WO2005119896A1

WO2005119896A1 - インバータ装置

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Publication number: WO2005119896A1
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Inventors: Toshiharu Obu; Nobumitsu Tada; Hiroki Sekiya; Gou Ninomiya
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Abstract

　電力用半導体装置の冷却効率をさらに向上し、よってインバータ装置の通電容量の向上・小型化に対応し、なおかつ製造性に優れたインバータ装置を提供する。　インバータの１つのアームを構成する半導体チップと、この半導体チップの正極側と接合する第１の導体３３と、当該半導体チップの負極側と接合する第２の導体３５とを備え、前記半導体チップの正極側電極と前記第１の導体３３との接合面及び前記半導体チップの負極側電極と前記第２の導体３５との接合面が、それぞれ前記半導体チップを冷却する冷却器２２の表面に対して非平行となるように、前記第１の導体３３及び前記第２の導体３５を前記冷却器２２の上方に配置した。

Description

明細書

インバータ装置

技術分野

[0001] 本発明は、複数の電力用半導体装置と、電力用半導体装置を駆動する駆動回路と、電力用半導体装置を制御する制御回路を有するインバータ装置に関し、特に電気自動車に用いて好適な、小型で冷却効率が良ぐ信頼性の高いインバータ装置に関するものである。

背景技術

[0002] 電気自動車では、電力用半導体装置及びそれを用いたインバータ装置の小型化、高信頼性ィ匕が要求されている。電力用半導体装置及びインバータ装置の小型化、高信頼性ィ匕を図るためには、電力用半導体装置及びインバータ装置の冷却効率を高めることが必要となる。

[0003] 以下、従来の一般的なインバータ装置を図 7〜図 9を用いて説明し、この一般的なインバータ装置に比べて冷却効率を高めた公知のインバータ装置の要部を図 10〜図 11を用いて説明する。

[0004] 図 7は、従来の一般的なインバータ装置の平面断面図であり、図 8は、その側面断面図、図 9は、そのインバータ装置に電力用半導体装置が取付けられた態様を示す要部断面図である。

[0005] 図 7及び図 8において、インバータ装置は、インバータ装置筐体 1の底面に対し取付けねじ 3により取付けられた電力用半導体装置 2、固定台 5に固定されている電源平滑用コンデンサであるアルミ電解コンデンサ 4、 3相出力導体 91〜93の電流を検出する電流検出器 101〜102及び制御ユニット 11を備えている。

[0006] 電力用半導体装置 2とアルミ電解コンデンサ 4は、正極側導体 7及び負極側導体 8 と接続ねじ 6により電気的に接続されている。また、インバータ装置筐体 1の底面には、流路 13が設けられており、流路 13内部を流れる冷媒 12により電力用半導体装置 2 は冷却される。冷媒 12は、例えば不凍液などである。

[0007] また、電力用半導体装置 2は、図 9に示すように、流路 13の上部に放熱用金属板 1 4が取付けられ、この放熱用金属板 14の上部に絶縁基板 15が接合され、この絶縁基板 15の上部に金属電極 16が接合され、この金属電極 16の上部に IGBT171及びダイオード 181が接合された積層構造となっている。この IGBT171、ダイオード 18 1、金属電極 16及び絶縁基板 15は、通常、絶縁性を有する榭脂製パッケージに収納されてヽて、その榭脂製パッケージが放熱用金属板 14と接着されるようになってヽる。なお、榭脂製パッケージの内部には、絶縁性のゲルが封入されている。

[0008] さらに、電力用半導体装置 2における放熱用金属板 14の裏面には熱伝導グリース 19が塗布されている。この熱伝導グリース 19により、流路 13が設けられたインバータ装置筐体 1の底面に、電力用半導体装置 2が取付けねじ 3により取付けられたときの接触熱抵抗を低減している。

[0009] このように構成された電力用半導体装置 2を動作させると、 IGBT171及びダイォード 181が通電されたときに熱損失が発生する。 IGBT171及びダイオード 181が収容された榭脂製パッケージの内部には、前述したように断熱材である絶縁性のゲルが封入されているので、 IGBT171及びダイオード 181で発生した熱の大部分は、 IGB T171及びダイオード 181の下部に設けられた金属電極 16に伝導する。この金属電極 16に伝導した熱は、絶縁基板 15を経て放熱用金属板 14に伝導する。放熱用金属板 14は、既に述べたように図 7〜図 9に示すように取付けねじ 3によりインバータ装置筐体 1の底面に熱伝導グリース 19を介して加圧接触されているので、 IGBT171 及びダイオード 181で発生した熱が冷媒 12により放熱されることになる。

