(57)【要約】【課題】半導体チップの耐圧の低減とコンデンサの発熱低減との双方を同時に実現できるような半導体電力変換装置を提供する。【解決手段】半導体チップ構造２０において、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４を相対向するようにして配置し、Ｐブスバ２３の下面には第１のパワー半導体チップ２１を取り付けるとともに、Ｎブスバ２４の上面に第２のパワー半導体チップ２２を取り付ける。次いで、ハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２間にこれらと電気的に接続するようにしてＡＣブスバ２５を設ける。一方、コンデンサ３０は、上下（正負）電極を半導体チップ構造２０のＰブスバ２３及びＮブスバ２４で共有し、半導体チップ構造２０とコンデンサ３０とはＰブスバ２３及びＮブスバ２４を共通の支持体とすることにより、半導体チップ構造２０及びコンデンサ３０を互いに近接して並列に配置し、半導体電力変換装置１０を構成する。【選択図】図１
2007215396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体チップ、並びにこのパワー半導体チップを両側から挟み込むようにして設けられたＰブスバ及びＮブスバを含む半導体チップ構造と、コンデンサとを具える半導体電力変換装置であって、
前記コンデンサは、前記半導体チップ構造における前記Ｐブスバ及び前記Ｎブスバで挟み込むようにして支持し、前記半導体チップ構造と前記コンデンサとを並列に近接して配置するようにしたことを特徴とする、半導体電力変換装置。
【請求項２】
前記パワー半導体チップは、前記Ｐブスバに接触するようにして設けられた第１の半導体チップと、前記Ｎブスバに接触するようにして設けられた第２の半導体チップとを含み、前記第１の半導体チップ及び前記第２の半導体チップは、互いに対向するようにして位置し、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間にＡＣブスバを具え、このＡＣブスバは前記第１の半導体チップ及び前記第２のＮ型半導体チップと電気的に接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体電力変換装置。
【請求項３】
前記ＡＣブスバは、前記第１の半導体チップ及び前記第２の半導体チップに対してクリップ状のバネを介して電気的に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の半導体電力変換装置。
【請求項４】
前記Ｎブスバ及び前記Ｐブスバの少なくとも一方に接触するようにして、前記Ｎブスバ及び前記Ｐブスバの外方において絶縁層を具え、この絶縁層を介して所定のフレーム部材で実装するように構成したことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の半導体電力変換装置。
【請求項５】
前記Ｎブスバ及び前記Ｐブスバの少なくとも一方に所定の冷媒を流すように構成したことを特徴とする、請求項４に記載の半導体電力変換装置。
【請求項６】
前記ＡＣブスバ内に所定の冷媒を流すように構成したことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の半導体電力変換装置。
【請求項７】
前記絶縁層と前記Ｐブスバ及び前記Ｎブスバの少なくとも一方との間に冷却層を具えることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一に記載の半導体電力変換装置。
【請求項８】
前記フレーム部材はディスク状であって、前記半導体電力変換装置はディスク状に配列されて実装されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の半導体電力変換装置。
【請求項９】
前記フレーム部材は円帯状であって、前記半導体電力変換装置は円帯状に配列されて実装されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の半導体電力変換装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の半導体電力変換装置を具えることを特徴とする、モータ。
【請求項１１】
請求項９に記載の半導体電力変換装置を具えることを特徴とする、モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブッリド電気自動車などの電動車両に用いられる半導体電力変換装置、例えばバッテリから供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ装置などとして好適に用いることができる半導体電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流モータの駆動などに用いられるインバータなどの電力変換器には、ＩＰＭと呼ばれる半導体モジュールとコンデンサとが用いられている。この半導体モジュールは、パワー半導体チップをブスバ・ワイヤボンドなどの組み合わせで電気的に接続すると共に、チップからの発熱を冷却器へと熱的に接続するための熱回路を作りこんだモジュールである。
