(57)【要約】【課題】本発明の目的は、直接水冷であり、冷却水漏水時に高電圧部が被水する可能性をより低減することが出来るインバータ装置を提供することである。【解決手段】冷却水の給排水管、給排水管に接続される水路カバー，インバータの周囲を覆う筐体，金属板に絶縁樹脂層を介して金属箔パタンを固着させたメタルコアプリント回路基板，パワー半導体チップが封止され、パワー半導体の反対面にパワー半導体の一電極が露出したパッケージを有する水冷インバータにおいて、パワー回路は、メタルコアプリント回路基板の金属箔パタンに、パワー半導体パッケージの裏面電極をはんだ接着した構造であり、筐体底面はメタルコアプリント回路基板で覆われ、実装メタルコアプリント回路基板の反対面は、水路カバーで覆われており、冷却水を直接メタルコアプリント回路基板裏面にあてる構造。【選択図】　図１
2004128099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水の入口と出口を有する給排水管と、
前記給排水管に接続される水路カバーと、
壁面の一部が開口されておりインバータの周囲を覆う筐体と、
金属板に絶縁樹脂層を介して金属箔パタンを固着させたメタルコアプリント回路基板と、
パワー半導体チップが封止され、該パワー半導体の反対面に該パワー半導体の一電極が露出したパッケージとを有する水冷インバータにおいて、
インバータを構成するパワー回路は、前記メタルコアプリント回路基板の金属箔パタンに、前記パワー半導体パッケージの裏面電極をはんだ接着した構造であり、
前記筐体底面は、前記パワー半導体パッケージが実装されたメタルコアプリント回路基板で覆われており、
前記パワー半導体パッケージが実装された実装メタルコアプリント回路基板の該パワー半導体が実装されている面の反対面は、前記水路カバーで覆われており、
冷却水を直接該パワー半導体パッケージ実装メタルコアプリント回路基板裏面にあてる構造であることを特徴とした水冷インバータの構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記筐体，前記メタルコアプリント回路基板，前記水路カバーの平面寸法は概略同一、かつ、取付けボルト穴の位置，個数等の仕様も同一であり、前記メタルコアプリント回路基板と前記水路カバーのシールは、Ｏリングを前記メタルコアプリント回路基板裏面と前記水路カバー間に配置し、前記メタルコアプリント回路基板，筐体，水路カバーを、前記取付けボルト穴をボルトで締め付けて行うことを特徴とした水冷インバータ。
【請求項３】
請求項２において、
前記Ｏリングは、前記筐体の内周よりも外側で、かつ、取付けボルトの内側に配置されることを特徴とした水冷インバータ。
【請求項４】
請求項２において、
前記メタルコアプリント回路基板の基板材質はＡｌ、金属箔パタンの材質はＣｕであり、前記パワー半導体ＰＫＧは、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＩＧＢＴ），Ｆｒｅｅ　Ｗｈｅｅｌｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ（ＦＷＤ）が各１チップ以上内蔵された構造であることを特徴とした水冷インバータ。
【請求項５】
請求項４において、
前記パワー半導体ＰＫＧはＩＧＢＴ，ＦＷＤが各１チップ内蔵されたＰＫＧであり、インバータの１アームは該ＰＫＧの２個以上の並列接続で構成された構造であることを特徴とした水冷インバータ。
【請求項６】
請求項１において、
前記筐体はＡｌダイカスト、前記メタルコアプリント回路基板の基板材質はＡｌであり、該メタルコアプリント回路基板のＡｌ材と前記筐体とは摩擦攪拌等の手段で溶接された構造であることを特徴とした水冷インバータ。
【請求項７】
少なくとも、冷却水が給排水される給排水管と、該給排水管に接続される水路カバーと、上面が開口され、インバータの周囲を覆う筐体と、金属板に絶縁樹脂層を介して金属箔パタンを固着させた、いわゆるメタルコアプリント回路基板と、パワー半導体チップが封止され、裏面に該パワー半導体の一電極が露出したパッケージ（ＰＫＧ）、とから構成される水冷インバータの構造において、