[0010] 上述した従来のインバータ装置では、以下のような問題点があった。

[0011] 第 1に、従来のインバータ装置では、電力用半導体装置 2の周囲にある取付けねじ 3を用いて、放熱用金属板 14を、流路 13が構成されているインバータ装置筐体 1の底面に加圧接触させているので、加圧力はもっぱら取付けねじ 3の周囲にとどまり、放熱用金属板 14全体に均等には力からない。そのため、放熱用金属板 14の裏面に接触熱抵抗を低減するための熱伝導グリース 19を塗布しているとはいえ、放熱用金属板 14の裏面全体力も流路 13に均一に伝熱することができな力つた。し力も、 IGB T171の下部に設けられた絶縁基板 15の厚みが薄、ため、 IGBT171で発生した熱を絶縁基板 15の内部において熱拡散させることが十二分にできない。そのため、放熱用金属板 14とインバータ装置筐体 1との間の接触熱抵抗は、電力用半導体装置 2 内部の熱抵抗とほぼ同等程度に非常に大きくなり冷却効率が悪力つた。

[0012] 第 2に、 IGBT171の下部に設けられた絶縁基板 15の厚みが薄いため、熱時定数（熱容量）が小さい結果、 IGBT171やダイオード 181の温度上昇が大きくなるため特に問題となるインバータ起動時において、過渡熱抵抗が大きくなり、温度上昇の大き V、ことが緩和できなかった。

[0013] 以上述べたような一般的なインバータ装置の問題点を解決し、冷却効率を高めたィンバータ装置が、特開 2003— 153554号公報において提案されている。この特開 2 003— 153554号公報に開示のインバータ装置を、図 10及び図 11を用いて説明する。

[0014] 図 10は、特開 2003— 153554号公報に記載されたインバータ装置の、特に電力用半導体装置内部の半導体チップの実装構造を示す部分縦断面図であり、図 11は、そのインバータ装置の、電力用半導体装置の部分斜視図である。

[0015] 図 10に示すインバータ装置では、 3相インバータの 1アームを、半導体チップである IGBT171及びダイオード 181を複数個並列接続して構成し、これらの半導体チップを、平面形状が正方形でその正方形の一辺の長さを 10mm以下のサイズとし、更に、これらの半導体チップを厚みが 1. 5mm以上 5mm以下の導体 20に接合し、前記導体 20を冷却器 22にセラミックスを含有した絶縁榭脂シート 23で接着している。

[0016] また、図 11に示すように、前記特開 2003— 153554号公報に記載されたインバータ装置では、 3相インバータの各アームについて、図 10に示した半導体チップの実装構造を有するようにして、 W相の上側アームを構成する 4並列接続された IGBT17 1 A〜 171 D及び 2並列接続されたダイオード 181A〜181Bを、 3相インバータの上側アームを構成する上側アーム導体 25に 1列に配置している。同様に 3相インバータの W相の下側アームを構成する 4並列接続された IGBT172A〜 172D及び 2並列接続されたダイオード 182A〜182Bを、 3相インバータの下側アームを構成する下側アーム導体 26に 1列に配置している。さらに、上側アーム導体 25及び下側アーム導体 26の間に、上側アーム導体 25上に配置された IGBT171A〜171D及びダイォード 181A〜181Bと 3相出力端子 32を接続する 3相出力導体 27を配置している。図 11に示された例では、下側アーム導体 26と、 3相出力導体 27が同一の導体で構成されている。さらに、上側アーム導体 25及び下側アーム導体 26の間に、下側ァーム導体 26上に配置された IGBT172A〜 172D及びダイオード 182A〜 182Bと負極端子 31を接続する負極導体 28を配置して、る。 IGBT及びダイオードと各導体間は、ボンディングワイヤ 29により電気的に接続されている。

