JP2002359329A

JP2002359329A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2002359329A
Application number: JP2001162627A
Authority: JP
Inventors: Shinji Shirakawa; 真司白川; Akira Mishima; 彰三島; Keiichi Masuno; 敬一増野; Toshiyuki Innami; 敏之印南; Hiroyasu Anami; 裕康阿南; Yoshitaka Ochiai; 由敬落合
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-12-13
Also published as: US20020180037A1; EP1263041A3; EP1263041A2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子の放熱性を向上するとともに直流回
路のインダクタンスを低減して半導体素子の発熱量を低
減して温度サイクルに対する信頼性を高める。【解決手段】正極配線板３、負極配線板２、出力配線板
４，５，６、半導体スイッチ素子および導体の緩衝材か
らなり、前記出力配線板と正極配線板間および出力配線
板と負極配線板間に前記半導体スイッチ素子および緩衝
材を加圧挟持してブリッジ回路を構成する半導体装置で
あって、前記正極配線板、負極配線板あるいは出力配線
板を加圧構造の一方の支持体として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置にかか
り、特に発熱量を低減するとともに放熱性を向上して温
度サイクルに対する信頼性を向上した半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図２１は、従来の半導体スイッチからな
るブリッジ回路を内蔵する半導体装置の実装構造を示す
図である。図において、１はケース、２は負極直流配線
板、３は正極直流配線板、４はＵ相出力端子、５はＶ相
出力端子、６はＷ相出力端子、１２ａ、１２ｄはそれぞ
れ半導体スイッチ、３０は半導体装置、６１は絶縁基
板、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅはそれぞ
れワイヤ配線、６７は放熱板である。半導体スイッチ１
２ａ、１２ｄの下面電極は絶縁基板６１の導体パターン
上に半田接合し、半導体スイッチの上面電極はワイヤ６
２ｂ、６２ｃをボンディングしている。絶縁基板６１は
放熱板６７に半田接合している。半導体スイッチはブリ
ッジ回路の一相分のみについて説明したが、他の二相に
ついても同様である。この装置は図に示すように三相ブ
リッジ回路を構成することにより、電力変換器を一回路
ブロックとして扱える利便性がある。

【０００３】半導体装置には、半導体装置を構成する半
導体スイッチのオン状態の抵抗値（以下オン抵抗と称す
る）とそこを流れる電流値によって決まる発熱、および
半導体スイッチのオンオフ動作時の電圧・電流値に依存
する発熱が生じる。さらにＭＯＳＦＥＴのようにスイッ
チと一体にダイオードを備えている半導体スイッチを用
いる場合は、該ダイオードに流れる電流による発熱が加
算されることになる。

【０００４】前記半導体装置が正常に機能するために
は、これらの発熱よる半導体スイッチの温度上昇を半導
体スイッチの正常動作が保証される温度（以下、最大動
作温度と称する）以下に抑制する必要がある。温度上昇
は、各アームの半導体スイッチのオン抵抗値低減、ある
いは半導体スイッチを並列化による等価的なオン抵抗低
減によって抑制することができる。前者の方法では一般
に半導体スイッチの耐圧が低くなり、オフ動作時に半導
体スイッチに印加される電圧の上昇を耐圧以下に抑制す
ることが必要となる。一方、後者の方法は半導体スイッ
チの実装面積および配線面積の増加によって半導体装置
が大きくなる欠点がある。

【０００５】また、半導体スイッチ、絶縁基板、および
放熱板等の構造物の温度に対する膨張率の差から、半導
体装置の起動・停止によって生じる温度サイクルによ
り、半導体スイッチと絶縁基板間の半田接合部、あるい
は半導体スイッチのワイヤボンディング部に歪みが生
じ、前記温度サイクルを繰り返すことによりき裂が進展
する。

【０００６】半導体装置の信頼性向上には前記歪みを小
さくして亀裂が生じない構造にする必要がある。前記歪
みを小さくする方法として膨張率の差の小さい材料で半
導体装置を構成する方法、半導体スイッチの発熱量低減
により温度変化を小さくする方法、および大電流が流れ
る半導体スイッチと導体配線を加圧接触により接続し、
半田やワイヤを使用しない方法が知られている。

【０００７】特開平１１−７４４５６号公報には、この
ような加圧接触方式（圧接方式）の半導体装置が示され
ている。この半導体装置は、上下アーム分を構成する半
導体素子、並びに交流側の出力導体および上下アームに
直流電源を供給する正極電極板および負極電極板をその
両側から皿バネを介して放熱フィンで挟持してブリッジ
の１相分を構成するものである。これにより半導体素子
と電極板の半田接合は不要としている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年、パワー半導体装
置の高電圧大電流化、小型化が進展してきている。特
に、高電圧大電流をスイッチングする半導体装置は、前
述のように熱疲労により半田割れあるいはボンディング
ワイヤの破断が発生し、その寿命を短縮することにな
る。したがって、高電圧大電流の半導体装置は、素子の
温度を規定値以下に保持して装置の正常動作を保証する
ことが肝要である。

【０００９】本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
で、半導体素子の放熱性を向上して温度サイクルに対す
る信頼性を高めた半導体装置を提供する。また、直流回
路のインダクタンスを低減して半導体素子の発熱量を低
減することのできる半導体装置を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を採用した。

【００１１】正極配線板、負極配線板、出力配線板、半
導体スイッチ素子および導体の緩衝材からなり、前記出
力配線板と正極配線板間および出力配線板と負極配線板
間に前記半導体スイッチ素子および緩衝材を加圧挟持し
てブリッジ回路を構成する半導体装置であって、前記正
極配線板、負極配線板あるいは出力配線板を加圧構造の
一方の支持体として利用する。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用できる電力
変換装置を示す図である。

【００１３】図において、３０は半導体装置、３１は直
流電源、３２は電力変換器、３３ａ、３３ｂは主回路配
線、４３は電解コンデンサ、３４は出力配線、３５は電
動機である。前記半導体装置３０はパワーＭＯＳＦＥＴ
(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transisto
r)やＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)等
のパワー半導体スイッチ素子で構成される。また、以
下、出力電流が流れる電力変換器内の配線を半導体装置
内の配線をを含め主回路配線と称することとする。

【００１４】前記半導体装置３０は直流電圧を入力と
し、可変電圧、可変周波数の交流をＵ、Ｖ、Ｗ相の出力
配線３４へ出力し電動機３５を駆動する。電解コンデン
サ４３は半導体装置のスイッチング動作による直流電圧
の変動を抑制する機能を持つ。本発明の電力変換器にお
いて、電解コンデンサ３４は電解コンデンサに限定する
ものではなく、使用条件に対して十分大きな静電容量が
あるコンデンサを用いて良い。

