(57)【要約】【課題】発熱体である電力用半導体素子と、その熱が放熱用金属板に伝達されるまでの効率的な構成については十分な検討が行われていなかった。【解決手段】複数の半導体チップ１７１、１８１を導体２０の一方の面に接合し、前記導体２０の他方の面にセラミックを含有した絶縁樹脂シート２９で放熱用金属板３０に接着し、前記放熱用金属板３０を熱伝導グリース１９を介して冷却器２２に加圧接触する。また、導体２０の厚みを、１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下とすることで、インバータ起動時の温度が低くなり、また、定常熱抵抗も低くなる。【選択図】  図１
2004288755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電力用半導体素子と、前記電力用半導体素子を駆動する駆動手段と、前記電力用半導体素子を制御する制御手段を有するインバータ装置において、
複数の半導体チップを導体の一方の面に接合し、
前記導体の他方の面にセラミックを含有した絶縁樹脂シートで放熱用金属板に接着されていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
複数の電力用半導体素子と、前記電力用半導体素子を駆動する駆動手段と、前記電力用半導体素子を制御する制御手段を有するインバータ装置において、
複数の半導体チップを導体の一方の面に接合し、
前記導体の他方の面にセラミックを含有した絶縁樹脂シートで放熱用金属板に接着し、
前記放熱用金属板を熱伝導グリースを介して冷却器に加圧接触されていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
複数の電力用半導体素子と、前記電力用半導体素子を駆動する駆動手段と、前記電力用半導体素子を制御する制御手段を有するインバータ装置において、
複数の半導体チップを導体の一方の面に接合し、
前記導体の他方の面にセラミックを含有した第１の絶縁樹脂シートで放熱用金属板に接着し、
前記放熱用金属板をセラミックを含有した第２の絶縁樹脂シートで冷却器に接着されていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項４】
前記導体の厚みを、１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記第２の絶縁樹脂シートの熱伝導率が、前記第１の絶縁樹脂シートの熱伝導率より高いことを特徴とする請求項３または４記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記第２の絶縁樹脂シートの厚みが、前記第１の絶縁樹脂シートの厚みより薄いことを特徴とする請求項３または４記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記放熱用金属板と前記冷却器の前記第２の絶縁樹脂シートによる接着温度が、前記導体と前記放熱用金属板の前記第１の絶縁樹脂シートによる接着温度より低いことを特徴とする請求項３または４記載のインバータ装置。
【請求項８】
複数の電力用半導体素子を有する電力用半導体装置において、
複数の半導体チップを導体の一方の面に接合し、
前記導体の他方の面にセラミックを含有した絶縁樹脂シートで放熱用金属板に接着されていることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項９】
前記導体の厚みを、１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項８記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電力用半導体素子と電力用半導体素子を駆動する駆動回路と電力用半導体素子を制御する制御回路を有するインバータ装置及び電力用半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ装置の小型化、高信頼性を図るためには、冷却効率が良いインバータ装置が必要となる。
以下、従来のインバータ装置の構造を図１２乃至図１４を参照して説明する。
図１２は、従来のインバータ装置の平面断面図であり、図１３は、従来のインバータ装置の側面断面図であり、図１４は、従来の電力用半導体素子およびインバータ装置の内部部分断面図である。
図１２および図１３において、インバータ装置は、取付けねじ３によりインバータ装置筐体１の底面に取付けられた電力用半導体素子２、固定台５に固定されている電源平滑用コンデンサであるアルミ電解コンデンサ４、３相出力導体９１〜９３の電流を検出する電流検出器１０１〜１０２、制御ユニット１１により構成されている。
電力用半導体素子２とアルミ電解コンデンサ４は、正極側導体７および負極側導体８と接続ねじ６により電気的に接続されている。また、インバータ装置筐体１の底面には、流路１３が設けられており、流路１３内部を流れる冷媒１２により電力用半導体素子２は冷却される。冷媒１２は、例えば不凍液などである。