[0017] 図 10〜図 11に示す特開 2003— 153554号公報に記載のインバータ装置では、導体 20や上側アーム導体 25及び下側アーム導体 26に接合された IGBT171A〜 1 71D及びダイオード 181A〜181Cが冷却器 22に対して絶縁榭脂シート 23を用いて直接的かつ全面的に接着されている。したがって、図 9に示した従来の一般的な電力用半導体装置のような冷却器との接触部の接触熱抵抗が無くなり、電力用半導体装置内部の IGBT及びダイオードチップの熱抵抗が半減する。更に、 IGBT171A〜 171D及びダイオード 181A〜181Cが厚み 1. 5mm以上 5mm以下の導体 20や上側アーム導体 25及び下側アーム導体 26に接合されて、るので、導体 20や上側ァーム導体 25及び下側アーム導体 26の熱容量の効果により熱時定数が大きくなり過渡熱抵抗が小さくなり、インバータ起動時の温度上昇が小さくなる。故に、冷却効率が向上し、インバータ装置の小型化を図ることができるとされている。

発明の開示

[0018] 特開 2003— 153554号公報に記載のインバータ装置では、電力用半導体装置内部の IGBT及びダイオードチップの熱抵抗が半減し、インバータ起動時の温度上昇力 S小さくなるという効果が得られるものの、以下のような他の問題点があった。

[0019] まず、複数個並列接続された IGBT又はダイオードチップの主回路配線力 Sワイヤボンデイングにより電気的に配線されてヽるので、複数のボンディングワイヤを配線するのに時間がかかり、製造時間が長くなる。

[0020] また、更なる冷却効率の向上を図ろうとしても、構造的に限界があり、いっそうの冷却効率の向上が難しい。

[0021] そこで、本発明は、上述した問題を有利に解決するもので、電力用半導体装置の冷却効率をさらに向上し、よってインバータ装置の通電容量の向上 '小型化に対応し、なおかつ製造性に優れたインバータ装置を提供することを目的とする。 [0022] 上記の目的を達成するために、請求項 1の発明は、インバータの 1つのアームを構成する半導体チップと、この半導体チップの正極側と接合する第 1の導体と、当該半導体チップの負極側と接合する第 2の導体とを備え、前記半導体チップの正極側電極と前記第 1の導体との接合面及び前記半導体チップの負極側電極と前記第 2の導体との接合面が、それぞれ前記半導体チップを冷却する冷却器の表面に対して非平行となるように、前記第 1の導体及び前記第 2の導体を前記冷却器に配置したことを特徴とする。

[0023] 請求項 2の発明は、前記第 1の導体及び前記第 2の導体が、セラミックスを含有した絶縁榭脂シートを介して前記冷却器に接着固定されていることを特徴とする。

[0024] 請求項 3の発明は、第 1の導体上に、絶縁榭脂シートで絶縁した入出端子を設けたことを特徴とする。

[0025] 請求項 4の発明は、前記半導体チップと前記入出力端子とをボンディングワイヤで接続するとともに、前記第 2の導体には、前記ボンディングワイヤが配線可能な切り欠き部を設けたことを特徴とする。

[0026] 請求項 5の発明は、前記半導体チップからみて前記冷却器とは反対側になる第 1 の導体及び第 2の導体の直上に制御及び駆動基板を設けたことを特徴とする。

[0027] 本発明のインバータ装置は、 IGBT及びダイオードなどの半導体チップの冷却効率が更に向上しており、熱抵抗が低ぐかつ、ワイヤボンディングにより半導体チップと導体とを接続していないので、製造時間が短くかつ製造歩留まりが高ぐ電力用半導体装置の信頼性が高く、よってインバータ装置の通電容量の向上 ·小型化 ·信頼性向上が可能となる。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]図 1は、本発明の第 1〜2の実施の形態に係るインバータ装置の、特に 3相インバータの W相上アームの電力用半導体装置の実装構造を示す部分斜視図である。

[図 2]図 2は、図 1の分解斜視図である。

[図 3]図 3は、本発明の第 1〜2の実施の形態のインバータ装置について、特に 3相ィンバータの U、 V、 W相の電力用半導体装置を冷却器に実装した構造を示す斜視図である。 [図 4]図 4は、本発明の第 1〜2の実施の形態に係るインバータ装置を通電時に、半導体チップより発生する熱損失の放熱経路を示す熱流束の解析結果を示す図である。