【００１５】電力変換器３２は三相交流を直流に変換す
ることも可能であり、前記の電力変換器を直流電源とし
て用いることも可能である。即ち、半導体装置３０を２
つ用いて、一方の半導体装置で交流電源を一度直流に変
換した後、他方の半導体装置で三相交流に変換して電動
機を駆動することもできる。本発明は、半導体装置３０
に関するものであり、したがって、前述の交流電源を入
力する電力変換器にも適用することができる。すなわ
ち、直流電源が充電機能をもつ場合、電動機の回転軸を
外力により回転させて出力配線に発生した交流電力を半
導体装置３０によって直流に変換することにより、前記
直流電源を充電することができる。

【００１６】図２は、三相交流を出力する半導体装置の
構成を示す図である。図において、３０は半導体装置、
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅ、５８ｆは半
導体スイッチ、５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ、５９
ｅ、５９ｆはダイオード、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６
０ｄ、６０ｅ、６０ｆは半導体スイッチ制御端子、３は
正極端子、２は負極端子、４はＵ相出力端子、５はＶ相
出力端子、６はＷ相出力端子であり、端子４、５、６で
一組の三相交流端子を構成する。正極端子３と負極端子
２間には直流電圧が印加される。また、図では図を分か
り易くするため、半導体スイッチのオンオフ信号を駆動
するドライブ回路は省略している。

【００１７】半導体スイッチ５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、
５８ｄ、５８ｅ、５８ｆにはパワーＭＯＳＦＥＴ或いは
ＩＧＢＴが用いられる。半導体スイッチにパワーＭＯＳ
ＦＥＴを用いる場合、前記パワーＭＯＳＦＥＴはその素
子構造にダイオードを含んでいるため、半導体スイッチ
５８ａとダイオード５９ａを１チップで構成することが
できる。したがって、半導体スイッチにパワーＭＯＳＦ
ＥＴを用いる場合はダイオードを別部品として実装しな
くて良い。

【００１８】図に示すように、半導体スイッチ５８ａと
半導体スイッチ５８ｂ、半導体スイッチ５８ｃと半導体
スイッチ５８ｄ、および半導体スイッチ５８ｅと半導体
スイッチ５８ｆがそれぞれブリッジの一辺を構成する。
半導体スイッチ制御端子６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０
ｄ、６０ｅ、６０ｆのそれぞれにＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ
ＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号電圧を印
加し、ブリッジ接続したそれぞれの半導体スイッチ５８
ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅ、５８ｆのオン
（開）、オフ（閉）の時間を制御することにより、可変
周波数・可変電流の三相交流電圧を電動機３５に供給す
ることができる。

【００１９】なお、以上は三相ブリッジ回路を例に説明
したが、正極端子３、負極端子２、半導体スイッチ５８
ａ、５８ｂ、出力端子６からなるハーフブリッジ回路を
３組用いることにより実現することもできる。すなわ
ち、本発明は半導体スイッチの個数、ブリッジ回路の個
数に依存しない直流配線部分の構造に関するものであ
り、ブリッジ接続された少なくとも２個の制御可能な半
導体スイッチと、少なくとも１つの出力端子と、正極負
極直流端子で構成された半導体装置に適用することがで
きる。

【００２０】以下、本発明の実施形態をを図３ないし図
２０にを参照して説明する。なお、これらの図において
同一部分については同一符号を付した。また、図を分か
り易くするため、半導体スイッチを駆動するドライブ回
路は省略し、ドライブ回路基板の配置のみを示した。

【００２１】図３ないし図５は本発明の第１の実施形態
にかかる半導体装置を示す図であり、図３は上面図、図
４は図３のＡ−Ａ’断面図、図５は図４のＢ−Ｂ’断面
図である。図３において、１はケース、２は負極直流配
線板、３は正極直流配線板、４、５、６、４’、５’、
６’は出力配線板、７ａ、７ｂは加圧板、８ａ、８ｂ、
８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ａ’、８ｂ’、８ｃ’、８
ｄ’、８ｅ’、８ｆ’は信号配線、９ａ、９ｂ、９ｃ、
９ｄ、９ｅ、９ｆはカラー、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、
１０ｄ、１０ｅ、１０ｆはボルト、３０は半導体装置で
ある。各直流端子２、３には直流電源への配線取付け用
の穴が設けられる。また、各出力配線板２、３、４、
５、６には出力配線取付け用の穴が設けられる。信号配
線は各２本づつの組になっており、例えば８ａと８ａ’
は半導体スイッチであるＭＯＳＦＥＴのゲート電極とソ
ース電極に接続している。なお、本発明は半導体スイッ
チに接続する信号配線を２本に限定するものではない。
例えば、使用する半導体スイッチに温度検出或いは電流
検出等の機能が組み込まれている場合には、温度検出信
号或いは電流検出用の信号配線が他に必要となる。

【００２２】図４において、１はケース、３は正極直流
配線板、４’、５’、６’は出力配線板、９ａ、９ｂ、
９ｃ、９ｄはカラー、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ
はボルト、１１ａ、１１ｂ、１１ｃは緩衝材、１２ａ、
１２ｂ、１２ｃは半導体スイッチ、１３ａ、１３ｂ、１
３ｃは緩衝材、１４ａ、１４ｂ、１４ｃは絶縁体、１５
ａ、１５ｂ、１５ｃは加圧板、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ
は皿ばね、１７はドライブ回路基板、１８は電子部品、
１９は信号端子、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは成
形枠、３０は半導体装置である。皿ばね１６ａ、１６
ｂ、１６ｃはドーナツ状の円板を円錐状に成形した皿ば
ねである。図４は半導体スイッチにＭＯＳＦＥＴを用い
た場合であり、半導体スイッチとダイオードの組合わせ
を一部品で示している。

【００２３】ＭＯＳＦＥＴの電極構造を図１９に示す。
図１９において、６３はソース電極、６４はソース電極
６３と同電位のゲート信号入力用のソース電極、６５は
ゲート信号電極、６６はＭＯＳＦＥＴチップである。Ｍ
ＯＳＦＥＴの断面構造を図２０に示す。図２０に示すよ
うに、ＭＯＳＦＥＴチップのソース電極に対向する面に
ドレイン電極が形成される。これらの電極は、例えば図
４で示すように緩衝材１１ａと半導体スイッチ１２ａの
ドレイン電極が、緩衝材１３ａと半導体スイッチ１２ａ
のソース電極がそれぞれ接触するように組み立てる。な
お、緩衝材１３ａの接触面はソース電極面とほば同じ寸
法に形成してある。

