(57)【要約】【課題】積層方向の長さが増大することを抑制しながら、要求仕様に調整しやすい電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１００は、半導体装置と冷却板を積層して構成されている。複数の半導体装置は、第１の第１封止型半導体装置２４ａと、第２の第１封止型半導体装置２４ｂと、第２封止型半導体装置２６ａ，２６ｂ，２６ｃを含んでいる。第１の第１封止型半導体装置２４ａは、第１高電位側端子ＨＴ１と第１低電位側端子ＬＴ１を有している。第２の第１封止型半導体装置２４ｂは、第２高電位側端子ＨＴ２と、第２低電位側端子ＬＴ２を有している。積層方向１０１に沿ってみたときに、第１高電位側端子ＨＴ１と、第２低電位側端子ＬＴ２が重なるように配置されている。【選択図】図１
2016163396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体装置と複数の冷却板を備えており、各半導体装置がその半導体装置に隣接する冷却板に密着した状態で各冷却板と交互に積層されている電力変換装置であって、
前記複数の半導体装置には、少なくとも２個の第１封止型半導体装置と、第２封止型半導体装置が含まれており、
前記第１封止型半導体装置は、第１トランジスタと前記第１トランジスタに並列に接続されている第１ダイオードを含む第１半導体構造を備え、前記第１半導体構造が第１樹脂で封止されており、
前記第２封止型半導体装置は、第２トランジスタと前記第２トランジスタに並列に接続されている第２ダイオードを含む第２半導体構造を複数個備え、前記複数個の第２半導体構造に含まれる前記第２トランジスタの少なくとも２個が直列に接続されており、前記複数個の第２半導体構造が第２樹脂で封止されており、
前記第１封止型半導体装置は、前記第１ダイオードのカソードに接続されているとともに一部が前記第１樹脂の外部に位置している高電位側端子と、前記第１ダイオードのアノードに接続されているとともに一部が前記第１樹脂の外部に位置している低電位側端子を有しており、
前記第１の第１封止型半導体装置の第１低電位側端子と、前記第２の第１封止型半導体装置の第２高電位側端子が接続されており、
積層方向に沿ってみたときに、前記第１の第１封止型半導体装置の第１高電位側端子の前記第１樹脂の外部に位置している部分と、前記第２の１封止型半導体装置の第２低電位側端子の前記第１樹脂の外部に位置している部分が重なるように配置されている、電力変換装置。
【請求項２】
各々の第２半導体構造に含まれる前記第２トランジスタと前記第２ダイオードが、１個の半導体基板に作りこまれている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記積層方向に沿ってみたときに、前記第１低電位側端子の前記第１樹脂の外部に位置している部分と、前記第２高電位側端子の前記第１樹脂の外部に位置している部分が重なるように配置されている請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
コンバータとインバータを備えており、
前記コンバータが、前記第１の第１封止型半導体装置と、前記第２の第１封止型半導体装置と、前記第１低電位側端子と前記第２高電位側端子を接続する導体と電源との間に接続されているリアクトルで構成されており、
前記インバータが、複数の第２封止型半導体装置で構成されており、
各々の第２封止型半導体装置において、直列接続されている第２トランジスタの一端が前記第１高電位側端子に接続されており、他端が前記第２低電位側端子に接続されている請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
第３の第１封止型半導体装置をさらに備えており、
前記コンバータが、前記第１の第１封止型半導体装置と、前記第２の第１封止型半導体装置と、第３の第１封止型半導体装置と、前記リアクトルによって構成されている、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第３の第１封止型半導体装置の第３高電位側端子が、前記第１低電位側端子と接続されている、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１の前記第１封止型半導体装置と前記第３の第１封止型半導体装置が前記冷却板を介して積層されており、
積層方向に沿ってみたときに、前記第１高電位側端子の前記第１樹脂の外部に位置している部分と、前記第３の第１封止型半導体装置の第３低電位側端子の前記第１樹脂の外部に位置している部分が重なるように配置されている請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第３の第１封止型半導体装置の第３低電位側端子が、前記第２高電位側端子と接続されている、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１の第１封止型半導体装置と前記第３の第１封止型半導体装置が前記冷却板を介して積層されており、
積層方向に沿ってみたときに、前記第１高電位側端子の前記第１樹脂の外部に位置している部分と、前記第３の第１封止型半導体装置の第３高電位側端子の前記第１樹脂の外部に位置している部分が重なるように配置されている請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第１半導体構造が作りこまれている第１半導体素子と、第３トランジスタと前記第３トランジスタに並列に接続されている第３ダイオードを含む第３半導体構造が作りこまれている第２半導体素子とが、前記第１樹脂で封止されており、
前記第１トランジスタと前記第３トランジスタが並列に接続されている請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、電力変換装置に関する。特に、半導体装置と冷却板を交互に積層した構造を備える電力変換装置に関する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置と冷却板を交互に積層した電力変換装置が開発され、特許文献１に開示されている。特許文献１の電力変換装置では、１個の半導体装置の内部に、上アーム回路を構成する半導体素子と下アーム回路を構成する半導体素子が内蔵されている。具体的には、トランジスタと、そのトランジスタに並列に接続されているダイオードを有する半導体素子（還流ダイオード付トランジスタ）が、１個の半導体装置内に２個内蔵されている。なお、２個のトランジスタは直列に接続されている。２個の半導体素子が、樹脂で封止されている。特許文献１の電力変換装置は、上記の半導体装置が、冷却板を介して複数段に亘って積層されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９３３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電力変換装置は、上アーム回路を構成する半導体素子と下アーム回路を構成する半導体素子の両者を１個の半導体装置内に内蔵している。そのため、必要とされる半導体素子の数に対して、半導体装置の個数を少なくすることができる。上アーム回路を構成する半導体素子のみを内蔵している半導体装置、あるいは、下アーム回路を構成する半導体素子のみを内蔵している半導体装置を用いると、上アーム回路を構成する半導体素子と下アーム回路を構成する半導体素子の両者を内蔵している半導体装置と比較して、半導体装置の個数が増える。なお、本明細書では、１組の「トランジスタと、そのトランジスタに並列に接続されているダイオード」を内蔵している半導体装置を１ｉｎ１半導体装置という。また、Ｎ組（Ｎは２以上）の「トランジスタと、そのトランジスタに並列に接続されているダイオード」を内蔵しており、Ｎ個のトランジスタのうちの少なくとも２個が直列に接続されている半導体装置をＮｉｎ１半導体装置という。例えば、特許文献１の半導体装置は、２組の「トランジスタと、そのトランジスタに並列に接続されているダイオード」を内蔵しており、２個のトランジスタが直列に接続されているので、２ｉｎ１半導体装置という。