[図 5]図 5は、本発明の第 1〜2の実施の形態に係るインバータ装置を通電した時の半導体チップの過渡熱抵抗の解析結果を示すグラフである。

[図 6]図 6は、本発明の第 5の実施の形態に係るインバータ装置の、特に電力用半導体装置と制御及び駆動基板との接続を示す図である。

[図 7]図 7は、従来の一般的なインバータ装置の平面断面図である。

[図 8]図 8は、図 7のインバータ装置の側面断面図である。

[図 9]図 9は、従来のインバータ装置における電力用半導体装置の内部部分断面図である。

[図 10]図 10は、特開 2003— 153554号公報に記載のインバータ装置の、特に電力用半導体装置内部の半導体チップの実装構造を示す部分縦断面図である。

[図 11]図 11は、特開 2003— 153554号公報に記載のインバータ装置の、電力用半導体装置の部分斜視図である。

発明を実施するための最良の形態

[0029] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

[0030] (第 1及び第 2の実施の形態）

本発明の第 1及び第 2の実施の形態について、図 1〜図 5を用いて説明する。

[0031] 図 1は、本発明の第 1及び第 2の実施の形態のインバータ装置について、特に 3相インバータの W相上アームに適用した例につき、電力用半導体装置の実装構造を示す部分斜視図である。図 2は図 1の分解斜視図である。

[0032] 図 3は、本発明の第 1及び第 2の実施の形態のインバータ装置について、特に 3相インバータの U、 V、 W相の電力用半導体装置を、冷却器に実装した構造を示す斜視図である。

[0033] 図 4は、本発明の第 1及び第 2の実施の形態の形態に係るインバータ装置を通電時に、半導体チップより発生する熱の放熱経路を示す熱流束の解析結果を示す図である。 [0034] 図 5は、本発明の第 1及び第 2の実施の形態に係るインバータ装置の半導体チップの過渡熱抵抗の解析結果を示すグラフである。

[0035] 図 1及び図 2において、インバータ装置は、 3相インバータの W相の上アームを、平面形状が正方形であってその一辺の長さが 10mm以下のサイズになる半導体チップである IGBT171A〜D及びダイオード 181 A〜Cを並列接続して構成して!/、る。図 1 及び図 2においては、 IGBTが 4並列、ダイオードが 3並列の場合を例示している。

[0036] 図 2の分解斜視図に示されるように、 3相インバータの W相上アームを構成する 4並列接続された IGBT171 A〜D及び 3並列接続されたダイオード 181 A〜Cを、 3相ィンバータの W相上アームを構成する第 1の W相上アーム導体 33上に 1列に配置して、そのコレクタ側（すなわち、正極側）を、熱緩衝板 34を介して接合している。また、 I GBT171 A〜D及び 3並列接続されたダイオード 181 A〜Cのェミッタ側（すなわち、負極側）に、熱緩衝板 34を介して第 2の W相上アーム導体 35を接合している。

[0037] 第 1の W相上アーム導体 33及び第 2の W相上アーム導体 35の材質は、後述する半導体チップの冷却作用の観点力すると銅が望まし、が、アルミニウムなどの他金属ゃ、 Al—SiCなどの金属基複合材料としても構わない。

[0038] 熱緩衝板 34の材質は、 IGBT171A〜D及びダイオード 181A〜Cの材質である Si と、第 1の W相上アーム導体 33及び第 2の W相上アーム導体 35の材質の、おおよそ中間の線膨張係数を持つもの、例えば Moなどの低熱膨張金属材料である。熱緩衝板 34は、特に長寿命を必要とする場合に設けることが必要となる。

[0039] IGBT171A〜D又はダイオード 181A〜Cと熱緩衝板 34との接合や、第 1の W相上アーム導体 33又は第 2の W相上アーム導体 35と熱緩衝板 34との接合は、例えば SnZPbなどの低融点はんだ又は例えば SnZAgZCuなどの高融点はんだを用いて接合することができるが、例えば銀ペーストなどの導電性接着剤を用いて接合しても構わない。

