配置されている。それゆえ、過半数のパワー端子２２が第１領域に収まるように配置されることで、接続配線の短縮を効果的に図りやすくなる。
【００１２】
以上のごとく、上記態様によれば、パワー端子に接続される接続配線を短くしやすい半導体モジュール及び電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１における、半導体モジュールの正面説明図。
【図２】図１のII矢視図。
【図３】実施形態１における、電力変換装置の一部の正面説明図。
【図４】実施形態１における、Ｚ方向から見た、電力変換装置の説明図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線矢視断面図。
【図６】実施形態１における、電力変換装置の回路図。
【図７】実施形態１における、制御基板の一部の説明図。
【図８】図１のVIII線矢視断面図。
【図９】半導体モジュールの変形例にかかる、図１のVIII線矢視断面相当の断面図。
【図１０】実施形態２における、電力変換装置の一部の正面説明図。
【図１１】実施形態２における、制御基板の一部の説明図。
【図１２】実施形態３における、半導体モジュールの斜視説明図。
【図１３】図１２のXIII矢視図。
【図１４】変形形態における、半導体モジュールの正面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
半導体モジュール及び電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
本実施形態の半導体モジュール２は、図１に示すごとく、スイッチング素子２４を内蔵したモジュール本体部２１と、３本以上のパワー端子２２からなるパワー端子群２２０と、を有する。
【００１５】
パワー端子２２は、モジュール本体部２１から、モジュール本体部２１の主面に平行な方向に突出している。３本のパワー端子２２は、互いに平行に突出している。本形態において、パワー端子群２２０は、３本のパワー端子２２を有する。
【００１６】
図１、図２に示すごとく、パワー端子２２の突出方向に平行な方向をＺ方向とし、モジュール本体部２１の主面の法線方向をＸ方向とする。Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向をＹ方向とする。Ｙ方向におけるモジュール本体部２１の両端をそれぞれ第１端部２１１及び第２端部２１２とする。Ｙ方向における第１端部２１１と第２端部２１２との中央をモジュール中央Ｃ２１とする。
【００１７】
パワー端子群２２０のうちの過半数のパワー端子２２は、モジュール中央Ｃ２１と第１端部２１１との間の第１領域２０１に収まるように配置されている。本形態においては、パワー端子群２２０は３本のパワー端子２２からなるため、２本以上のパワー端子２２が第１領域２０１に収まるように配置されていることとなる。特に本形態においては、２本のパワー端子２２が第１領域２０１に収まるように配置されている。
【００１８】
換言すると、モジュール本体部２１のＹ方向の全幅を、モジュール中央Ｃ２１を境に２つの領域に分けたとき、いずれか一方の領域に、過半数のパワー端子２２が収まるように配置されている。この過半数のパワー端子２２が収まるように配置された側の領域が、第１領域２０１ということとなる。そして、この第１領域２０１がある側の、モジュール本体部２１の端部が第１端部２１１であり、反対側の端部が第２端部２１２である。
【００１９】
３本のパワー端子２２は、Ｚ方向の同じ方向に突出している。すなわち、パワー端子群２２０は、モジュール本体部２１から互いに同じ方向に突出した３本以上のパワー端子２２からなる。
モジュール本体部２１は、Ｙ方向の寸法Ｌｙが、Ｚ方向の寸法Ｌｚよりも大きい。
【００２０】
モジュール本体部２１における、パワー端子２２が突出した面とは異なる面から、制御端子２３が突出している。本形態においては、制御端子２３は、モジュール本体部２１における、パワー端子２２が突出した面と反対側の面から突出している。すなわち、制御端子２３は、Ｚ方向において、パワー端子２２と反対向きに突出している。
【００２１】
モジュール本体部２１は、互いに直列接続されると共にＹ方向に並んだ複数のスイッチング素子２４を内蔵している。また、モジュール本体部２１は、互いに並列接続されると共にＹ方向に並んだ複数のスイッチング素子２４を内蔵している。すなわち、モジュール本体部２１は、後述する上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとをそれぞれ複数内蔵している。上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとは、互いに直列に接続されている。また、上アームスイッチング素子２４ｕ同士が並列に接続され、下アームスイッチング素子２４ｄ同士も並列に接続されている。
【００２２】
