(57)【要約】      （修正有）【課題】リードフレームに応力の集中が発生することがなく、前記リードフレームの破断を抑制するとともに、各半導体チップを効率的に使用することを可能にするリードフレームを提供する。【解決手段】電力変換装置１０を構成するリードフレーム１８は、第２壁面部２４ｂに、トランジスタ１４ａ〜１４ｃに流れる電流値を均等化するためのスリット３０が設けられる。スリット上面３０ｂから第２壁面部２４ｂの上面２４ｂｂまでの間の電気通路に発生する第１応力σ１と、スリット下面３０ａから前記第２壁面部２４ｂの下面２４ｂａまでの間の電気通路に発生する第２応力σ２とが、所定の応力閾値σｓ以下となるように、スリット位置Ｓが設定される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体チップと複数個の第２半導体チップとがリードフレームにより電気的に接続されるとともに、電動機を駆動させる電力変換装置であって、
前記リードフレームは、前記第１半導体チップが接続される第１半導体チップ接続部と、
前記第２半導体チップの個数に応じて複数個に分岐され、各第２半導体チップが並列に接続される第２半導体チップ並列接続部と、
前記第１半導体チップ接続部及び前記第２半導体チップ並列接続部に連続して一体に形成される応力低減用立ち上がり部と、
を有し、
前記立ち上がり部は、前記第１半導体チップ接続部から屈曲する第１壁面部と、
前記第２半導体チップ並列接続部から屈曲する第２壁面部と、
前記第１壁面部の屈曲上部と前記第２壁面部の屈曲上部とを連結する天井部と、
を備え、
前記第２壁面部には、各第２半導体チップに流れる電流値を均等化するためのスリットが設けられるとともに、
前記スリットを形成するスリット上面から前記第２壁面部の上面までの間の電気通路に発生する第１応力と、前記スリットを形成するスリット下面から前記第２壁面部の下面までの間の電気通路に発生する第２応力とが、所定の応力閾値以下になるように、前記スリット下面と前記第２壁面部の下面との距離であるスリット位置を設定することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換装置において、前記第１応力及び前記第２応力は、前記第２半導体チップの通電時に惹起される前記第２半導体チップの熱膨張と、前記第２壁面部の電気通路が最も狭小になる部分に発生する電流集中により惹起される前記リードフレームの熱膨張と、によって発生する応力に応じて設定されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電力変換装置において、前記第１応力と前記第２応力とは、同一応力となる交点応力を有し、
前記応力閾値は、前記交点応力よりも高い応力で且つ前記リードフレームの疲労強度よりも低く設定されることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１半導体チップと複数個の第２半導体チップとがリードフレームにより電気的に接続されるとともに、電動機を駆動させる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気自動車やハイブリッド自動車等に用いられる駆動用モータ（電動機）に電力を供給するために、電力変換装置が採用されている。この電力変換装置では、複数の半導体チップ、例えば、トランジスタを並列接続する構造が知られている。その際、並列接続される素子間の電流アンバランス（偏流）を防止し、該電流アンバランスによる素子破壊や素子容量又は素子数が増加されることを抑制することを目的として、例えば、特許文献１に開示されているブスバー構造が知られている。
【０００３】
このブスバー構造では、図８に示すように、ブスバー１は、中央部で略直角に折曲されており、一方側１ａにトランジスタＴＲ１、ＴＲ２及びＴＲ３の各エミッタが接続されている。ブスバー１の他方側１ｂには、折曲部１ｃと端子部２との間にスリット３が設けられるとともに、上部の両端には、カットされて切り欠き部１ｄが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−４８３５５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、上記のブスバー構造では、通電時のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３の熱膨張や、ブスバー１の電気通路が最も狭小となる部分Ｒでの熱膨張によって、例えば、前記部分Ｒに過度の応力集中が発生する場合がある。このため、ブスバー１は、部分Ｒに発生する応力集中により破断するおそれがある。
【０００６】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、リードフレームに応力の集中が発生することがなく、前記リードフレームの破断を抑制するとともに、各半導体チップを効率的に使用することが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１半導体チップと複数個の第２半導体チップとがリードフレームにより電気的に接続されるとともに、電動機を駆動させる電力変換装置に関するものである。
【０００８】