【０００３】
従来、上述したＩＰＭとコンデンサとは別々に設計されている。これは、部品機能の設計製造（電気的仕様・製造工程・冷却設計など）を別々に行いたいという要望に基づくものであるが、一方でお互いの設計に新たな仕様を追加する要因となっている。例えばＩＰＭ設計側からは、スイッチング時のサージ電圧をチップの耐圧以下にするために、ＩＰＭ内外のインダクタンス低減が設計上の課題となる。
【０００４】
また、コンデンサ設計からは、ＩＰＭ部分で発生するリプル電流が設計条件として与えられ、これを供給するためのコンデンサ自体の低ＥＳＬ化（寄生インダクタンスの低減）、またコンデンサ発熱を許容するためのコンデンサ自体の伝熱設計や低ＥＳＬ化（寄生抵抗の低減）が設計課題となる。寄生抵抗＝発熱はコンデンサの容量に反比例するので、損失が小さく放熱性のよいコンデンサ＝大形・大容量のコンデンサが必要となってしまう。但し、大形のコンデンサでは熱抵抗が小さいため、温度上昇が少なくて済むという利点が生じる。
【０００５】
一方、特開2004−335625ではＩＰＭ内に平型のコンデンサを近接設置しているが、上部構造がコンデンサ、下部構造がチップ実装面となっており、コンデンサ及び半導体モジュールをそれぞれ別の部材で支持することになって支持構造が複雑になる。また、特にコンデンサ自体の小型化も図れていないので、インダクタンスも従来より小さくなってはいない。したがって、このような技術では、上述した従来の問題を何ら解決するには至っていない。
【０００６】
このように、ＩＰＭ設計とコンデンサ設計とでは互いに相反するような観点から設計を行う必要があり、半導体チップの耐圧の低減とコンデンサの発熱低減との双方を同時に実現できるような（半導体）電力変換装置は未だに得られていない。
【０００７】
【特許文献１】特開2004−335625
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のＩＰＭとコンデンサとを接続するというシステム設計の持つ問題点を解消し、半導体チップの耐圧の低減とコンデンサの発熱低減との双方を同時に実現できるような半導体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】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明は、
パワー半導体チップ、並びにこのパワー半導体チップを両側から挟み込むようにして設けられたＰブスバ及びＮブスバを含む半導体チップ構造と、コンデンサとを具える半導体電力変換装置であって、
前記コンデンサは、前記半導体チップ構造における前記Ｐブスバ及び前記Ｎブスバで挟み込むようにして支持し、前記半導体チップ構造と前記コンデンサとを並列に近接して配置するようにしたことを特徴とする、半導体電力変換装置に関する。
【００１０】
本発明によれば、半導体電力変換装置を構成するコンデンサが、同じく前記半導体電力変換装置を構成する半導体チップ構造のＰブスバ及びＮブスバを共有し、これらブスバ間に挟まれるようにして位置し、前記半導体チップ構造と前記コンデンサとが並列に隣接して配置されるようにして構成されている。したがって、前記コンデンサのインダクタンスを前記半導体チップ構造に合致させるようにして決定させれば良く、その結果、前記インダクタンスを十分に低減させることができるようになる。
【００１１】
また、前記半導体チップ構造におけるブスバのインダクタンス自体が十分に小さく、外部結線のためのワイヤボンディングなどのインダクタンスを向上させるような要素も極めて少ない。したがって、前記半導体チップ構造自体のインダクタンスが十分に小さいことに起因して、前記コンデンサのインダクタンスをさらに低減することができる。したがって、スイッチング時のサージも十分に低減することができるので、前記半導体チップ構造の耐圧も十分に低減することができる。
【００１２】
なお、本発明の好ましい態様においては、前記パワー半導体チップは、前記Ｐブスバに接触するようにして設けられた第１の半導体チップと、前記Ｎブスバに接触するようにして設けられた第２の半導体チップとを含み、前記第１の半導体チップ及び前記第２の半導体チップは、互いに対向するようにして位置し、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間にＡＣブスバを具え、このＡＣブスバは前記第１の半導体チップ及び前記第２の半導体チップと電気的に接合されているように構成する。
【００１３】
このような構成によれば、上記半導体チップ構造のコンダクタンスを増大させることなく、前記電力変換装置において直流電力から変換された交流電力を効率的に取り出すことができるようになる。また、前記交流電力を取り出すに際して、前記半導体チップ構造に対して応力が負荷されることがないので、前記半導体チップ構造に対するダメージを大幅に低減することができる。