本形態においては、モジュール本体部２１は、２個の上アームスイッチング素子２４ｕと２個の下アームスイッチング素子２４ｄとを内蔵している。これら４個のスイッチング素子２４は、Ｙ方向に並んで配置されている。モジュール本体部２１は、図１、図８に示すごとく、スイッチング素子２４を、絶縁樹脂２１６によって封止している。
【００２３】
また、図１に示すごとく、制御端子２３としては、上アームスイッチング素子２４ｕに接続される制御端子２３ｕと、下アームスイッチング素子２４ｄに接続される制御端子２３ｄとがある。そして、上アーム側の制御端子２３ｕは、第２領域２０２に配置されている。下アーム側の制御端子２３ｄは、第１領域２０１に配置されている。
【００２４】
制御端子２３は、一つのスイッチング素子２４に対応して、それぞれ複数本ずつ設けてある。各グループの制御端子２３は、それぞれ対応するスイッチング素子２４に対応するＹ方向の位置に、配置されている。特に、本形態においては、各グループの制御端子２３は、対応する各スイッチング素子２４のＹ方向の幅内に配置されている。
【００２５】
スイッチング素子２４は、ＩＧＢＴにて構成することができる。ここで、ＩＧＢＴは、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略である。また、スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴとすることもできる。ＭＯＳＦＥＴは、Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、金属酸化物電界効果トランジスタの略である。
【００２６】
パワー端子群２２０に属するパワー端子２２としては、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎと出力端子２２Ａとがある。本形態においては、正極端子２２Ｐが、Ｙ方向における最も第１端部２１１に近い位置に配置されている。出力端子２２Ａが、Ｙ方向における最も第２端部２１２に近い位置に配置されている。負極端子２２Ｎは、Ｙ方向において、負極端子２２Ｎと出力端子２２Ａとの間に配置されている。このように、本形態においては、３本のパワー端子２２は、Ｙ方向に並んで配置されている。
【００２７】
正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとは、第１領域２０１に収まるように配置されている。出力端子２２Ａは、モジュール中央Ｃ２１と第２端部２１２との間の第２領域２０２に収まるように配置されている。
【００２８】
モジュール本体部２１内において、正極端子２２Ｐは、上アームスイッチング素子２４ｕのコレクタに接続されている（図６参照）。負極端子２２Ｎは、下アームスイッチング素子２４ｄのエミッタに接続されている。出力端子２２Ａは、上アームスイッチング素子２４ｕのエミッタと下アームスイッチング素子２４ｄのコレクタとの接続点に接続されている。
【００２９】
図８に示すごとく、モジュール本体部２１において、並列接続された複数のスイッチング素子２４同士は、そのコレクタ面２４ｃを、同一の導電部材２１３ｃに接合している。すなわち、２個の上アームスイッチング素子２４ｕは、共に、一つの導電部材２１３ｃに、コレクタ面２４ｃを接合している。また、２個の下アームスイッチング素子２４ｄは、共に、他の一つの導電部材２１３ｃに、コレクタ面２４ｃを接合している。このようにすることで、並列接続された複数のスイッチング素子２４への電流経路中のインピーダンスを低減することができる。
【００３０】
並列接続された複数のスイッチング素子２４同士は、そのエミッタ面２４ｅを、個別の導電ブロック２１４を介して、同一の導電部材２１３ｅに接合している。すなわち、２個の上アームスイッチング素子２４ｕは、共通の導電部材２１３ｅに接合された個別の導電ブロック２１４に、エミッタ面２４ｅを接合している。また、２個の下アームスイッチング素子２４ｄは、共通の導電部材２１３ｅに接合された個別の導電ブロック２１４に、エミッタ面２４ｅを接合している。
【００３１】
導電部材２１３ｃ、２１３ｅは、モジュール本体部２１の主面に露出した放熱板２１３でもある。上アームのエミッタ側の導電部材２１３ｅと、下アームのコレクタ側の導電部材２１３ｃとは、モジュール本体部２１内において互いに接続されて、同電位となる。そして、これらは、出力端子２１Ａとも同電位である。上アームのコレクタ側の導電部材２１３ｃは、正極端子２２Ｐと同電位となる。下アームのエミッタ側の導電部材２１３ｅは、負極端子２２Ｎと同電位である。
【００３２】
また、図９に示すごとく、モジュール本体部２１において、並列接続された複数のスイッチング素子２４同士は、そのエミッタ面２４ｅを、同一の導電部材２１３ｃに直接接合した構成とすることもできる。すなわち、エミッタ側の導電部材２１３ｅに、複数の凸部２１５を設け、それぞれの凸部２１５に、スイッチング素子２４のエミッタ面２４ｅを当接させる。換言すると、図９の構成は、上述の図８に示した導電ブロック２１４を、エミッタ側の導電部材２１３ｅと一体化した構成ということもできる。
