インバータ装置

【課題】冷却効率の向上、及び寄生インダクタンスの低減を図ること。
【解決手段】液冷式冷却器１３Ａの冷却管１４Ａを絶縁基板１９に近い線膨張係数を有する金属基複合材料により形成し、この冷却管１４Ａの外面に絶縁基板１９の裏面を直接に接触させた状態で取り付けているので、冷却効率が向上している。そして、絶縁基板１９及び冷却管１４Ａの各線膨張係数は互いに近いものであるため、絶縁基板１９に熱応力が生じることはない。また、熱緩衝板２８を介して幅広導体２５，２６が半導体チップに接続されているので寄生インダクタンスが低減されている。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として、電気自動車に搭載されるインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近時の省エネルギー化及び環境問題等の見直しにより、電気自動車（ハイブリッドカーを含む）が脚光を浴び、その実用化の促進が急がれている。電気自動車に搭載されるインバータ装置については、小型化及び高信頼性が要求されるが、小型化及び高信頼性を実現するためには、冷却効率を向上させると共に、配線回りの寄生インダクタンスを低減させることが重要となる。
【０００３】図１２及び図１３は、このような電気自動車に搭載される従来のインバータ装置の構成を示す平面断面図及び側面断面図である。これらの図において、複数の電力用半導体素子により構成される半導体素子ユニット１が金属製のケース部材１２の内部に配設されており、この半導体素子ユニット１に隣接して固定台３により固定された３個の平滑コンデンサ２（アルミ電解コンデンサ）が配設されている。これらの平滑コンデンサ２は、正極側導体４及び負極側導体５を介して半導体素子ユニット１内の電力用半導体素子に接続されており、また、中央の平滑コンデンサ２には外部の電源と接続される端子部４ａ，５ａが取り付けられている。そして、上記の半導体素子ユニット１内の複数の電力用半導体素子、及び平滑コンデンサ２によりインバータ回路が構成されており、半導体素子ユニット１の上方に配設されている制御ユニット６により、このインバータ回路の制御が行われるようになっている。また、半導体素子ユニット１には、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の出力導体７，８，９が接続されており、更に、Ｕ相出力導体７及びＷ相出力導体９には、それぞれ電流検出器１０，１１が取り付けられている。
【０００４】半導体素子ユニット１の下方には、液冷式冷却器１３が配設されている。この液冷式冷却器１３は、アルミニウム、銅等の熱伝導性の良い材質により形成された冷却管１４を有しており、この冷却管１４内に冷媒流路１５が蛇行状に形成されている。冷媒流路１５には、入水口１６及び排水口１７が設けられており、冷媒１８が入水口１６から入り冷媒流路１５を通過して排水口１７から排出されるまでの間に、半導体素子ユニット１が、この冷媒１８によって冷却されるようになっている。なお、冷媒１８としては、例えば水とエチレングリコール等を混合させた不凍液が用いられる。
【０００５】図１４は、半導体素子ユニット１内の電力用半導体素子の構成及びその冷却管１４に対する取付構造を示す一部拡大断面図である。絶縁基板１９の上面側に金属電極２０が形成され、更に、金属電極２０上に半導体チップであるＩＧＢＴ１０１及びダイオード２０１が形成されている。このＩＧＢＴ１０１及びダイオード２０１には、第１の接続導体であるワイヤボンディング２１が接続されており、金属電極２０には第２の接続導体としてのワイヤボンディング２２が接続されている。これらワイヤボンディング２１，２２は、それぞれ図１２R>２に示した正極側導体４及び負極側導体５に接続されている。
【０００６】絶縁基板１９の裏面側には放熱用金属板２３の上面が接触しており、この放熱用金属板２３の裏面は、塗布された熱伝導グリース２４を介して冷却管１４に接触している。そして、絶縁基板１９及び放熱用金属板２３は、図１２及び図１３に示したネジ部材４１により冷却管１４に取り付けられており、絶縁基板１９と放熱用金属板２３との間、及び放熱用金属板２３と冷却管１４との間の各接触面は加圧接触状態となっている。なお、金属電極２０、及びその上面に形成されたＩＧＢＴ１０１及びダイオード２０１の周囲にはゲル状の絶縁物が充填された状態となっている。