【００２４】次に、図４を参照して、正極直流配線板
３、半導体スイッチ１２ａ、および出力配線板４’の加
圧接続構造について説明する。緩衝材１１ａ、半導体ス
イッチ１２ａ、緩衝材１３ａ、出力配線板４’、絶縁体
１４ａ、加圧板１５ａ、および皿ばね１６ａを重ねたも
のを正極直流配線板３と加圧板７ａで挟み込み、前記正
極直流配線板３と前記加圧板７ａの間をボルト１０ａ、
１０ｂ、１０ｃ、１０ｄおよびカラー９ａ、９ｂ、９
ｃ、９ｄによって加圧する。ボルト１０ａ、１０ｂ、１
０ｃ、１０ｄのカラー９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄとの結合
部にはねじ山があり、前記ボルト１０ａ、１０ｂ、１０
ｃ、１０ｄを油圧等で必要な加圧力に至るまで引張り、
前記カラー９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを外側から絞り込む
ことにより、カラーの内側にねじ山に似た形状を形成し
て、ボルトとカラーを結合する。この方式では必要な圧
力を精度良く加えることができる。本実施形態に示すよ
うに緩衝材１１ａ、半導体スイッチ１２ａ、緩衝材１３
ａ、出力配線板４’、絶縁体１４ａ、および加圧板１５
ａの位置は成形枠２３ａ、２３ｂによって、また、皿ば
ね１６ａの位置は加圧板１５ａによって位置決めするこ
とが可能である。３枚の半導体スイッチを４本のボルト
を用いて加圧する本実装構造においては、電極面積が１
平方センチメートルの半導体スイッチを１０ＭＰａで加
圧する場合、１ボルト当り約７７ｋｇｆの荷重を掛ける
ことになる。この場合、JIS B1051−1991（ISO898-1）
の規格から強度区分５．８の鋼製ボルトを用いると保証
荷重応力３８．７ｋｇｆ／ｍｍ^２から直径２．４ｍｍ以
上のボルトで実現できる。なお、本発明では正極直流配
線板３、半導体スイッチ１２ａ、および出力配線板４’
をボルトとカラーの組合せでの加圧することに限定する
ものはなく、カラーの代りにナットを用いてもよい。こ
のように、ボルト１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄおよ
びカラー９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄによる加圧機構によっ
て、正極直流配線板３と加圧板７ａ間の構造物を加圧す
るので、緩衝材１１ａを介して正極直流配線板３と半導
体スイッチ１２ａのドレイン電極を接続し、また、緩衝
材１３ａを介して半導体スイッチ１２ａのソース電極と
出力配線板４を接続することができる。

【００２５】また、前記皿ばね１６は、半導体スイッチ
の発熱による熱膨張や経時変化によって、前記緩衝材１
１ａ、半導体スイッチ１２ａ、緩衝材１３ａ、出力配線
板４’、絶縁体１４ａ、加圧板１５ａ、正極直流配線板
３、加圧板７ａ、ボルト１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０
ｄ、カラー９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ等に生じる寸法変化
に関わらず必要な圧力の保持するために使用する。

【００２６】なお、皿ばねは、熱を伝達する接触面が小
さく熱抵抗が大きいため、本実施形態では皿ばねを片側
のみに配置し、半導体スイッチで発生した熱は緩衝材１
２ａを介して正極直流配線板３に導いて正極直流配線３
から絶縁体を介して冷却器へ伝達する。また、前記寸法
変化が皿ばねの許容たわみ量より大きい場合には、皿ば
ねを複数個直列に組合せことで対応することができる。

【００２７】本構造においては、緩衝材１１ａ、半導体
スイッチ１２ａおよび緩衝材１３ａに加わる圧力の均一
度を増すため、緩衝材１３ａと出力配線板４’の間に銀
シートを挿入してもよい。また、シリコンと熱膨張率が
ほぼ等しいＭｏ等を緩衝材に用いた場合、緩衝材１１
ａ、半導体スイッチ１２ａおよび緩衝材１３ａのそれぞ
れの間を半田接合しても良い。また、絶縁体１４ａには
板状或いはシート状の形状のものを使用する。

【００２８】以上、正極直流配線板３と半導体スイッチ
１２ａ、出力配線板４’の加圧接続構造について説明し
たが、正極直流配線板３、半導体スイッチ１２ｂおよび
出力配線板５’の組合せ、並びに正極直流配線板３、半
導体スイッチ１２ｃおよび出力配線板６’の組合せにお
ける加圧接続構造についても同様である。

【００２９】図５において、１はケース、２は負極直流
配線板、３は正極直流配線板、４、４’は出力配線板、
８ａ、８ｄはスイッチング信号配線、１１ａ、１１ｄは
緩衝材、１２ａ、１２ｄは半導体スイッチ、１３ａ、１
３ｄは緩衝材、１４ａ、１４ｄは絶縁体、１５ａ、１５
ｄは加圧板、１６ａ、１６ｄは皿ばね、１７はドライブ
回路基板、２０ａ、２０ｄはスプリングピンコネクタ、
２１ａ、２１ｄはスイチング配線を埋め込んだ成形部
品、２２はねじ、３０は半導体装置である。

【００３０】図に示すように、出力配線板４、４’はね
じ２２によって電気的に接続されている。なお、本発明
は前記出力配線板４、４’の接続方法をねじによる接続
に限定するものではなく、半田やろう付けによる接続で
もよい。また、前記出力配線板４、４’は一体であって
もよい。

【００３１】また、負極直流配線板２、半導体スイッチ
１２ｄ、出力配線板４’の加圧接続構造は、図４を用い
て説明した正極直流配線板３と半導体スイッチ１２ａ、
出力配線板４’の加圧接続構造と同様に、緩衝材１１
ｄ、半導体スイッチ１２ｄ、緩衝材１３ｄ、出力配線板
４’、絶縁体１４ｄ、加圧板１５ｄ、および皿ばね１６
ｄを重ねたものを負極直流配線板２と加圧板７ｂで挟み
込み、前記負極直流配線板２と前記加圧板７ｄの間をボ
ルト１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈおよびカラー９
ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈによって加圧している。

【００３２】次に、図５を参照して、半導体スイッチ１
２ａに接続する信号配線の実装構造について説明する。
成形部品２１ａにはスプリングピンコネクタ２０ａと接
続した信号配線８ａが埋め込まれている。成形部品２１
ａの出力配線板４’と半導体スイッチ１２ａに挟まれて
いる部分の厚さは緩衝材１３ａの厚さより薄くなってお
り、前記スプリングピンコネクタ２０ａの摺動により、
前記スプリングピンコネクタ２０ａの先端は半導体スイ
ッチ１２ａのゲート電極と電気接触している。半導体ス
イッチ１２ａに設けられた他の信号電極についても、成
形部品２１ａに埋め込まれたスプリングコネクタと信号
配線によって同様に電気的に接続される。また、前記信
号配線はドライブ回路基板１７の回路に接続している。
なお、本発明の半導体装置はドライブ回路基板を内蔵し
ていることに限定するものではなく、ドライブ回路を外
付けにする場合には、信号配線をケース外まで延ばし、
外部より入力信号を受け入れるピンとして構成すること
で対応できる。

【００３３】次に、半導体スイッチ１２ｄに接続するス
イッチング信号配線の実装構造について説明する。半導
体スイッチ１２ｄは半導体スイッチ１２ａに対してドレ
イン電極面、ソース電極面を反転した配置になってい
る。そのため、ゲート端子などの信号端子は下面側にあ
り、スプリングピンコネクタ２０ｄと前記スプリングピ
ンコネクタ２０ｄと接続したスイチング信号配線８ｄが
埋め込まれている成形部品２１ｄは前記配置に対応した
形状になっている。前記成形部品２１ｄによって、前記
成形部品２１ａと同様の方式で半導体スイッチ１２ｄの
ゲート電極と信号配線８ｄは電気的に接続される。