【００３３】
この構成の場合、並列接続された２つのスイッチング素子２４同士は、エミッタ面２４ｅを共通の一つの導電部材２１３ｅに直接接合することとなる。それゆえ、より、インピーダンスの低減を図ることができる。
【００３４】
互いに並列接続された複数のスイッチング素子２４に接続されたパワー端子２２の少なくとも一つは、当該パワー端子２２のＹ方向の中央である端子中央Ｃ２２が、Ｙ方向において、当該パワー端子２２に接続されたスイッチング素子２４の間に配置されている。本形態においては、図１に示すごとく、負極端子２２Ｎの端子中央Ｃ２２が、これに接続された２つの下アームスイッチング素子２４ｄの間に配置されている。そして、負極端子２２Ｎから２つの下アームスイッチング素子２４ｄまでの電流経路の長さは、略同等となっている。
【００３５】
具体的には、端子中央Ｃ２２は、互いに並列接続された２つのスイッチング素子２４のそれぞれにおけるＹ方向の中心同士の間の、Ｙ方向の位置にある。より好ましくは、端子中央Ｃ２２は、並列接続された２個のスイッチング素子２４の、それぞれのＹ方向の内側端縁の間の位置にある。
【００３６】
本形態の電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２を備えている。
図３、図４に示すごとく、電力変換装置１は、半導体モジュール２の他に、コンデンサ３と、配線保持体５と、制御基板６とを有する。コンデンサ３は、半導体モジュール２に電気的に接続される電子部品である。配線保持体５は、パワー端子２２の一つに接続される出力配線４１の一部を保持する部品である。制御基板６には、制御端子２３が接続される。制御基板６は、Ｚ方向において半導体モジュール２に対向配置されている。コンデンサ３と配線保持体５とは、半導体モジュール２を挟んでＹ方向における互いに反対側に配置されている。
【００３７】
コンデンサ３は、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサ本体部３１から、コンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎを突出している。コンデンサバスバー３２Ｐは、半導体モジュール２の正極端子２２Ｐに接続され、コンデンサバスバー３２Ｎは、半導体モジュール２の負極端子２２Ｎに接続される。図４においては、コンデンサ３から３本のコンデンサバスバー３２Ｐと３本のコンデンサバスバー３２Ｎとが突出した形となっている。ただし、複数のコンデンサバスバー３２Ｐ同士は同電位であり、複数のコンデンサバスバー３２Ｎ同士も同電位である。そして、複数のコンデンサバスバー３２Ｐ同士を一体化し、複数のコンデンサバスバー３２Ｎ同士を一体化してもよい。
【００３８】
コンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎは、Ｙ方向において、コンデンサ３と半導体モジュール２とを接続する。つまり、コンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎは、Ｙ方向における第１端部２１１側から正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎへ向かって延びている。すなわち、第１端部２１１に近い第１領域２０１に収まるように配置された正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎに対して、第１端部２１１側から延びるコンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎが接続される。
【００３９】
本形態において、配線保持体５は、出力バスバー４１と、外部配線（図示略）とを接続するための端子台である。つまり、端子台としての配線保持体５には、出力バスバー４１の端子を、外部配線の端子とともに載置し、ボルト等によって両者を締結することにより、接続することができるよう構成されている。ここで、外部配線は、例えば回転電機に接続される配線である。なお、配線保持体５は、樹脂成形体からなる。そして、配線保持体５は、電力変換装置１の筐体に固定されている。
【００４０】
上述のように、下アームスイッチング素子２４ｄは、第１領域２０１に配置されている。制御基板６は、半導体モジュール２と配線保持体５との双方に対して、Ｚ方向に対向している。配線保持体５は、出力配線である出力バスバー４１に流れる電流を検出する電流センサ７を備えている。
【００４１】
制御基板６の主面がＺ方向を向いており、モジュール本体部２１及び配線保持体５に、Ｚ方向から対向している。電流センサ７の信号線７１は、配線保持体５から制御基板６側へ突出している。そして、信号線７１が、制御基板６に接続されている。
【００４２】