【００１４】
また、本発明の他の好ましい態様においては、前記ＡＣブスバは、前記第１の半導体チップ及び前記第２の半導体チップに対してクリップ状のバネを介して電気的に接続する。この場合、前記ＡＣブスバ及び前記第１の半導体チップ、前記第２の半導体チップ間において、前記バネは前記ＡＣブスバ及び前記第１の半導体チップ、前記第２の半導体チップに対して圧接するようになるので、前記ＡＣブスバと前記第１の半導体チップ及び前記第２の半導体チップとの電気的接続を確実に行うことができるようになる。
【００１５】
さらに、本発明のその他の好ましい態様においては、前記Ｎブスバ及び前記Ｐブスバの少なくとも一方に接触するようにして、前記Ｎブスバ及び前記Ｐブスバの外方において絶縁層を具え、この絶縁層を介して所定のフレーム部材で実装するように構成する。これによって、前記半導体チップ構造などの絶縁性を確実に保持した上で、半導体電力変換装置の実装を行うことができるようになる。
【００１６】
また、本発明の他の態様においては、前記Ｎブスバ及び前記Ｐブスバの少なくとも一方に所定の冷媒を流すように構成することができ、また、前記ＡＣブスバ内に所定の冷媒を流すように構成することができる。これによって、前記ブスバなどがヒートシンクとして機能するようになり、前記半導体チップからの発熱を効果的に吸収することができるとともに、小型化してインダクタンスが小さくなったことによる前記コンデンサからの発熱を効果的に吸収することができる。
【００１７】
なお、上述したブスバ内などに冷媒を流す代わりに、前記絶縁層と前記Ｐブスバ及び前記Ｎブスバの少なくとも一方との間に冷却層を設け、この冷却層によって上述した発熱を吸収するようにすることもできる。この冷却層は、所定の冷媒を流すように構成した冷却ジャケット様に構成することもできるし、熱伝導性に優れた材料から構成することにより、熱吸収層すなわち放熱層として構成することもできる。また、後者の場合においては、層の少なくとも一部を冷媒と接触させて冷却するように構成することもできる。
【００１８】
なお、本発明の一態様において、前記フレーム部材はディスク状であって、前記半導体電力変換装置はディスク状に配列して実装するようにすることができる。本例においては、円盤型の構造をもつモータの端部などに上記半導体電力変換装置を内蔵し、例えばＡＣブスバをモータの巻き線に、ＰＮブスバをモータ外部の直流給電線に接続することにより、前記モータをコンパクト化することができる。
【００１９】
また、本発明の他の態様において、前記フレーム部材は円帯状であって、前記半導体電力変換装置は円帯状に配列して実装するようにすることができる。本例においても、円筒型の構造をもつモータの端部などに上記半導体電力変換装置を内蔵し、例えばＡＣブスバをモータの巻き線に、ＰＮブスバをモータ外部の直流給電線に接続することにより、前記モータをコンパクト化することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、ＩＰＭとコンデンサとを接続するというシステム設計の持つ問題点を解消し、半導体チップの耐圧の低減とコンデンサの発熱低減との双方を同時に実現できるような半導体電力変換装置を提供することができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の半導体電力変換装置の一例を概略的に示す構成図である。図１に示す半導体電力変換装置１０は、互いに並列に配置された半導体チップ構造２０とコンデンサ３０とを具えている。
【００２３】
半導体チップ構造２０においては、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４が相対向するようにして配置されているとともに、Ｐブスバ２３の下面には第１のパワー半導体チップ（ハイサイド半導体チップ）２１が取り付けられるとともに、Ｎブスバ２４の上面には第２のパワー半導体チップ（ローサイド半導体チップ）２２が取り付けられ、互いに対向するようにして配置されている。また、ハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２間にはＡＣブスバ２５が設けられている。なお、ＡＣブスバ２５は、図示しない部材（ワイヤ）などで、ハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２と電気的に接続されている。
【００２４】
一方、コンデンサ３０は、上下（正負）電極を半導体チップ構造２０のＰブスバ２３及びＮブスバ２４で共有している。したがって、半導体チップ構造２０とコンデンサ３０とはＰブスバ２３及びＮブスバ２４を共通の支持体としている。したがって、半導体電力変換装置１０において、その構成要素である半導体チップ構造２０及びコンデンサ３０は共通の支持体で支持されることになるので、それらの支持構造を簡略化することができる。
【００２５】