また電力用半導体素子２は、図１４に示すように、放熱用金属板１４の上部に絶縁基板１５、絶縁基板１５の上部に金属電極１６、金属電極１６の上部にＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１が積層されかつ接合され、ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１、金属電極１６、絶縁基板１５が絶縁性を有する樹脂製パッケージに収納され、さらに放熱用金属板１４と樹脂製パッケージは端部で接着されている。樹脂製パッケージの内部には、絶縁性のゲルが封入されている。
【０００３】
さらに、電力用半導体素子２は、放熱用金属板１６の裏面に、接触熱抵抗を低減する目的で熱伝導グリース１９が塗布され、流路１３が設けられたインバータ装置筐体１の底面に、取付けねじ３により取付けられている。
このように構成された電力用半導体素子２においては、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１が通電されたときに損失が発生する。ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の上部には断熱材である絶縁性のゲルが封入されているので、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１で発生した損失の大部分は、下部の金属電極１６に熱伝導する。金属電極１６に熱伝導した損失は、絶縁基板１５を伝わり放熱用金属板１４に熱伝導する。放熱用金属板１４は、図１２乃至図１４に示すように取付けねじ３によりインバータ装置筐体１の底面に加圧接触され、損失が冷媒１２により放熱される。
また、電力用半導体素子２の放熱用金属板１４と流路１３が構成されているインバータ装置筐体１の底面との間に金属箔を挿入し、さらに放熱用金属板１４と金属箔、および金属箔と流路１３が構成されているインバータ装置筐体１の底面との間に熱伝導グリース１９を塗布することにより、放熱用金属板１４と流路１３が構成されているインバータ装置筐体１の底面の間の熱伝導グリース１９の内部には、熱伝導率が低い熱伝導グリース１９に比べ、数百倍も熱伝導率の高い金属箔が挿入されているので、熱伝導率の低い熱伝導グリース１９の厚みが非常に薄くなるので、放熱用金属板１４と流路１３が構成されているインバータ装置筐体１の底面との間の接触熱抵抗が非常に小さくなり、冷却効率を向上させることも行われている。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】
特開２００１−３０８２３３号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放熱用金属板１４の裏面に接触熱抵抗を低減するための熱伝導グリース１９を塗布し、電力用半導体素子２の周囲にある取付けねじ３により放熱用金属板１４を、流路１３が構成されているインバータ装置筐体１の底面に加圧接触させているので、加圧力が放熱用金属板１４全体に均等にかからない。そのため、放熱用金属板１４とインバータ装置筐体１との間の接触熱抵抗は、電力用半導体素子２内部の熱抵抗とほぼ同等と非常に大きくなり冷却効率が悪いという問題がある。
【０００４】
また、放熱用金属板や最終的な放熱先である流路１３が構成されているインバータ装置筐体１の底面については、検討は行われているが、発熱体である電力用半導体素子と、その熱が放熱用金属板に伝達されるまでの効率的な構成については十分な検討が行われていなかった。
本発明は、電力用半導体素子の冷却効率を向上し、インバータ装置の通電容量の向上・小型化に対応するインバータ装置及び電力用半導体装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るインバータ装置では、複数の半導体チップを導体の一方の面に接合し、前記導体の他方の面にセラミックを含有した絶縁樹脂シートで放熱用金属板に接着されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に係るインバータ装置では、複数の半導体チップを導体の一方の面に接合し、前記導体の他方の面にセラミックを含有した絶縁樹脂シートで放熱用金属板に接着し、前記放熱用金属板を熱伝導グリースを介して冷却器に加圧接触されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に係るインバータ装置では、複数の半導体チップを導体の一方の面に接合し、前記導体の他方の面にセラミックを含有した第１の絶縁樹脂シートで放熱用金属板に接着し、前記放熱用金属板をセラミックを含有した第２の絶縁樹脂シートで冷却器に接着されていることを特徴とする。
本発明の請求項４に係るインバータ装置では、前記導体の厚みを、１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下としたことを特徴とする。
