(57)【要約】  本発明は、電力変換装置（ＳＲ）のためのパワーモジュール（ＬＭ）であって、第１の表面（Ｏ３１）と、該第１の表面（Ｏ３１）と向かい合った第２の表面（Ｏ３２）とを含んだ第１のバスバー（ＳＳ１）と、前記第１のバスバー（ＳＳ１）の前記第１の表面（Ｏ３１）に設けられる第１の半導体素子（Ｈ１）と、前記第１のバスバー（ＳＳ１）の前記第２の表面（Ｏ３２）に設けられる第２の半導体素子（Ｈ２）とを備え、前記第１の半導体素子（Ｈ１）は、第１の電気的面接触端子（Ｋ１１）を備えた第１の表面（Ｏ１１）を含み、さらに前記第１の電気的面接触端子（Ｋ１１）を介して、前記第１のバスバー（ＳＳ１）の前記第１の表面（Ｏ３１）と導電的にかつフラットにかつ機械的に接続されており、前記第２の半導体素子（Ｈ２）は、第１の電気的面接触端子（Ｋ２１）を備えた第１の表面（Ｏ２１）を含み、さらに前記第２の半導体素子（Ｈ２）の前記第１の電気的面接触端子（Ｋ２１）を介して、前記第１のバスバー（ＳＳ１）の前記第２の表面（Ｏ３２）と導電的にかつフラットにかつ機械的に接続されている。
2016523069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置（ＳＲ）のためのパワーモジュール（ＬＭ）であって、
第１の表面（Ｏ３１）と、該第１の表面（Ｏ３１）と向かい合った第２の表面（Ｏ３２）とを含んだ第１のバスバー（ＳＳ１）と、
前記第１のバスバー（ＳＳ１）の前記第１の表面（Ｏ３１）に設けられる第１の半導体素子（Ｈ１）と、
前記第１のバスバー（ＳＳ１）の前記第２の表面（Ｏ３２）に設けられる第２の半導体素子（Ｈ２）とを備え、
前記第１の半導体素子（Ｈ１）は、第１の電気的面接触端子（Ｋ１１）を備えた第１の表面（Ｏ１１）を含み、さらに前記第１の電気的面接触端子（Ｋ１１）を介して、前記第１のバスバー（ＳＳ１）の前記第１の表面（Ｏ３１）と導電的にかつフラットにかつ機械的に接続されており、
前記第２の半導体素子（Ｈ２）は、第１の電気的面接触端子（Ｋ２１）を備えた第１の表面（Ｏ２１）を含み、さらに前記第２の半導体素子（Ｈ２）の前記第１の電気的面接触端子（Ｋ２１）を介して、前記第１のバスバー（ＳＳ１）の前記第２の表面（Ｏ３２）と導電的にかつフラットにかつ機械的に接続されていることを特徴とする、パワーモジュール（ＬＭ）。
【請求項２】
さらに第１の表面（Ｏ４１）を含んだ第２のバスバー（ＳＳ２）を備え、
前記第１の半導体素子（Ｈ１）は、前記第１の表面（Ｏ１１）と向かい合いかつ第２の電気的面接触端子（Ｋ１２）を備えた第２の表面（Ｏ１２）を含み、さらに前記第２の電気的面接触端子（Ｋ１２）を介して、前記第２のバスバー（ＳＳ２）の前記第１の表面（Ｏ４１）と導電的にかつフラットにかつ機械的に接続されている、請求項１記載のパワーモジュール（ＬＭ）。
【請求項３】
前記請求項１記載の第１のバスバー（ＳＳ１）及び前記請求項２記載の第２のバスバー（ＳＳ２）の少なくとも１つは、第１の領域（ＳＢ１１，ＳＢ２１）を有し、前記少なくとも１つのバスバー（ＳＳ１，ＳＳ２）は、前記第１の領域（ＳＢ１１，ＳＢ２１）を介して、電気的ユニット（ＳＬ１，ＰＬ）と導電的にかつフラットにかつ機械的に接続可能である、請求項１または２記載のパワーモジュール（ＬＭ）。
【請求項４】
前記第１のバスバー（ＳＳ１）は、第２の領域（ＳＢ１２）を有し、前記第１のバスバー（ＳＳ１）は、前記第２の領域（ＳＢ１２）を介して冷却ユニット（ＫＥ１）と熱伝導的にかつ電気絶縁的にかつフラットにかつ機械的に接続可能である、請求項１から３いずれか１項記載のパワーモジュール（ＬＭ）。
【請求項５】
さらに第１の表面（Ｏ５１）を含んだ第３のバスバー（ＳＳ３）を備え、
前記第１の半導体素子（Ｈ１）は、前記第２の表面（Ｏ１２）に第３の電気的面接触端子（Ｋ１３）を備え、さらに前記第３の電気的面接触端子（Ｋ１３）を介して、前記第３のバスバー（ＳＳ３）の前記第１の表面（Ｏ５１）と導電的にかつフラットにかつ機械的に接続されている、請求項１から４いずれか１項記載のパワーモジュール（ＬＭ）。
【請求項６】
さらに第１の表面（Ｏ６１）を含んだ第４のバスバー（ＳＳ４）を備え、