【００３４】本実施形態の半導体装置は、負極直流配線
板２と正極直流配線板３の下面は薄い絶縁材を挟んで導
体で構成された冷却フィン等の冷却器に接触した構成で
電力変換器に組み込むことができる。これにより、前記
負極直流配線板２および正極直流配線板３に流れる電流
変化に対して、前記負極直流配線板２と正極直流配線板
３に対向して配置した前記冷却フィン等の導体面に逆向
きの電流を流すことできる。このため前記負極直流配線
板２と正極直流配線板３のインダクタンスを低減するこ
とができる。

【００３５】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、オン抵抗がより小さい、即ち耐圧の低い半導体スイ
ッチが使用可能になり、その結果、半導体スイッチの発
熱を軽減することができる。また、発熱量の軽減によ
り、半導体スイッチ温度を最大動作温度以下にするため
の接触熱抵抗に得るに必要な加圧力の低減とそれに伴な
い加圧機構の小型簡略化が可能である。さらに、前記の
インダクタンス低減には半導体スイッチのオフ動作時の
電圧・電流値に依存する発熱を低減させる効果もある。

【００３６】図６ないし図８は本発明の第２の実施形態
にかかる半導体装置を示す図であり、図６は上面図、図
７は図６のＡ−Ａ’断面図、図８は図６のＢ−Ｂ’断面
図である。図６において、１’はケース、２は負極直流
配線板、３は正極直流配線板、４、５、６は出力配線
板、７ａ、７ｂ、７ｃは加圧板、８ａ、８ｂ、８ｃ、８
ｄ、８ｅ、８ｆ、８ａ’、８ｂ’、８ｃ’、８ｄ’、８
ｅ’、８ｆ’は信号配線、１０ａ、１０ｂ、１０ｃはボ
ルト、７２ａ、７２ｂ、７２ｃはナット、２４ａ、２４
ｂ、２４ｃは絶縁体、２５は配線板、３０は半導体装置
である。各配線板２、３には直流電源への配線取付け用
の穴が設けられている。また、各出力配線板４、５、６
には出力配線取付け用の穴が設けられている。信号配線
は各２本づつの組になっており、例えば８ａと８ａ’は
半導体スイッチであるＭＯＳＦＥＴのゲート電極とソー
ス電極に接続している。

【００３７】図７において、１はケース、２は負極直流
配線板、３は正極直流配線板、４、５、６は出力配線
板、２５は配線板、１１ａ、１１ｂ、１１ｃは緩衝材、
１２ａ、１２ｂ、１２ｃは半導体スイッチ、１３ａ、１
３ｂ、１３ｃは緩衝材、１４ａ、１４ｂ、１４ｃは絶縁
体、１６ａ、１６ｂ、１６ｃは皿ばね、１７はドライブ
回路基板、１９は信号端子、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、
２３ｄは成形枠、２５は配線板、３０は半導体装置であ
る。

【００３８】図８において、１はケース、２は負極直流
配線板、３は正極直流配線板、４は出力配線板、８ａ、
８ｄは信号配線、１０ａはボルトで、７２ａはナット、
１１ａ、１１ｂ、１１ｃは緩衝材、１２ａ、１２ｄは半
導体スイッチ、１３ａ、１３ｄは緩衝材、１４ａ、１４
ｄは絶縁体、１６ａ、１６ｄは皿ばね、１７はドライブ
回路基板、２０ａ、２０ｄはスプリングピンコネクタ、
２１ａ、２１ｄは信号配線を埋め込んだ成形部品、２５
は配線板、３０は半導体装置である。

【００３９】本実施形態における加圧接続機構を説明す
る。図６、図７、図８に示すように、加圧接続機構はブ
リッジ回路の１相を構成する２アームの各半導体スイッ
チと配線を１つボルトを用いて加圧接続している。図８
において、緩衝材１１ａ、半導体スイッチ１２ａ、緩衝
材１３ａ、負極直流配線板３、絶縁体１４ａ、配線板２
５、皿ばね１６ａを重ねたものと、緩衝材１１ｄ、半導
体スイッチ１２ｄ、緩衝材１３ｄ、正極直流配線板２、
絶縁体１４ｄ、配線板２５、皿ばね１６ｄを重ねたもの
を出力配線板４と加圧板７ａで挟み込み、前記出力配線
板４と前記加圧板７ａの間をボルト１０ａとナット７２
ａの締め付け力によって加圧している。ボルト１０ａと
ナット７２ａと加圧板の間には絶縁物２４ａを設け、出
力配線板４，５、６を電気的に絶縁している。なお、前
記ナットの代りに第一の実施形態と同様に加圧法として
カラーを用いてもよい。

【００４０】次に本実施形態における半導体スイッチ１
２ａに接続する信号配線の実装構造について説明する。
図８において、成形部品２１ａにはスプリングピンコネ
クタ２０ａと接続した信号配線８ａが埋め込まれてい
る。前記部品２１ａにおいて、正極直流配線板３と半導
体スイッチ１２ａに挟まれている部分の厚さは緩衝材１
３ａの厚さより薄くなっており、前記スプリングピンコ
ネクタ２０ａの摺動により、前記スプリングピンコネク
タ２０ａの先端は半導体スイッチ１２ａのゲート電極と
電気接触している。半導体スイッチ１２ａに設けられた
他の信号電極についても成形部品２１ａに埋め込まれた
スプリングコネクタと信号配線によって、電気的に接続
される。前記信号配線はドライブ回路基板１７の回路に
接続している。半導体スイッチ１２ｄに接続するスイッ
チング信号配線の実装構造について説明する。半導体ス
イッチ１２ｄは半導体スイッチ１２ａに対してドレイン
電極面、ソース電極面を反転した配置になっている。そ
のため、ゲート端子などの信号端子は上面側にあり、ス
プリングピンコネクタ２０ｄと前記スプリングピンコネ
クタ２０ｄと接続したスイチング信号配線８ｄが埋め込
まれている成形部品２１ｄは前記配置に対応した形状に
なっている。前記成形部品２１ｄによって、前記成形部
品２１ａと同様の方式で半導体スイッチ１２ｄのゲート
電極と信号配線８ｄは電気的に接続される。以上、スプ
リングピンコネクタを用いたゲート配線構造について説
明したが、本発明ではスプリングピンコネクタの代りに
例えば先端が巻いた形状のばね性を持たせた導体ピンを
用いても良い。

【００４１】なお、加圧板７ｂ、７ｃのそれぞれが加圧
接続する部位の加圧構造及び信号配線の実装構造は前述
の加圧板７ａが加圧接続する部位と同様である。また、
本実施形態では、二つの半導体スイッチを一組のボルト
とナットによって加圧機構しており、第一の実施形態と
比べて必要なボルト径は太くなるが、均一な面圧を実現
しやすい構造になっている。さらに、本実施形態では、
皿ばねを片側のみに配置し、半導体スイッチで発生した
熱を緩衝材１２ａ、１２ｄを介して出力配線板４に伝達
し、出力配線板４から絶縁体を介して冷却フィンなどの
冷却器へ伝達する経路を確保している。