電力変換装置１において、図４、図５に示すごとく、複数の半導体モジュール２が互いにＸ方向に積層配置されている。複数の半導体モジュール２は、Ｚ方向の同じ方向に、パワー端子２２を突出させている。これに伴い、複数の半導体モジュール２は、Ｚ方向の同じ方向に、制御端子２３を突出させている。
【００４３】
複数の半導体モジュール２は、複数の冷却管８１と共に、Ｘ方向に積層されており、冷却管８１は、Ｙ方向に冷媒ｗを流通させるよう構成されている。第２端部２１２よりも第１端部２１１側が、冷媒ｗの上流側である。なお、図３においては、冷却管８１を省略してある。
【００４４】
半導体モジュール２は、略直方体形状のモジュール本体部２１を有する。モジュール本体部２１は、他の面よりも面積の大きい一対の主面を備えている。この主面の法線方向が、Ｘ方向である。また、半導体モジュール２のパワー端子２２は、略板状に形成されている。パワー端子２２の主面は、モジュール本体部２１の主面と略平行である。
【００４５】
図１、図３、図８に示すごとく、モジュール本体部２１は、その両主面に、放熱板２１３を露出させている。冷却管８１は、半導体モジュール２の放熱板２１３に熱的に接触するように、配置されている。
【００４６】
図４に示すごとく、冷却管８１は、内部に冷媒ｗを流通させる冷媒流路を備えている。Ｘ方向に隣り合う冷却管８１同士は、Ｙ方向における両端部付近において、連結管８２によって接続されている。また、Ｘ方向の一端に配された冷却管８１には、冷媒ｗを導入する冷媒導入管８３と、冷媒ｗを排出する冷媒排出管８４とが設けてある。冷却管８１は、アルミニウム合金等、熱伝導性に優れた金属によって構成されている。
【００４７】
冷媒導入管８３から導入された冷媒ｗは、適宜、連結管８２を介して各冷却管８１に流入する。冷却管８１に導入された冷媒ｗは、Ｙ方向に流れる。このときの冷媒ｗの流れる向きは、モジュール本体部２１の第１端部２１１側から第２端部２１２側へ向かう向きである。そして、この間に、冷媒ｗは、モジュール本体部２１と熱交換を行うことで、モジュール本体部２１を冷却する。受熱した冷媒ｗは、第２端部２１２側の連結管８２を適宜介して、冷媒排出管８４から排出される。
【００４８】
図６に回路図を示すように、本実施形態の電力変換装置１は、例えば、車両に搭載されるインバータである。そして、直流電源ＢＡＴと三相交流の回転電機ＭＧとの間において、直流電力と交流電力との電力変換を行う。電力変換装置１のスイッチング回路部は、３相のレグを備える。すなわち、３相のレグは、直流電源ＢＡＴの正極に接続される正極配線１２Ｐと、直流電源ＢＡＴの負極に接続される負極配線１２Ｎとの間に、互いに並列に接続されている。
【００４９】
各レグは、互いに直列接続された上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとによって形成されている。また、各アームは、２つのスイッチング素子２４を並列接続してなる。すなわち、互いに並列接続された２つの上アームスイッチング素子２４ｕと、互いに並列接続された２つの下アームスイッチング素子２４ｄとが、直列接続されて、一つのレグを構成している。そして、これら２つの上アームスイッチング素子２４ｕと２つの下アームスイッチング素子２４ｄとが、一つの半導体モジュール２に内蔵されている。
【００５０】
そして、各レグにおける、上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとの接続点が、それぞれ出力配線（すなわち出力バスバー４１）を介して、回転電機ＭＧの３つの電極に接続されている。また、直流電源ＢＡＴとスイッチング回路部との間において、正極配線１２Ｐと負極配線１２Ｎとを懸架するように、コンデンサ３が接続されている。また、各スイッチング素子２４には、フライホイールダイオードが逆並列接続されている。
【００５１】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記半導体モジュール２において、パワー端子群２２０のうちの過半数のパワー端子２２は、第１領域２０１に収まるように配置されている。これにより、過半数のパワー端子２２を、Ｙ方向において、モジュール本体部２１の第１端部２１１に近い位置に配置することができる。その結果、過半数のパワー端子２２にそれぞれ接続される接続配線（すなわち、コンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎ）を、第１端部２１１側に引き出すことにより、接続配線を短くしやすくなる。
【００５２】
すなわち、コンデンサ３を半導体モジュール２の近傍に配置する際、コンデンサ３がモジュール本体部２１に干渉しないように配置することとなる。それゆえ、正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎを第１領域２０１に配置することで、これらのパワー端子２２とコンデンサ３との間の距離を短くすることができる。その結果、接続配線（すなわち、コンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎ）を短くすることができる。