本発明の請求項５に係るインバータ装置では、前記第２の絶縁樹脂シートの熱伝導率が、前記第１の絶縁樹脂シートの熱伝導率より高いことを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項６に係るインバータ装置では、前記第２の絶縁樹脂シートの厚みが、前記第１の絶縁樹脂シートの厚みより薄いことを特徴とする。
本発明の請求項７に係るインバータ装置では、前記放熱用金属板と前記冷却器の前記第２の絶縁樹脂シートによる接着温度が、前記導体と前記放熱用金属板の前記第１の絶縁樹脂シートによる接着温度より低いことを特徴とする。
本発明の請求項８に係る電力用半導体装置では、複数の半導体チップを導体の一方の面に接合し、前記導体の他方の面にセラミックを含有した絶縁樹脂シートで放熱用金属板に接着されていることを特徴とする。
本発明の請求項９に係る電力用半導体装置では、前記導体の厚みを、１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の電力用半導体素子内部の半導体チップの実装構造を示す部分縦断面図である。
図１において、インバータ装置は、３相インバータの１アームを、サイズが□１０ｍｍ以下の半導体チップであるＩＧＢＴ１７１Ａ、１７１Ｂ、１７１Ｃ、１７１Ｄおよびダイオード１８１Ａ、１８１Ｂ、１８１Ｃを並列接続して構成している。図１においては、ＩＧＢＴが４並列、ダイオードが３並列の場合の実施例である。さらに、厚みが１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下の銅製の導体２０に、半導体チップであるＩＧＢＴ１７１Ａ、１７１Ｂ、１７１Ｃ、１７１Ｄおよびダイオード１８１Ａ、１８１Ｂ、１８１Ｃが導体２０の厚みの２倍以上の距離分散配置され、Ｓｎ／Ｐｂなどの低融点またはＳｎ／Ａｇ／Ｃｕなどの高融点はんだ２１で接合されている。さらに、導体２０は、銅製の放熱用金属板３０にセラミックを含有した絶縁樹脂シート２９で接着され、放熱用金属板３０は裏面に熱伝導グリース１９を塗布し銅やアルミニウム製の冷却器２２に取付けねじ３により加圧接触されている。
【０００８】
絶縁樹脂シート２９は、例えばエポキシ樹脂に窒化ホウ素などのセラミックフィラ−を充填したものであり、熱伝導率は２〜４Ｗ／ｍＫ、厚みは０．０５〜０．１５ｍｍ程度である。
さらに、導体２０は、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜Ｄおよびダイオード１８１Ａ〜Ｃを接合した面にはメッキ処理２４を行い、放熱用金属板３０とセラミックスを含有した絶縁樹脂シート２９で接着する面にはメッキ処理を行っていない。
図１において、インバータ装置は、厚みが１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下の銅製の導体２０に、半導体チップであるＩＧＢＴ１７１Ａ、１７１Ｂ、１７１Ｃ、１７１Ｄおよびダイオード１８１Ａ、１８１Ｂ、１８１Ｃが、Ｓｎ／Ｐｂなどの低融点またはＳｎ／Ａｇ／Ｃｕなどの高融点はんだ２１で接合されている。
ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１は材質がＳｉで、導体２０は材質が銅であるので、ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１と導体２０の線膨張係数の違いにより、温度サイクルが負荷されたときに、はんだ２１にせん断応力が発生し、非線型ひずみが発生する。非線型ひずみの値が大きくなると、温度サイクルが負荷されたときにはんだにクラックなどが発生する。非線型ひずみの値は、小さいほど信頼性・耐久性が向上する。
【０００９】
ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１のチップサイズが大きくなると、はんだの非線型ひずみが増大する。インバータ装置の信頼性・耐久性を確保するためには、チップサイズをおおよそ□１０ｍｍ以下とすることが必要になる。
一方、チップサイズを□１０ｍｍ以下とすると、１チップ当りの通電容量が小さくなるため、数１０ｋＷのインバータ装置を構成するためには、チップを並列接続して容量を大きくすることが必要となる。
図２は、本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の通電時の半導体チップの温度の解析結果である。
図２は、導体２０の厚みが３ｍｍのときの、インバータ通電時のＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１の温度変化の解析結果である。インバータ起動時には、ＩＧＢＴおよびダイオードの損失が大きくなり、ＩＧＢＴおよびダイオードとも温度上昇が特に高くなる。
ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１の信頼性の向上、並列数の低減、電力用半導体素子およびインバータ装置の小型化には、特にインバータ起動時の温度上昇を低減することが重要となる。
図３は、本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の起動時の半導体チップの温度と導体厚みの相関の解析結果である。