[0040] さらに、図 3に示すように、第 1の W相上アーム導体 33及び第 2の W相上アーム導体 35について、 IGBT171A〜D及びダイオード 181A〜Cの正極側（コレクタ側）電極及び負極側（ェミッタ側）電極との接合面が、冷却器 22の表面に対して垂直となるように、これらの第 1の W相上アーム導体 33及び第 2の W相上アーム導体 35の前記接合面に対して垂直な面を (底面）を、冷却器 22に、セラミックスを含有した W相絶縁榭脂シート 36を用いて接着している。力べして、 IGBT171A〜D及びダイオード 181 A〜Cの正極側電極及び負極側電極が設けられた両表面を延長させた面が冷却器 22の表面に対して直交するような状態にて、 10 丁171八〜0及びダィォード181八〜Cを、第 1の W相上アーム導体 33及び第 2の W相上アーム導体 35への伝熱により冷却している。

[0041] W相絶縁榭脂シート 36は、例えば絶縁樹脂に窒化ホウ素などのセラミックフイラ一を充填したものであり、熱伝導率は 2〜4WZm ：、厚みは 0. 05〜0. 15mm程度である。

[0042] さらに、第 2の W相上アーム導体 35の隣には、一定の絶縁距離を確保して、 W相の下アームを構成する IGBT及びダイオードが接合されている第 1の W相下アーム導体 37及び第 2の W相下アーム導体 38が配置され、上アームと同様の構造にて W相絶縁榭脂シート 36に接着されている。

[0043] 第 1の W相上アーム導体 33には W相正極端子 39が、第 2の W相上アーム導体 35 及び第 1の W相下アーム導体 37には W相出力端子 41が、第 2の W相下アーム導体 38には W相負極端子 40が接続されて、る。

[0044] 冷却器 22には、 V相絶縁榭脂シート 42及び U相絶縁榭脂シート 43も、 W相絶縁榭脂シート 36と一定の距離を離されて接着されており、それぞれの絶縁榭脂シート上の電力用半導体装置の構造は W相と全く同一である。

[0045] 図 1及び図 2に示した IGBT171及びダイオード 181は材質が Siであって、これらの半導体チップと接合する第 1の W相上アーム導体 33及び第 2の W相上アーム導体 3 5の材質を銅とした場合には、カゝかる IGBT及びダイオードと導体との線膨張係数に違いがある。この場合、インバータ装置の作動及び停止により IGBTから発生する熱の温度サイクルが負荷されることで、 IGBT又はダイオードと導体とを熱緩衝板 34を介して接合するはんだに対して、せん断応力が発生し、非線型ひずみが発生する。この非線型ひずみの値が大きくなると、経時的にはんだにクラックなどが発生するおそれがある。インバータ装置の信頼性'耐久性を向上させるには、熱緩衝板 34を設けていない場合は特に、また、熱緩衝板 34を設けた場合であっても信頼性 '耐久性をいつそう向上させるために、非線型ひずみの値を小さくすることが望まれる。ここにおいて、 IGBT171及びダイオード 181のチップサイズが大きくなると、はんだの非線型ひずみが増大する。インバータ装置の信頼性 ·耐久性を確保するためには、平面的に見たチップサイズを、おおよそ一辺の長さが 10mm以下とすることが必要になる

[0046] その一方で、 IGBT171及びダイオード 181のチップサイズについて上述のように一辺の長さを 10mm以下にすると、 1チップ当たりの通電容量が小さくなるため、電気自動車用としての数 10kWのインバータ装置を単一のチップで構成したのでは容量不足になる。そこで、力うな電気自動車用のインバータ装置を構成するためには、複数チップの並列接続が必要となる。

[0047] また、特にインバータ起動時の温度上昇を低減し、前記各導体の熱拡散の効果により定常熱抵抗を低減するためには、 W · V · U各相に関して第 1の導体及び第 2の導体における、冷却器 22と接着される面 (底面）についての各々の面積は、図 11に示した特開 2003— 153554号公報に記載されている上側アーム導体 25及び下側ァーム導体 26が冷却器 22と接着される面の面積と同等である必要がある。

[0048] 第 1及び第 2の実施の形態に係るインバータ装置の作用効果について以下説明する。

[0049] 図 4は、インバータ装置通電時に、半導体チップである IGBT171Aにおいて発生した熱損失としての熱が、冷却器 22まで熱伝導され冷却されるときの、熱の流れを、定常状態における熱流束の解析結果として示した図であり、図 1の IV— IV断面での解析結果である。