前記第２の半導体素子（Ｈ２）は、前記第１の表面（Ｏ２１）と向かい合いかつ第２の電気的面接触端子（Ｋ２２）を備えた第２の表面（Ｏ２２）を含み、さらに前記第２の電気的面接触端子（Ｋ２２）を介して、前記第４のバスバー（ＳＳ４）の前記第１の表面（Ｏ６１）と導電的にかつフラットにかつ機械的に接続されている、請求項１から５いずれか１項記載のパワーモジュール（ＬＭ）。
【請求項７】
前記第２のバスバー（ＳＳ２）と前記第４のバスバー（ＳＳ４）は、一体的に構成されている、請求項６記載のパワーモジュール（ＬＭ）。
【請求項８】
前記第１の半導体素子（Ｈ１）は、ハウジングレスの半導体スイッチとして構成されており、及び／又は、前記第２の半導体素子（Ｈ２）は、ハウジングレスの半導体ダイオードとして構成されている、請求項１から７いずれか１項記載のパワーモジュール（ＬＭ）。
【請求項９】
電気機械（ＥＭ）のための少なくとも１つの相電流を供給する電力変換装置（ＳＲ）であって、請求項１から８いずれか１項記載のパワーモジュール（ＬＭ）を備えていることを特徴とする、電力変換装置（ＳＲ）。
【請求項１０】
電気機械（ＥＭ）を備えた車両を駆動する駆動装置（ＡＡ）であって、
前記駆動装置（ＡＡ）が、電気機械（ＥＭ）のための少なくとも１つの相電流を供給する電力変換装置（ＳＲ）を有し、
前記電力変換装置（ＳＲ）は、請求項１から８いずれか１項記載のパワーモジュール（ＬＭ）を含んでいることを特徴とする、駆動装置（ＡＡ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置のためのパワーモジュール並びに該パワーモジュールを備えた電力変換装置に関する。さらに本発明は、前記パワーモジュールを備えた車両を駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両又は電気自動車の電気機械を動作させるためには、電力変換装置が用いられており、この電力変換装置は、電気機械の動作のために電気機械の位相電流を提供している。電力変換装置は、半導体素子のような複数の電子的ないし電気的コンポーネントと、これらのコンポーネント間の電気的接続線路とを複数備えている。これらのコンポーネントは、それらを収容するのに十分な大きさの寸法である必要性がある相応の構造空間を電力変換装置に要求する。但し、より大きな電力変換装置は、車両内でもより大きな構造空間を必要とするが、そのような空間はもはや他の車両部品には自由に使うことができなくなる。
【０００３】
それ故本発明の課題は、電力変換装置の構造空間を低減できる可能性を提供することにある。
【０００４】
前記課題は、独立請求項に記載された本発明によって達成される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、第１のバスバー（英語表記“Ｂｕｓｂａｒ”）と、第１の半導体素子と、第２の半導体素子とを備えたパワーモジュールが提供される。ここでは前記第１の半導体素子はフラットに構成され、第１の電位とのフラットな電気的接続部を形成するために第１の電気的面接触端子を備えた第１の表面を含んでいる。同様に、第２の半導体素子もフラットに構成され、ここでも第１の電位とのフラットな電気的接続部を形成するために第１の電気的面接触端子を備えた第１の表面を含んでいる。ここでの第１及び第２の半導体素子の電気的面接触端子は、それぞれフラットに拡張されるように構成された電気的接触端子として構成されている。第１のバスバーは、導電性で好ましくは熱伝導性の材料で形成され、第１及び第２の半導体素子に第１の電位をさらに供給するために用いられる。この場合第１のバスバーは、第１の表面と、該第１の表面に向かい合っている第２の表面とを含み、前記第１及び第２の表面は、それぞれ拡張された面として構成されている。第１のバスバーの第１の表面には第１の半導体素子が配置され、第１の電気的面接触端子を介して第１のバスバーの第１の表面と導電的にかつフラットにかつ機械的に接続されている。
【０００６】