【０００５】
電力変換装置として、コンバータ、インバータ、コンバータとインバータの機能を合わせ持つものが挙げられる。例えば、コンバータの場合、下アームについては２個の回路を並列に用意する必要があるのに対し、上アームについては１個の回路を用意すれば十分なことがある。その反対に、上アームについては２個の回路を並列に用意する必要があるのに対し、下アームについては１個の回路を用意すれば十分なことがある。あるいは、コンバータを構成するリアクトルと接続するために、２ｉｎ１半導体装置を利用できない場合もある。また、異なるモータを駆動するための電力変換装置を１個のユニットとすることもある。目的とする電力変換装置によっては、同種の半導体装置（例えば２ｉｎ１半導体装置）のみを積層するのではなく、異種の半導体装置（例えば１ｉｎ１半導体装置と２ｉｎ１半導体装置）を積層することが好ましい場合がある。
【０００６】
電力変換装置は、上アーム回路と下アーム回路を各々特定の周期でオン・オフすることにより電圧を昇圧したり降圧する。上アーム回路，下アーム回路をオン・オフすると、回路を構成している半導体装置内にサージが発生することがある。特に、高周波でオン・オフが切り替わる電力変換装置では、１ｉｎ１半導体装置は、Ｎｉｎ１半導体装置よりも入力・出力端子の数が増大するので、サージの問題が顕著になる。１ｉｎ１半導体装置とＮｉｎ１半導体装置を混載した電力変換装置では、１ｉｎ１半導体装置におけるサージの発生を抑制することが求められる。本明細書では、１ｉｎ１半導体装置とＮｉｎ１半導体装置を混載した電力変換装置において、１ｉｎ１半導体装置におけるサージの発生を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する電力変換装置では、上アーム回路と接続している高電位側端子に流れる電流と、下アーム回路と接続している低電位側端子に流れる電流を用いて、サージ電圧が発生することを抑制する。具体的には、高電位側端子に接続される配線と下電位側端子に接続される配線を平行に配置し、両配線を流れる電流を逆向きにすることにより、通電により発生する磁界を打ち消しあい、相互インダクタンスが発生することを抑制する。相互インダクタンスの発生を抑制することにより、結果として半導体装置内でサージが発生することが抑制される。なお、上アーム回路と下アーム回路を備える電力変換装置では、理論的には、電流は上アーム回路と下アーム回路に同時に流れない。しかしながら、上アーム回路（または下アーム回路）がオン状態からオフ状態に切り替わる過程において、過渡的に上アーム回路と下アーム回路に同時に電流が流れる期間がある。本明細書で開示する電力変換装置では、このような上アーム回路と下アーム回路に同時に電流が流れる期間を利用して、相互インダクタンスの発生を抑制し、サージの発生を抑制する。
【０００８】
本細書で開示する電力変換装置は、複数の半導体装置と複数の冷却板を備えており、各半導体装置がその半導体装置に隣接する冷却板に密着した状態で各冷却板と交互に積層されている。複数の半導体装置には、少なくとも２個の第１封止型半導体装置と、第２封止型半導体装置が含まれている。第１封止型半導体装置は、第１トランジスタと１トランジスタに並列に接続されている第１ダイオードを含む第１半導体構造を備えている。第１半導体構造は、第１樹脂で封止されている。第２封止型半導体装置は、第２トランジスタと第２トランジスタに並列に接続されている第２ダイオードを含む第２半導体構造を複数個備えている。複数個の第２トランジスタに含まれる第２トランジスタの少なくとも２個は、直列に接続されている。複数個の第２半導体構造は、第２樹脂で封止されている。第１封止型半導体装置は、第１ダイオードのカソードに接続されているとともに一部が第１樹脂の外部に位置している高電位側端子と、第１ダイオードのアノードに接続されているとともに一部が第１樹脂の外部に位置している低電位側端子を有している。本細書で開示する電力変換装置では、第１の第１封止型半導体装置の第１低電位側端子と、第２の第１封止型半導体装置の第２高電位側端子が接続されている。また、積層方向に沿ってみたときに、第１の第１封止型半導体装置の第１高電位側端子の第１樹脂の外部に位置している部分と、第２の１封止型半導体装置の第２低電位側端子の第１樹脂の外部に位置している部分が重なるように配置されている。なお、本明細書でいう半導体装置は、１個又は複数個の半導体素子（半導体チップ）が１個の樹脂の内部に封止されている部品のことをいう。また、第１封止型半導体装置は１ｉｎ１半導体装置であり、第２封止型半導体装置はＮｉｎ１半導体装置である。
【０００９】
上記の電力変換装置では、積層方向において、第１高電位側端子と第２低電位側端子が重なっている。このような形態にすることにより、積層方向に沿ってみたときに、配線（高電位側の配線）が第１高電位側端子に接続する位置と、配線（低電位側の配線）が第２低電位側端子に接続する位置を一致させることができる。具体的に、図１３に例示する電力変換装置を参照して説明する。図１３は、半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂを平面視した概略図を示している。半導体装置２４ａ，２４ｂは、１ｉｎ１半導体装置である。図１３に示すように、上アーム回路を構成する半導体装置２４ａと、冷却板６ｂと、下アーム回路を構成する半導体装置２４ｂが積層されている。半導体装置２４ａは、第１高電位側端子ＨＴ１及び第１低電位側端子ＬＴ１を備えている。半導体装置２４ｂは、第２高電位側端子ＨＴ２及び第２低電位側端子ＬＴ２を備えている。第１高電位側端子ＨＴ１及び第１低電位側端子ＬＴ１は、半導体装置２４ａの本体部分（樹脂で封止された部分）から、積層方向１０１とは異なる方向１０２に沿って外側まで伸びている。同様に、第２高電位側端子ＨＴ２及び第２低電位側端子ＬＴ２も、半導体装置２４ｂの本体部分から、方向１０２に沿って外側まで伸びている。第１高電位側端子ＨＴ１には、方向１０１及び１０２のいずれとも異なる方向１０３に沿って伸びる配線Ｌ１が接続されている。第２低電位側端子ＬＴ２には、方向１０３に沿って伸びる配線Ｌ２が接続されている。第１低電位側端子ＬＴ１と第２高電位側端子ＨＴ２は、配線Ｌ３によって接続されている。
【００１０】
上記の電力変換装置では、積層方向１０１に沿ってみたときに、第１高電位側端子ＨＴ１の位置と第２低電位側端子ＬＴ２の位置（すなわち、方向１０３における位置）が一致している。その結果、方向１０３において、配線Ｌ１が第１高電位側端子ＨＴ１に接続する位置と、配線Ｌ２が第２低電位側端子ＬＴ２に接続する位置が一致している。半導体装置２４ａ内のトランジスタ（または半導体装置２４ｂ内のトランジスタ）がオン状態からオフ状態に切り替わるときに、過渡的に配線Ｌ１と配線Ｌ２に逆向きの電流が流れることにより、通電により発生する磁界を打ち消し合うことができる。その結果、相互インダクタンスを低減することができ、半導体装置２４ａ，２４ｂにサージ電圧が生じることを抑制することができる。
【００１１】
なお、図１４に示すように、上アーム回路と下アーム回路が１個の半導体装置４２４に封止されている場合には、半導体装置の方向１０３において、上アーム回路に接続されている高電位側端子ＨＴの位置と下アーム回路に接続されている低電位側端子ＬＴの位置がずれる。この場合に、図１３と同様に方向１０３に沿って配線Ｌ１、Ｌ２を引き出すと、配線Ｌ１と配線Ｌ２が対向しない非対向部分４０３が生じる。配線Ｌ１と配線Ｌ２に逆向きの電流が流れても、非対向部分４０３では磁界を打ち消し合うことができない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例の電力変換装置の斜視図を示す。