また、コンデンサ３０がＰブスバ２３及びＮブスバ２４間に挟まれるようにして位置し、半導体チップ構造２０とコンデンサ３０とが並列に隣接して配置されるようにして構成されているので、コンデンサ３０のインダクタンスを半導体チップ構造２０に合致させるようにして決定させれば良く、その結果、前記インダクタンスを十分に低減させることができるようになる。
【００２６】
なお、図１に示す電力変換装置１０においては、半導体チップ構造２０におけるＰブスバ２３及びＮブスバ２４のインダクタンス自体が後述するように十分に小さく、外部結線のためのワイヤボンディングなどのインダクタンスを増加させるような要素も極めて少ない。したがって、半導体チップ構造２０自体のインダクタンスが十分に小さいことに起因して、コンデンサ３０のインダクタンスをさらに低減することができる。したがって、スイッチング時のサージも十分に低減することができるので、半導体チップ構造２０の耐圧も十分に低減することができる。
【００２７】
また、図１に示す電力変換装置１０においては、ＡＣブスバ２５はハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２間に設けられ、互いに電気的に結合するようにして構成されている。したがって、半導体チップ構造２０のコンダクタンスを増大させることなく、電力変換装置１０において直流電力から変換された交流電力を効率的に取り出すことができるようになる。また、前記交流電力を取り出すに際して、半導体チップ構造２０に対して後述するように応力が付加されることがないので、半導体チップ構造２０に対するダメージを大幅に低減することができる。
【００２８】
さらに、図１に示す電力変換装置１０においては、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４の外方において絶縁層４１及び４２を介して所定のフレーム部材が設けられ、これによって実装されている。
【００２９】
なお、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４、並びにＡＣブスバ２５は、以下に示すように所定の冷却層として機能させることができる。
【００３０】
図２〜図６、図９〜図１４は、図１に示す電力変換装置１０における種々の態様を具体的に示す側（断）面図である。
【００３１】
図２は主として、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４とＡＣブスバ２５との接続態様を説明するための図である。基本的な構成は図１に示す構成と同じである、図１に示す半導体チップ構造と同一構成の半導体チップ構造と、図１に示すコンデンサと同じコンデンサとを含んでいる。上述したように、半導体チップ構造２０を構成するＰブスバ２３及びＮブスバ２４とＡＣブスバ２５とは電気的に接続されていることが必要であるが、本例においては、このような電気接続をクリップ状のバネ４５を２重に配置して用いることにより実施している。バネ４５は、ＡＣブスバ２５及びハイサイド半導体チップ２１、ローサイド半導体チップ２２に対して圧接するようになるので、ＡＣブスバ２５とハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２との電気的接続を確実に行うことができるようになる。
【００３２】
なお、本例では、実装を行うための絶縁性支持部材４７がフレーム部材４３及び４４間に挿入されており、実装をより正確に行うように構成されている。また、ハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２にはゲート信号線４６が接続されている。
【００３３】
図３も主として、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４とＡＣブスバ２５との接続態様を説明するための図である。但し、図３に示す態様は、基本的には図２に示す態様と同じであるが、図２に示す態様では、ＡＣブスバ２５とハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２との電気的接続をバネ４５を２重にして実施したのに対し、図３に示す例は、バネ４５を１重にしている点で相違する。しかしながら、図３に示す態様においても図２に示す態様と同様に、ＡＣブスバ２５とハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２との電気的接続を確実に行うことができる。
【００３４】
また、図３に示す態様では、実装の際の絶縁性支持部材４７をＰブスバ２３及びＮブスバ２４間に挿入するようにしているが、この場合においても、図２に示す態様と同様に実装を確実に行うことができるようになる。
【００３５】
図４は主として、本発明の電力変換装置において冷却効果を付与した場合の態様を説明するための図である。図４に示す例においては、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４内にそれぞれ冷媒用通路２３Ａ及び２４Ａを形成し、この中を水などの冷媒が流れるようにして構成している。この場合、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４がヒートシンクとして機能するようになり、ハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２からの発熱を効果的に吸収することができるとともに、小型化してインダクタンスが小さくなったことによるコンデンサ３０からの発熱を効果的に吸収することができる。