電力変換装置では、リードフレームは、第１半導体チップ接続部、第２半導体チップ並列接続部、及び応力低減用立ち上がり部を有している。第１半導体チップ接続部には、第１半導体チップが接続され、第２半導体チップ並列接続部は、第２半導体チップの個数に応じて複数個に分岐され、各第２半導体チップが並列に接続されている。応力低減用立ち上がり部は、第１半導体チップ接続部及び第２半導体チップ並列接続部に連続して一体に形成されている。
【０００９】
立ち上がり部は、第１半導体チップ接続部から屈曲する第１壁面部と、第２半導体チップ並列接続部から屈曲する第２壁面部と、前記第１壁面部の屈曲上部と前記第２壁面部の屈曲上部とを連結する天井部と、を備えている。第２壁面部には、各第２半導体チップに流れる電流値を均等化するためのスリットが設けられている。
【００１０】
そして、スリットを形成するスリット下面と第２壁面部の下面との距離であるスリット位置が設定されている。その際、スリットを形成するスリット上面から第２壁面部の上面までの間の電気通路に発生する第１応力と、スリット下面から前記第２壁面部の下面までの間の電気通路に発生する第２応力とが、所定の応力閾値以下となっている。
【００１１】
また、この電力変換装置では、第１応力及び第２応力は、第２半導体チップの通電時に惹起される前記第２半導体チップの熱膨張と、第２壁面部の電気通路が最も狭小になる部分に発生する電流集中により惹起されるリードフレームの熱膨張と、によって発生する応力に応じて設定されることが好ましい。このため、リードフレームの破断を可及的に抑制することが可能になる。
【００１２】
さらに、この電力変換装置では、第１応力と第２応力とは、同一応力となる交点応力を有し、応力閾値は、前記交点応力よりも高い応力で且つリードフレームの疲労強度よりも低く設定されることが好ましい。従って、リードフレームの破断を可及的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スリット上面から第２壁面部の上面までの間に発生する第１応力と、スリット下面から前記第２壁面部の下面までの間に発生する第２応力とが、所定の応力閾値以下になるように、スリット位置が設定されている。このため、スリット端部に応力が集中することを抑制することができる。
【００１４】
従って、簡単な構成で、リードフレームに応力の集中が発生することがなく、前記リードフレームの破断を抑制することが可能になる。しかも、各第２半導体チップには、偏流を発生させることがなく、電流を良好に流すことができ、各第２半導体チップを効率的に使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置の要部斜視説明図である。
【図２】前記電力変換装置の要部平面図である。
【図３】前記電力変換装置の電気回路図である。
【図４】前記電力変換装置を構成するリードフレームの正面説明図である。
【図５】前記リードフレームのスリット近傍の応力とスリット位置との関係説明図である。
【図６】前記リードフレームの下部側に応力集中部位が生成された状態の説明図である。
【図７】前記リードフレームの上部側に応力集中部位が生成された状態の説明図である。
【図８】特許文献１に開示されているブスバー構造の概略斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る電力変換装置１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に用いられる駆動用モータ（電動機）を駆動させるためのインバータ装置である。
【００１７】
電力変換装置１０は、回路基板１２を備える。回路基板１２上には、１個の第１半導体チップであるダイオード（ＦＷＤ）１６と、複数個、例えば、３個の第２半導体チップであるトランジスタ（ＩＧＢＴ）１４ａ、１４ｂ及び１４ｃと、が実装される。互いに並列に接続されるトランジスタ１４ａ、１４ｂ及び１４ｃとダイオード１６とは、リードフレーム１８により電気的に接続される（図３参照）。
【００１８】
リードフレーム１８は、例えば、金属製薄板により形成される。図１及び図２に示すように、リードフレーム１８は、ダイオード接続部（第１半導体チップ接続部）２０と、トランジスタ並列接続部（第２半導体チップ接続部）２２ａ、２２ｂ及び２２ｃと、応力低減用立ち上がり部２４とを一体に連続して有する。
【００１９】
ダイオード接続部２０は、回路基板１２の面方向（矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向）に延在する矩形状を有するとともに、前記ダイオード接続部２０には、ダイオード１６が電気的に接続される。トランジスタ並列接続部２２ａ〜２２ｃは、それぞれ回路基板１２の面方向に延在する矩形状を有するとともに、トランジスタ１４ａ〜１４ｃの個数に応じて複数個、例えば、３個に分岐される。トランジスタ並列接続部２２ａ、２２ｂ及び２２ｃには、トランジスタ１４ａ、１４ｂ及び１４ｃが電気的に接続されることにより、各トランジスタ１４ａ、１４ｂ及び１４ｃが並列に接続される。
【００２０】
立ち上がり部２４は、ダイオード接続部２０及びトランジスタ並列接続部２２ａ〜２２ｃに連続して一体に形成される。立ち上がり部２４は、ダイオード接続部２０の一端から矢印Ｃ方向（矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に交差する方向）に屈曲する第１壁面部２４ａと、トランジスタ並列接続部２２ａ〜２２ｃから矢印Ｃ方向に屈曲する第２壁面部２４ｂとを備える。第１壁面部２４ａの屈曲上部と第２壁面部２４ｂの屈曲上部とは、天井部２４ｃにより一体に連結される。第１壁面部２４ａの他端から矢印Ｃ方向に屈曲する第３壁面部２４ｄは、バスバー接続部を構成し、図示しないが、ケーブルを介して駆動用モータに接続される。