【図２】図１のII-II線に沿った断面図を示す。
【図３】第１実施例の電力変換装置を用いたシステムの回路図を示す。
【図４】第１実施例の電力変換装置の特徴を説明するための図を示す。
【図５】第２実施例の電力変換装置の斜視図を示す。
【図６】図５のＶＩ-ＶＩ線に沿った断面図を示す。
【図７】第２実施例の電力変換装置を用いたシステムの回路図を示す。
【図８】第３実施例の電力変換装置を用いたシステムの回路図を示す。
【図９】第４実施例の電力変換装置の斜視図を示す。
【図１０】第４実施例の電力変換装置を用いたシステムの回路図を示す。
【図１１】第５実施例の電力変換装置を用いたシステムの回路図を示す。
【図１２】第５実施例の電力変換装置の特徴を説明するための図を示す。
【図１３】第１実施例の電力変換装置の特徴を説明するための図を示す。
【図１４】２ｉｎ１の半導体装置を利用する場合の特徴を説明するための図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施例）
図１から図３を参照し、電力変換装置１００について説明する。なお、図１では電力変換装置１００のハウジング１８を仮想線で示し、図２ではハウジング１８の一部のみを示している。また、以下の説明では、実質的に同じ機能を有する部品について説明する場合は、参照番号に付しているアルファベットを省略することがある。
【００１４】
図１及び図２に示すように、電力変換装置１００は、電圧コンバータ回路２４と、第１インバータ回路２６と、第２インバータ回路２８を備えている。図３に示すように、電力変換装置１００は、２個のモータ５０、５２を駆動するために用いられる。モータ５０、５２は、例えば、電動車両の走行用モータとして用いられる。具体的には、電力変換装置１００は、電源５６の電圧を昇圧するチョッパ型の電圧コンバータ回路２４と、昇圧後の直流電力を交流に変換する第１インバータ回路２６と、昇圧後の直流電力を交流に変換する第２インバータ回路２８を備えている。電力変換装置１００を介して変換された交流電力により、モータ５０、５２を駆動する。また、電力変換装置１００は、モータ５０、５２からの回生電力を降圧して電源５６に蓄電することもできる。この場合、電圧コンバータ回路２４が降圧回路として動作する。すなわち、モータ５０、５２からの回生電力（交流）がインバータ回路２６，２８によって直流電力に変換された後、電圧コンバータ回路２４により降圧され、電源５６に蓄電される。
【００１５】
図１と図２に示すように、電力変換装置１００は、８個の半導体装置（パワーカード）２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２８ａ，２８ｂ，２８ｃと、冷却器６を備えている。冷却器６は、９枚の冷却板６ａ〜６ｉを備えている。冷却板６ａ〜６ｉの内部は空洞である。各々の冷却板６ａ〜６ｉは連結管１２で連結されている。冷媒が、冷却板６ａ〜６ｉの内部を移動することができる。冷媒供給管２０と冷媒排出管２２が、ハウジング１８を貫通して冷却器６（冷却板６ａ）に接続されている。電力変換装置１００は、半導体装置と冷却板が交互に出現する順序で、半導体装置２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２８ａ，２８ｂ，２８ｃと冷却板６ａ〜６ｉを積層した構造を有している。すなわち、２枚の冷却板の間に、１個の半導体装置が挟まれており、隣接する冷却板と半導体装置は密着している。なお、詳細は後述するが、半導体装置２４ａ，２４ｂは第１封止型半導体装置の一例であり、半導体装置２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２８ａ，２８ｂ，２８ｃは第２封止型半導体装置の一例である。
【００１６】
冷媒供給管２０から供給された冷媒は、連結管１２を通じて全ての冷却板６ａ〜６ｉに分配される。冷媒は、冷却板６ａ〜６ｉの内部を通過するときに半導体装置２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２８ａ，２８ｂ，２８ｃの熱を吸収し、冷媒排出管２２から排出される。なお、冷媒は、液体であり、例えば、水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolant）である。冷却板６ａ〜６ｉと半導体装置２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、板バネ２によってハウジング１８に押し付けられている。そのため、各々の半導体装置２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２８ａ，２８ｂ、２８ｃは、隣接する冷却板に密着し、効率よく冷却される。
【００１７】
図３に示すように、電圧コンバータ回路２４は、半導体装置２４ａと、半導体装置２４ｂと、リアクトル５４を備えている。半導体装置２４ａでは、１個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）４０ａと１個の還流ダイオード４０ｂが並列に接続されている。また、半導体装置２４ｂでも、１個のＩＧＢＴ４０ａと１個の還流ダイオード４０ｂが並列に接続されている。半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂは、実質的に同一の構造である。ＩＧＢＴ４０ａは第１トランジスタの一例であり、環流ダイオード４０ｂは第１ダイオードの一例である。
【００１８】
図２に示すように、ＩＧＢＴ４０ａと還流ダイオード４０ｂは別個の半導体チップ内にあり、金属板８及び１０を用いて互いに接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ４０ａのエミッタと還流ダイオード４０ｂのアノードが金属板１０によって接続され、ＩＧＢＴ４０ａのコレクタと還流ダイオード４０ｂのカソードが金属板８によって接続されている。半導体装置２４ａは、高電位側端子ＨＴ１と低電位側端子ＬＴ１を備えている。高電位側端子ＨＴ１は、金属板８に接続されている。低電位側端子ＬＴ１は、金属板１０に接続されている（図１も参照）。また、半導体装置２４ｂは、高電位側端子ＨＴ２と低電位側端子ＬＴ２を備えている。高電位側端子ＨＴ２は、金属板８に接続されている。低電位側端子ＬＴ２は、金属板１０に接続されている。高電位側端子ＨＴ１は第１高電位側端子の一例であり、低電位側端子ＬＴ１は第１低電位側端子の一例である。また、高電位側端子ＨＴ２は第２高電位側端子の一例であり、低電位側端子ＬＴ２は第２低電位側端子の一例である。なお、ＩＧＢＴ４０ａ，還流ダイオード４０ｂ，金属板８及び１０は、樹脂２５で封止されている。また半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂは、直列に接続されている（図３を参照）。すなわち、２個のＩＧＢＴ４０ａは、直列に接続されている。半導体装置２４ａは第１の第１封止型半導体装置の一例であり、半導体装置２４ｂは第２の第１封止型半導体装置の一例である。樹脂２５は第２樹脂の一例である。
【００１９】
本明細書でいう「高電位」と「低電位」は、ＩＧＢＴ４０ａに電流が流れる場合の高低関係のことである。すなわち、コレクタ側が高電位であり、エミッタ側が低電位である。なお、ダイオード４０ｂに順方向電流が流れる場合の高低関係は逆になる。ダイオード４０ｂに順方向電流が流れる場合は、アノード側（エミッタ側）が高電位であり、カソード側（コレクタ側）が低電位となる。本明細書でいう「高電位」と「低電位」は、ダイオード４０ｂではなく、ＩＧＢＴ４０ａに電流が流れる場合の高低関係をいう。
【００２０】