インバータを構成するパワー回路は、前記メタルコアプリント回路基板の金属箔パタンに、前記パワー半導体ＰＫＧの裏面電極をはんだ接着した構造であり、該パワー半導体ＰＫＧ実装メタルコアプリント回路基板で前記筐体上面全体を覆い、さらに、前記水路カバーで該パワー半導体ＰＫＧ実装メタルコアプリント回路基板裏面全体を覆い、冷却水を直接該パワー半導体ＰＫＧ実装メタルコアプリント回路基板裏面に当てることを特徴とした水冷インバータの構造。
【請求項８】
冷却水が給排水される給排水管と、該給排水管に接続される水路カバーと、底面が開口され、インバータの周囲を覆う筐体と、該筐体底面全体を封止する金属板と、パワー半導体チップから構成されるパワー回路、とから構成される水冷インバータの構造において、
前記筐体はＡｌダイカスト材、前記金属板はＡｌ材で構成され、前記パワー回路の発熱は、前記Ａｌ板裏面に直接当てられる冷却水で冷却されることを特徴とした水冷インバータの構造。
【請求項９】
請求項５において、
前記パワー回路の電流を通電する主端子は、各アームを構成する複数の前記ＰＫＧ群の概略中央に配置され、該主端子に接続される前記メタルコアプリント回路基板の前記銅箔長は、各アーム毎に、概略等しいこと特徴とした水冷インバータ。
【請求項１０】
請求項９において、
前記水路カバーには、前記主端子の概略下方の位置に水路を２分割するスペーサが存在し、該スペーサにより、前記ＰＫＧ群を冷却する水路は２分割されること特徴とした水冷インバータ。
【請求項１１】
請求項４において、
前記水路カバーには、少なくとも深さ５ｍｍ以下の窪みと、深さ５ｍｍ以上の窪みの大小２種類の窪みが存在し、該浅い窪みで前記ＰＫＧ群冷却用水路を、該深い窪みでＰＫＧ以外の回路部品冷却用水路を形成することを特徴とした水冷インバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷インバータに関する。特に、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＩＧＢＴ）等の高発熱パワー半導体素子を有し、パワー半導体素子の冷却を水冷とする水冷インバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、半導体チップの冷却に関し、流路ケーシングの冷媒室に突起を形成して、突起の後流に流れの乱れを生じ、モジュール基板と冷媒との間の熱交換を促進すること、及び、乱れの生じる位置とＩＧＢＴ素子の位置が同じになるように、突起の設置位置をＩＧＢＴ素子よりも流れの前方側にくるようにすることが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、インバータ装置におけるインバータ主回路をヒートシンク表面に接合して取付け、ヒートシンクの裏側に形成した冷却水路で水冷すること及び、ヒートシンクの背面に冷却水路を形成し、その内側の熱交換面には、熱交（放熱）換効率を高めるために、凹凸するフィンを形成することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２２４２８号公報
【特許文献２】
特開平１１−３４６４８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の水冷構造は、システム構成、及び、信頼性の面で以下の問題がある。
【０００６】
ＩＧＢＴチップジャンクション温度上昇を低減し、インバータの信頼性，寿命を向上するためには、ＩＧＢＴチップジャンクションから冷却水への熱抵抗，
Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）を低減しなければならない。この手段として、直接水冷は、間接水冷に比べて極めて有効な手法である。しかしながら、直接水冷構造には以下の課題があることを見出した。即ち、間接水冷の場合、冷却水のシールが破れても冷却水は水路カバーの周囲から外へ流れ出ることで、インバータケース中に浸入することはない。しかしながら、直接水冷の場合、防水用のＯリング等の異常により、冷却水がインバータケース中へ浸入する可能性がある。インバータケース内への浸水はインバータの寿命を短くする惧れがある。