【００１０】
図３は、導体２０の厚みをパラメータにした、インバータ起動時のＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１の温度変化である。導体２０の厚みが１．５ｍｍより小さくなると、ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１の温度が特に高くなる。導体２０の厚みが１．５ｍｍ以上の場合に、導体２０の熱容量の効果により、ＩＧＢＴおよびダイオードのインバータ起動時の温度が低くなる。
図４は、本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の半導体チップの定常熱抵抗と導体厚みの相関の解析結果である。
図４は、導体２０の厚みをパラメータにした、ＩＧＢＴの定常熱抵抗の解析結果である。
導体２０の厚みが３ｍｍ〜７ｍｍの時に、導体２０の熱拡散の効果により定常熱抵抗がほぼ最小となる。
一方、導体２０の厚みが１．５ｍｍで、従来の電力用半導体素子の定常熱抵抗とほぼ同等となり、１．５ｍｍより小さくなると熱抵抗が増大する。また、導体２０の厚みが７ｍｍより厚くなると、ＩＧＢＴ定常熱抵抗が増大し始める。
故に、導体２０の厚みが１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下の時に、ＩＧＢＴ定常熱抵抗が従来の電力用半導体素子の定常熱抵抗とほぼ同等かそれ以下となり、なおかつＩＧＢＴおよびダイオードのインバータ起動時の温度が低くなる。
【００１１】
図５は、本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の起動時、出力周波数１Ｈｚの時の半導体チップの過渡温度上昇の解析結果である。
図５は、インバータ出力周波数が１Ｈｚの時のインバータ起動時における、本発明のインバータ装置と、従来のインバータ装置の過渡温度上昇の解析結果であり、（Ａ）は１Ｈｚ運転時の損失波形であり、（Ｂ）本発明のインバータ装置の温度上昇であり、（Ｃ）は従来のインバータ装置の温度上昇である。本発明の電力用半導体素子における導体２０の厚みは３ｍｍである。
従来の電力用半導体素子では、約０．３ｓｅｃ後にＩＧＢＴの温度上昇が約７５℃となるが、本発明の電力用半導体素子では導体２０の熱容量の効果により約０．３４ｓｅｃ後にＩＧＢＴの温度上昇が約４０℃であり、温度上昇が４７％低減する。
図６は、本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の起動時、出力周波数０．３Ｈｚの時の半導体チップの過渡温度上昇の解析結果である。
図６は、インバータ出力周波数が０．３Ｈｚの時のインバータ起動時における、本発明の電力用半導体素子と、従来の電力用半導体素子の過渡温度上昇の解析結果であり、（Ａ）は１Ｈｚ運転時の損失波形であり、（Ｂ）本発明のインバータ装置の温度上昇であり、（Ｃ）は従来のインバータ装置の温度上昇である。本発明の電力用半導体素子における導体２０の厚みは３ｍｍである。
【００１２】
図５と同様に、導体２０の熱容量の効果により、従来の電力用半導体素子に比べ、本発明の電力用半導体素子のＩＧＢＴの温度上昇は３０％低減する。
このように、本実施の形態のインバータ装置によれば、電力用半導体素子内部のＩＧＢＴおよびダイオードチップの熱抵抗が低減し、特にインバータ起動時の温度上昇が低くなり冷却効率が向上する。これにより、インバータ装置の信頼性向上・小型化が図れる。
次の本発明の第２の実施の形態について説明する。
図７は、本発明の第２の実施の形態のインバータ装置の電力用半導体素子内部の半導体チップの実装構造を示す部分縦断面図である。
図７において、インバータ装置は、３相インバータの１アームを、サイズが□１０ｍｍ以下の半導体チップであるＩＧＢＴ１７１Ａ、１７１Ｂ、１７１Ｃ、１７１Ｄおよびダイオード１８１Ａ、１８１Ｂ、１８１Ｃを並列接続して構成している。図７においては、ＩＧＢＴが４並列、ダイオードが３並列の場合の実施例である。
さらに、厚みが１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下の銅製の導体２０に、半導体チップであるＩＧＢＴ１７１Ａ、１７１Ｂ、１７１Ｃ、１７１Ｄおよびダイオード１８１Ａ、１８１Ｂ、１８１Ｃが導体２０の厚みの２倍以上の距離分散配置され、Ｓｎ／Ｐｂなどの低融点またはＳｎ／Ａｇ／Ｃｕなどの高融点はんだ２１で接合されている。さらに、導体２０は、銅製の放熱用金属板３０にセラミックを含有した第１の絶縁樹脂シート２９で接着され、放熱用金属板３０は銅やアルミニウム製の冷却器２２にセラミックを含有した第２の絶縁樹脂シート３１で接着されている。
【００１３】
第１の絶縁樹脂シート２９および第２の絶縁樹脂シート３１は、例えばエポキシ樹脂に窒化ホウ素などのセラミックフィラ−を充填したものであり、熱伝導率は２〜４Ｗ／ｍＫ、厚みは０．０５〜０．１５ｍｍ程度である。