図３に示すように、半導体装置２４ａの高電位端子は、高電位側の配線に接続されている。半導体装置２４ｂの低電位端子は、低電位側の配線に接続されている。具体的には、図１に示している高電位側端子ＨＴ１に高電位側の配線Ｌ１が接続され、低電位側端子ＬＴ２に低電位側の配線Ｌ２が接続される（図１３も参照）。半導体装置２４ａは上アーム回路と呼ばれることがあり、半導体装置２４ｂは下アーム回路と呼ばれることがある。リアクトル５４の一端は、電源５６の高電位側に接続されている。リアクトル５４の他端は、半導体装置２４ａの低電位側端子と半導体装置２４ｂの高電位側端子を接続する導体（図１３のＬ３）に接続されている。すなわち、リアクトル５４の他端は、半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂの中間に接続されている。なお、上アーム回路又は下アーム回路のみが設けられている半導体装置（半導体装置２４ａ，半導体装置２４ｂ）を、１ｉｎ１半導体装置、または、１ｉｎ１パワーカードと呼ぶこともある。
【００２１】
図１及び図２に示すように、半導体装置２４ａは、冷却板６ａと冷却板６ｂの間に配置されている。また半導体装置２４ｂは、冷却板６ｂと冷却板６ｃの間に配置されている。すなわち半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂは、冷却板６ｂを介して積層されている。高電位側端子ＨＴ１と低電位側端子ＬＴ１が第１半導体装置２４ａに設けられており、高電位側端子ＨＴ２と低電位側端子ＬＴ２が第２半導体装置２４ｂに設けられている。積層方向１０１に沿って観測すると、高電位側端子ＨＴ１と低電位側端子ＬＴ２が重なるように配置されており、低電位側端子ＬＴ１と高電位側端子ＨＴ２が重なるように配置されている。
【００２２】
ＩＧＢＴ４０ａと還流ダイオード４０ｂは、各々縦型の半導体素子であり、金属板８と金属板１０を結ぶ方向に電流が流れる。半導体装置２４ａの金属板１０が冷却板６ｂ側に配置され、半導体装置２４ｂの金属板１０が冷却板６ｂ側に配置されている。すなわち、半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂは、ＩＧＢＴ４０ａのエミッタ（還流ダイオード４０ｂのアノード）同士が、冷却板６ｂを介して対向するように配置されている。
【００２３】
次に図３を参照し、インバータ回路２６，２８について説明する。第１インバータ回路２６と第２インバータ回路２８の構造は、実質的に同一である。そのため、第１インバータ回路２６について説明し、第２インバータ回路２８の説明については省略することがある。
【００２４】
第１インバータ回路２６は、三相インバータであり、三相交流モータ５０に電力を供給する。第１インバータ回路２６は、３つの半導体装置２６ａ，２６ｂ，２６ｃを備えている（図１，２も参照）。半導体装置２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各々は、高電位配線４２と低電位配線４４の間に接続されている。高電位配線４２は半導体装置２４ａの高電位側端子ＨＴ１に接続されており、低電位配線４４は半導体装置２４ｂの低電位側端子ＬＴ２に接続されている（図１も参照）。
【００２５】
半導体装置２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各々は、直列に接続された逆導通半導体素子３０ａと逆導通半導体素子３０ｂを備えている（図２，３を参照）。逆導通半導体素子３０ａと逆導通半導体素子３０ｂは、縦型の半導体素子である。逆導通半導体素子３０ａと逆導通半導体素子３０ｂは、樹脂２７で封止されている。半導体装置２６ａ，２６ｂ，２６ｃは第２封止型半導体装置の一例である。また、逆導通半導体素子３０，３０ｂは第２半導体構造の一例であり、樹脂２７は第２樹脂の一例である。
【００２６】
逆導通半導体素子は、１個の半導体基板にＩＧＢＴ等のトランジスタと還流ダイオードの双方が作りこまれている半導体素子である。すなわち、各々の逆導通半導体素子３０ａ，３０ｂは、１個の半導体基板に、ＩＧＢＴと還流ダイオードが並列に接続された構造を備えている。逆導通半導体素子３０ａは上アーム回路と呼ばれることがあり、逆導通半導体素子３０ｂは下アーム回路と呼ばれることがある。逆導通半導体素子３０ａに含まれるＩＧＢＴと逆導通半導体素子３０ｂに含まれるＩＧＢＴは、直列に接続されている。逆導通半導体素子３０ａ，３０ｂに含まれるＩＧＢＴは第２トランジスタの一例であり、逆導通半導体素子３０ａ，３０ｂに含まれる還流ダイオードは第２ダイオードの一例である。なお、上アーム回路と下アーム回路の双方が樹脂で封止されている半導体装置（半導体装置２６ａ，２６ｂ及び２６ｃ）を、２ｉｎ１半導体装置、または、２ｉｎ１パワーカードと呼ぶこともある。
【００２７】
ＩＧＢＴは、コレクタからエミッタに流れる電流をオン・オフし、エミッタからコレクタには電流が流れない。ＩＧＢＴのエミッタ側電位がコレクタ側電位よりも高い場合は、エミッタに接続されているダイオードのアノードからコレクタに接続されているダイオードのカソードに電流が流れる。ＩＧＢＴの通電方向とダイオードの通電方向が逆となる関係で並列接続されていることを、本明細書では逆導通という。
【００２８】
第１インバータ回路２６では、逆導通半導体素子３０ａに含まれるＩＢＧＴのコレクタとダイオードのカソードが、高電位配線４２に接続されている。また、逆導通半導体素子３０ｂに含まれるＩＢＧＴのエミッタとダイオードのアノードが、低電位配線４４に接続されている。すなわち、高電位側端子ＨＴ３〜ＨＴ５が高電位配線４２に接続されており、低電位側端子ＬＴ３〜ＬＴ５が低電位配線４４に接続されている（図１，３を参照）。逆導通半導体素子３０ａに含まれるＩＢＧＴのエミッタとダイオードのアノードが、金属板２９に接続されている。また、逆導通半導体素子３０ｂに含まれるＩＢＧＴのコレクタとダイオードのカソードが、金属板２９に接続されている（図２を参照）。すなわち、逆導通半導体素子３０ａと逆導通半導体素子３０ｂは、直列に接続されている。金属板２９には、中間端子ＯＴ３〜ＯＴ５（図１を参照）が接続されている。逆導通半導体素子３０ａと逆導通半導体素子３０ｂの中間（中間端子ＯＴ３〜ＯＴ５）から３相交流（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）が出力される。
【００２９】
第２インバータ回路２８では、半導体装置２８ａ，２８ｂ，２８ｃの各々が、高電位配線４６と低電位配線４８の間に接続されている。高電位配線４６は半導体装置２４ａの高電位側端子ＨＴ１に接続されており、低電位配線４８は半導体装置２４ｂの低電位側端子ＬＴ２に接続されている（図１も参照）。第２インバータ回路２８では、逆導通半導体素子３０ａに含まれるＩＢＧＴのコレクタとダイオードのカソードが、高電位配線４６に接続されている。また、逆導通半導体素子３０ｂに含まれるＩＢＧＴのエミッタとダイオードのアノードが、低電位配線４８に接続されている。すなわち、高電位側端子ＨＴ６〜ＨＴ８が高電位配線４６に接続されており、低電位側端子ＬＴ６〜ＬＴ８が低電位配線４８に接続されている（図１，３を参照）。逆導通半導体素子３０ａに含まれるＩＢＧＴのエミッタとダイオードのアノードが、金属板２９に接続されている。また、逆導通半導体素子３０ｂに含まれるＩＢＧＴのコレクタとダイオードのカソードが、金属板２９に接続されている（図２，３を参照）。逆導通半導体素子３０ａと逆導通半導体素子３０ｂは、直列に接続されている。金属板２９には、中間端子ＯＴ６〜ＯＴ８（図１を参照）が接続されている。逆導通半導体素子３０ａと逆導通半導体素子３０ｂの中間（中間端子ＯＴ６〜ＯＴ８）から３相交流（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）が出力される。
【００３０】
図１及び図２に示すように、半導体装置２６ａ（逆導通半導体素子３０ａと逆導通半導体素子３０ｂ）は、冷却板６ｃと冷却板６ｄの間に配置されている。半導体装置２６ｂは冷却板６ｄと冷却板６ｅの間に配置されており、半導体装置２６ｃは冷却板６ｅと冷却板６ｆの間に配置されている。なお、半導体装置２６ｂと半導体装置２６ｃの構造は、実質的に半導体装置２６ａと同一である。そのため、半導体装置２６ｂと半導体装置２６ｃの説明については省略する。