【０００７】
本発明の目的は、直接水冷であり、冷却水漏水時に高電圧部が被水する可能性をより低減することが出来るインバータ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明を説明する。図１は本発明の基本構成を示す断面構造摸式図である。直接水冷においても、図２に示す間接水冷構造のように、万が一、冷却水シールが破れても、インバータケース外に漏水が流れ出る構造にすれば良い。図１は、このことを達成した構造である。
【０００９】
Ａｌ板に絶縁樹脂層を介して回路パタンとなる銅箔パタンを圧着した、いわゆるメタルコアプリント回路基板１２５に、主電流駆動素子であるＩＧＢＴ，ＦＷＤを封止したＦＷＤ内蔵ＩＧＢＴパッケージ（以下、ＰＫＧと呼ぶ）１００を複数面実装している。本ＰＫＧ（パッケージ）面実装基板が、インバータを構成するパワー回路となる。この基板１２５でインバータケース１１０底面全体を覆い、筐体の底板としている。さらに、メタルコアプリント回路基板１２５裏面を、水路カバー１０９で覆い、ＰＫＧ１００，冷却用水路１０１，フィルタコンデンサ１２６冷却用水路１０２を形成している。
【００１０】
以上により、Ｏリング１０３のシールが破れて冷却水が漏れた場合でも、冷却水は外部に流れるのみで、インバータ筐体中に浸入しない。また、ＰＫＧ１００は、ベース板であるメタルコアプリント回路基板１２５が直接冷却されるので、高い冷却性能を達成することができる。また、メタルコアプリント回路基板１２５にＰＫＧ１００を面実装する構造とすることにより、大面積のパワーモジュールを構成する際に問題となる、歩留り低下の問題も解決することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
今回、発明者らは、パワー半導体から構成された回路のベース板に直接冷却水を当てて水冷する構造（直冷構造）を採用したインバータおいて、漏水しても回路部品が被水しない構造と水冷インバータについて、種々検討した。
【００１２】
ハイブリッド電気自動車用モータ等、大出力モータを制御するインバータは、水冷が多い。従来の水冷インバータ構造の摸式図を図２，図３に示す。ＩＧＢＴモジュール２０５，３００の冷却に関する部分のみを表している。図２は、Ａｌダイカストインバータケース２０３の外側の一部に、フィン２０２を形成し、水路カバー２０４とで冷却水である不凍液が循環する水路２０７を形成した例である（間接水冷）。ＩＧＢＴモジュール２０５は、インバータケース２０３中、水路２０７上に熱伝導グリース２０１で固着される。従って、ＩＧＢＴモジュール２０５の熱は、金属ベース２０６，熱伝導グリース２０１，インバータケース２０３，フィン２０２を通して冷却水へ放熱される。水冷とする最大のメリットは、空冷と比べて大幅に高熱伝達を実現できることである。しかしながら、本構造の場合、フィン２０２は熱伝導率の低いアルミダイカスト材で形成されているためフィン効率は低い、金属部材と比べて熱伝導率の極めて低い熱伝導グリース２０１が介在する、等のため、ＩＧＢＴチップジャンクションから冷却水までの熱抵抗は顕著に低減できない欠点がある。
【００１３】
一方、図３に示す例は、本欠点を改善したものである。フィン３０４をＩＧＢＴモジュール３００の金属ベース３０５に形成し、Ａｌダイカストインバータケース３０１の開口部３０７よりケース３０１の外へ出し、直接冷却水を当てている（直接水冷）。すなわち、本実施例において、水路３０６は、ＩＧＢＴモジュール３００の金属ベース３０５と水路カバー３０８とで構成される。本構造で、図２の熱伝導グリース２０１は削除でき、かつ、フィン３０４は熱伝導率の高い銅等の金属で形成されるため、フィン効率は高く、大幅な低熱抵抗化が図れる。
【００１４】
ＩＧＢＴチップジャンクション温度上昇を低減し、インバータの信頼性，寿命を向上するためには、ＩＧＢＴチップジャンクションから冷却水への熱抵抗，Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）を低減しなければならない。この手段として、図３に示す直接水冷は、図２に示す間接水冷に比べて、前述の通り極めて有効な手法である。しかしながら、図３に示した直接水冷構造には課題があることが発明者らの検討で明らかになった。