【００４２】本実施形態では、第一の実施形態と異な
り、冷却フィン等の外付けの近接導体面に渦電流を流す
ことによるインダクタンス低減効果が弱まるため、図
７、図８に示すように一枚の配線板２５を間に絶縁体を
挟んで、正極直流配線板３と負極直流配線板２の近傍に
配置する。これにより、第一の実施例と同様なインダク
タンス低減を実現できる。また、図６、図７に示すよう
に正極直流配線板３と負極直流配線板２の直流電源への
配線取付け部分を広幅配線板が絶縁体を挟んで積層する
構造にしている。このように、直流電源側の配線を積層
構造にすることによって、さらに直流電源への配線取付
け部分のインダクタンスを低減することが可能である。

【００４３】図９ないし図１０は本発明の第３の実施形
態にかかる半導体装置を示す図であり、図９は上面図、
図１０は図９のＡ−Ａ’断面図である。図１０におい
て、１’はケース、２、２ａ、２ｂ、２ｃは負極直流配
線板、３は正極直流配線板、４、５、６、４’、５’、
６’は出力配線板、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７
ｆは加圧板、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８
ａ’、８ｂ’、８ｃ’、８ｄ’、８ｅ’、８ｆ’は信号
配線、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０
ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ、１０ｋ、１０
ｍ、１０ｎはボルト、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２
ｄ、７２ｅ、７２ｆ、７２ｇ、７２ｈ、７２ｉ、７２
ｊ、７２ｋ、７２ｍ、７２ｎはナット、２２ａ、２２
ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆはねじ、３０は半
導体装置である。各配線板２、３には直流電源への配線
取付け用の穴が設けられている。また、４、５、６の出
力端子には出力配線取付け用の穴が設けられている。信
号配線は各２本づつの組になっており、例えば８ａと８
ａ’は半導体スイッチであるＭＯＳＦＥＴのゲート電極
とソース電極に接続している。

【００４４】図１０において、１はケース、２、２’は
負極直流配線板、３は正極直流配線板、４、４’は出力
配線板、７ａ、７ｄは加圧板、１１ａ、１１ｄは緩衝
材、１２ａ、１２ｄは半導体スイッチ、１３ａ、１３ｄ
は緩衝材、１４ａ、１４ｂ、１４ｃは絶縁体、１５ａ、
１５ｂ、１５ｃは加圧板、１６ａ、１６ｄは皿ばね、１
７はドライブ回路基板、２０ａ、２０ｄはスプリングピ
ンコネクタ、２１ａ、２１ｄは信号配線を埋め込んだ成
形部品、２２ａ、２２ｄはねじ、２３ａ、２３ｄは成形
枠、３０は半導体装置である。

【００４５】本実施形態における加圧接続機構を説明す
る。図９、図１０に示すように加圧機構をブリッジ回路
の一アーム毎に設ける。緩衝材１１ａ、半導体スイッチ
１２ａ、緩衝材１３ａ、出力配線板４’、絶縁体１４
ａ、加圧板１５ａ、皿ばね１６ａを重ねたものを正極直
流配線板３と加圧板７ａで挟み込み、前記正極直流配線
板３と前記加圧板７ａの間をボルト１０ａ、１０ｂとナ
ット７２ａ、７２ｂの締め付け力によって加圧する。な
お、前記ナットの代りに第一の実施形態と同様に加圧法
としてカラーを用いてもよい。

【００４６】次に本実施形態における半導体スイッチ１
２ａに接続する信号配線の実装構造について説明する。
図１０において、成形部品２１ａにはスプリングピンコ
ネクタ２０ａと接続した信号配線８ａが埋め込まれてい
る。前記部品２１ａにおいて、正極直流配線板３と半導
体スイッチ１２ａに挟まれている部分の厚さは緩衝材１
３ａの厚さより薄くなっており、前記スプリングピンコ
ネクタ２０ａの摺動により、前記スプリングピンコネク
タ２０ａの先端は半導体スイッチ１２ａのゲート電極と
電気接触している。半導体スイッチ１２ａに設けられた
他の信号電極についても成形部品２１ａに埋め込まれた
スプリングコネクタと信号配線によって、電気的に接続
される。前記信号配線はドライブ回路基板１７の回路に
接続している。半導体スイッチ１２ｄは第１の実施形態
および第２の実施形態とは異なり、半導体スイッチを反
転しない構造になっている。そのため、信号配線の実装
構造は前記半導体スイッチ１２ａにおける構造と同じで
ある。

【００４７】本実施形態は前述のように半導体スイッチ
を反転しない半導体装置構造である。このため、半導体
スイッチのソース電極よりも面積が広いドレイン電極を
放熱経路側に向けることで熱抵抗の低減を実現してい
る。

【００４８】図１１ないし図１３は本発明の第４の実施
形態にかかる半導体装置を示す図であり、図１１は上面
図、図１２は図１１のＡ−Ａ’断面図、図１３は図１１
のＢ−Ｂ’断面図である。図１１において、１’はケー
ス、２は負極直流配線板、３は正極直流配線板、４は出
力配線板、７ａは加圧板、８ａ、８ｄ、８ａ’、８ｄ’
は信号配線、１０ａはボルト、７２ａはナット、２４ａ
は絶縁体、３０は半導体装置である。各配線板２、３の
端子には直流電源への配線取付け用の穴が設けられてい
る。また、出力配線板４の端子には出力配線取付け用の
穴が設けられている。信号配線は各２本づつの組になっ
ており、例えば８ａと８ａ’は半導体スイッチであるＭ
ＯＳＦＥＴのゲート電極とソース電極に接続している。

【００４９】図１２において、１はケース、２は負極直
流配線板、３は正極直流配線板、４は出力配線板、７ａ
は加圧板、１０ａはボルトで、７２ａはナット、１１ａ
は緩衝材、１２ａは半導体スイッチ、１３ａは緩衝材、
１４ａは絶縁体、１６ａは皿ばね、２０ａ、２０ｄはス
プリングピンコネクタ、２１ａ、２１ｄは信号配線を埋
め込んだ成形部品、２４ａは絶縁体、３０は半導体装置
である。

【００５０】図１３において、１はケース、３は正極直
流配線板、４は出力配線板、７ａは加圧板、１１ａは緩
衝材、１２ａは半導体スイッチ、１３ａは緩衝材、１４
ａは絶縁体、１６ａは皿ばね、２１ａは信号配線を埋め
込んだ成形部品、３０は半導体装置である。

【００５１】本実施形態は図１１、図１２、図１３から
判るように、第２の実施形態からブリッジ回路一相分を
取り出した構造である。したがって、本実施形態におけ
る加圧接続機構と信号配線実装構造は前記第２の実施形
態におけるそれと同様の構造をもつ。なお、本実施形態
においては、負極直流配線２、正極直流配線３および信
号配線８ａ、８ｄ、８ａ’、８ｄ’は半導体装置３０の
上面に端子が設けられている。この半導体装置を三個用
いることで三相交流出力する電力変換器を構成すること
ができる。また、このように構成部品を一相毎にモジュ
ールにすることにより装置製作における歩留り向上と故
障時の交換が容易になる。また、この半導体装置を二個
用いることで単相交流出力する電力変換器を構成するこ
とができる。