【００３１】
以下、電力変換装置１００の利点を説明する。まず、図１３及び図１４を参照し、第１の利点について説明する。なお、図１３は２個の１ｉｎ１半導体装置が積層された構造を示しており、半導体装置２４ａ及び半導体装置２４ｂの概略図に相当する。また、図１４は、２ｉｎ１半導体装置の概略図に相当する。
【００３２】
図１３に示すように、上アーム回路を構成する半導体装置２４ａと、冷却板６ｂと、下アーム回路を構成する半導体装置２４ｂが積層されている。半導体装置２４ａは、第１高電位側端子ＨＴ１と第１低電位側端子ＬＴ１を備えている。半導体装置２４ｂは、第２高電位側端子ＨＴ２と第２低電位側端子ＬＴ２を備えている。第１高電位側端子ＨＴ１と第１低電位側端子ＬＴ１は、半導体装置２４ａの本体部分（樹脂で封止された部分）から、積層方向１０１と交差する方向１０２に沿って外側まで伸びている。同様に、第２高電位側端子ＨＴ２及び第２低電位側端子ＬＴ２も、半導体装置２４ｂの本体部分から、方向１０２に沿って外側まで伸びている。第１高電位側端子ＨＴ１には、方向１０１及び１０２に直交する直交方向１０３に沿って伸びる配線Ｌ１が接続されている。第２低電位側端子ＬＴ２には、直交方向１０３に沿って伸びる配線Ｌ２が接続されている。第１低電位側端子ＬＴ１と第２高電位側端子ＨＴ２は、配線Ｌ３によって接続されている。
【００３３】
上記したように、電力変換装置１００では、積層方向１０１に沿ってみたときに、高電位側端子ＨＴ１と低電位側端子ＬＴ２の位置が一致している（図１を参照）。そのため、図１３に示すように、方向１０３において、高電位側の配線Ｌ１が高電位側端子ＨＴ１に接続する位置と、低電位側の配線Ｌ２が低電位側端子ＬＴ２に接続する位置が一致する。配線Ｌ１とＬＴ２は、全長に亘って平行に伸びている。電力変換装置１００では、半導体装置（上アーム回路）２４ａまたは半導体装置（下アーム回路）２４ｂのトランジスタがターンオンし、その後に過渡的にダイオードに逆方向電流が流れるときに大きなサージ電圧が発生する。配線Ｌ１と配線Ｌ２が平行に伸びていると、半導体装置（上アーム回路）２４ａまたは半導体装置（下アーム回路）２４ｂのトランジスタがターンオンし、その後に過渡的にダイオードに逆方向電流が流れる時に、配線Ｌ１と配線Ｌ２に逆向きの電流が流れる。配線Ｌ１と配線Ｌ２に逆向きの電流が流れると、電流に起因して発生する磁界を打ち消し合うことができ、インダクタンスが低減する。電力変換装置１００に大きなサージ電圧が発生することを抑制することができる。
【００３４】
図１４に示すように、２ｉｎ１半導体装置４２４の場合、方向１０３において、上アーム回路に接続されている高電位側端子ＨＴの位置と下アーム回路に接続されている低電位側端子ＬＴの位置がずれる。この場合に、図１３と同様に方向１０３に沿って配線Ｌ１、Ｌ２を引き出すと、配線Ｌ１と配線Ｌ２が対向しない非対向部分４０３が生じる。配線Ｌ１と配線Ｌ２に逆向きの電流が流れても、非対向部分４０３では磁界を打ち消し合うことができない。その結果、相互インダクタンスを低減することができず、上アーム回路を構成している半導体装置と下アーム回路を構成している半導体装置にサージ電圧が発生することを抑制することができない。サージ対策のためには、１ｉｎ１半導体装置２４ａ，２４ｂを利用するのが有利である。なお、２ｉｎ１半導体装置の中間端子ＯＴにリアクタンスを接続することで、コンバータを実現することもできる。すなわち、２ｉｎ１半導体装置のみで電力変換装置を構成することも可能である。しかしながら、上記したサージ電圧に対策するためには、２ｉｎ１半導体装置に代えて２個の１ｉｎ１半導体装置を利用することが有利な場合がある。図１の電力変換装置は、１ｉｎ１半導体装置と２ｉｎ１半導体装置を組み合わせて積層することで、必要な特性に調整されている。
【００３５】
なお、電力変換装置１００の動作原理はよく知られているので説明は省略する。配線Ｌ１を流れる電流による磁界と配線Ｌ２を流れる電流による磁界は、常に打ち消し合うわけではない。しかしながら、大きなサージ電圧が発生しやすいときには、配線Ｌ１を流れる電流による磁界と配線Ｌ２を流れる電流による磁界が打ち消しあう関係が得られる。磁界を打ち消し合うことは、サージ電圧の低下に効果的である。
【００３６】
上記したように、電力変換装置１００では、電圧コンバータ回路２４については、１ｉｎ１半導体装置（半導体装置２４ａ，２４ｂ）を上アーム回路と下アーム回路の各々に採用することにより、サージ電圧の発生を抑制することができる。インバータ回路２６，２８については、上アーム回路と下アーム回路を内蔵した２ｉｎ１半導体装置（半導体装置２６ａ〜２６ｃ，２８ａ〜２８ｃ）を採用することにより、装置全体の積層方向の長さを短くすることができる。このように、電力変換装置１００では、一部で１ｉｎ１半導体装置を採用し、一部で２ｉｎ１半導体装置を採用することにより、装置の構造及び特性を最適化することができる。
【００３７】
第２の利点について説明する。上記したように、電力変換装置１００では、半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂの双方とも、金属板１０が冷却板６ｂ側に配置されている。そのため、半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂは、ＩＧＢＴ４０ａのエミッタ同士、及び、還流ダイオード４０ｂのアノード同士が、冷却板６ｂを介して対向するように配置されている。半導体装置２４ａ又は半導体装置２４ｂがスイッチングし、半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂの双方に過渡電流が流れるときに両者に流れる電流の向きが逆向きとなり、電界を打ち消し合うことができる。
【００３８】
図４を参照し、第３の利点について説明する。図４は、第１インバータ回路２６で用いられている半導体装置２６ａと、電圧コンバータ回路２４で用いられている半導体装置２４ａの内部構造を示している（図１も参照）。（ａ）に示すように、半導体装置２６ａは、２ｉｎ１パワーカードであり、２個の半導体素子（半導体チップ）３０ａ，３０ｂ（逆導通半導体素子３０ａ，３０ｂ）を備えている。また、（ｂ）に示すように、半導体装置２４ａは、１ｉｎ１パワーカードであり、２個の半導体素子４０ａ，４０ｂ（ＩＧＢＴ４０ａ，還流ダイオード４０ｂ）を備えている。半導体装置２６ａと半導体装置２４ａは、半導体素子の種類は異なるものの、備えている半導体素子の数は同じである。そのため、半導体装置２６ａと半導体装置２４ａは、ほぼ同じサイズにすることができる。第１インバータ回路２６と電圧コンバータ回路２４において、半導体装置のサイズをほぼ等しくすることができ、冷却器６へ効率的に配置することができる。
【００３９】
なお、半導体装置２４ａのようにＩＧＢＴ４０ａと還流ダイオード４０ｂを別体の半導体素子とすることにより、例えば、ＩＧＢＴ４０ａと還流ダイオード４０ｂを、異なる半導体材料で形成することができる。例えば、炭化ケイ素を用いたＩＧＢＴ４０ａと、シリコンを用いた還流ダイオード４０ｂで、半導体装置２４ａを形成することができる。また現状では、炭化ケイ素を用いた逆導通半導体素子を形成することが困難である。ＩＧＢＴ４０ａと還流ダイオード４０ｂを別体にすることにより、高速スイッチング動作に優れた炭化ケイ素を用いてＩＧＢＴ４０ａと還流ダイオード４０ｂを形成することもできる。
【００４０】
（第２実施例）
図５から図７を参照し、電力変換装置２００について説明する。電力変換装置２００は、電力変換装置１００の変形例であり、電圧コンバータ回路２２４の構造が電力変換装置１００の電圧コンバータ回路２４と異なる。第１インバータ回路２６及び第２インバータ回路２８の構造は、電力変換装置１００と同じである。そのため、図６及び図７では、電圧コンバータ回路２２４だけを示し、インバータ回路については図示を省略している。また、電力変換装置２００について、電力変換装置１００と同一の構造については、同一又は下二桁が同一の参照番号を付すことにより説明を省略することがある。