さらに、導体２０は、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜Ｄおよびダイオード１８１Ａ〜Ｃを接合した面にはメッキ処理２４を行い、放熱用金属板３０とセラミックスを含有した第１の絶縁樹脂シート２９で接着する面にはメッキ処理を行っていない。
図７において、インバータ装置は、厚みが１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下の銅製の導体２０に、半導体チップであるＩＧＢＴ１７１Ａ、１７１Ｂ、１７１Ｃ、１７１Ｄおよびダイオード１８１Ａ、１８１Ｂ、１８１Ｃが、Ｓｎ／Ｐｂなどの低融点またはＳｎ／Ａｇ／Ｃｕなどの高融点はんだ２１で接合されている。
ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１は材質がＳｉで、導体２０は材質が銅であるので、ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１と導体２０の線膨張係数の違いにより、温度サイクルが負荷されたときに、はんだ２１にせん断応力が発生し、非線型ひずみが発生する。非線型ひずみの値が大きくなると、温度サイクルが負荷されたときにはんだにクラックなどが発生する。非線型ひずみの値は、小さいほど信頼性・耐久性が向上する。
【００１４】
ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１のチップサイズが大きくなると、はんだの非線型ひずみが増大する。インバータ装置の信頼性・耐久性を確保するためには、チップサイズをおおよそ□１０ｍｍ以下とすることが必要になる。
一方、チップサイズを□１０ｍｍ以下とすると、１チップ当りの通電容量が小さくなるため、数１０ｋＷのインバータ装置を構成するためには、チップを並列接続して容量を大きくすることが必要となる。
図８は、本発明の第２の実施の形態のインバータ装置の通電時の半導体チップの温度の解析結果である。
図８は、導体２０の厚みが３ｍｍのときの、インバータ通電時のＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１の温度変化の解析結果である。インバータ起動時には、ＩＧＢＴおよびダイオードの損失が大きくなり、ＩＧＢＴおよびダイオードとも温度上昇が特に高くなる。
これより、ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１の信頼性の向上、並列数の低減、電力用半導体素子およびインバータ装置の小型化には、特にインバータ起動時の温度上昇を低減することが重要となる。
図９は、本発明の第２実施の形態のインバータ装置の起動時の半導体チップの温度と導体厚みの相関の解析結果である。
【００１５】
図９は、導体２０の厚みをパラメータにした、インバータ起動時のＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１の温度変化である。導体２０の厚みが１．５ｍｍ以下になると、ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１の温度が特に高くなる。導体２０の厚みが１．５ｍｍ以上の場合に、導体２０の熱容量の効果により、ＩＧＢＴおよびダイオードのインバータ起動時の温度が低くなる。
図１０は、本発明の第２の実施の形態のインバータ装置の半導体チップであるＩＧＢＴの定常熱抵抗と導体厚みの相関の解析結果である。
図１０は、導体２０の厚みをパラメータにした、ＩＧＢＴの定常熱抵抗の解析結果である。導体２０の厚みが３ｍｍ〜７ｍｍの時に、導体２０の熱拡散の効果により定常熱抵抗がほぼ最小となり、従来の電力用半導体素子のＩＧＢＴ定常熱抵抗より十分小さくなる。一方、導体２０の厚みが１．５ｍｍより薄く、または７ｍｍより厚くなると、ＩＧＢＴ熱抵抗が増大し始める。
故に、導体２０の厚みが１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下の時に、ＩＧＢＴおよびダイオードのインバータ起動時の温度が低くなり、かつＩＧＢＴおよびダイオードの定常熱抵抗も低くなる。
【００１６】
さらに、ＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１および導体２０と、金属用放熱板３０および冷却器２２は第１の絶縁樹脂シート２９で絶縁されている。一般的に、絶縁樹脂シートは厚みを薄くするほど、熱伝導率を向上させるほど絶縁耐圧は低下するが、第１の絶縁樹脂シート２９により既に絶縁が確保されているので、第２の絶縁樹脂シート３１の厚みを第１の絶縁樹脂シート２９の厚みより薄くし、第２の絶縁樹脂シート３１の熱伝導率を第１の絶縁樹脂シート２９の熱伝導率よりも高くすることにより、ＩＧＢＴおよびダイオードの熱抵抗を低減できる。
図１１は、本発明の第２の実施の形態のインバータ装置の製造方法を示す図である。