【００１５】
以下、実施例を、図面を使用して詳細に説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１，図４，図５，図６，図７及び図８を使用して第一の実施例について説明する。５０ｋＷクラスの水冷３相インバータの実施例である。いずれの図も、冷却水給排水管，インバータを制御するための制御端子，Ｐ，Ｎ，Ｕ，Ｖ，Ｗ端子等は省略している。図１は断面構造摸式図、図４〜図７は各組立過程の平面内観摸式図、図８は３相インバータ一相（Ｕ相）分の主回路の寄生インダクタンスモデル図である。
【００１７】
まず、図１で構造概略を説明する。エポキシ樹脂でトランスファモールドされた、大きさ１６ｍｍ×２１ｍｍ，厚さ５ｍｍのＰＫＧ１００を１アーム当たり６ＰＫＧ、メタルコアプリント回路基板１２５上の銅パタンに共晶はんだで面実装している。共晶はんだ厚さは約０．１ｍｍ　である。ＰＫＧはＩＧＢＴ，ＦＷＤを各１チップ内蔵した、いわゆる１　ｉｎ　１ＰＫＧであり、６ＰＫＧが並列接続されている。ＰＫＧ１００の定格は６００Ｖ／６０Ａであり、結果として、パワー回路全体の定格は６００Ｖ／４００Ａ程度となる。メタルコアプリント回路基板１２５の厚さは２ｍｍで、大きさは２５ｃｍ×２０ｃｍ（概略Ａ４サイズ）である。銅箔パタンの厚さは７０μｍであり、表面一層のみのパタンである。メタルコアプリント回路基板１２５上には、さらに、主端子１０５，制御端子１０６が面実装されている。主端子の材質はタフピッチ銅、厚さは１．５ｍｍ　である。主端子１０５には、
Ｍ５ボルト１２０でＰバスバー１２１，Ｎバスバー１２３，Ｕ，Ｖ，Ｗ出力配線１２４が接続されている。各バスバーの材質はタフピッチ銅、厚さは１．５ｍｍ　である。Ｐバスバー１２１，Ｎバスバー１２３は厚さ１ｍｍの絶縁シート１２２で絶縁されると同時に近接配置されるため、低インダクタンス構造となっている。Ｐバスバー１２１，Ｎバスバー１２３間にはフィルタコンデンサ１２６が同じくＭ５ボルト１２０で取付けられる。フィルタコンデンサは電解コンデンサであり、直径３ｃｍ，高さ２ｃｍ，容量１０００μＦである。フィルタコンデンサ１２６は４個並列接続されている。制御端子１０６には、制御電源用トランス１２８，ゲートドライバー１２９，電解コンデンサ１１９，各種のチップ抵抗チップコンデンサ１１５，マイコン基板１１６とのインタフェース端子１０７等が搭載されたゲートドライブ・電源基板１１４が接続されている。前記Ｕ，Ｖ，Ｗ出力配線１２４は、本ゲートドライブ・電源基板１１４上に配置されている。インバータカバー１１３には、マイコン基板１１６が取付けボルト（Ｍ３）１２７で取付けられ、インタフェースケーブル１０８で接続される。マイコン基板１１６には、マイコン１１７，制御ＩＣ１１８，電解コンデンサ１１９，各種のチップ抵抗チップコンデンサ１１５等が面実装されている。マイコン基板１１６をインバータカバー１１３に取付けるメリットは、マイコン１１７等の熱をインバータカバー１１３に逃がして、温度上昇を抑えることである。インバータカバー１１３はＭ５ボルト１１２で取付けられている。
【００１８】
メタルコアプリント回路基板１２５裏面はＡｌダイカスト製水路カバー１０９で覆われ、パワー回路（ＰＫＧ１００）冷却用水路１０１，フィルタコンデンサ冷却用水路１０２が形成される。水路１０１と水路１０２はシリーズに接続されている。水路１０１は、深さ２ｍｍ，幅１２ｃｍ、水路１０２の深さは１７ｍｍ，幅３．５ｃｍ　である。水路カバー１０９はＯリング１０３を使用して、Ｍ６ボルト１１１で取付けられ、冷却水はシールされる。Ｏリング１０３は１．９ｍｍφ　である。この際、インバータケース１１０，メタルコアプリント回路基板１２５，水路カバー１０９は、同じ取付け穴を使用して、とも締めされる。Ｏリング１０３のシールが破られた場合、漏水は前述のようにインバータケース１１０外へ流れ出る。しかし、ボルト穴のすきま１３０からケース１１０へしみ込む可能性は残っている。これを削除するため、本構造において、シールワッシャ１０４を使用している。以上の構成でインバータの高さは６ｃｍ、大きさはメタルコアプリント回路基板１２５と同じ大きさの２５ｃｍ×２０ｃｍである。