【００４１】
電圧コンバータ回路２２４は、半導体装置２４ａ，半導体装置２４ｂ及び半導体装置２４ｃを備えている。半導体装置２４ｃの構造は、実質的に半導体装置２４ａ及び半導体装置２４ｂと同一である。図５と図６に示すように、半導体装置２４ａは冷却板１０６ｂと冷却板１０６ｃの間に配置されている。半導体装置２４ｂは冷却板１０６ｃと冷却板１０６ｄの間に配置されている。半導体装置２４ｃは冷却板１０６ａと冷却板１０６ｂの間に配置されている。
【００４２】
図７に示すように、電圧コンバータ回路２２４は、１個の上アーム回路（半導体装置２４ａ）と、並列接続されている２個の下アーム回路（半導体装置２４ｂ，半導体装置２４ｃ）を備えている。電圧コンバータの使い方によっては、上アーム回路と下アーム回路との間に要求される電流容量に大きな差があることがある。電圧コンバータ回路２２４は、下アーム回路に要求される電流容量が大きい場合に、下アーム回路の数が電圧コンバータ回路２４より多いので、下アーム回路に大きな電流容量を確保することができる。半導体装置２４ａは第１の第１封止型半導体装置の一例であり、半導体装置２４ｂは第２の第１封止型半導体装置の一例であり、半導体装置２４ｃは第３の第１封止型半導体装置の一例である。
【００４３】
図５及び図６に示すように、電圧コンバータ回路２２４では、積層方向１０１において、半導体装置２４ｃ，半導体装置２４ａ，半導体装置２４ｂの順に積層されている。すなわち、下アーム回路，上アーム回路，下アーム回路の順に積層されている。そのため、積層方向１０１において、低電位側端子ＬＴ０，高電位側端子ＨＴ１及び低電位側端子ＬＴ２が、この順に重なるように配置されている。また、積層方向１０１において、高電位側端子ＨＴ０，低電位側端子ＬＴ１，高電位側端子ＨＴ２が、この順に重なるように配置されている。高電位側端子ＨＴ０と低電位側端子ＬＴ１と高電位側端子ＨＴ２は接続されている。積層方向１０１に沿ってみたときに、低電位側端子ＬＴ０，高電位側端子ＨＴ１、低電位側端子ＬＴ２に接続する各々の配線の位置が一致する。同様に、積層方向１０１に沿ってみたときに、高電位側端子ＨＴ０，低電位側端子ＬＴ１，高電位側端子ＨＴ２に接続する各々の配線の位置が一致する。電力変換装置２００も、電力変換装置１００と同様に、半導体装置２４ａ，半導体装置２４ｂ又は半導体装置２４ｃがスイッチングしたときに、隣り合う配線に逆向きの電流が流れることにより、通電に起因して発生する磁界を打ち消し合うことができ、大きなサージ電圧が発生するのを防止することができる。
【００４４】
なお、図６に示すように、電圧コンバータ回路２２４では、半導体装置２４ａの金属板１０及び半導体装置２４ｂの金属板１０が冷却板１０６ｃ側に配置されており、半導体装置２４ａの金属板８及び半導体装置２４ｃの金属板８が冷却板１０６ｂ側に配置されている。すなわち、半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂは、エミッタ同士（アノード同士）が冷却板１０６ｃを介して対向するように配置されている。半導体装置２４ａと半導体装置２４ｃは、コレクタ同士（カソード同士）が冷却板１０６ｃを介して対向するように配置されている。半導体装置２４ａと半導体装置２４ｂの双方に過渡電流が流れるとき、または、半導体装置２４ａと半導体装置２４ｃの双方に過渡電流が流れるときに、両者を流れる電流の向きが逆向きとなり、電界を打ち消し合うことができる。
【００４５】
なお、電圧コンバータ回路２２４では、１つの半導体装置２４ａ，２４ｂ，２４ｃに、上アーム回路と下アーム回路が混在していない。そのため、下アーム回路を増加させるときに、上アーム回路を構成する半導体装置は増加させることなく、下アーム回路を構成する半導体装置だけを増やすことができる。上アーム回路と下アーム回路が混在している半導体装置（例えば、半導体装置２６ａ：図２，３を参照）を用いて下アーム回路を増加させる場合と比較して、上アーム回路用の半導体素子を省略できる分だけコストを低く抑えることができる。
【００４６】
（第３実施例）
図８を参照し、電力変換装置３００について説明する。電力変換装置３００は、電力変換装置１００，２００の変形例であり、電圧コンバータ回路２２４の構造が電力変換装置１００及び２００と異なる。インバータ回路の構造は、電力変換装置１００，２００と同じである。そのため、図８では、電圧コンバータ回路３２４だけを示し、インバータ回路については図示を省略している。また、電力変換装置３００について、電力変換装置１００，２００と同一の構造については、同一又は下二桁が同一の参照番号を付すことにより説明を省略することがある。なお、図８では、電圧コンバータ回路３２４の回路図のみを示す。
【００４７】
図８に示すように、電圧コンバータ回路３２４は、１個の上アーム回路３２４ａと３個の下アーム回路３２４ｂ，３２４ｂ及び３２４ｄを備えている。電圧コンバータ回路３２４の場合、上アーム回路と下アーム回路が混在している半導体装置を用いる場合と比較して、上アーム回路用の２個分の半導体素子を省略することができ、さらにコストを低く抑えることができる。
【００４８】
なお、１つの半導体装置に、上アーム回路と下アーム回路を混在させないことにより、上アーム回路に要求される電流容量が下アーム回路に要求される電流容量より大きい場合、上アーム回路の数を下アーム回路より増加させることもできる。すなわち、下アーム回路を構成する半導体装置は増加させることなく、上アーム回路を構成する半導体装置だけを増やすことができる。
【００４９】
（第４実施例）
図９及び図１０を参照し、電力変換装置４００について説明する。電力変換装置４００は、電力変換装置１００，２００の変形例であり、電圧コンバータ回路４２４の構造が電力変換装置１００，２００の電圧コンバータ回路２４，２２４と異なる。第１インバータ回路２６及び第２インバータ回路２８の構造は、電力変換装置１００，２００と同じである。そのため、図１０では、電圧コンバータ回路４２４だけを示し、インバータ回路については図示を省略している。また、電力変換装置４００について、電力変換装置１００，２００と同一の構造については、同一又は下二桁が同一の参照番号を付すことにより説明を省略することがある。
【００５０】
図１０に示すように、電圧コンバータ回路４２４は、並列接続されている２個の上アーム回路（半導体装置４２４ａ，４２４ｃ）と、１個の下アーム回路（半導体装置４２４ｂ）を備えている。電圧コンバータの使い方によっては、電圧コンバータ回路４２４は、上アーム回路に要求される電流容量が大きい場合に、上アーム回路の数が電圧コンバータ回路２４，２２４より多いので、上アーム回路に大きな電流容量を確保することができる。この場合、半導体装置４２４ａは第１の第１封止型半導体装置の一例であり、半導体装置４２４ｂは第２の第１封止型半導体装置の一例であり、半導体装置４２４ｃは第３の第１封止型半導体装置の一例である。
【００５１】
図９に示すように、電圧コンバータ回路４２４では、積層方向１０１において、半導体装置４２４ａ，半導体装置４２４ｂ，半導体装置４２４ｃの順に積層されている。すなわち、上アーム回路，下アーム回路，上アーム回路の順に積層されている。積層方向１０１において、高電位側端子ＨＴ１，低電位側端子ＬＴ２及び高電位側端子ＨＴ０が、この順に重なるように配置されている。また、積層方向１０１において、低電位側端子ＬＴ１，高電位側端子ＨＴ２，低電位側端子ＬＴ０が、この順に重なるように配置されている。低電位側端子ＬＴ１と高電位側端子ＨＴ２と低電位側端子ＬＴ０は接続されている。積層方向１０１に沿ってみたときに、高電位側端子ＨＴ０，低電位側端子ＬＴ１，高電位側端子ＨＴ２に接続する各々の配線の位置が一致する。同様に、積層方向１０１に沿ってみたときに、低電位側端子ＬＴ０，高電位側端子ＨＴ１、低電位側端子ＬＴ２に接続する各々の配線の位置が一致する。電力変換装置４００も、電力変換装置１００，２００と同様に、半導体装置４２４ａ，半導体装置４２４ｂ又は半導体装置４２４ｃがスイッチングしたときに、隣り合う配線に逆向きの電流が流れることにより、通電に起因して発生する磁界を打ち消し合うことができ、大きなサージ電圧が発生するのを防止することができる。
