(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力用スイッチング半導体素子を複数個内蔵し、外部直流電源に接続されるＰ電極およびＮ電極と、三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相出力端子とを外部に露出させたパワーモジュールにおいて、
前記Ｐ電極およびＮ電極は、前記パワーモジュールの一辺に沿って交互に配設され、
前記Ｐ電極およびＮ電極の一方の電極は、２個設けられ、
前記Ｐ電極およびＮ電極の他方の電極は、前記一辺の中央に設けられ、
前記一方の電極は、前記他方の電極を等ピッチで挟むように、前記他方の電極の両側に配置される
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記構成のパワーモジュールを２台用意し、Ｐ電極同士およびＮ電極同士をバスバーで接続した
ことを特徴とする請求項１記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記半導体装置の外部に露出する前記Ｐ電極およびＮ電極のうち、前記２箇所の外部露出箇所に設けられた１組の電極のうちいずれか一方を前記パワーモジュールの一辺より外側に延在させた
ことを特徴とする請求項１記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記構成のパワーモジュールを２台用意し、Ｐ電極同士およびＮ電極同士を接続した
ことを特徴とする請求項３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】
本発明は電力用半導体装置に関し、特に、６素子インバータ結線を有するパワーモジュールを２台接続する際の、外部直流端子の接続を容易にする半導体装置の電極配置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、６素子インバータ結線を有する電力用半導体装置は、直流の入力となるＰ電極・Ｎ電極と、三相交流の出力となるＵ・Ｖ・Ｗ相用電極とを有する。このような電力用半導体装置は、１台で使用する場合は、Ｐ電極には直流の正極を、Ｎ電極には直流の負極を入力として接続し、Ｕ・Ｖ・Ｗ相用電極には三相交流の負荷を接続する。
【０００３】
例えば図７は、従来の半導体電力変換回路を使用した例としてインバータ装置の主要回路構成を示す。１０は半導体スイッチ素子としてのダイオード６個を三相ブリッジ結線した半導体電力変換回路（モジュール）としてのコンバータ、２０はトランジスタとダイオードとを逆並列接続した半導体スイッチ回路６個を三相ブリッジ結線した半導体電力変換回路（モジュール）としてのインバータ、４０はコンバータ１０の整流電圧を平滑するコンデンサである。図示の交流側端子Ｒ，Ｓ，Ｔは交流電源に接続され、三相交流端子Ｕ，Ｖ，Ｗはインバータ装置の出力として負荷に接続される。
【０００４】
上記構成において、各モジュールのＰ端子およびＮ端子間を接続する接続導体は互いにその形状が異なり、インバータ装置構成に変更が有る場合、構成部品も変更する必要があり、組立作業および形状の標準化に問題があった。
【０００５】
上記課題を解決するために従来種々の方策が考えられており、例えば図８は、従来の半導体装置を１台で使用する場合の外形及び電極配置の模式図を示す。同図において、８１は半導体装置の直流正極の入力電極であるＰ電極を示し、８２は直流負極の入力電極であるＮ電極を示し、８３，８４，８５はそれぞれ三相交流の出力となるＵ・Ｖ・Ｗ相電極を示し、８６は半導体装置の外形を示す筺体（パワーモジュール）である。この従来構成の半導体装置では、半導体装置の外部に露出しているＰ電極（８１）・Ｎ電極（８２）がそれぞれ１箇所ずつ設けられている。
【０００６】
また、従来、電力用半導体装置（以下、「パワーモジュール」とも呼ぶ）を２台接続して使用する場合は、それぞれのＰ電極・Ｎ電極同士をバスバー等の直流入力接続導体を用いて接続した上で、このＰ・Ｎ電極にそれぞれ直流の正極及び負極を入力として接続し、Ｕ・Ｖ・Ｗ相電極には各々の三相交流の負荷を接続していた。
【０００７】
しかし、このような構成のＰ・Ｎ電極間には、半導体装置内部及び、バスバー等の直流入力接続導体のインダクタンスにより、サージが発生しやすい。そのため、半導体装置を設計する際は、半導体装置の外部に露出するＰ・Ｎ電極の間隔を極力最小にしてサージの低減を図っている。更に、バスバー等の直流入力接続導体についても、同様の手法を用いている。
【０００８】
しかしながら、このように電力用半導体装置を２台接続する場合は、サージ低減のために、半導体装置のＰ・Ｎ電極が位置する部分を近接配置してＰ・Ｎ電極の間隔を極力最小にしても、同一の半導体装置の場合はそれぞれのＰ・Ｎ電極は、点対称に位置することになり、その結果、Ｐ・Ｎ電極間隔が広くなっていた。
【０００９】