【００５２】図１４ないし図１６は本発明の第５の実施
形態にかかる半導体装置を示す図であり、図１４は斜視
図、図１５は図１４のＸＹ平面図、図１６は図１４のＸ
Ｚ平面図である。図１４において、２は負極直流端子、
３は正極直流端子、４、５、６は出力配線板、７ａ、７
ｂは加圧板、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄはカラー、１０
ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄはボルト、１７はドライブ
回路基板、１８は電子部品、１９は信号端子、２７は放
熱フィン、３０は半導体装置である。本実施形態では半
導体スイッチから冷却器までの熱抵抗を低減するため
に、ヒートパイプを内蔵した構造になっている。

【００５３】次に、図１５を用いて加圧接続機構の構造
を説明する。図１５において、２ａ、２ｂ、２ｃは負極
直流配線板、３ａ、３ｂ、３ｃは正極直流配線板、４
ａ、５ａ、６ａは出力配線板、７ａ、７ｂは加圧板、９
ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄはカラー、１０ａ、１０ｂ、１０
ｃ、１０ｄはボルト、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１
ｄ、１１ｅ、１１ｆは緩衝材、１２ａ、１２ｂ、１２
ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆは半導体スイッチ、１３
ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆは緩衝
材、１４ａ、１４ｂ、１４ｃは絶縁体、１５ａ、１５
ｂ、１５ｃは加圧板、１６ａ、１６ｂ、１６ｃは皿ば
ね、１７はドライブ回路基板、１８は電子部品、１９は
信号端子、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは成形枠、
２５は配線板、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８
ｅ、２８ｆ、２８ｇ、２８ｈ、２８ｉはヒートパイプの
受熱部を組み込んだ導体ブロック、３０は半導体装置で
ある。図１５において、絶縁体１４ａ、正極直流配線板
３ａ、ヒートパイプの受熱部を組み込んだ導体ブロック
２８ａ、緩衝材１１ａ、半導体スイッチ１２ａ、緩衝材
１３ａ、出力配線４、ヒートパイプの受熱部を組み込ん
だ導体ブロック２８ｂ、緩衝材１１ｄ、半導体スイッチ
１２ｄ、緩衝材１３ｄ、ヒートパイプの受熱部を組み込
んだ導体ブロック２８ｃ、負極直流配線板２ａ、加圧板
１５ａ、皿ばね１６ａを重ねたものと、絶縁体１４ｂ、
正極直流配線板３ｂ、ヒートパイプの受熱部を組み込ん
だ導体ブロック２８ｄ、緩衝材１１ｂ、半導体スイッチ
１２ｂ、緩衝材１３ｂ、出力配線４、ヒートパイプの受
熱部を組み込んだ導体ブロック２８ｅ、緩衝材１１ｅ、
半導体スイッチ１２ｅ、緩衝材１３ｅ、ヒートパイプの
受熱部を組み込んだ導体ブロック２８ｆ、負極直流配線
板２ｂ、加圧板１５ｂ、皿ばね１６ｂを重ねたものと、
絶縁体１４ｃ、正極直流配線板３ｃ、ヒートパイプの受
熱部を組み込んだ導体ブロック２８ｇ、緩衝材１１ｃ、
半導体スイッチ１２ｃ、緩衝材１３ｃ、出力配線６、ヒ
ートパイプの受熱部を組み込んだ導体ブロック２８ｈ、
緩衝材１１ｆ、半導体スイッチ１２ｆ、緩衝材１３ｆ、
ヒートパイプの受熱部を組み込んだ導体ブロック２８
ｉ、負極直流配線板２ｃ、加圧板１５ｃ、皿ばね１６ｃ
を重ねたものを加圧板７ａと加圧板７ｂで挟み込み、前
記加圧板７ａと加圧板７ｂの間をカラー９ａ、９ｂ、９
ｃ、９ｄとボルト１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄによ
って加圧している。なお、カラーの代りにナットを用い
て加圧してもよい。

【００５４】次に、図１６を用いて本実施形態における
冷却構造を説明する。図において、１はケース、２、２
ａは負極直流配線板、３、３ａは正極直流配線板、４、
４ａは出力配線板、７ａ、７ｂは加圧板、８ａ、８ｄは
信号配線、１１ａ、１１ｄは緩衝材、１２ａ、１２ｄは
半導体スイッチ、１３ａ、１３ｄは緩衝材、１４ａは絶
縁体、１５ａ、１５ｂ、１５ｃは加圧板、１６ａ、１６
ｂ、１６ｃは皿ばね、１７はドライブ回路基板、１８は
電子部品、１９は信号端子、２０ａ、２０ｄはスプリン
グピンコネクタ、２１ａ、２１ｄは信号配線を埋め込ん
だ成形部品、２３ａ、２３ｂは成形枠、２５は配線板、
２７は放熱フィン、２８ａ、２８ｂ、２８ｃはヒートパ
イプの受熱部を組み込んだ導体ブロック、２９は絶縁シ
ート、３０は半導体装置、３１ａ、３１ｂ、３１ｃはヒ
ートパイプ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃは絶縁パイプであ
る。図において、負極直流配線板２と２ａ、正極直流配
線板３と３ａ、出力配線板４と４ａはそれぞれネジ等で
電気的に接続されている。また、半導体スイッチ１２ａ
のゲート電極とドライブ回路基板１７はスプリングピン
コネクタ２０ａと接続した信号配線８ａが埋め込んだ成
形部品２１ａによって接続している。同様に、半導体ス
イッチ１２ｄのゲート電極とドライブ回路基板１７はス
プリングピンコネクタ２０ｄと接続した信号配線８ｄが
埋め込んだ成形部品２１ｄによって接続している。

【００５５】図に示すように半導体スイッチ１２ａは緩
衝材１１ａと緩衝材１３ａのそれぞれを介してヒートパ
イプの受熱部を組み込んだ導体ブロック２８ａ、２８ｂ
に挟まれている。半導体スイッチ１２ａにおいて発生し
た熱は以下の（１）から（３）の経路で外部へ放出され
る。

【００５６】（１）半導体スイッチ１２ａにおいて発生
した熱は緩衝材１１ａと緩衝材１３ａを介してヒートパ
イプの受熱部を組み込んだ導体ブロック２８ａ、２８ｂ
に伝熱し、ヒートパイプ受熱部の作動液を蒸発させる。
その際、蒸気は蒸発潜熱として半導体スイッチ１２ａに
おいて発生した熱を受け取る。

【００５７】（２）前記作動液の蒸気はヒートパイプ内
を移動し、放熱フィンが接続されたヒートパイプの凝縮
部にて凝縮する。凝縮の際、蒸気は凝縮潜熱を放熱フィ
ンへ放出する。