同様に、第１のバスバーの第２の表面の第２の半導体素子も、好ましくは第１の半導体素子に向かい合うように配置されている。第１の電気的面接触端子を介してこの第２の半導体素子は、第１のバスバーと導電的にかつフラットにかつ機械的に接続されている。この場合、前記バスバーと前記２つの半導体素子との間のこのような導電的でかつフラットな接続部は、好ましくは熱伝導性でもある。ここでの拡張されたフラットな電気的な接続部とは、ボンディングワイヤなしで、つまり点状ではなく拡張された接触面を介してフラットに構成された電気的な接続部を意味している。
【０００７】
パワーモジュールにおける電力変換装置の複数の半導体素子とこれらの半導体素子間の電気的な接続の実施により、電力変換装置内でこれらのコンポーネントの配設のために必要となる構造空間を低減できる可能性が提供される。従来の電力変換装置の構造空間は、とりわけ半導体素子間を導線接続するボンディングワイヤを用いたボンディング接続として実施される半導体素子間の電気的接続のために要求されることが確認されている。通常このボンディング接続には、ボンディング接続の線路構造部分の機械的支持体としてボンディングフレームが必要とされ、このボンディングフレームは、電力変換装置内で相応の構造空間を要求する。なぜなら電力変換装置内には半導体素子のように固有の電気絶縁性ケーシングを持たない構成の複数のコンポーネントが使用されており、それらのコンポーネントとの間で、ボンディング接続のためのボンディングワイヤが、電気的な接触接続を起こさないようにするためにも一定の間隔を有してなければならないことが要求されるからである。このことは、電力変換装置内で相応の大きな構造空間を要求することにつながる。
【０００８】
ここで説明する取り組みによれば、ボンディング接続が行われるのではなく、薄く拡張されたフラットなバスバーを用いたフラットな表面接続部が用いられる。この接続部は、付加的な構造空間（スペース）を必要としない直接的な電気機械的接続部である。
【０００９】
さらに、複数の半導体素子の支持と保持並びに電気的接続のために必要とされる、バスバーの回路支持体のための構造空間のさらなる低減のために、これらの半導体素子は、バスバー上に直接配置され、当該バスバーによって支持される。ここでは複数の半導体素子が、バスバーの向かい合った２つの表面に分けられ、それぞれ向かい合って配置される。それにより、これらの半導体素子間の電気的な接続線路も短くなるため、パワーモジュール内部の構造空間がさらに低減される。このようにして、総体的に従来の電力変換装置の半導体素子間の電気的接続部と半導体素子よりも僅かな構造空間しか必要としない電力変換装置用のパワーモジュールが得られる。これにより、車両内で小さな構造空間しか必要としない電力変換装置を提供することが可能になる。
【００１０】
電力変換装置内の温度変動や振動の影響を受けやすいが故に、電力変換装置の寿命に関する信頼性の弱点を形成する、ボンディング接続を排除することと、バスバーを使用することにより、半導体素子間のより安定した信頼性の高い電気的接続部が実現される。さらに半導体素子間の短くてフラットな電気的接続パスは、極めて低い寄生自己インダクタンスと非常に小さな固有抵抗しか有さず、このことは、パワーモジュール並びに電力変換装置における電力損失にプラスに影響する。それにより、電力変換装置の電気的特性及び熱的特性が向上する。
【００１１】
好ましい実施形態によれば、このパワーモジュールは、さらに、第２の電位をさらに供給するための第２のバスバーを含み、この第２のバスバーは、導電性で好ましくは熱伝導性の材料で形成され、第１の表面を含む。第１の半導体素子は、さらに、第１の表面に向かい合った第２の表面を含み、この第２の表面は、第２の電位とのフラットな電気的接続部を形成するために第２の電気的面接触端子を備えている。ここでは第１の半導体素子は、第２の電気的面接触端子を介して第２のバスバーの第１の表面と導電的にかつフラットにかつ機械的に接続されている。
【００１２】