この対策として、従来では、図９に示すように、電力用半導体装置を２台（８６，８６’）接続する場合は、Ｐ・Ｎ電極の配置を入れ替えた半導体装置、即ち、Ｐ電極とＮ電極とを接続した上で、このＰ・Ｎ電極にそれぞれ直流の正極及び負極を入力として接続した半導体装置を新たに作成するといったことが考えられていた。しかし、その実施に当たっては、電極や外装筺体の金型を新規に制作する必要があり、金型費用がかさむためコスト高になってしまうといった課題があった。また、半導体装置の電極配置構成において、外部直流端子を接続する作業工程の容易さも考慮しなければならなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、同一形状の電力用半導体装置を２台接続して使用した場合でも、Ｐ・Ｎ電極間のサージ発生を抑制し、且つ、金型を新規に作成する必要がなく低コストの電力用半導体装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、電力用半導体装置を２台接続して使用した場合でも、外部直流端子の接続を容易にする半導体装置の電極配置構成を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様による電力用半導体装置は、６素子インバータ結線を内蔵し、半導体装置の直流入力端子となるＰ電極またはＮ電極の一方の電極の外部露出箇所を２箇所に構成したことを特徴とする。
【００１３】
即ち、電力用スイッチング半導体素子を複数個内蔵し、外部直流電源に接続されるＰ電極およびＮ電極と、三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相出力端子とを外部に露出させたパワーモジュールにおいて、上記Ｐ電極とＮ電極のいずれか一方の電極を２個設け、他方の電極の両側に配置した構成である。
【００１４】
上記構成において、パワーモジュールの一辺に沿ってＰ電極とＮ電極とを交互に配列し、上記Ｐ電極とＮ電極の何れか一方を２個設け、他方の電極を等ピッチで挟むように配設している。上記構成のパワーモジュールを２台用意し、Ｐ電極同士およびＮ電極同士をバスバーで接続してもよい。
【００１５】
本発明の第２の態様による電力用半導体装置は、前記Ｐ電極またはＮ電極の一方の電極上に接続子を付加したことを特徴とする。上記構成のパワーモジュールを２台用意し、Ｐ電極同士およびＮ電極同士をバスバーで接続してもよい。
【００１６】
本発明の第３の態様による電力用半導体装置は、前記半導体装置の外部に露出する前記Ｐ電極またはＮ電極のうち、前記２箇所の外部露出箇所に設けられた１組の電極のうちいずれか一方を上記半導体装置の外形より外側にオーバーハングさせたことを特徴とする。上記構成のパワーモジュールを２台用意し、Ｐ電極同士およびＮ電極同士をバスバーで接続してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の態様によるパワーモジュールは、電力用スイッチング半導体素子を複数個内蔵し、外部直流電源に接続されるＰ電極およびＮ電極と、三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相用出力端子とを外部に露出させた構成であり、このようなパワーモジュールの一辺に沿ってＰ電極とＮ電極を交互に３個配列し、Ｐ電極とＮ電極のいずれか一方の電極を２個設け、他方の電極の両側に等ピッチで挟むように配設したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の電力用半導体装置は、上記構成のパワーモジュールを２台用意し、Ｐ電極同士およびＮ電極同士をバスバーで接続した構成を有する。
【００１９】
上記構成により、接続される一組のパワーモジュールが同一品で対応できるので、パワーモジュールの標準化が可能となるとともに、バスバーの長さを短くできるのでインダクタンスの低減を図ることができる。また、Ｐ・Ｎ電極間のサージを低減することができるとともに、同一外形で２台の半導体装置を接続使用することが容易となる。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、２台のパワーモジュールのうち一方の半導体装置のＰ・Ｎ電極配置部のＰ電極またはＮ電極のいずれか一方の電極上に接続子を付加した構成である。上記構成により、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【００２１】
本発明の第３の態様によれば、前記交互に配列したＰ電極とＮ電極のいずれか一方の電極をＰ・Ｎ電極配置部の中央に配置し、この中央位置の電極の両側に他方の電極を等ピッチで配設し、上記両側配設の他方の電極のうちいずれか一方を、前記モジュールの前記一辺より外側に延在させ、この延在した電極がバスバーの役目をすることを特徴とする。
【００２２】
上記構成により、独立したバスバーが１本に減るため、バスバーのボルト締め箇所が少なくなり、分解・組立を短時間で行うことができるとともに、接触抵抗の低減による電気的ロスを低減できる。また、新たに接続子を付加することなく、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【００２３】
以下、図１乃至図６を用いて本発明の実施例について説明する。なお、各図において共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略している。
【００２４】
【実施例１】
図１は本発明の第１の実施例に係る半導体装置の外形と電極配置構成を示すもので、同図において、半導体装置の筺体（外形）６から外部に露出するＰ電極１またはＮ電極２の一方を半導体装置のＰ・Ｎ電極配置部の中央に配置し、他方の電極をその両側２箇所に等ピッチで前記電極を挟むように均等に配置する。図１に示す配置例では、Ｐ電極１をＰ・Ｎ電極配置部の中央に配置し、Ｎ電極２をＰ電極１の両側２箇所に均等な間隔をもって配置している。
【００２５】