[0050] また、図 5は、図 7〜図 9に示した従来の一般的な電力用半導体装置と、図 10〜図 11に示した特開 2003— 153554号公報に記載されている電力用半導体装置と、本発明のインバータ装置における電力用半導体装置の半導体チップの過渡熱抵抗を比較した解析結果である。なお、図 4及び図 5の解析においては、第 1の導体及び第 2の導体の材質は銅である。

[0051] 特開 2003— 153554号公報に記載されている図 11の電力用半導体装置では、ボンデイングワイヤが非常に細く熱抵抗が非常に大きいので、 IGBT172Aで発生した熱損失は、ほとんど全てが下側アーム導体 26に熱伝導し、冷却器 22に放熱される。

[0052] これに対し、本発明のインバータ装置における電力用半導体装置では、図 4に熱流束を矢印で示すように、 IGBT172Aで発生した熱は、その接合面を通して約半分が第 1の W相上アーム導体 33に、残りの約半分が第 2の W相上アーム導体 35に熱伝導し、さらに冷却器 22に熱伝導し冷却されている。図 4より分力るように、本実施の形態の構造により、 IGBT及びダイオードは正極側の面及び負極側の面の両面から、大きな熱容量を有する導体により冷却されることになる。

[0053] 力べして、本発明では、 IGBTが、第 1の導体及び第 2の導体により両面冷却されているので、冷却効率が高い。これを図 5のグラフで示すと、 10〜20secの定常熱抵抗は、特開 2003— 153554号公報に記載されている図 11の電力用半導体装置に比ベ約 40%低減される。さらに、インバータ起動時に問題となる 0. 1〜0. 3secの過渡熱抵抗も、第 1の導体及び第 2の導体による半導体チップの両面冷却及びこれらの導体の熱容量の効果により、特開 2003— 153554号公報に記載されている図 11の電力用半導体装置に比べ約 50%低減する。

[0054] また、本発明のインバータ装置に用いられる電力用半導体装置では、 IGBT及びダィオードと、第 1の導体及び第 2の導体とを、各々はんだにより接合すれば、主回路の電気的配線が完成するので、図 11に示した特開 2003— 153554号公報に記載の電力用半導体装置のように複数のボンディングワイヤを配線するという工程が必要なくなり、製造時間が短縮される。

[0055] さらに、本発明のインバータ装置に用いられる電力用半導体装置では、 IGBT及びダイオードが正極側の第 1の導体及び負極側の第 2の導体により配線されているので、第 1の導体及び第 2の導体を流れる電流の向きが対向することになり、配線に寄生する配線インダクタンスが従来の一般的な半導体装置及び特開 2003— 153554 号公報に記載された電力用半導体装置に比べ非常に小さくなる。

[0056] 以上述べたように、本発明の第 1及び第 2の実施の形態に係る図 1〜図 5に示したインバータ装置においては、電力用半導体装置内部の IGBT及びダイオードチップの熱抵抗がさらに低減し、インバータ起動時及び定常状態の両方ともで、 IGBT及びダイオードチップの温度上昇が低くなり冷却効率が向上する。さらに、電力用半導体装置内部の配線インダクタンスも非常に小さくなる。これにより、インバータ装置の信頼性向上 ·小型化が図れると共に、電力用半導体装置の製造歩留まりも向上する。

[0057] なお、図 1〜図 5に示したインバータ装置においては、 IGBT171A〜D及びダイォード 181A〜Cの正極側（コレクタ側）電極及び負極側（ェミッタ側）電極との接合面が、冷却器 22の表面に対して垂直となるように、第 1の W相上アーム導体 33及び第 2 の W相上アーム導体 35を配置している力本発明のインバータ装置は、上記接合面と冷却面の表面とが、垂直方向に配置されるものに限られない。要は、上記接合面と冷却面の表面とが、非平行に配置されるようにして、半導体チップを、第 1の導体及び第 2の導体により両面冷却できるような方向で配置されるのであれば、特に角度は問われない。