【０００７】上記のＩＧＢＴ１０１及びダイオード２０１から発生する熱は、絶縁基板１９及び放熱用金属板２３を通って冷却管１４で放熱されるようになっている。ここで、絶縁基板１９は、例えば、アルミナ、窒化アルミ、あるいは窒化ケイ素等のセラミックス部材により形成されており、冷却管１４は上記のようにアルミニウム、銅などの良熱伝導性の金属により形成されている。したがって、両者の線膨張係数は大きく異なっているが、放熱用金属板２３が介在していることにより、絶縁基板１９はある程度の変形が許容されることになり、これに加わる熱応力が軽減されるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来のインバータ装置は次のような課題を有するものであった。すなわち、まず第一に、絶縁基板１９及び放熱用金属板２３は、ネジ部材４１により冷却管１４に取り付けられているため、放熱用金属板２３の加圧力を接触面の全てにわたって均一にすることは困難である。したがって、実際には放熱用金属板２３と冷却管１４との間の熱抵抗は、電力用半導体素子側の内部熱抵抗（金属電極２０から放熱用金属板２３に至るまでの熱抵抗）とほぼ同程度の大きなものとなり、冷却効率が非常に悪いものとなっている。そして、このように冷却効率が悪いことから、ＩＧＢＴ１０１及びダイオード２０１を密集して配置することができなくなり、そのため電力用半導体素子が大きくなってしまい、結果としてインバータ装置自体も大型化してしまっていた。
【０００９】第二に、ＩＧＢＴ１０１及びダイオード２０１は、ワイヤボンディング２１，２２により平滑コンデンサ２側と電気的に接続されているが、これらのワイヤボンディングは抵抗が大きなものであるため、高温になりやすく一定以上の通電容量を確保するのが困難なものである。また、ワイヤボンディングを用いた場合、外部引出端子からＩＧＢＴ１０１又はダイオード２０１を経てこの外部引出端子へ流れる電流のループが長くなる。したがって、装置の配線回りの寄生インダクタンスが大きなものとなり、過電圧の発生や電力損失が増大する結果となっていた。ワイヤボンディングを用いた場合のこのような欠点を解消する方策として、ワイヤボンディングの代わりに、銅などの良伝導性の部材により形成された幅広の導体を用いることも考えられる。しかし、シリコン系の材料により形成されるＩＧＢＴ１０１あるいはダイオード２０１などの半導体チップと、銅との間の線膨張係数は大きく異なっているために、この銅製の幅広導体を半導体チップに対して直接接続したのでは、半導体チップに大きな熱応力が加わり、破損してしまう虞がある。
【００１０】第三に、図１３の図示から明らかなように、スペース上の制約から液冷式冷却器１３の冷媒流路１５は、半導体素子ユニット１の下方にのみ形成されており、平滑コンデンサ２側には形成されていない。したがって、平滑コンデンサ２に対する冷却は、空気により自然冷却となるが、これは充分な冷却効果を期待し難いものである。そのため、コンデンサ１個あたりについて流すことのできるリップル電流は小さなものとなり、多くのリップル電流を流すことができるようにするために、容量の大きなコンデンサを用いたり、コンデンサの数を多くしなければならず、装置の大型化を招く原因となっていた。
【００１１】第四に、平滑コンデンサ２としては、一般的にコスト上の理由からアルミ電解コンデンサが多く用いられている。しかし、このアルミ電解コンデンサは内部インダクタンスが大きなものであるため、電力用半導体素子のターンオフ時にはＩＧＢＴ１０１に急峻な過電圧が印加されることがある。そのため、ＩＧＢＴ１０１にはより高い耐電圧を有するものを使用しなければならなかった。
【００１２】本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、冷却効率の向上、及び寄生インダクタンスの低減を図り、もって一層の小型化及び信頼性の更なる向上を図ることが可能なインバータ装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するための手段として請求項１記載の発明は、絶縁基板表面側に形成された半導体チップ及び金属電極から成り、インバータ回路を構成する複数の電力用半導体素子と、この電力用半導体素子付近に配設され、正極側及び負極側がそれぞれ第１及び第２の接続線により前記半導体チップと接続される平滑コンデンサと、前記絶縁基板の裏面側に配設され、前記電力用半導体素子を冷却する冷却管を有する液冷式冷却器と、を備えたインバータ装置において、前記液冷式冷却器の冷却管を前記絶縁基板に近い線膨張係数を有する材料により形成し、この冷却管に前記絶縁基板の裏面を直接取り付けた、ことを特徴とする。