【００２１】
第２壁面部２４ｂは、天井部２４ｃに連結される上部の両側に肩部２４ｂｓを介して高さ方向に短尺化されて矢印Ａ方向に延在する。第２壁面部２４ｂには、各トランジスタ１４ａ、１４ｂ及び１４ｃに流れる電流値を均等化するためのスリット３０が矢印Ａ方向に延在して設けられる。図４に示すように、スリット３０を構成するスリット下面３０ａと、第２壁面部２４ｂの下面２４ｂａとの距離であるスリット位置Ｓが設定される。
【００２２】
このように構成される電力変換装置１０では、具体的には、以下のようにしてスリット位置Ｓが設定される。
【００２３】
先ず、スリット３０を構成するスリット上面３０ｂから第２壁面部２４ｂの上面２４ｂｂまでの間の電気通路に発生する第１応力σ１が測定（算出）される。一方、スリット下面３０ａから第２壁面部２４ｂの下面２４ｂａまでの間の電気通路に発生する第２応力σ２が測定（算出）される。そして、図５に示すように、第１応力σ１及び第２応力σ２が、所定の応力閾値σｓ以下となる範囲Ｓ１〜Ｓ２間にスリット位置Ｓが設定される。
【００２４】
第１応力σ１及び第２応力σ２は、トランジスタ１４ａ〜１４ｃの通電時に惹起される前記トランジスタ１４ａ〜１４ｃの熱膨張と、第２壁面部２４ｂの電気通路が最も狭小となる部分に発生する電流集中により惹起されるリードフレーム１８の熱膨張と、によって発生する応力に応じて設定される。
【００２５】
トランジスタ１４ａ〜１４ｃは、通電時に電流集中により自己発熱が発生する。この自己発熱により、リードフレーム１８は、特に第２壁面部２４ｂの下面２４ｂａ側に応力が惹起される。図６に示すように、リードフレーム１８の高さ寸法Ｌが、例えば、６ｍｍに設定された際、スリット位置Ｓが１ｍｍ以下であると、前記リードフレーム１８の下部側に応力集中部位４０ａが生成される。
【００２６】
一方、図７に示すように、スリット位置Ｓが３ｍｍ以上であると、リードフレーム１８の上部側（電気通路が最も狭小になる部分）に応力集中部位４０ｂが生成される。従って、スリット位置Ｓが、１ｍｍ以下又は３ｍｍ以上であると、リードフレーム１８に熱膨張による局所的な伸びが発生し、該リードフレーム１８に疲労強度を超える応力が発生するおそれがある。
【００２７】
これにより、スリット位置Ｓは、１ｍｍ＜Ｓ＜３ｍｍの範囲に設定される必要がある。そこで、応力閾値σｓは、図５に示すように、スリット位置Ｓとの関連から、トランジスタ１４ａ〜１４ｃの熱膨張及びリードフレーム１８の熱膨張によって発生する応力、すなわち、第１応力σ１及び第２応力σ２に応じて設定される。
【００２８】
より具体的には、図５に示すように、第１応力σ１と第２応力σ２とは、同一応力となる交点応力σｃを有する。このため、応力閾値σｓは、交点応力σｃよりも高い応力で且つリードフレーム１８の疲労強度よりも低く設定される。
【００２９】
この場合、本実施形態では、スリット上面３０ｂから第２壁面部２４ｂの上面２４ｂｂまでの間の電気通路に発生する第１応力σ１と、スリット下面３０ａから前記第２壁面部２４ｂの下面２４ｂａまでの間の電気通路に発生する第２応力σ２とが、所定の応力閾値σｓ以下になるように、スリット位置Ｓが設定されている。このため、リードフレーム１８では、スリット端部に応力が集中することを抑制することができる。
【００３０】
従って、簡単な構成で、リードフレーム１８に応力の集中が発生することがなく、前記リードフレーム１８の破断を抑制することが可能になる。しかも、各トランジスタ１４ａ、１４ｂ及び１４ｃには、偏流を発生させることがなく、電流を良好に流すことができる。これにより、各トランジスタ１４ａ、１４ｂ及び１４ｃの性能を上限まで使い切ることが可能になり、前記トランジスタ１４ａ〜１４ｃを効率的に活用することができるという効果が得られる。
【００３１】
また、第１応力σ１及び第２応力σ２は、トランジスタ１４ａ〜１４ｃの通電時に惹起される前記トランジスタ１４ａ〜１４ｃの熱膨張と、第２壁面部２４ｂの電気通路が最も狭小になる部分に発生する電流集中により惹起されるリードフレーム１８の熱膨張と、によって発生する応力に応じて設定されている。このため、リードフレーム１８の破断を可及的に抑制することが可能になり、耐久信頼性の向上が図られる。
【００３２】
さらに、第１応力σ１と第２応力σ２とは、同一応力となる交点応力σｃを有し、応力閾値σｓは、前記交点応力σｃよりも高い応力で且つリードフレーム１８の疲労強度よりも低く設定されている。従って、リードフレーム１８の破断を可及的に抑制することができ、耐久信頼性の向上が図られる。
【符号の説明】
【００３３】
１０…電力変換装置                  １２…回路基板
１４ａ〜１４ｃ…トランジスタ        １６…ダイオード
１８…リードフレーム                ２０…ダイオード接続部
２２ａ〜２２ｃ…トランジスタ並列接続部
２４…立ち上がり部                  ２４ａ、２４ｂ…壁面部
２４ｃ…天井部                      ３０…スリット
３０ａ…スリット下面                ３０ｂ…スリット上面
【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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