【００５３】
パワー端子２２と接続配線との間の接続は、パワー端子２２の突出先端部付近において行われる。それゆえ、接続配線は、パワー端子２２からＹ方向に引き出すことで、接続作業性も容易となる。そして、接続配線がパワー端子２２からＹ方向に引き出される構成において、正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎを、Ｙ方向の一方の領域である第１領域２０１に偏在させることで、接続配線を短くすることができる。
【００５４】
パワー端子群２２０は、モジュール本体部２１から互いに同じ方向に突出した３本以上のパワー端子２２からなる。そのため、パワー端子２２に接続される接続配線を、Ｚ方向の同じ側に配置することができる。それゆえ、配線の簡素化を図ると共に、配線接続の作業性を向上させることができる。
【００５５】
モジュール本体部２１は、Ｙ方向の寸法Ｌｙが、Ｚ方向の寸法Ｌｚよりも大きい。すなわち、モジュール本体部２１はＹ方向に長尺の形状を有する。それゆえ、仮に、過半数のパワー端子２２が第１領域２０１に収まらない配置とすると、第１端部２１１から過半数のパワー端子２２への距離が長くなりやすい。そうすると、接続配線（すなわち、コンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎ）が長くなりやすい。そこで、このような形状のモジュール本体部２１の半導体モジュール２において、過半数のパワー端子２２が第１領域２０１に収まるように配置する。これにより、接続配線（すなわち、コンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎ）の短縮効果を大きくすることができる。
【００５６】
モジュール本体部２１における、パワー端子２２が突出した面とは異なる面から、制御端子２３が突出している。これにより、パワー端子２２に接続される接続配線（すなわち、コンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎ、出力バスバー４１）の配策を容易にすることができる。
【００５７】
モジュール本体部２１は、互いに直列接続されると共にＹ方向に並んだ複数のスイッチング素子２４を内蔵している。それゆえ、モジュール本体部２１が、Ｙ方向に大きくなりやすい。そのため、過半数のパワー端子２２を第１領域２０１に収まるように配置することによる上述の効果を、大きく得やすい。
【００５８】
モジュール本体部２１は、互いに並列接続されると共にＹ方向に並んだ複数のスイッチング素子２４を内蔵している。これによっても、モジュール本体部２１が、Ｙ方向に大きくなりやすい。そのため、過半数のパワー端子２２を第１領域２０１に収まるように配置することによる上述の効果を、大きく得やすい。
【００５９】
負極端子２２Ｎは、端子中央Ｃ２２が、Ｙ方向において、下アームスイッチング素子２４ｄの間に配置されている。これにより、互いに並列接続された２つの下アームスイッチング素子２４ｄと、負極端子２２Ｎとの間の電流経路の長さの差を低減することができる。これにより、２つの下アームスイッチング素子２４ｄのそれぞれの電流経路のインピーダンスの差を小さくすることができる。
【００６０】
電力変換装置１において、制御基板６は、Ｚ方向において半導体モジュール２に対向配置され、電子部品（本形態においては、コンデンサ３）と配線保持体５とは、半導体モジュール２を挟んでＹ方向における互いに反対側に配置されている。これにより、半導体モジュール２とコンデンサ３と配線保持体５と制御基板６とをコンパクトに配置しやすくなる。そして、過半数のパワー端子２２を第１領域２０１に収まるように配置することによる配線の短縮効果が効果的に得られる。すなわち、上記のような構成の場合、コンデンサ３とパワー端子２２との接続配線（すなわちコンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎ）の延設方向をＹ方向としやすい。その場合、正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎを、第１領域２０１に収まるように配置することで、接続配線の短縮を効果的に図ることができる。
【００６１】
下アームスイッチング素子２４ｄは、第１領域２０１に配置され、制御基板６は、半導体モジュール２と配線保持体５との双方に対してＺ方向に対向しており、配線保持体５は、電流センサ７を備えている。これにより、かかる構成によって、図７に示すごとく、制御基板６における配線設計（すなわち、アートワーク）を容易にすることができる。
【００６２】