【００５８】（３）放熱フィンは受け取った熱量を外部
へ放出する。

【００５９】なお、前記（２）において凝縮した液体
は、毛細管現象を利用して作動液を保持、還流させる役
目を持つヒートパイプ内壁のウィックの作用によって、
受熱部へ還流する。ヒートパイプを用いた放熱手段は熱
輸送力が大きい、熱の応答性が速い、受熱部と冷却部を
分離できる等の特徴を持ち、ヒートパイプの受熱部を組
み込んだ導体ブロック２８ｂ、２８ｃの受熱面が小さく
ても有効な放熱方式である。ヒートパイプと作動液の材
料の組合せとしては銅と水、アルミニウムと代替フロン
類等を用いることができる。なお、本発明は、ヒートパ
イプと作動液の材料の組合せを前記組み合せに限定する
ものではない。

【００６０】半導体スイッチ１２ｄで発生する熱の外部
への放熱経路についても、前記の半導体スイッチ１２ａ
で発生する熱と同様にヒートパイプの受熱部を組み込ん
だ導体ブロック２８ｂ、２８ｃから放熱フィン２７へと
熱を伝達できる。

【００６１】前記第１ないし第４の実施形態では、半導
体スイッチにおける発熱は緩衝材、配線板、絶縁体を経
路として冷却フィンへ伝達される。これに対して、本実
施形態ではヒートパイプの受熱部を組み込んだ導体ブロ
ックを主電流が流れる導体として加圧接続構造に組み込
むことによって、半導体スイッチの発熱を緩衝材からヒ
ートパイプの受熱部へ伝達することを実現している。す
なわち本実施形態では熱伝達経路に配線板と絶縁体の熱
抵抗分が存在しない分だけ、放熱に有利である。また、
半導体スイッチのドレイン電極面とソース電極面の双方
に緩衝材を介してヒートパイプの受熱部がある点におい
ても放熱性が向上している。

【００６２】なお、ヒートパイプの受熱部を組み込んだ
導体ブロック２８ａ、２８ｂ、２８ｃの電位はそれぞれ
異なるため、図１６に示すようにヒートパイプ３１ａ、
３１ｂ、３１ｃの一部を絶縁体パイプ３２ａ、３２ｂ、
３２ｃで構成することで、電気的な絶縁構造を実現して
いる。

【００６３】以上説明したように、本発明の第１の実施
形態は直流配線板（例えば正極直流配線板３）を一方の
加圧板として用い、該配線板と図示しない冷却フィンと
を組み合せて主回路配線のインダクタンスを低減させる
構造である。また、第２の実施形態は出力配線（４，
５，６）を一方の加圧板として用い、配線板（２５）を
付加することで主回路配線のインダクタンスを低減させ
る構造である。また、第３の実施形態は全半導体スイッ
チ（１２ａ〜１２ｆ）の放熱面積の広い側の電極面であ
るドレイン電極面を冷却器側に向けて実装して、熱抵抗
を向上させた構造である。また、第４の実施形態は第２
の実施形態から一相分を取り出し、装置製作における歩
留りを向上させた構造である。また、第５の実施形態は
半導体スイッチをヒートパイプの受熱部で挟み、放熱性
を向上させた構造である。

【００６４】次に、本発明の半導体装置を用いた電力変
換器について、図１７を用いて説明する。図１７は本発
明の第２の実施形態の電力変換器を斜め上から見た概観
図である。図１７において、４，５，６は出力端子、３
０は半導体装置、４０は正極配線板、４１は絶縁板、４
２は負極配線板、４３ａ、４３ｂはコンデンサ、４４は
絶縁シート、４５は冷却フィン、４５ａ、４５ｂ、４５
ｃはボルト、４６ａ、４６ｂはボルト、４７ａ、４７ｂ
はボルト、４８ａ、４８ｂはボルト、１９は信号ピンで
ある。正極配線板４０と負極配線板４２には電源ケーブ
ルを接続するためのネジ穴が設けられている。正極配線
板４０と絶縁板４１と負極配線板４２は積層構造を成し
ており、正極配線板４０と半導体装置の正極配線板はボ
ルト４５ａ、４５ｂ、４５ｃを用いて、負極配線板４２
と半導体装置の負極配線板はボルト４６ａ、４６ｂを用
いて電気接続している。コンデンサ４３ａ、４３ｂはそ
れぞれの正極負極端子をネジ４７ａ、４７ｂ，４８ａ、
４８ｂによって正極配線板４０と負極配線板４２に接続
している。半導体装置３０は絶縁シート４４を挟んで冷
却フィン４５に面固定されている。図に示すように本発
明の半導体装置は従来型の半導体装置と同様の構造で実
装することが可能である。したがって、本発明の半導体
装置を用いることで、従来型の半導体装置と置き換え可
能で、かつ信頼性を向上した電力変換器を提供すること
ができる。

【００６５】次に、本半導体装置を用いた電力変換器を
自動車の駆動システムに適用した例について、図１８を
参照して説明する。

【００６６】図１８は自動車の駆動システムを示す図で
ある。図において、３５はモータ、３２は電力変換器、
３１は直流電源、３４は出力配線、５０は自動車、５１
は制御装置、５２は伝導装置、５３はエンジン、５４
ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄは車輪、５５は信号端子で
ある。信号端子は自動車の運転状態及び、運転者からの
発進、加速、減速、停止の指令に対する信号を受信す
る。制御装置５１は信号端子より受信した情報に基づ
き、電力変換器へ制御信号を送信し、モータ３５を駆動
する。モータ３５はトルクをエンジンシャフトに伝え、
伝導装置５２を介して、車輪を駆動させることができ
る。即ち、この駆動システムでは、自動車のエンジン５
３が停止している場合においても、モータ３５によって
車輪５４ａ、５４ｂを駆動することができ、また、エン
ジン５３が稼動している際もトルクアシストすることも
可能である。さらに、エンジン５３によりモータ３５を
駆動し、モータ３５で発生した交流を電力変換器４６で
直流に変換することで、直流電源４７を充電することが
できる。

【００６７】この駆動システムにおいては、前記のモー
タのみによる車輪駆動やトルクアシスト時には、モータ
に大きなトルクが要求されることから、大電流でモータ
３５を駆動する必要がある。そのため、大電流を制御で
きる電力変換器が必須である。したがって、本発明の半
導体装置を用いた電力変換器によれば、より大きなトル
ク要求を満たす駆動システムを持った自動車を提供でき
る。なお、前記モータ３５は、誘導モータ或いは同期モ
ータ等の交流電流によって駆動力を発生させるモータを
用いることができる。