【００５２】
また、電力変換装置２００と同様に、半導体装置４２４ａ，４２４ｂを対向して配置（エミッタ又はコレクタ同士を冷却板を介して対向して配置）し、半導体装置４２４ａ，４２４ｃを対向して配置することにより、半導体装置４２４ａと半導体装置４２４ｂの双方に過渡電流が流れるとき、または、半導体装置４２４ａと半導体装置４２４ｃの双方に過渡電流が流れるときに、両者を流れる電流の向きが逆向きとなり、電界を打ち消し合うことができる。
【００５３】
（第５実施例）
図１１及び図１２を参照し、電力変換装置５００は、電力変換装置２００の変形例であり、電圧コンバータ回路５２４の構造が電力変換装置２００と異なる。インバータ回路の構造は、電力変換装置２００と同じである。そのため、図１１では、電圧コンバータ回路５２４だけを示し、インバータ回路については図示を省略している。また、電力変換装置５００について、電力変換装置２００と同一の構造については、同一又は下二桁が同一の参照番号を付すことにより説明を省略することがある。なお、図１１では、電圧コンバータ回路５２４の回路図のみを示す。
【００５４】
電圧コンバータ回路５２４は、回路そのものは電圧コンバータ２２４と同一である（図７を参照）。しかしながら、電圧コンバータ２２４を構成している半導体装置２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、各々ＩＧＢＴ４０ａと還流ダイオード４０ｂを１個ずつ備えている。それに対して、電圧コンバータ回路５２４では、半導体装置５２４ｂが、２個の逆導通半導体素子５３０ａ，５３０ｂを備えている。すなわち、半導体装置５２４ｂは、２個のＩＧＢＴと２個の還流ダイオードを備えている。より具体的には、半導体装置２４ａ，２４ｂ，２４ｃは１個の逆導通半導体素子が樹脂で封止されており、半導体装置５２４は２個の逆導通半導体素子が樹脂で封止されている。逆導通半導体素子５３０ａは、第１トランジスタと、第１トランジスタに並列に接続されている第１ダイオードを備える逆導通半導体素子（第１半導体構造）の一例である。逆導通半導体素子５３０ｂは、第３トランジスタと、第３トランジスタに並列に接続されている第３ダイオードを備える逆導通半導体素子（第３半導体構造）の一例である。
【００５５】
なお、半導体装置５２４ｂは、インバータ回路２６，２８を構成している半導体装置２６ａ〜２６ｃ，２８ａ〜２８ｃ（図３を参照）と異なる。半導体装置２６ａ〜２６ｃ，２８ａ〜２８ｃは、逆導通半導体素子３０ａと逆導通半導体素子３０ｂが直列に接続されている。すなわち、半導体装置２６ａ〜２６ｃ，２８ａ〜２８ｃは、上アーム回路と下アーム回路を備えた２ｉｎ１半導体装置である。それに対して、半導体装置５２４ｂは、逆導通半導体素子５３０ａと逆導通半導体素子５３０ｂが並列に接続されている。半導体装置５２４ｂは、下アーム回路のみを備えた１ｉｎ１半導体装置である。電圧コンバータ回路５２４は、半導体装置５２４ｂを用いることにより、電圧コンバータ回路で用いられる半導体装置の数を、電圧コンバータ回路２００より少なくすることができる。
【００５６】
図１２は、半導体装置２４ａと半導体装置５２４ｂの内部構造を示している（図４も参照）。上記したように、（ｂ）に示す半導体装置２４ａは、２個の半導体素子４０ａ，４０ｂ（ＩＧＢＴ４０ａ，還流ダイオード４０ｂ）を備えている。また、（ｃ）に示す半導体装置５２４ｂは、２個の逆導通半導体素子３０ａ，３０ｂを備えている。半導体装置２４ａと半導体装置５２４ａは、備えている半導体素子の数は同じであり、ほぼ同じサイズにすることができる。電圧コンバータ回路２４を構成する半導体装置（半導体装置２４ａ，半導体装置５２４ｂ）のサイズをほぼ等しくすることができ、冷却器６へ効率的に配置することができる。
【００５７】
本実施例では、下アーム回路を構成する２個の逆導通半導体素子５３０ａ，５３０ｂを１つの半導体装置５２４ｂとする例について説明した。しかしながら、２個の逆導通半導体素子を１つの半導体装置をする技術は、例えば、電圧コンバータ回路４２４において、２個の上アーム回路に対して適用することもできる（図１０も参照）。あるいは、電圧コンバータ回路３２４において、３個の下アーム回路のうちの２個に対して適用することもできる。
【００５８】
上記実施例では、１ｉｎ１半導体装置と２ｉｎ１半導体装置を組み合わせて積層した電力変換装置について説明した。しかしながら、本明細書が開示する技術は、１ｉｎ１半導体装置とＮ（Ｎは２以上）ｉｎ１半導体装置を組み合わせて積層した電力変換装置に適用することもできる。たとえば、１ｉｎ１半導体装置と、３組の「トランジスタと、そのトランジスタに並列に接続されているダイオード」を内蔵しており、２個のトランジスタが直列に接続されている半導体装置（３ｉｎ１半導体装置）とを組み合わせて積層した電力変換装置に適用することもできる。
【００５９】
以下、本明細書で開示する電力変換装置について、技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
【００６０】
電力変換装置は、複数の冷却板と複数の半導体装置を備えている。冷却板と半導体装置は、交互に積層されている。冷却板は、中空であり、互いの冷却板が連結管で連結されている。冷媒が、冷却板の内部を通過する。複数の半導体装置は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を構成する。
【００６１】
電力変換装置は、第１封止型半導体装置と、第２封止型半導体装置と、冷却器を備えている。第１封止型の半導体装置は、少なくとも２個以上存在する。第１封止型半導体装置は、第１トランジスタと、第１トランジスタに並列に接続されている第１ダイオードを含む第１半導体構造を備えている。第１半導体構造は、第１樹脂で封止されている。また、高電位側端子が、第１ダイオードのカソードに接続されているとともに少なくとも一部が第１樹脂の外部に位置している。低電位側端子が、第１ダイオードのアノードに接続されているとともに少なくとも一部が第１樹脂の外部に位置している。第１トランジスタと第１ダイオードは、縦型の半導体素子であってよい。第１トランジスタと第１ダイオードは別個の半導体素子（半導体チップ）であり、両者が樹脂で封止されることにより第１封止型半導体装置が構成されている。
【００６２】
２個の第１封止型半導体装置（第１の第１封止型半導体装置と第２の第１封止型半導体装置）が、冷却板を介して積層されていてよい。第１の第１封止型半導体装置の第１低電位側端子と、第２の第１封止型半導体装置の第２高電位側端子が接続されている。また、積層方向に沿ってみたときに、第１の第１封止型半導体装置の第１高電位側端子の第１樹脂の外部に位置している部分と、第２の１封止型半導体装置の第２低電位側端子の第１樹脂の外部に位置している部分が重なるように配置されている。
【００６３】
第２封止型半導体装置は、第２トランジスタと、第２トランジスタに並列に接続されている第２ダイオードを含む第２半導体構造を複数個備えている。複数個の第２半導体構造は、第２樹脂で封止されている。第２トランジスタと第２ダイオードは、逆導通型半導体素子を構成している。第２トランジスタと第２ダイオードは、１個の半導体素子であってよい。逆導通型半導体素子は、縦型の半導体素子であってよい。逆導通型半導体素子は、還流ダイオード付ＩＧＢＴであってよい。第１封止型半導体装置と第２封止型半導体装置は、冷却板を介して積層されている。
【００６４】