制御基板６は、半導体モジュール２及び配線保持体５に対して、Ｚ方向に対向するように配置されている。それゆえ、制御基板６は、配線保持体５側（すなわち、図７の右側）に大きく面積を取りやすい。一方、上アームスイッチング素子２４ｕの制御端子２３は、Ｕ相とＶ相とＷ相との間の沿面距離を稼ぐことが求められる。それゆえ、制御基板６において、上アーム側の制御端子２３ｕが接続されるプリント配線の形成領域を広く取ることが求められる。つまり、上アーム側の領域６ｕにおいては、図７に示すごとく、Ｕ相の制御端子２３が接続されるプリント配線の形成領域６Ｕと、Ｖ相の制御端子２３が接続されるプリント配線の形成領域６Ｖと、Ｗ相の制御端子２３が接続されるプリント配線の形成領域６Ｗとは、互いに充分な沿面距離を介して離れて形成される。そうすると、制御基板６における上アーム側の領域６ｕは、大きくなりやすい。
【００６３】
一方、下アーム側の制御端子２３ｄが接続されるプリント配線の形成領域６ｄは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の間において、特に沿面距離を設ける必要がない。それゆえ、この領域６ｄは比較的小さくしやすい。
そこで、上アーム側の領域６ｕを、配線保持体５に近い側とすることで、制御基板６における配線設計を容易にすることができる。
【００６４】
出力端子２２Ａは、第２領域２０２に収まるように配置されている。これにより、出力端子２２Ａと、配線保持体５との間の距離を短くすることができる。その結果、出力配線（すなわち、出力バスバー４１）の引き回しを簡素化することができ、出力配線を短くすることができる。
【００６５】
複数の半導体モジュール２が互いにＸ方向に積層配置されており、複数の半導体モジュール２は、Ｚ方向の同じ方向に、パワー端子２２を突出させている。これにより、複数の半導体モジュール２及びその周囲の部品をコンパクトに配置しやすくなる。そして、この場合、パワー端子２２に対して、Ｙ方向から接続配線（すなわち、コンデンサバスバー３２Ｐ、３２Ｎ、出力バスバー４１）をアクセスさせる設計となりやすい。そのため、過半数のパワー端子２２（正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎ）を第１領域２０１に収まるように配置することによる効果を、一層顕著に得ることができる。
【００６６】
冷却管８１は、第２端部２１２よりも第１端部２１１側が、冷媒ｗの上流側である。これにより、モジュール本体部２１における、より高温となりやすい第１端部２１１側の部分を、より低温となりやすい冷媒ｗによって冷却することができる。すなわち、半導体モジュール２は、モジュール本体部２１における第１端部２１１側にパワー端子群２２０が偏った配置となっている。この場合、モジュール本体部２１においては、第１端部２１１側において、パワー端子２２とスイッチング素子２４との間の電流経路が短くなりやすい。これに伴い、モジュール本体部２１内における第１領域２０１の方が、多くの電流が流れやすくなり、発熱量も多くなりやすい。一方、冷却管８１における冷媒ｗは、上流側の方が低温である。それゆえ、発熱量が多くなりやすい第１端部２１１側を、冷却管８１における冷媒ｗの上流側とする。これにより、モジュール本体部２１を全体として効率的に冷却することができる。
【００６７】
以上のごとく、上記態様によれば、パワー端子に接続される接続配線を短くしやすい電力変換装置を提供することができる。
【００６８】
（実施形態２）
本形態においては、図１０に示すごとく、モジュール本体部２１において、上アームスイッチング素子２４ｕが、第１領域２０１に配置されている形態である。そして、制御基板６に電流センサ７が搭載されている。
【００６９】
本形態においては、パワー端子群２２０のうち、負極端子２２Ｎが、Ｙ方向における最も第１端部２１１に近い位置に配置されている。正極端子２２Ｐは、Ｙ方向において、負極端子２２Ｎと出力端子２２Ａとの間に配置されている。また、上アーム側の制御端子２３ｕは、第１領域２０１に配置されている。下アーム側の制御端子２３ｄは、第２領域２０２に配置されている。
【００７０】
本形態においては、正極端子２２Ｐの端子中央Ｃ２２が、これに接続された２つの上アームスイッチング素子２４ｕの間に配置されている。そして、正極端子２２Ｐから２つの上アームスイッチング素子２４ｕまでの電流経路の長さは、略同等となっている。
【００７１】
出力バスバー４１は、配線保持体５に保持されると共に、制御基板６を貫通している。そして、制御基板６における、出力バスバー４１が貫通する箇所に、電流センサ７が配置されている。これにより、電流センサ７が出力バスバー４１に流れる電流を検出することができるよう構成されている。なお、図１１に示すごとく、電流センサ７は３個設けてあり、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の出力バスバー４１に流れる電流を検出するよう構成されている。
【００７２】
本形態において、配線保持体５は、出力バスバー４１の一部をインサートした樹脂成形体からなる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【００７３】