【００１４】上記構成によれば、温度変化により絶縁基板が変形しようとする場合に、液冷式冷却器の冷却管も同様に変形するので、両者の密着性は高くなり、冷却効率が向上する。また、絶縁基板の変形が拘束されることはないので、絶縁基板に熱応力が生じることもない。
【００１５】請求項２記載の発明は、絶縁基板表面側に形成された半導体チップ及び金属電極から成り、インバータ回路を構成する複数の電力用半導体素子と、この電力用半導体素子付近に配設され、正極側及び負極側がそれぞれ第１及び第２の接続線により前記半導体チップと接続される平滑コンデンサと、前記絶縁基板の裏面側に配設され、前記電力用半導体素子を冷却する冷却管を有する液冷式冷却器と、を備えたインバータ装置において、前記液冷式冷却器の冷却管を熱伝導性の良好な材料により形成すると共に、この冷却管の外面に、前記絶縁基板と略同一形状を有し且つこの絶縁基板に発生する熱応力を緩衝するための熱応力緩衝板を固着し、この熱応力緩衝板に前記絶縁基板の裏面を取り付けた、ことを特徴とする。
【００１６】上記構成によれば、液冷式冷却器の冷却管は熱伝導性の良好な材料により形成されているので、絶縁基板からの発生する熱の放熱は、従来装置と同様に効率良く行われる。この場合、絶縁基板の線膨張係数とと冷却管の線膨張係数とは大きく異なるため、絶縁基板に熱応力が発生しようとするが、熱応力緩衝板によりこの熱応力の発生は抑制される。
【００１７】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記熱応力緩衝板を、複数の分割部材により形成した、ことを特徴とする。
【００１８】上記構成によれば、請求項２記載の構成に比べて、熱応力の発生の抑制を一層効果的に行うことができる。
【００１９】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記液冷式冷却器の冷却管は、前記平滑コンデンサの内部を挿通し、この平滑コンデンサに対する冷却を前記電力用半導体素子に対する冷却と同時に行うものである、ことを特徴とする。
【００２０】上記構成によれば、平滑コンデンサに対する冷却効率を高めることができ、平滑コンデンサにより多くのリップル電流を流すことができる。
【００２１】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第１及び第２の接続線を良電導性の第１及び第２の幅広導体により形成し、更に、この第１及び第２の幅広導体と前記半導体チップとを、半導体チップに発生する熱応力及び熱上昇を抑制する熱緩衝板を介して接続した、ことを特徴とする。
【００２２】上記構成によれば、熱緩衝板を介して第１及び第２の幅広導体と半導体チップとが接続されているので、両者の線膨張係数が異なっているにもかかわらず、半導体チップ側の変形及び熱応力の発生が緩衝される。
【００２３】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記第１及び第２の幅広導体の間に絶縁物を介挿させると共に、これら第１及び第２の幅広導体を流れる各電流の向きを互いに逆方向にすることにより、各インダクタンスを相殺するようにした、ことを特徴とする。
【００２４】上記構成によれば、第１及び第２の幅広導体は互いに平行に延び、それぞれの電流の向きが逆になるのでインダクタンスが相殺され、低インダクタンス化を図ることができる。
【００２５】請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記インバータ回路に、前記半導体チップに対するサージを吸収するためのサージ吸収用コンデンサを設けた、ことを特徴とする。
【００２６】上記構成によれば、ターンオフ時に発生するサージをサージ吸収用コンデンサにより吸収できるので、耐電圧容量の高い半導体チップを使用する必要がなくなる。
【００２７】請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記サージ吸収用コンデンサは、セラミックコンデンサである、ことを特徴とする。