【００３６】
なお、図４に示す例では、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４の双方に冷媒を流すように構成しているが、いずれか一方のみに流すように構成することもできる。この場合、ＡＣブスバ２５とハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２との間に設けたクリップ状のバネ４５は、電気的接続の機能を果たすのみでなく、熱的接続の機能をも果たすようにして、ＡＣブスバ２５及びハイサイド半導体チップ２１、ローサイド半導体チップ２２に対して圧接するようにする。
【００３７】
具体的には、Ｐブスバ２３内のみに冷媒を流すように構成した場合は、バネ４５とＡＣブスバ２５及びハイサイド半導体チップ２１、ローサイド半導体チップ２２とが、熱的接続の機能を果たすようにして構成されていないと、ローサイド半導体チップ２２による発熱をバネ４５を介してＰブスバ２３で十分に吸収することができない。また、Ｎブスバ２５内のみに冷媒を流すように構成した場合は、バネ４５とＡＣブスバ２５及びハイサイド半導体チップ２１、ローサイド半導体チップ２２とが、熱的接続の機能を果たすようにして構成されていないと、ハイサイド半導体チップ２１による発熱をバネ４５を介してＮブスバ２４で十分に吸収することができない。
【００３８】
なお、バネ４５は汎用のベリリウムなどのバネ材で構成することができ、このような場合は、上記熱的接続を十分に確保すべく、バネ４５とＡＣブスバ２５及びハイサイド半導体チップ２１、ローサイド半導体チップ２２との接触面積を十分に確保するようにする。具体的には、図１４に示すように、バネ４５を増やして接触面積を増加させるとよい。また、バネ４５は金、銀、銅、又はアルミニウムなど高熱伝導性の材料から構成することもできる。
【００３９】
図５は主として、図４に示す例と同様に、本発明の電力変換装置において冷却効果を付与した場合の態様を説明するための図である。図５に示す例においては、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４内にそれぞれ冷媒用通路２３Ａ及び２４Ａを形成するとともに、ＡＣブスバ２５内にも冷媒用通路２５Ａを形成し、これら通路内に水などの冷媒が流れるようにして構成している。この場合、Ｐブスバ２３、Ｎブスバ２４及びＡＣブスバ２５がヒートシンクとして機能するようになり、ハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２からの発熱を効果的に吸収することができるとともに、小型化してインダクタンスが小さくなったことによるコンデンサ３０からの発熱を効果的に吸収することができる。
【００４０】
なお、図５に示す例では、Ｐブスバ２３及びＮブスバ２４と、ＡＣブスバ２５とに冷媒を流すように構成しているが、ＡＣブスバ２５のみに流すように構成することもできる。この場合においても、図４に示す場合と同様に、ＡＣブスバ２５とハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２との間に設けたクリップ状のバネ４５は、電気的接続の機能を果たすのみでなく、熱的接続の機能をも果たすようにして、ＡＣブスバ２５及びハイサイド半導体チップ２１、ローサイド半導体チップ２２に対して圧接するようにする。
【００４１】
具体的には、ＡＣブスバ２５内のみに冷媒を流すように構成した場合は、バネ４５とＡＣブスバ２５及びハイサイド半導体チップ２１、ローサイド半導体チップ２２とが、熱的接続の機能を果たすようにして構成されていないと、ハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２による発熱をバネ４５を介してＡＣブスバ２５で十分に吸収することができない。
【００４２】
図６は主として、図４に示す例と同様に、本発明の電力変換装置において冷却効果を付与した場合の態様を説明するための図である。本例においては、Ｐブスバ２３及び絶縁層４１間、並びにＮブスバ２４及び絶縁層４２間において、冷却層４８を設けている。したがって、この冷却層４８によって、ハイサイド半導体チップ２１及びローサイド半導体チップ２２からの発熱を吸収し、小型化してインダクタンスが小さくなったことによるコンデンサ３０からの発熱を吸収するようにすることができる。
【００４３】
冷却層４８は、所定の冷媒を流すように構成した冷却ジャケット様に構成することもできるし、熱伝導性に優れた材料から構成することにより、熱吸収層すなわち放熱層として構成することもできる。また、後者の場合においては、層の少なくとも一部を冷媒と接触させて冷却するように構成することもできる。