【００１９】
次に、図４〜図７を使用して、平面構造を説明する。図４は、メタルコアプリント回路基板１２５にＰＫＧ１００，主端子１０５，制御端子１０６を面実装し、フィルタコンデンサ１２６を固着した後の内観摸式図である。ＰＫＧ１００の裏面は厚さ１．５ｍｍ　の銅板であり、この銅板はコレクタ電極と放熱板を兼ねている。ＰＫＧ１００の端子４０３，４０４は各々エミッタ，ゲート端子である。この端子４０３，４０４は、各々メタルコアプリント回路基板１２５のゲートパタン４０６，エミッタパタンであるＮパタン４０２及びＵ，Ｖ，Ｗパタン４０８にはんだ接着されている。なお、ＰＫＧ１００にはゲート抵抗が内蔵されており、並列接続固有の共振を防止している。また、銅箔パタン４０５はコレクタパタンであり、ＰＫＧ１００は本パタンに面実装される。Ｕ，Ｖ相のエミッタパタン、Ｖ，Ｗ相のコレクタパタンは共通化され、パワー回路の面積増大を防止している。フィルタコンデンサ１２６は、メタルコアプリント回路基板１２５の絶縁樹脂層に押し付ける構造となっており、放熱を考慮している。また、主端子１０５は、端子の樹脂層に突起を設け、メタルコアプリント回路基板１２５に突起用の窪みを設けはめ込むことにより、Ｍ５ボルトの締め付けトルクに耐えられる構造としている。この主端子１０５は、組立性の低下をもたらさなければ、削除して、Ｐ，Ｎ，Ｕ，Ｖ，Ｗバスバーを直接メタルコアプリント回路基板上銅パタンにはんだ接着することも可能である。また、アーム毎にサーミスタ４０７を面実装して温度検出することにより、加熱保護を行えるようにしている。さらに、各アームのコレクタパタン４０５には制御端子１０６を面実装し、コレクタ電圧を検出することにより、短絡保護等の保護を行えるようにしている。
【００２０】
図５は、Ｐバスバー１２１を主端子１０５，フィルタコンデンサ１２６にボルト１２０で取付けた後の内観摸式図である。フィルタコンデンサ１２６のＮ端子周囲には絶縁距離確保用に２０ｍｍφの穴を設けている。図６は絶縁シート１２２，Ｎバスバー１２３を実装した後の摸式図である。図７はゲートドライブ１１４，Ｕ，Ｖ，Ｗ出力配線１２４を実装した後の摸式図である。ゲートドライブ・電源基板１１４は制御端子１０６にスルーホールはんだ接着されている。また、Ｕ，Ｖ，Ｗ出力配線１２４は、Ｍ５ボルト１２０で取付けられる。以上の構造に、インタフェースケーブル１０８で、カバー１１３に取付けられたマイコン基板１１６を接続して、水路カバー１０９以外の取付けは完了する。
【００２１】
本構造の特徴は、上述の通り、直冷構造において、漏水による回路部品の被水を防止することである。しかしながら、性能的にも以下の特徴がある。まず熱的には以下の特徴がある。１アームは６並列で構成されている。従って、従来のように、１チップの電流容量が大きく２並列接続等と比べて、大幅に熱源は分散される。並列数を多くして実装面積を増大することは、この理由で、熱抵抗低減のためには有利である。しかしながら、グリースを使用した放熱構造では、基板面積増大により、反りが顕著になり、接触熱抵抗が増大してしまう。そのため、実現に至っていなかった。本構造の場合、直接冷却の為、この問題を削除できる。そのため、本構造のような多数の並列接続が実現できたのである。
【００２２】
本構造の水路に、流量２０Ｌ／ｍｉｎ．の冷却水（エチレングリコール　５０ｖｏｌ％）を通流して、冷却水からＩＧＢＴチップジャンクションまでの熱抵抗，Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）を測定した。結果、Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）＝０．１４Ｋ／Ｗとなり、十分小さくすることができた。また、従来このような大容量モジュールにメタルコアプリント回路基板１２５を適用することは、不可能と考えられてきた。銅パタンの厚さが７０μｍ程度と薄い為、電流容量的に不可と考えられてきたからである。しかしながら、本構造のように、メタルコアプリント回路基板１２５上の銅パタン長さを最小限にするようにレイアウト的に工夫することにより実現できた。例えば、本構造において、ＰＫＧ１００が実装されていないため、銅パタンのみの抵抗が問題となる部分の最大長さは約４ｃｍであり、幅は２ｃｍである。この部分に３個のＰＫＧ１００から電流が各々６０Ａ流れ込んだとすると、銅パタンの発熱量は１０Ｗ程度である。この程度の発熱量であれば、熱的には全く問題ない。さらには、エレクトロマイグレーション的にも全く問題無い電流密度である。