[0058] (第 3〜4の実施の形態）

次に、本発明の第 3〜4の実施の形態について、図 2を用いて説明する。

[0059] 図 2に示した電力用半導体装置では、第 1の W相上アーム導体 33上に、ゲート端子及びセンス端子などの入出力端子 45が、 W相絶縁榭脂シート 36と同様の入出力端子絶縁榭脂シート 44で接着され実装されている。そして、 IGBT171A〜Dと、ゲート端子及びセンス端子などの入出力端子 45が、ボンディングワイヤ 29で接続されている。さらに、第 2の W相上アーム導体 35には、ボンディングワイヤ 29が配線可能なように、配線用切り欠き部 46が設けられている。

[0060] 図 2に示した電力用半導体装置の製造方法は、最初に第 1の W相上アーム導体 3 3に入出力端子 45を、入出力端子絶縁榭脂シート 44で接着し実装する。次に、第 1 の W相上アーム導体 33、及び IGBT171A〜D及びダイオード 181A〜C、及び熱緩衝板 34及び第 2の W相上アーム導体 35を、はんだ又は導電性接着剤にて接合する。最後に、図 1に示したように、配線用切り欠き部 46のスペースを利用し、入出力端子 45と IGBT171 A〜Dを、ボンディングワイヤ 29で接続する。

[0061] その他の構成は、第 1〜2の実施と同様である。

[0062] 図 2に示したような構造のインバータ装置においては、図 1に示した半導体装置の製造が完了した後に、その半導体装置を冷却器に接着する前に、入出力端子を利用して、半導体チップの不良を見分けるための電気的特性検査が可能となり、不良品を製造途中で抜き取ることが可能となり、製造歩留まりが向上する。

[0063] (第 5の実施の形態）

本発明の第 5の実施の形態について、図 6を用いて説明する。

[0064] 図 6は、本発明の第 5の実施のインバータ装置の、特に電力用半導体装置と制御及び駆動基板との接続を示す図である。

[0065] 図 6において、電力用半導体装置は、半導体チップである IGBT及びダイオードから見て冷却器 22と反対側になる第 1の W相上アーム導体 33及び第 2の W相上ァーム導体 35の直上に、半導体チップを制御及び駆動するための、制御'駆動基板 47 が設けられ、入出力端子 45と接続されている。その他の構成は、第 1〜4の実施の形態と同様である。

[0066] 従来公知の半導体装置において、半導体チップを両面冷却することを試みると、制御-駆動基板と入出力端子の接続が複雑かつ長くなりやすい。しかし、本発明の電力用半導体装置の構造を採用することにより、入出力端子 45が冷却器 22と反対側の上部に最短で出力されているので、半導体チップを両面で効率よく冷却しながら、かつ制御 ·駆動基板と入出力端子との配線を最短にすることが可能となる。

[0067] 図 6のような構造のインバータ装置にぉ、ては、制御 ·駆動基板と入出力端子との配線が最短なので、ノイズによる誤動作などが非常に低減され、信頼性が向上する。

Claims

請求の範囲

[1] インバータの 1つのアームを構成する半導体チップと、この半導体チップの正極側と接合する第 1の導体と、当該半導体チップの負極側と接合する第 2の導体とを備え前記半導体チップの正極側電極と前記第 1の導体との接合面及び前記半導体チップの負極側電極と前記第 2の導体との接合面が、それぞれ前記半導体チップを冷却する冷却器の表面に対して非平行となるように、前記第 1の導体及び前記第 2の導体を前記冷却器に配置したことを特徴とするインバータ装置。

[2] 前記第 1の導体及び前記第 2の導体が、セラミックスを含有した絶縁榭脂シートを介して前記冷却器に接着固定されていることを特徴とする請求項 1記載のインバータ装置。

[3] 前記第 1の導体上に、絶縁榭脂シートで絶縁した入出端子を設けたことを特徴とする請求項 1又は 2記載のインバータ装置。

[4] 前記半導体チップと前記入出力端子とをボンディングワイヤで接続するとともに、前記第 2の導体には、前記ボンディングワイヤが配線可能な切り欠き部を設けたことを特徴とする請求項 3に記載のインバータ装置。

[5] 前記半導体チップからみて前記冷却器とは反対側になる第 1の導体及び第 2の導体の直上に制御及び駆動基板を設けたことを特徴とする請求項 1〜4のいずれか 1 項に記載のインバータ装置。