図１１の（Ａ）は、３相インバータの１アームをサイズが□１０ｍｍ以下の半導体チップであるＩＧＢＴ１７１およびダイオード１８１を複数個並列接続して構成し、さらに厚みが１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下の導体２０に前記３相インバータの１アームを構成する複数の半導体チップを接合し、前記導体２０を放熱用金属板３０にセラミックスを含有した第１の絶縁樹脂シート２９で接着している。この第１の絶縁樹脂シート２９の接着温度は、約１８０℃である。
【００１７】
さらに、ＩＧＢＴおよびダイオード、導体、絶縁樹脂シートは、周囲が放熱用金属板３０と接着されており正極端子２７および負極端子および３相出力端子２８および制御入出力端子２５を備えた樹脂パッケージ２６の内部に、絶縁性のゲルと共に封入されている。
ここまで製造された段階で、ＩＧＢＴおよびダイオードの電気的特性の中間検査を行い、不良となったものは廃棄する。このときのインバータ装置の構成単位としては、３相インバータの３相単位、１相単位、アーム単位で製造するなど色々と考えられるが、アーム単位で製造するのが最も不良品の無駄が少なくなる。
次に、中間検査に合格した電力用半導体素子を、（Ｂ）に示す第２の絶縁樹脂シート３１を用い、（Ｃ）に示す冷却器２２と接着する。このときの第２の絶縁樹脂シート３１の接着温度は、約１７０℃である。このとき、前記第１の絶縁樹脂シートの接着温度よりも低い温度となっている。これは、加圧接着することにより、先に接着を行った第１の絶縁樹脂シートが硬化しているので、同等以上の温度を与えると性能の劣化が生じるためである。尚、ここでは、約１８０℃と約１７０℃としているが、これに特定されるものではなく、第１の絶縁樹脂シートの接着温度よりも第２の絶縁樹脂シートの接着温度が低ければよい。
【００１８】
以上のようにインバータ装置を製造することにより、冷却器との接着を行う前に特性中間検査が可能となり、製造歩留まりが向上する。また、第１の実施の形態についても同様に、先ずは放熱用金属板３０より上部を製造して、中間検査を行い、その後冷却器２２に取付けねじ３により加圧接触させることにより、製造歩留まりを向上させることができる。
このように、本実施の形態では、電力用半導体素子内部のＩＧＢＴおよびダイオードチップの熱抵抗が低減し、冷却効率が向上し、インバータ装置の信頼性向上・小型化が図れると共に、電力用半導体素子の製造歩留まりも向上する。
本実施の形態では、冷却器は水冷式で説明を行ったが、冷却器は風冷式（風冷ヒートシック）およびヒートパイプ式および沸騰冷却式でも同様の効果があり、冷却器に拘束されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電力用半導体素子の冷却効率を向上し、インバータ装置の通電容量の向上・小型化に対応するインバータ装置及び電力用半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の電力用半導体素子内部の半導体チップの実装構造を示す部分縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の通電時の半導体チップの温度の解析結果。
【図３】本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の起動時の半導体チップの温度と導体厚みの相関の解析結果。
【図４】本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の半導体チップであるＩＧＢＴの定常熱抵抗と導体厚みの相関の解析結果。
【図５】本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の起動時、出力周波数１Ｈｚのときの半導体チップの過渡温度上昇の解析結果。
【図６】本発明の第１の実施の形態のインバータ装置の起動時、出力周波数０．３Ｈｚのときの半導体チップの過渡温度上昇の解析結果。
【図７】本発明の第２の実施の形態のインバータ装置の電力用半導体素子内部の半導体チップの実装構造を示す部分縦断面図。
【図８】本発明の第２の実施の形態のインバータ装置の通電時の半導体チップの温度の解析結果。
【図９】本発明の第２の実施の形態のインバータ装置の起動時の半導体チップの温度と導体厚みの相関の解析結果。
【図１０】本発明の第２の実施の形態のインバータ装置の半導体チップであるＩＧＢＴの定常熱抵抗と導体厚みの相関の解析結果。
【図１１】本発明の第２の実施の形態のインバータ装置の製造方法を示す図。
【図１２】従来のインバータ装置の平面断面図。
【図１３】従来のインバータ装置の側面断面図。
【図１４】従来の電力用半導体素子およびインバータ装置の内部部分断面図。
【符号の説明】
１７１：ＩＧＢＴ
１８１：ダイオード
１９：熱伝導グリース
２０：導体
２１：低融点または高融点はんだ
２２：冷却器
２４：メッキ
２９、３１：絶縁樹脂シート
３０：放熱用金属板
【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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【図１４】
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