【００２３】
次に電気的性能の特徴を、図８を使用して説明する。並列接続数を多くした場合の問題は、電流分担のアンバランスにより、電流集中を起こすことである。これは、主として寄生インダクタンスの差によって起こる。図８にＵ相の寄生インダクタンスモデルを示す。Ｐバスバーインダクタンス８００，Ｎ端子インダクタンス８１０，コレクタ銅パタンインダクタンス８０１，ＰＫＧ１００内インダクタンス８０２，８０３，８０４，８０５，エミッタ端子４０３インダクタンス８０６，Ｕ配線銅パタンインダクタンス８０７，Ｕ端子インダクタンス８０８，エミッタ銅パタンインダクタンス８０９から構成されている。以上の寄生インダクタンスの中で、電流アンバランスの原因となるのは、寄生インダクタンス８０１，８０７，８０９である。インダクタンスを算出すると、いずれも６ｎＨ程度である。従って、各配線パタン８０１，８０７，８０９において、ＰＫＧ１００間で寄生インダクタンスの差は最大でも４ｎＨとなる。この程度の差であれば、スイッチング時の電流アンバランスへの影響は無視できる。６並列と並列数を多くしているにもかかわらず、このように小さいンバランスですんだのは、レイアウトの対照性に考慮したためと、渦電流効果によりインダクタンスが低減されるためである。
【００２４】
排水管を封止し、水路に高い水圧を加えることにより、耐漏水性能を検証した。結果、３００ｋＰａ程度まで漏水しないことを確認できた。例えば、電気自動車への適用を考慮すると、電動ポンプの最大吐出圧力は５０ｋＰａ程度であり、十分な耐漏水製を確認できた。
【００２５】
（実施例２）
図９を使用して第二の実施例について説明する。前記実施例１は、冷却水のシールをＯリングで実施した場合であった。しかしながら、万が一シールが破れた場合、ボルト穴より、冷却水がケース中にしみ込む可能性があり、防止策として、シールワッシャ１０４が必要であった。従って、より理想的には、組立性の向上等のために、シールワッシャ等の手段はとらないことが望まれる。本実施例はこのことに対処した実施例である。
【００２６】
より確実なシールとするために、メタルコアプリント回路基板９０４とＡｌダイカストインバータケース９０１を、溶接箇所９０３で溶接している。溶接法としては、摩擦攪拌による塑性流動を利用した溶接が望まれる。温度の上昇を可能な限り抑制する為である。なお、メタルコアプリント回路基板９０４の樹脂絶縁層は、溶接箇所９０３の内側２ｃｍ程度の領域は可能な限り削除している。温度上昇による樹脂の劣化を防ぐ為である。本構造で、万が一Ｏリングのシールが破れても、漏水はケース９０１中に侵入することは有り得ない構造とすることができた。インバータ形状，容量，熱的・電気的な性能等は実施例１と同じである。
【００２７】
（実施例３）
第三の実施例を図１２の断面構造摸式図で説明する。従来の水冷インバータ構造、及び上記実施例１，２の構造は、いずれもパワー回路をインバータ底面に配置して水冷する構造であった。従来、ＩＧＢＴモジュールはシリコーンゲル等の軟質レジンで封止されていた。従って、モジュールをさかさまに実装することは、重力によって封止樹脂が変形する等の懸念があり、あえて行われてこなかった。しかしながら、本発明のように、硬質樹脂であるエポキシ樹脂で封止された
ＰＫＧによりパワー回路を構成する場合、パワー回路はインバータ底面に配置する必然性はない。そこで、パワー回路をインバータ上面に配置した場合の実施例である。実施例１の場合と同じ基板１２５をＡｌダイカストケース１２０２の上面にＯリング１０３，シールワッシャ１０４を使用してＭ６ボルト１１１で取付けている。本構造に伴い、フィルタコンデンサ１２６は冷却水路上に配置せず、底蓋１２０３上に配置している。この変更により、Ｐ，Ｎバスバー１２０４，