本形態においては、下記の観点で、制御基板６における配線設計を容易にすることができる。
上述したように、下アーム側の制御端子２３ｄが接続されるプリント配線の形成領域６ｄは、上アーム側の制御端子２３ｕが接続されるプリント配線の形成領域６ｕと比べて、小さくしやすい。
【００７４】
それゆえ、下アーム側の領域６ｄを、配線保持体５に近い側とすることで、制御基板６における配線保持体５とＺ方向に対向する領域を、電流センサ７の搭載スペースとして確保しやすくなる。このように、本形態においても、制御基板６における配線設計を容易にすることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００７５】
（実施形態３）
本形態は、図１２、図１３に示すごとく、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとが、互いにＸ方向に並んで配置されている形態である。すなわち、Ｘ方向から見たとき、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとが互いに重なるように配置されている。
【００７６】
正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎは、第１領域２０１に収まるように配置されている。出力端子２２Ａは、第２領域２０２に収まるように配置されている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００７７】
本形態においては、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとが、互いの主面をＸ方向に対向させるように配置されている。これにより、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとの配置スペースを、Ｙ方向において、短くすることができる。それゆえ、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとを第１領域２０１に収めやすい。さらには、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとの双方を、第１端部２１１に近い位置に配置することも可能となる。
【００７８】
また、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとにおけるインダクタンスを低減することができる。すなわち、互いに逆向きに電流が流れる、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとを、互いに対向させることで、両者のそれぞれに起因する磁界を打ち消し合うことができる。その結果、インダクタンス低減を図ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００７９】
また、上記実施形態においては、半導体モジュールが４個のスイッチング素子を内蔵したものにつき、説明したが、これに限られるものではない。
例えば、図１４に示すごとく、内蔵する上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとを１個ずつ備えた半導体モジュール２とすることもできる。この場合においても、同図に示すように、モジュール中央Ｃ２１よりも第１端部２１１側である、第１領域２０１に過半数のパワー端子２２が収まるように配置される。図１４に示す形態においては、パワー端子群２２０のうち、正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎが第１領域２０１に収まり、出力端子２２Ａが第２領域２０２に収まっている。
【００８０】
上記実施形態においては、半導体モジュールに接続される電子部品を、コンデンサとした形態を示したが、電子部品は、これに限られることはない。この電子部品として、例えば、リアクトルなど、他の部品を配置することもできる。
【００８１】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１  電力変換装置
２  半導体モジュール
２０１  第１領域
２１  モジュール本体部
２１１  第１端部
２１２  第２端部
２２  パワー端子
２２０  パワー端子群
２４  スイッチング素子
Ｃ２１  モジュール中央
【図１】
2019117833.tif 000003
【図２】
2019117833.tif 000004
【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】
2019117833.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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