第１及び第２のバスバーが、第１の半導体素子の互いに向かい合っている２つの表面に配置されていることによって、第１及び第２のバスバーの層状に重なり合った配置構成がそれらの間に介在する第１の半導体素子と共に実現される。さらに前記２つのバスバーは、それぞれ第１の半導体素子への電流流入のための送り線路として、ないしは、第１の半導体素子からの電流流出のための戻り線路として用いられるので、このパワーモジュールは、総合的に低い寄生結合インダクタンスを２つのバスバー内で有する。
【００１３】
さらに好ましい実施形態によれば、第１及び第２のバスバーの少なくとも１つが、第１の領域を有し、該第１の領域を介して少なくとも１つのバスバーは、例えば電気的線路などの電気的ユニットと導電的にかつフラットにかつ機械的に接続可能である。
【００１４】
このバスバーの第１の領域を介することによって、当該パワーモジュールから外部の電気的ユニットへの直接的でかつフラットでかつ低インダクタンスな電気的接続部が可能になる。
【００１５】
さらに別の好ましい実施形態によれば、第１のバスバーは、第２の領域を有し、該第２の領域を介して、第１のバスバーは冷却ユニットと熱伝導的にかつ好ましくは電気絶縁的にかつフラットにかつ機械的に接続可能となる。
【００１６】
この構成は、半導体素子内の電力損失によって発生した熱を第１のバスバーを介して冷却ユニットに伝導させ、そこから周囲へ放出させることを可能にする。バスバーのフラットな構成と、バスバーと半導体素子の間、ないしは、バスバーと冷却ユニットの間のフラットな熱結合は、半導体素子とパワーモジュールの効果的な冷却を生じさせる。
【００１７】
さらに好ましい実施形態によれば、前記パワーモジュールは、第３の電位をさらに供給するための第１の表面を含んだ導電性の及び好ましくは熱伝導性の材料からなる第３のバスバーを含んでいる。
【００１８】
この場合第１の半導体素子の第２の表面には、第３の電位とのフラットな電気的接続部を形成するために第３の電気的面接触端子を有している。この第３の電気的面接触端子を介して、第１の半導体素子は、第３のバスバーの第１の表面と導電的にかつ好ましくは熱伝導的にかつフラットにかつ機械的に接続される。
【００１９】
さらに好ましい実施形態によれば、前記パワーモジュールは、第２の電位をさらに供給するための第１の表面を含んだ導電性の及び好ましくは熱伝導性の材料からなる第４のバスバーを含んでいる。前記第２の半導体素子は、前記第１の表面と向かい合いかつ第２の電位とフラットな電気的接続を形成するための第２の電気的面接触端子を備えた第２の表面を含んでいる。この場合前記第２の半導体素子は、前記第２の電気的面接触端子を介して、前記第４のバスバーの第１の表面と導電的にかつ好適には熱伝導的にかつフラットにかつ機械的に接続されている。
【００２０】
最後に述べた２つの実施形態によれば、４つのバスバーが上下に重なり合ったフラットな配置構成のおかげで、上下に重ねるのではなく並列に配置構成された場合よりも、全体としてさらに低い寄生結合インダクタンスを有するという利点が得られる。
【００２１】
さらに好ましい実施形態によれば、第２及び第４のバスバーが相互に一体的に形成される。この場合、この一体的に構成されたバスバーは、バスバーの表面に沿って、特に該表面に平行する方向で見てＵ字形若しくはＹ字形の断面を有している。これらのバスバーは、外部の回路ユニットに対する電流端子を形成する領域において、打ち抜き加工で次のように成形されてもよい。すなわちこれらの領域の全てが、任意のさらなる製造プロセスのために有利となる面に存在するように成形されてもよい。別の好ましい実施形態によれば、第１の半導体素子は、例えばＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）スイッチ若しくはＩＧＢＴ（絶縁ゲート電極バイポーラトランジスタ）スイッチなどのようなハウジングを持たない半導体スイッチとして構成されている。好ましくは、第２の半導体素子は、ハウジングを持たない半導体ダイオードとして構成されている。さらにこの場合「ハウジングレス」の半導体素子とは、埋め込まれたハウジングを持たないいわゆる「裸の」半導体素子を指す。これは裸のチップ（英語表記“Bar Die”）として構成されている。
【００２２】