１２０６の形状は平板にでき、インダクタンスを低減することができた。また、水路カバー１２０１は実施例１の場合から、フィルタコンデンサ１２６用水路を削除し、よりシンプルな構造とした。ＰＫＧ１００冷却用水路１０１の形状は全く同じである。本構造の利点は、上記Ｐ，Ｎバスバー１２０４，１２０６の低インダクタンス化と、マイコン１１９温度の低減である。マイコン基板１１６をパワー回路の下方に配置した為、パワー回路の発熱は下方へは伝わりにくい為である。
【００２８】
（実施例４）
第四の実施例を図１３の断面構造摸式図を使用して説明する。これまでの実施例において、パワー回路であるＰＫＧ１００を冷却する水路の形状は幅１２ｃｍ，深さ２ｍｍであった。この水路に２０Ｌ／ｍｉｎ．の冷却水を流した場合、平均流速は１．４ｍ／ｓ　である。冷却性能を向上させる場合、冷却水の流速を増大させることが知られている。しかしながら、冷却水の流速を増大させる為に、流量を増大させることは、冷却水を循環させるポンプの体格を増大させることになり、電気自動車等、インバータの設置スペースに厳しい制約がある場合、好ましくない。そこで、本実施例では、流速を増大させる為、流路の幅を狭くした。すなわち、上記実施例ではひとつの流路であったが、主端子領域にスペーサ１３０３を設け、往復２流路１３０２とした。流路１３０２は幅５ｃｍ，深さ２ｍｍである。よって、本実施例において、２０Ｌ／ｍｉｎ．の冷却水を流した場合、平均流速は３．４ｍ／ｓである。実施例と同じ、エチレングリコール５０　ｖｏｌ％溶液，温度６０℃の冷媒２０Ｌ／ｍｉｎ．通流し、Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）を測定すると、０．１Ｋ／Ｗ　と、実施例１に比べ、約０．７　倍となった。
【００２９】
以下、二つの実施例は、パワー回路である、ＰＫＧ１００，主端子１０５，制御端子１０６の配置を変えた場合の実施例である。図１０，図１１とも、ＰＫＧ１００，主端子１０５，制御端子１０６を面実装したメタルコアプリント基板の平面摸式図を示している。
【００３０】
（実施例５）
図１０を使用して第五の実施例について説明する。図１０において、制御端子１０６は、ゲート、及び、制御エミッタ端子のみを記載しており、その他の制御端子、及び、サーミスタは省略している。本実施例は、実施例１よりも、さらに低インダクタンスに配慮した実施例である。実施例１において、コレクタ端子１０５はＰＫＧ１００と同列の並びに存在していた。本実施例では、コレクタ端子１０５はＰＫＧ１００の並びから外し、コレクタパタン銅箔１００３の長さを低減すると同時に、幅を４ｃｍと増大している。この結果、図８の銅箔パタンインダクタンス８０１は、電流の流れかたが変化する効果も含めて、４ｎＨと実施例１より低減することができた。従って、さらに電流アンバランスに対する耐量は向上できる。欠点は、実施例１と比べて、インバータの大きさが増大することである。長手方向は３ｃｍ増大し、２８ｃｍとなった。
【００３１】
（実施例６）
図１１を使用して第六の実施例について説明する。実施例５と同じく、サーミスタ，ゲート，制御エミッタ以外の制御端子は省略している。実施例１，５において、主端子は、ＰＫＧ１００レイアウトの対照性、及び、メタルコアプリント基板上の銅箔パタンの抵抗を考慮して、各３個のＰＫＧの中央に配置している。このため、ゲートドライブ・電源基板の大きさは、インバータサイズの半分以下にしなければならない。そこで、本実施例では、上記利点を犠牲にして、Ｐ，Ｎ，Ｕ，Ｖ，Ｗ端子をＰＫＧ１００群の両端に配置した。本構造で、ゲートドライブ・電源基板面積は上記実施例の倍にできた。この結果、上記実施例では別基板にしていたマイコン基板を、ゲートドライブ・電源基板と同一基板にできた。
【００３２】
以上述べた実施例によれば、Ａｌ板表面に絶縁樹脂層を介して銅箔を圧着し、回路パタンを形成するメタルコアプリント回路基板に、ＩＧＢＴ，ＦＷＤを封止したＰＫＧを面実装し、インバータのパワー回路を形成する。インバータケース底面全体を、このメタルコアプリント回路基板で封止する。さらに、メタルコアプリント回路基板裏面に、水路カバーをＯリング等のシール手段で取付け、メタルコアプリント回路基板裏面を直接水冷する水路を形成する。本構造で、Ｏリングのシールが破れても、冷却水はインバータケース中に浸入する可能性をより低くすることが出来る。