電力変換装置は、第１封止型半導体装置を３個以上備えていてよい。例えば、電力変換装置は、第１の第１封止型半導体装置と、第２の第１封止型半導体装置と、第３の第１封止型半導体装置を備えていてよい。この場合、第１の第１封止型半導体装置と第３の第１封止型半導体装置が冷却板を介して積層されていてよい。第１の第１封止型半導体装置が上アーム回路であり、第２の第１封止型半導体装置と第３の第１封止型半導体装置が下アーム回路であってよい。この場合、第２の第１封止型半導体装置と第１の第１封止型半導体装置と第３の第１封止型半導体装置が、この順に冷却板を介して積層されていてよい。あるいは、第１の第１封止型半導体装置と第３の第１封止型半導体装置が上アーム回路であり、第２の第１封止型半導体装置が下アーム回路であってよい。この場合、第１の第１封止型半導体装置と第２の第１封止型半導体装置と第３の第１封止型半導体装置が、この順に冷却板を介して積層されていてよい。
【００６５】
第１トランジスタは、炭化ケイ素またはシリコンを用いて形成されている。第１ダイオードも、炭化ケイ素またはシリコンを用いて形成されている。この場合、第１トランジスタと第１ダイオードが、異なる種類の半導体基板を用いて形成されていてよい（例えば、第１トランジスタが炭化ケイ素を用いて形成されており、第１ダイオードがシリコンを用いて形成されている）。
【００６６】
実施例の電力変換装置は、コンバータとインバータを備えている。複数の第１封止型半導体装置がコンバータを構成する。第１の第１封止型半導体装置と第２の第１封止型半導体装置でコンバータを構成する場合、第１の第１封止型半導体装置に設けられている第１低電位側端子と第２の第１封止型半導体装置に設けられている第２高電位側端子が接続されている。積層方向に沿ってみたときに、第１低電位側端子の第１樹脂の外部に位置している部分と、第２高電位側端子の第１樹脂の外部に位置している部分が重なるように配置されていてよい。また、積層方向に沿ってみたときに、第１の第１封止型半導体装置に設けられている第１高電位側端子の第１樹脂の外部に位置している部分と、第２の第１封止型半導体装置に設けられている第２低電位側端子の第１樹脂の外部に位置している部分が重なるように配置されていてよい。なお、コンバータは、第１低電位側端子と第２高電位側端子を接続する導体と電源との間に接続されているリアクトルを備えている。第２封止型半導体装置は、インバータを構成する。インバータは、第１高電位側端子と第２低電位端子に接続されている。
【００６７】
また、コンバータが、第１封止型半導体装置を３個以上備えていてよい。コンバータでは、上アーム回路に相当する半導体装置の数より下アーム回路に相当する半導体装置の数の方が多い場合がある。あるいは、下アーム回路に相当する半導体装置の数より上アーム回路に相当する半導体装置の数の方が多い場合がある。このような場合に、第１の第１封止型半導体装置と、第２の第１封止型半導体装置と、第３の第１封止型半導体装置によってコンバータを形成することがある。上アーム回路に相当する半導体装置の数より下アーム回路に相当する半導体装置の数の方が多い場合、第１の第１封止型半導体装置が高電位側の配線に接続されており（上アーム回路に相当し）、第２の第１封止型半導体装置と第３の第１封止型半導体装置が低電位側の配線に接続されて（下アーム回路に相当して）いる。この場合、積層方向において、上アーム回路が下アーム回路の間に配置されていてよい。すなわち、積層方向において、第２の第１封止型半導体装置、冷却板，第１半導体装置，冷却板，第３の第１封止型半導体装置の順に積層されていてもよい。また、積層方向に沿って観察したときに、第１の第１封止型半導体装置の第１高電位側端子と、第２の第１封止型半導体装置の第２低電位側端子と、第３の第１封止型半導体装置の第３低電位側端子が重なるように配置されていてよい。また、積層方向に沿って観察したときに、第１の第１封止型半導体装置の第１低電位側端子と、第２の第１封止型半導体装置の第２高電位側端子と、第３の第１封止型半導体装置の第３高電位側端子が重なるように配置されていてよい。なお、第１低電位側端子と第２高電位側端子と第３高電位側端子とが、接続されていてよい、
【００６８】
下アーム回路に相当する半導体装置の数より上アーム回路に相当する半導体装置の数の方が多い場合、第１の第１封止型半導体装置と第３の第１封止型半導体装置が高電位側の配線に接続されており（上アーム回路に相当し）、第２の第１封止型半導体装置が低電位側の配線に接続されていて（下アーム回路に相当して）よい。この場合、積層方向において、第１の第１封止型半導体装置、冷却板，第２の第１封止型半導体装置，冷却板，第３の第１封止型半導体装置の順に積層されていてよい。また、積層方向に沿って観察したときに、第１の第１封止型半導体装置の第１高電位側端子と、第２の第１封止型半導体装置の第２低電位側端子と、第３の第１封止型半導体装置の第３高電位側端子が重なるように配置されていてよい。また、積層方向に沿って観察したときに、第１の第１封止型半導体装置の第１低電位側端子と、第２の第１封止型半導体装置の第２高電位側端子と、第３の第１封止型半導体装置の第３低電位側端子が重なるように配置されていてよい。第１低電位側端子と第２高電位側端子と第３低電位側端子とが、接続されていてよい。
【００６９】
第１〜第３高電位側端子，第１〜第３低電位側端子は、積層方向と交差する交差方向に伸びていてよい。また、第１〜第３高電位側端子，第１〜第３低電位側端子は、電力変換装置の高電位側の配線又は低電位側の配線に接続されていてよい。高電位側の配線及び低電位側の配線は、上記交差方向と積層方向に直交する直交方向に向かって、平行に伸びていてよい。
【００７０】
第２封止型半導体装置は、インバータを構成する。インバータは、第１高電位側端子と第２低電位側端子に接続されていてよい。インバータの各相を構成する半導体装置は、高電位側の配線に接続される縦型の第１逆導通半導体素子と、低電位側の配線に接続される縦型の第２逆導通半導体素子を備えている。すなわち、第１逆導通半導体素子と第２逆導通半導体素子は、第１高電位側端子と第２低電位側端子の間で直列に接続される。第１逆導通半導体素子と第２逆導通半導体素子の双方が、樹脂で封止されていてよい。インバータの各相を構成する半導体装置の各々は、冷却板と冷却板の間に配置されている。すなわち、第１逆導通半導体素子と第２逆導通半導体素子は、冷却板の間に配置されている。第１逆導通半導体素子と第２逆導通半導体素子は、シリコン基板を用いて形成されていることがある。
【００７１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００７２】
６：冷却器
６ａ〜６ｉ：冷却板
２４ａ，２４ｂ：第１封止型半導体装置
２５：第１樹脂
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ：第２封止型半導体装置
２７：第２樹脂
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ：第２封止型半導体装置
４０ａ：第１トランジスタ
４０ｂ：第１ダイオード
１００：電力変換装置
【図１】
2016163396.tif 000003
【図２】
2016163396.tif 000004
【図３】
2016163396.tif 000005
【図４】
2016163396.tif 000006
【図５】
2016163396.tif 000007
【図６】
2016163396.tif 000008
【図７】
2016163396.tif 000009
【図８】
2016163396.tif 000010
【図９】
2016163396.tif 000011
【図１０】
2016163396.tif 000012
【図１１】
2016163396.tif 000013
【図１２】
2016163396.tif 000014
【図１３】
2016163396.tif 000015
【図１４】
2016163396.tif 000016