さらに好ましい実施形態によれば、バスバーと半導体素子の間の導電性でかつフラットでかつ機械的な接続部は、平坦なはんだ接合部として、又は、平坦な溶接接合部として、又は、平坦な接着接合部として、又は、平坦な焼結接合部として実施される。
【００２３】
本発明の第２の態様によれば、電気機械のための少なくとも１つの相電流を供給する電力変換装置が提供され、この電力変換装置は、上述したパワーモジュールを備えている。ここでは前記パワーモジュールの第２及び第４のバスバーは、電気機械に相電流をさらに供給するように構成され、電気機械の巻線と導電的に接続されている。
【００２４】
本発明の第３の態様によれば、電気機械を備えた車両、特にハイブリッド車両又は電気自動車を駆動する駆動装置が提供される。この図１に示す実施形態のパワーモジュール駆動装置は、電気機械のための少なくとも１つの相電流を供給する電力変換装置を有し、この電力変換装置は、前述したようなパワーモジュールを含んでいる。この場合前記パワーモジュールの第２及び第４のバスバーは、電気機械へ相電流をさらに供給するように構成され、電気機械の巻線に導電的に接続されている。
【００２５】
前述したパワーモジュールの有利な実施形態が、転じて前述の電力変換装置ないし駆動装置に適用可能である限り、当該電力変換装置ないし駆動装置の有利な実施形態と見なす。
【００２６】
以下では、本発明の例示的な実施形態を添付の図面を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るパワーモジュールを含んだ電力変換装置を備えた車両の駆動装置部の一部を概略的に示した図
【図２Ａ】図１に示した実施形態のパワーモジュールの第１の半導体素子の２つの表面の概略図
【図２Ｂ】図１に示した実施形態のパワーモジュールの第１の半導体素子の２つの表面の概略図
【図２Ｃ】図１に示した実施形態のパワーモジュールの第２の半導体素子の２つの表面の概略図
【図２Ｄ】図１に示した実施形態のパワーモジュールの第２の半導体素子の２つの表面の概略図
【図３】図１に示した機械的構造部の実施形態のパワーモジュールの概略図
【００２８】
発明を実施するための形態
最初に、ここでは図示されていない車両の駆動装置ＡＡの一部が簡略化された回路図で示されている図１を参照する。この駆動装置ＡＡは、車両の推進のための電気機械ＥＭと、該電気機械ＥＭに相電流Ｉｐの形態の電気エネルギーを供給するための電力変換装置ＳＲとを含んでいる。
【００２９】
電機ＥＭは、当該実施形態では、同期機として構成されており、３つの巻線ＷＫを備えている。この電動機ＥＭの３つの巻線ＷＫは、それぞれ相電流線路ＰＬを介して電量変換装置ＳＲに電気的に接続され、これらの３つの相電流線路ＰＬを介して電力変換装置ＳＲから相電流Ｉｐを受け取っている。
【００３０】
電力変換装置ＳＲは、当該実施形態ではＢ６ブリッジ回路として構成されており、この装置は、正の給電線路ＳＬ１と負の給電線路ＳＬ２との間に、実質的に同一に構成された、互いに並列接続で配置された３つのハーフブリッジＨＢを含んでいる。
【００３１】
３つのハーフブリッジＨＢの各々には、それぞれ２つのパワーモジュールＬＭが含まれ、これらのパワーモジュールは、それぞれ、正電圧側の電流パス上に（英語表記でhigh-side）、したがって正の給電線路ＳＬ１と相電流線路ＰＬの１つとの間に分散配置され、ないしは、負電圧側の電流パス上に（英語表記でlow-side）、従って相電流線路ＰＬの１つと負の給電線路ＳＬ２との間に分散配置されている。各ハーフブリッジＨＢの２つのパワーモジュールＬＭは、中央端子ＭＡ介して相互に、そして３つの相電流線路ＰＬの１つに電気的に接続されている。
【００３２】
電力変換装置ＳＲは、さらに例えば中間回路コンデンサなどの回路部品も有しており、これらは当業者に公知の手法における電力変換装置の一般的機能のために必要とされるものであるが、必ずしも本発明の説明に関連しているわけではないので、ここでの詳細な説明は省く。
【００３３】
パワーモジュールＬＭは、それぞれ、正の給電線路ＳＬ１、負の給電線路ＳＬ２ないし相電流線路ＰＬへの電気的接続のために、第１の電流端子ＡＳ１と第２の電流端子ＡＳ２とを有する。