【００４４】
なお、冷却層４８をＰブスバ２３側あるいはＮブスバ２４側のみに設ける場合、上記同様にバネ４５の、ＡＣブスバ２５及びハイサイド半導体チップ２１、ローサイド半導体チップ２２との熱的接続を十分に採るようにする。
【００４５】
図９および図１０は、本発明の半導体電力変換装置につき、具体的な接合構造を示す構成図である。図９および図１０に示す半導体電力変換装置１０も、図１に示す実施例と同様、互いに並列に配置された半導体チップ構造２０とコンデンサ３０とを具えている。コンデンサ３０は、上下（正負）電極を半導体チップ構造２０のＰブスバ２３及びＮブスバ２４で共有し、半導体チップ構造２０とコンデンサ３０とはＰブスバ２３及びＮブスバ２４を共通の支持体としている。
一方、図９に示す半導体電力変換装置１０は、コンデンサ３０の上下（正負）電極をハンダからなるハンダ層４９，５０でＰブスバ２３及びＮブスバ２４にそれぞれ接合する。ハイサイド半導体チップ２１の表面電極をハンダ層５１でＰブスバ２３に接合する。ローサイド半導体チップ２２の表面電極をハンダ層５２でＮブスバ２４に接合する。
これらＰブスバ２３及びＮブスバ２４と、コンデンサ３０および半導体チップ２１，２２を接合する手段としてはハンダ層４９〜５２の他、導電性の接合手段であればよい。
【００４６】
また図１０に示す半導体電力変換装置１０は、コンデンサ３０の上端を接着剤からなる接着層５３でＰブスバ２３に接着する。コンデンサ３０の下端を接着剤からなる接着層５４でＮブスバ２４に接着する。これら接着層５３，５４は絶縁性支持部材であって、コンデンサ３０をＰブスバ２３及びＮブスバ２４間に絶縁下に支持する。そしてコンデンサ３０の正負電極をリード線５５，５６でＰブスバ２３及びＮブスバ２４にそれぞれ接合する。
【００４７】
半導体電力変換装置１０のインダクタンスについて説明すると、電磁誘導はインダクタンスと電流の変化率との積によって決まることから、電力変換装置１０においてリプル電流が流れる部位のインダクタンスを小さくすることが効果的である。まずリプル電流の原因となる、力行時及び回生時に半導体チップ構造２０を流れる電流経路につき図１１に示す。図１１の構成図において、実線の矢は力行時の電流の流れを示す。力行時において電流は、コンデンサ３０と、ハンダ層４９と、Ｐブスバ２３と、ハンダ層５１と、ハイサイド半導体チップ２１と、バネ４５と、ＡＣブスバ２５とを順次流れる。
図１１中、破線の矢は回生時の電流の流れを示す。回生時において電流は、コンデンサ３０と、ハンダ層５０と、Ｎブスバ２４と、ハンダ層５２と、ローサイド半導体チップ２２と、バネ４５と、ＡＣブスバ２５とを順次流れる。
【００４８】
そうするとリプル電流の流れは図１２に実線の矢で示すようなものとなる。リプル電流はＡＣブスバ２５と、バネ４５と、ローサイド半導体チップ２２と、ハンダ層５２と、Ｎブスバ２４と、ハンダ層５０と、コンデンサ３０と、ハンダ層４９と、Ｐブスバ２３と、ハンダ層５１と、ハイサイド半導体チップ２１と、バネ４５とを順次流れ、ＡＣブスバ２５に戻るよう周回する。
【００４９】
本発明の半導体電力変換装置１０によれば、図１２に実線で示すリプル電流の経路を最短にすることが可能となることから、半導体電力変換装置１０のインダクタンスを小さくすることができる。
【００５０】
半導体電力変換装置１０に付加される応力について説明する。半導体電力変換装置１０の外部端子（ブスバ）には各種の外力がかかる。つまり、半導体電力変換装置１０から突出するＡＣブスバ２５の先端２５ｓは、ボルト及びナット等で導体５７と結合する。図１３に矢で示すように、導体５７側からブスバ２５側にねじれやこじれといった外力がかかる。
【００５１】
本発明の半導体電力変換装置１０によれば、図１３に矢で示すように絶縁性支持部材４７が上記の外力を受け持つため、半導体電力変換装置１０内部の半導体チップ２１，２２に応力が発生することを防止することが可能になる。したがって、応力による半導体電力変換装置１０の損傷を回避することができる。
【００５２】
図７は、本発明の電力変換装置を具体的な用途として実装した例を示すものである。図６に示す例においては、フレーム部材４３及び４４がディスク状であって、半導体電力変換装置１０はディスク状に配列されて実装されている。なお、この場合において、電力変換装置１０の向きは任意に設定することができる。例えば、コンデンサ３０が半径内側に位置し、半導体チップ構造２０が半径外側に位置するように配列することができ、さらにはその逆に配列するようにすることもできる。また、半導体チップ構造２０及びコンデンサ３０が同じ円周上に位置するように配列することができる。
【００５３】
図７に示す構成によれば、円盤型の構造をもつモータの端部などに半導体電力変換装置１０を内蔵し、例えばＡＣブスバ２５をモータの巻き線に、ＰＮブスバ２３及び２４をモータ外部の直流給電線に接続することにより、前記モータをコンパクト化することができる。