図２は、図１に示す半導体装置と同一外形のものを２台（６、６’として図示）使用する場合の半導体装置の配置構成を示す。上記のように構成することにより、図２に示すごとく、２台の半導体装置をＰ・Ｎ電極が位置する部分を近接して配置した場合でも、それぞれの半導体装置のＰ・Ｎ電極が隣接した配置構成となる。
【００２６】
従って、Ｐ・Ｎ電極間のサージを低減することができるとともに、同一外形で２台の半導体装置を接続使用することが容易となる。
【００２７】
【実施例２】
本発明の第２の実施例に係る半導体装置について、図３および図４を用いて以下に説明する。本実施例の特徴は、実施例１で説明した図２に示す２台の半導体装置６，６’の一方の半導体装置のＰ・Ｎ電極配置部のＰ電極またはＮ電極上に接続子を付加したことである。
【００２８】
図３に示す構成例では、同一外形の２台の半導体装置６，６’のＰ・Ｎ電極配置部を近接配置し、その一方の半導体装置（６または６’）のＰ・Ｎ電極配置部の中央に配置したＰまたはＮ電極上に接続子を付加している。即ち、図３に示す例では、中央に配置したＰ電極１上に接続子７ａを付加した構成例を示している。
【００２９】
図４に示す構成例では、Ｐ・Ｎ電極配置部の両側に配置したＰまたはＮ電極上に接続子を付加した構成である。図４に示す例では、両側に配置した１組のＮ電極２上に接続子７ｂを付加した構成例を示している。
【００３０】
上記のように構成することにより、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【００３１】
【実施例３】
本発明の第３の実施例に係る半導体装置について、図５および図６を用いて以下に説明する。本実施例の特徴は、実施例１で説明した図１に示す半導体装置のＰ・Ｎ電極配置部の両側に配置したＰ電極またはＮ電極の右側または左側のいずれか一方の電極を半導体装置の筺体（外形）６より外側にオーバーハングさせたことである。図５に示す例では、２個のＮ電極８ａ，８ｂのうち右側配置のＮ電極８ｂを半導体装置の筺体（外形）６より外側にオーバーハングさせた構成としている。
【００３２】
図６は、図５に示す半導体装置と同一外形のものを２台（６、６’）使用する場合の半導体装置の配置構成を示す。図６に示す構成例では、２台の半導体装置６，６’のＰ・Ｎ電極配置部を近接配置し、その一方の半導体装置６のＰ・Ｎ電極配置部の右側に配置したＮ電極８ｂを筺体（外形）６より外側にオーバーハングさせて他方の半導体装置６’のＮ電極と接続し、同様に、他方の半導体装置６’のＰ・Ｎ電極配置部の右側に配置したＮ電極８ｂ’を筺体（外形）６’より外側にオーバーハングさせて一方の半導体装置６のＮ電極８ａと接続している。
【００３３】
上記のように構成することにより、実施例２で説明した接続子を付加する場合と同等の効果を得ることができる。即ち、新たに接続子を付加することなく、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の第１の態様によれば、パワーモジュールの一辺に沿ってＰ電極とＮ電極を交互に３個配列し、Ｐ電極とＮ電極のいずれか一方の電極を２個設け、他方の電極の両側に等ピッチで挟むように配設したことにより、Ｐ・Ｎ電極間のサージを低減することができるとともに、同一外形で２台の半導体装置を接続使用することが容易となる。
【００３５】
また、本発明の第２の態様によれば、Ｐ・Ｎ電極配置部の両側に配置したＰまたはＮ電極上に接続子を付加した構成とすることにより、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【００３６】
また、本発明の第３の態様によれば、Ｐ・Ｎ電極配置部の両側に配置したＰ電極またはＮ電極の右側または左側のいずれか一方の電極を半導体装置の外形より外側にオーバーハングさせたことにより、バスバー等の直流入力導体との接続を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例に係る半導体装置の外形と電極配置を示す模式図
【図２】  本発明の第１の実施例に係る半導体装置を２台使用する場合の電極配置を示す模式図
【図３】  本発明の第２の実施例に係る半導体装置を２台使用する場合の電極配置と接続子の配置を示す模式図
【図４】  本発明の第２の実施例に係る半導体装置を２台使用する場合の電極配置と接続子の配置を示す模式図
【図５】  本発明の第３の実施例に係る半導体装置の外形と電極配置を示す模式図
【図６】  本発明の第３の実施例に係る半導体装置を２台使用する場合の電極配置を示す模式図
【図７】  従来の半導体電力変換回路の一例を説明するための回路構成図
【図８】  従来の半導体装置の外形と電極配置を示す模式図
【図９】  従来の半導体装置を２台使用する場合の電極配置を示す模式図。
【符号の説明】
１  Ｐ電極
２  Ｎ電極
３  Ｕ相端子
４  Ｖ相端子
５  Ｗ相端子
６，６’  パワーモジュール外形
７ａ，７ｂ  接続子
８ｂ，８ｂ’  オーバーハング電極
【図１】
0004468614.tif 000002
【図２】
0004468614.tif 000003
【図３】
0004468614.tif 000004
【図４】
0004468614.tif 000005
【図５】
0004468614.tif 000006
【図６】
0004468614.tif 000007
【図７】
0004468614.tif 000008
【図８】
0004468614.tif 000009
【図９】
0004468614.tif 000010