【００３４】
第１の電流端子ＡＳ１を介して、正の電流パスに配置されたパワーモジュールＬＭは、正の給電線路ＳＬ１に電気的に接続される。第２の電流端子ＡＳ２を介して、このパワーモジュールＬＭは、相電流線路ＰＬの１つにそれぞれ電気的に接続される。
【００３５】
負の電流パスに配置されたパワーモジュールＬＭは、第１の電流端子ＡＳ１を介して、各ハーフブリッジＨＢの正の電流パスに配置されたパワーモジュールＬＭのそれぞれ第２の電流端子ＡＳ２と、各相電流線路ＰＬとに電気的に接続される。それぞれ第２のパワーモジュールＬＭは、第２の電流端子ＡＳ２を介して、負の給電線路ＳＬ２に電気的に接続される。
【００３６】
３つのハーフブリッジＨＢのパワーモジュールＬＭは、互いに十分同一に構成されている。それ故より良い理解のために、以下では、これらのパワーモジュールＬＭのうちの１つだけを一例として詳細に説明する。
【００３７】
このパワーモジュールＬＭは、それぞれ、第１の半導体素子Ｈ１として、通常時は導通しているｎチャネルＩＧＢＴスイッチを、第２の半導体素子Ｈ２として還流ダイオードを並列回路において含んでいる。
【００３８】
ＩＧＢＴスイッチＨ１は、コレクタ端子Ｃ、エミッタ端子Ｅ、ゲート端子Ｇを含む。この場合、コレクタ端子Ｃは、第１の電気的接続路Ｖ１１を介して第１の電流端子ＡＳ１と電気的に接続されている。エミッタ端子Ｅは、第２の電気的接続路Ｖ１２を介して第２の電流端子ＡＳ２に電気的に接続されている。ゲート端子Ｇは、第３の電気的な接続路Ｖ１３を介して信号端子ＡＳ３に電気的に接続されている。この場合この信号端子ＡＳ３を介してそれぞれ１つの制御信号が、ゲート端子Ｇに、当該ＩＧＢＴスイッチの駆動のために供給される。
【００３９】
図１から明らかなことは、電力変換装置ＳＲは、制御信号を用いて、３つのハーフブリッジＨＢの６つのＩＧＢＴスイッチＨ１の交互のオンオフ切り替えにより、図示されていない電気エネルギー源から給電線路ＳＬ１、ＳＬ２を介して提供される直流電流を、当業者には周知の方法で３つの相電流Ｉｐに変換し、これらの相電流Ｉｐを、３つの相電流線路ＰＬを介して電気機械ＥＭの巻線ＷＫにその動作のために給電していることである。
【００４０】
還流ダイオードＨ２は、カソード端子Ｋとアノード端子Ａとを含んでいる。この場合カソード端子Ｋは、第１の電気的接続路Ｖ２１を介して第１の電流端子ＡＳ１に電気的に接続されている。アノード端子Ａは、第２の電気的接続路Ｖ２２を介して第２の電流端子ＡＳ２に電気的に接続されている。
【００４１】
還流ダイオードＨ２は、電気機械ＥＭの動作中に巻線ＷＫ内に発生する寄生誘導電流を、当該電気機械ＥＭから給電線路ＳＬ１、ＳＬ２へ放散させるために使用される。
【００４２】
パワーモジュールＬＭの機械的構造、特に各パワーモジュールＬＭのＩＧＢＴスイッチＨ１と還流ダイオードＨ２の回路技術的配置構成、並びにＩＧＢＴスイッチＨ１と還流ダイオードＨ２との間の電気的接続路、それぞれ第１及び第２の電流端子ＡＳ１，ＡＳ２並びに制御信号端子ＡＳ３への電気的接続路については、以下で図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃ，図２Ｄ，図３に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
最初に図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃ，図２Ｄを参照して、それぞれ１つの表面、すなわち第１の表面Ｏ１１、下側、すなわち第２の表面Ｏ１２、ＩＧＢＴスイッチＨ１、及び上側、すなわち第１の表面Ｏ２１、及び下側、すなわち第２の表面Ｏ２２、還流ダイオードＨ２をそれぞれ各平面図において概略的に示す。
【００４４】
ここでのＩＧＢＴスイッチＨ１及び還流ダイオードＨ２は、とりわけ電力変換装置ＳＲの所要の構造空間の低減のためにハウジングレスの「裸の」半導体素子として実施される。
【００４５】