【００６８】以上説明したように、本発明の第１の実施
形態は直流配線板（例えば正極直流配線板３）を一方の
加圧板として用い、該配線板と図示しない冷却フィンと
を組み合せて主回路配線のインダクタンスを低減させる
構造である。また、第２の実施形態は出力配線（４，
５，６）を一方の加圧板として用い、配線板（２５）を
付加することで主回路配線のインダクタンスを低減させ
る構造である。また、第３の実施形態は全半導体スイッ
チ（１２ａ〜１２ｆ）の放熱面積の広い側の電極面であ
るドレイン電極面を冷却器側に向けて実装して、熱抵抗
を向上させた構造である。また、第４の実施形態は第２
の実施形態から一相分を取り出し、装置製作における歩
留りを向上させた構造である。また、第５の実施形態は
半導体スイッチをヒートパイプの受熱部で挟み、放熱性
を向上させた構造である。したがって、温度サイクルに
対して信頼性向上をした半導体装置を提供することがで
きる。また、半導体装置の出力容量を増大することが可
能であり、より高トルクのモータ駆動システムを構築す
ることができる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体素子の放熱性を向上して温度サイクルに対する信頼
性を高めた半導体装置を提供することができる。また、
直流回路のインダクタンスを低減して半導体素子の発熱
量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用できる電力変換装置を示す図であ
る。

【図２】三相交流を出力する半導体装置の構成を示す図
である。

【図３】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の
上面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ’断面を示す図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ’断面を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の
上面図である。

【図７】図６のＡ−Ａ’断面を示す図である。

【図８】図６のＢ−Ｂ’断面を示す図である。

【図９】本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置の
上面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ’断面を示す図である。

【図１１】本発明の第４の実施形態にかかる半導体装置
の上面図である。

【図１２】図１１のＡ−Ａ’断面を示す図である。

【図１３】図１１のＢ−Ｂ’断面を示す図である。

【図１４】本発明の第５の実施形態にかかる半導体装置
の斜視図である。

【図１５】図１４のＸＹ断面を示す図である。

【図１６】図１４のＸＺ断面を示す図である。

【図１７】第２の実施形態にかかる半導体装置を斜め上
から見た概観図である。

【図１８】自動車の駆動システムを示す図である。

【図１９】ＭＯＳＦＥＴの電極構造を示す図である。

【図２０】ＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す図である。

【図２１】従来の半導体装置の実装構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ケース２、２ａ，２ｂ，２ｃ負極直流配線板３正極直流配線板４，５，６，４’、５’、６’ 出力導体板７a，７ｂ加圧板８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８e，８f，８ａ’，８ｂ’，
８ｃ’，８ｄ’，８e’，８f’ 信号配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ緩
衝材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ半導体スイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ絶縁体１５ａ，１５ｂ，１５ｃ加圧板１６ａ，１６ｂ，１６ｃ皿ばね１７ドライブ回路基板１８電子部品１９信号端子２０ａ，２０ｄスプリングピンコネクタ２１ａ，２１ｄスイチング配線を埋め込んだ成形部品２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ成形枠２４ａ，２４ｂ，２４ｃ絶縁体２５導体板３０半導体装置３１直流電源３２電力変換器３３a，３３ｂ主回路配線３４出力配線３５電動機４０正極導体板４１絶縁板４２負極導体板４３a，４３ｂコンデンサ４４絶縁シート４５冷却フィン５０自動車５１制御装置５２伝導装置５３エンジン５４a，５４b，５４c，５４d 車輪５５信号端子６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２e ワイヤー配
線５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８e，５８ｆ半
導体スイッチ５９ａ，５９ｂ，５９ｃ，５９ｄ，５９e，５９ｆダ
イオード６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０e，６０ｆ半
導体スイッチング制御端子６１絶縁基板６３，６３ソース電極６５ゲート信号電極６６ＭＯＳＦＥＴ６７放熱板

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年７月１３日（２００１．７．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者増野敬一茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者印南敏之茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者阿南裕康東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者落合由敬東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA23 BC09 5H007 CA02 CB05 CC01 HA03 HA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極配線板、負極配線板、出力配線板、
半導体スイッチ素子および導体の緩衝材からなり、前記
出力配線板と正極配線板間および出力配線板と負極配線
板間に前記半導体スイッチ素子および緩衝材を加圧挟持
してブリッジ回路を構成する半導体装置であって、前記正極配線板、負極配線板あるいは出力配線板を加圧
構造の一方の支持体としたことを特徴とする半導体装
置。
【請求項２】正極配線板、負極配線板、出力配線板、
半導体スイッチ素子およびこれらを収容するケースから
なり、前記出力配線板と正極配線板間および出力配線板
と負極配線板間に前記半導体スイッチ素子を挟持してブ
リッジ回路を構成する半導体装置において、前記正極配線板および負極配線板を前記ケースの冷却フ
ィンに対向する面に配置し、前記出力配線板を前記正極
配線板に対向する位置および前記負極配線板に対向する
位置にそれぞれ配置し、前記正極配線板および負極配線
板を一方の加圧板として利用したことを特徴とする半導
体装置。
【請求項３】正極配線板、負極配線板、出力配線板、
半導体スイッチ素子およびこれらを収容するケースから
なり、前記出力配線板と正極配線板間および出力配線板
と負極配線板間に前記半導体スイッチ素子を挟持してブ
リッジ回路を構成する半導体装置において、前記出力配線板を前記ケースの冷却フィンに対向する面
に配置し、前記正極配線板および前記負極配線板を前記
出力配線板に対向する面にそれぞれ配置し、さらに前記
正極配線板および前記負極配線板に対向して導体板を配
置するとともに前記出力配線板を一方の加圧板として利
用したことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】正極配線板、負極配線板、出力配線板、
半導体スイッチ素子およびこれらを収容するケースから
なり、前記出力配線板と正極配線板間および出力配線板
と負極配線板間に前記半導体スイッチ素子を挟持してブ
リッジ回路を構成する半導体装置において、前記出力配線板および正極または負極配線板を前記ケー
スの冷却フィンに対向する面に配置し、前記負極または
正極配線板を前記出力配線板に対向する面に配置し、前
記正極または負極配線板に対向する面に前記出力配線板
に接続する出力配線板を配置し、冷却フィンに対向する
面に配置した前記出力配線板および正極または負極配線
板を一方の加圧板として利用したことを特徴とする半導
体装置。
【請求項５】請求項１ないし請求項４の何れか１の記
載において、前記ブリッジ回路はハーフブリッジ回路で
あることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】正極配線板、負極配線板、前記正極配線
板および負極配線板間に配置した出力配線板、並びに前
記正極配線板と出力配線板間および前記負極配線板と出
力配線板間にそれぞれ配置した半導体スイッチ素子から
なり、前記正極配線板および負極配線板で前記半導体ス
イッチ素子を挟持してブリッジ回路を構成する半導体装
置において、前記半導体スイッチ素子と配線板間にヒートパイプの受
熱部を組み込んだ導体ブロックを配置したことを特徴と
する半導体装置。
【請求項７】請求項１ないし請求項６の何れか１の記
載の半導体装置は正極配線板と負極配線板間に接続した
コンデンサを備え、直流電圧と可変電圧可変周波数の交
流電圧を相互に変換することを特徴とする電力変換装
置。
【請求項８】請求項１ないし請求項６の何れか１の記載
の半導体装置は自動車駆動用主電動機を駆動することを
特徴とする自動車用電力変換装置。