具体的には図１５の斜視図に示すように、モータ５８から軸方向に突出する回転軸５９とは軸方向反対側になるモータ５８の端部に半導体電力変換装置１０を取り付ける。半導体電力変換装置１０のＰＮブスバ２３及び２４には、直流給電線６０及び６１をそれぞれ接続する。半導体電力変換装置１０のＡＣブスバ２５には、導体５７を介してモータ５８のコイル６２を接続する。このコイル６２は、回転軸５９と結合するロータ６３の外径方向に周方向等間隔に配列されている。
【００５４】
図８は、図７に示す場合と同様に、本発明の電力変換装置を具体的な用途として実装した例を示すものである。図８に示す例においては、フレーム部材４３及び４４が円帯状であって、半導体電力変換装置１０は円帯状に配列されて実装されている。なお、この場合において、電力変換装置１０の向きは任意に設定することができる。例えば、図８（ａ）に示すように、半導体チップ構造２０及びコンデンサ３０が同じ円周上に周方向で異なる部位で位置するように配列することができる。また、図８（ｂ）に示すように、半導体チップ構造２０及びコンデンサ３０が同じ円周上かつ周方向で同じ部位であってコンデンサ３０が軸方向の一方側に位置し、半導体チップ構造２０が軸方向の他方側に位置するように配列することができる。
【００５５】
図８に示す構成によれば、円筒型の構造をもつモータの端部などに半導体電力変換装置１０を内蔵し、例えばＡＣブスバ２５をモータの巻き線に、ＰＮブスバ２３及び２４をモータ外部の直流給電線に接続することにより、前記モータをコンパクト化することができる。
【００５６】
以上、具体例を挙げながら本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の半導体電力変換装置の一例を概略的に示す構成図である。
【図２】図１に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（断）面図である。
【図３】同じく、図１に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（断）面図である。
【図４】同じく、図１に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（断）面図である。
【図５】同じく、図１に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（断）面図である。
【図６】同じく、図１に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（断）面図である。
【図７】本発明の電力変換装置を具体的な用途として実装した例を示す斜視図である。
【図８】同じく、本発明の電力変換装置を具体的な用途として実装した例を示す側面図であり、（ａ）は一例を、（ｂ）は他の例を示す。
【図９】図１に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（断）面図である。
【図１０】同じく、図１に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（断）面図である。
【図１１】半導体電力変換装置の電流経路を示す側（断）面図である。
【図１２】半導体電力変換装置のリプル電流の流れを示す側（断）面図である。
【図１３】半導体電力変換装置に入力される外力の伝達径路を示す側（断）面図である。
【図１４】図１に示す電力変換装置における種々の態様を具体的に示す側（断）面図である。
【図１５】本発明の電力変換装置を具体的な用途として実装した例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  半導体電力変換装置
２０  半導体チップ構造
２１  第１の半導体チップ（ハイサイド半導体チップ）
２２  第２の半導体チップ（ローサイド半導体チップ）
２３  Ｐブスバ
２４  Ｎブスバ
２５  ＡＣブスバ
３０  コンデンサ
４１，４２  絶縁層
４３，４４  フレーム部材
４５  クリップ状バネ
４６  ゲート信号線
４７  絶縁性支持部材
４８  冷却層
４９〜５２  ハンダ層
５３，５４  接着層
５５，５６  リード線
５７  導体
５８  モータ
５９  回転軸
６２  コイル
【図１】
2007215396.tif 000003
【図２】
2007215396.tif 000004
【図３】
2007215396.tif 000005
【図４】
2007215396.tif 000006
【図５】
2007215396.tif 000007
【図６】
2007215396.tif 000008
【図７】
2007215396.tif 000009
【図８】
2007215396.tif 000010
【図９】
2007215396.tif 000011
【図１０】
2007215396.tif 000012
【図１１】
2007215396.tif 000013
【図１２】
2007215396.tif 000014
【図１３】
2007215396.tif 000015
【図１４】
2007215396.tif 000016
【図１５】
2007215396.tif 000017