ＩＧＢＴスイッチＨ１は、図２Ａから見て取れるように、第１の表面Ｏ１１上に第１の電気的面接触端子Ｋ１１を有しており、この第１の電気的面接触端子Ｋ１１は図１に示されているＩＧＢＴスイッチＨ１のコレクタ端子Ｃを形成している。前記第１の表面Ｏ１１に向かい合っている第２の表面Ｏ１２上には、ＩＧＢＴスイッチＨ１は、図２Ｂから見て取れるように、第２の電気的面接触端子Ｋ１２を、図１に示すようなエミッタ端子Ｅとして有し、さらに第３の電気的面接触端子Ｋ１３を、図１に示すようなゲート端子Ｇとして有している。
【００４６】
還流ダイオードＨ２は、図２Ｃから見て取れるように、第１の表面Ｏ２１上に第１の電気的面接触端子Ｋ２１を有し、この第１の電気的面接触端子Ｋ２１は、図１に示すような還流ダイオードＨ２のカソード端子Ｋを形成している。第１の表面Ｏ２１に向かい合っている第２の表面Ｏ２２上には、還流ダイオードＨ２は、図２Ｄから見て取れるように、第２の電気的面接触端子Ｋ２２を、図１に示すようなアノード端子Ａとして有する。
【００４７】
ＩＧＢＴスイッチＨ１及び還流ダイオードＨ２の面接触端子Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ１３ないしＫ２１，Ｋ２２は、フラットに拡がっており、そのためこれらは、ＩＧＢＴスイッチＨ１及び還流ダイオードＨ２のほぼ全ての表面Ｏ１１，Ｏ１２ないしＯ２１，Ｏ２２を覆っている。
【００４８】
以下では、図３を参照して説明を続ける。この図３は、パワーモジュールＬＭの機械的な構造を、第１の冷却ユニットＫＥ１及び第２の冷却ユニットＫＥ２も含めて、パワーモジュールＬＭのＩＧＢＴスイッチＨ１の表面Ｏ１１に対して垂直方向の概略的断面図で示したものである。
【００４９】
図３によれば、パワーモジュールＬＭは、第１及び第２の冷却ユニットＫＥ１，ＫＥ２の間に配置され、第１、第２、第３及び第４のバスバーＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３及びＳＳ４、並びに図２Ａ及び図２Ｂに示したＩＧＢＴスイッチＨ１及び図２Ｃ及び図２Ｄに示した還流ダイオードＨ２を含んでおり、それらは互いに層状に重なって配置されている。
【００５０】
この場合、ＩＧＢＴスイッチＨ１からパワーモジュールＬＭの第１の電流端子ＡＳ１への第１の電気的接続路Ｖ１１と、還流ダイオードＨ２からパワーモジュールＬＭの第１の電流端子ＡＳ１への第１の電気的接続路Ｖ２１は、第１のバスバーＳＳ１によって実現されている。第１のバスバーＳＳ１は、第１の表面Ｏ３１と、該第１の表面Ｏ３１と向かい合っている第２の表面Ｏ３２とを有している。第１のバスバーＳＳ１の第１の表面Ｏ３１には、ＩＧＢＴスイッチＨ１の第１の表面Ｏ１１が、当該第１のバスバーＳＳ１と対向するように配置されている。ここでは、第１の面接触端子Ｋ２１、すなわちＩＧＢＴスイッチＨ１のコレクタ端子Ｃは、はんだ接続部ＬＶを介して第１のバスバーＳＳ１と導電的にかつ熱伝導的にかつ機械的に接続されている。第１のバスバーＳＳ１の第２の表面Ｏ３２には、還流ダイオードＨ２の第１の表面Ｏ２１が、第１のバスバーＳＳ１と対向するようにかつＩＧＢＴスイッチＨ１と向かい合うように配置されている。ここでの第１の面接触端子Ｋ２１ないし還流ダイオードＨ２のカソード端子Ｋも、はんだ接続部ＬＶを介して第１のバスバーＳＳ１と導電的にかつ熱伝導的にかつ機械的に接続されている。
【００５１】
第１のバスバーＳＳ１の露出した部分は、バック第１の冷却ユニットＫＥ１へ向かう方向に折り曲げられており、当該図面の観察方向で見てＵ字状の断面を有し、露出した端部領域ＳＢ１１と、前記第１の冷却ユニットＫＥ１に比較的近い位置にある中間領域ＳＢ１２とを含んでいる。この中間領域ＳＢ１２を介して第１のバスバーＳＳ１は、第１の冷却ユニットＫＥ１の第１の表面Ｏ７１と、誘電性の熱伝導ペーストＷＰを用いて熱伝導的にかつ電気絶縁的にかつ機械的に接続されている。第１のバスバーの端部領域ＳＢ１１は、パワーモジュールＬＭの第１の電流端子ＡＳ１を形成し、それを介して、第１のバスバーＳＳ１は、正の給電線路ＳＬ１ないし相電流線路ＰＬの１つと電気的に接続され、これを介して前記正の給電線路ＳＬ１に印加された第１の電位Φ１が、ＩＧＢＴスイッチＨ１と還流ダイオードＨ２の各第１の面接触端子Ｋ１１，Ｋ２１に印加される。