【００３３】
また、以上述べた各実施例によれば、パワー回路を構成するＰＫＧが面実装されたメタルコアプリント回路基板でインバータケース底面全体を封止し、本メタルコアプリント回路基板裏面に直接冷却水を当ててパワー回路を冷却する。これにより、冷却水シールが破れても、漏水はインバータケース中に浸入する可能性をより低くすることが出来る。そのため、回路部品の被水を防止する効果がある。また、インバータを構成するパワー回路を、１アーム当たり複数のＰＫＧで構成することは、熱源の分散により直接水冷をより有効にして低熱抵抗化できる。また、大面積化に伴う歩留り低下を防止することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、直接水冷であり、冷却水漏水時に高電圧部が被水する可能性をより低減することが出来るインバータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基本構造を示す断面構造摸式図。
【図２】構造摸式図（間接水冷）。
【図３】構造摸式図（直接水冷）。
【図４】平面摸式図（制御基板、バスバー搭載前）。
【図５】平面摸式図（Ｐバスバー搭載後）。
【図６】平面摸式図（Ｎバスバー搭載後）。
【図７】平面摸式図（ゲートドライブ・電源基板、Ｕ，Ｖ，Ｗ配線搭載後）。
【図８】パワー回路（一相）の寄生インダクタンスを含んだ等価回路。
【図９】一実施例の断面構造摸式図。
【図１０】一実施例の銅箔回路パタン摸式図。
【図１１】一実施例の銅箔回路パタン摸式図。
【図１２】一実施例の断面構造摸式図。
【図１３】一実施例の断面構造摸式図。
【符号の説明】
１００…ＦＷＤ内蔵ＩＧＢＴパッケージ（ＰＫＧ）、１０１，１３０２…パワー回路冷却用水路、１０２…フィルタコンデンサ冷却用水路、１０３，３０２…Ｏリング、１０４…シールワッシャ、１０６…制御端子、１０７…コネクタ（インターフェイス端子）、１０８…制御基板間接続ケーブル（インターフェイスケーブル）、１０９，２０４，３０８，９０２，１２０１，１３０１…水路カバー、１１０，２０３，３０１，９０１，１２０２…インバータケース、１１２，２１０…筐体，カバー締結ボルト（Ｍ５ボルト）、１１３，２０９…インバータカバー、１１４…ゲートドライブ・電源基板、１１５…チップ抵抗，チップコンデンサ、１１６…マイコン基板、１１７…マイコン、１１８…制御ＩＣ、１２０…主端子・バスバー締結ボルト（Ｍ５）、１２１，１２０４…Ｐバスバー、１２２，１２０５…絶縁シート、１２３，１２０６…Ｎバスバー、１２４…出力配線、１２５，９０４，１００１，１１０１…メタルコアプリント回路基板、１２６…フィルタコンデンサ、１２７…取付けボルト（Ｍ３）、１２８…トランス、１２９…ゲートドライバー、１３０…漏水懸念箇所（すきま）、２０１…グリース、２０２…フィン、２０５，３００…ＩＧＢＴモジュール、２０６…金属（銅）ベース、２０７，３０６…冷却水路、２０８…モジュール取付けボルト、２１１…水路カバー・筐体取付けボルト、３０４…銅フィン、３０５…フィン付銅ベース（金属ベース）、３０７…ＩＧＢＴモジュール冷却用開口部、４０１…カバー取付けボルト穴、４０２…銅箔パタン（エミッタパタン，Ｎパタン）、４０３…エミッタ端子、４０４…ゲート端子、４０５，１００３…銅箔パタン（コレクタパタン）、４０６…銅箔パタン（ゲートパタン）、４０７…サーミスタ、４０８…銅箔パタン（Ｕ，Ｖ，Ｗパタン）、８００…Ｐバスバーインダクタンス、８０１…銅箔パタン（Ｐ配線）インダクタンス、８０２，８０３，８０４，８０５…ＰＫＧ１００内インダクタンス、８０６…エミッタ端子インダクタンス、８０７…Ｕ配線銅パタンインダクタンス、８０８…Ｕ端子インダクタンス、８０９…Ｎバスバーインダクタンス、８１０…Ｎ端子インダクタンス、９０３…溶接箇所、１２０３…インバータ底蓋、１３０３…冷却水路スペーサ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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