【００５２】
第２のバスバーＳＳ２は、ＩＧＢＴスイッチＨ１の第２の表面Ｏ１２に配置され、第１の表面Ｏ４１と、該第１の表面Ｏ４１に向かい合った第２の表面Ｏ４２とを有する。第１の表面Ｏ４１を介して、第２のバスバーＳＳ２は、第２の面接触端子Ｋ１２と、すなわちＩＧＢＴスイッチＨ１のエミッタ端子Ｅとはんだ接続部ＬＶを用いて導電的にかつ熱伝導的にかつ機械的に接続されている。また第２の表面Ｏ４２を介して、第２のバスバーＳＳ２は、第２の冷却ユニットＫＥ２と、さらなる誘電性の熱伝導ペーストＷＰを用いて熱伝導的に、但し電気絶縁的にかつ機械的に接続される。
【００５３】
第３のバスバーＳＳ３も、ＩＧＢＴスイッチＨ１の第２の表面Ｏ１２に配置され、第１の表面Ｏ５１と、該第１の表面Ｏ５１に向かい合った第２の表面Ｏ５２とを有する。この第３のバスバーＳＳ３は、第１の表面Ｏ５１を介して第２の面接触端子Ｋ１３ないしＩＧＢＴスイッチＨ１のゲート端子Ｇとはんだ接続部ＬＶを用いて導電的にかつ熱伝導的にかつ機械的に接続されている。また第２の表面Ｏ５２を介して、前記第３のバスバーＳＳ３は、第２の冷却ユニットＫＥ２と、誘電性の熱伝導ペーストを用いて熱伝導的に、但し電気絶縁的にかつ機械的に接続される。
【００５４】
第３のバスバーＳＳ３の露出している、但しＩＧＢＴスイッチＨ１によって覆われていない領域は、第２の冷却ユニットＫＥ２から離れる方向に折り曲げられ露出した端部領域を有しており、この領域はパワーモジュールＬＭの信号端子ＡＳ３を形成し、そこにはＩＧＢＴスイッチＨ１を駆動するための制御信号が印加される。
【００５５】
第４のバスバーＳＳ４は、還流ダイオードＨ２の第２の表面Ｏ２２に配置され、第１の表面Ｏ６１と、該第１の表面Ｏ６１に向かい合った第２の表面Ｏ６２とを有している。この場合第４のバスバーＳＳ４は、第１の表面Ｏ６１を介して第２の面接触端子Ｋ２２ないし還流ダイオードＨ２のアノード端子Ａにはんだ接続部ＬＶを用いて導電的にかつ熱伝導的にかつ機械的に接続されている。
【００５６】
第２及び第４のバスバーＳＳ２，ＳＳ４の、ＩＧＢＴスイッチＨ１又は還流ダイオードＨ２によって覆われていない露出した領域は、それぞれ互いに重なるように折り曲げられ、それぞれ１つの端部領域ＳＢ２１，ＳＢ４１を有し、これらははんだ接続部ＬＶを介して相互に電気的に接続され、それによって共通の端部領域を形成している。この共通の端部領域は、パワーモジュールＬＭの第２の電流端子ＡＳ２を形成し、これを介して前記第２及び第４のバスバーＳＳ２，ＳＳ４は、相電流線路ＰＬの１つないしは負の給電線路ＳＬ２と電気的に接続される。代替的に前記第２及び第４のバスバーＳＳ２，ＳＳ４は、一体的に形成されていてもよい。
【００５７】
第１の冷却ユニットＫＥ１は、第４のバスバーＳＳ４に配置され、当該第４のバスバーＳＳ４の第２の表面Ｏ６２と、第１の表面Ｏ７１を介して例えばさらなる熱伝導ペーストＷＰを用いて熱伝導的に、但し電気絶縁的にかつ機械的に接続される。この第１の冷却ユニットＫＥ１は、前記第１の表面Ｏ７１と向かい合った第２の表面Ｏ７２に、表面を拡大させる複数の冷却フィンＫＲを備えており、これらの冷却フィンＫＲは、パワーモジュールＬＭから吸収した熱を効果的に周囲に放出することができる。
【００５８】
第２の冷却ユニットＫＥ２は、第２及び第３のバスバーＳＳ２，ＳＳ３に配置され、前記第２のバスバーＳＳ２の第２の表面Ｏ４２及び前記第３のバスバーＳＳ３の第２の表面Ｏ５２と、第１の表面Ｏ８１を介して、及び例えばさらなる熱伝導ペーストＷＰを用いて熱伝導的に、但し電気絶縁的にかつ機械的に接続される。この第２の冷却ユニットＫＥ２は、前記第１の表面Ｏ８１と向かい合った第２の表面Ｏ８２に、表面を拡大させる複数の冷却フィンＫＲを有しており、これらの冷却フィンＫＲは、パワーモジュールＬＭから吸収した熱を効果的に周囲に放出することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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