【００２８】上記構成によれば、もともとインダクタンスの比較的小さなセラミックコンデンサを用いているので、寄生インダクタンスの増大を抑制することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。但し、図１２乃至図１４において説明したのと同様の構成要素には同一符号を付して重複した説明を省略する。図１は、第１の実施形態の要部構成を示す側面断面図、図２は平面断面図、図３はインバータ回路構成図である。なお、図１及び図２においては、図面の都合上、平滑コンデンサ２の図示を省略している。
【００３０】半導体素子ユニット１Ａの下方には液冷式冷却器１３Ａが配設されている。この液冷式冷却器１３Ａの冷却管１４Ａは、従来のようなアルミ、銅などの熱伝導性の良好なものではなく、絶縁基板１９に近い線膨張係数を有する金属基複合材料（金属とセラミックスの複合材料）により形成されている。そして、図１４において用いられていた放熱用金属板２３及び熱伝導グリース２４は省略されており、絶縁基板１９の裏面が冷却管１４Ａの外面に直接接触して取り付けられている。
【００３１】半導体素子ユニット１Ａは、図２に示されるように、電力用半導体素子ＳＣ1〜ＳＣ6により構成されており、各絶縁基板１９に形成された金属電極２０上には半導体チップであるＩＧＢＴ１０１〜１０６及びダイオード２０１〜２０６が形成されている。
【００３２】各電力用半導体素子のＩＧＢＴ及びダイオードには第１の幅広導体２５及び第２の幅広導体２６の一端側が熱緩衝板２８を介して接続されている。これら第１の幅広導体２５及び第２の幅広導体２６は良電導材である銅により形成されており、これらの間には絶縁部材２７が介挿されている。熱緩衝板２８の材料は、第１の幅広導体２５及び第２の幅広導体２６とＩＧＢＴ及びダイオードとの中間の線膨張係数を有する材料（例えばモリブデン）により形成されている。これら、第１の幅広導体２５及び第２の幅広導体２６の他端側は、この図１R>１では図示が省略されている正極側導体４及び負極側導体５（図１２参照）に接続されている。また、本実施形態では、第１の幅広導体２５を流れる電流の向きと、第２の幅広導体２６を流れる電流の向きとが互いに逆方向となっている。これにより、それぞれのインダクタンスが相殺され、電力用半導体素子内部の配線の寄生インダクタンスをより低減することができる。
【００３３】なお、各電力用半導体素子の金属電極２０上には、熱緩衝板２８と同じ材料の熱緩衝部材２９を介して幅広導体２５，２６と同様の幅広導体が接続されている。この幅広導体は、各電力用半導体素子間の接続を行うために設けられたものである。また、各ＩＧＢＴに接続されているゲートリード３０には、従来と同様のワイヤボンディングが用いられている。このゲートリード３０についても、本来は、幅広導体部材を用いることが好ましいが、製造上の都合によりゲートリード３０についてだけはワイヤボンディングを用いることとしている。そして、半導体素子ユニット１Ａの側面部には、固定フレーム３１が設けられており、この固定フレーム３１の内側に高分子材料であるゲル状絶縁物３２が充填されて、各ＩＧＢＴ及びダイオード、並びに第１及び第２の幅広導体２５，２６等がこのゲル状絶縁物３２に覆われた状態になっている（この実施形態では、天井部の蓋板部材を省略して半導体素子ユニット１Ａの構造の簡略化を図っている。）。
【００３４】次に、上記のように構成される第１の実施形態の作用につき説明する。インバータ装置の運転が開始されると、入水口１６に冷媒１８が導入され、この冷媒１８は蛇行状に形成された冷媒流路１５を通過して排水口１７から冷媒ポンプ（図示せず）側に戻される。一方、半導体素子ユニット１Ａ内では各電力用半導体素子に電流が流れ、また、ＩＧＢＴが高速のスイッチング動作を行うために、絶縁基板１９の温度が上昇する。この場合、半導体素子ユニット１Ａの上部側には、ゲル状絶縁物３２が充填されており、このゲル状絶縁物３２が断熱材として機能するために、絶縁基板１９上に発生した熱の殆どは冷却管１４Ａ側に移動する。そして、この発生した熱と冷媒１８との間の熱交換により絶縁基板１９及びその上に形成されたＩＧＢＴ及びダイオードに対する冷却が行われることになる。
【００３５】このとき、冷却管１４Ａ上に直接取り付けられた絶縁基板１９は、温度変化に伴う冷却管１４Ａの変形の影響をもろに受けるように見えるが、冷却管１４Ａと絶縁基板１９とは線膨張係数がほぼ同じになっているので、実際には殆ど影響を受けることはない。また、半導体チップに接続されている第１の幅広導体２５及び第２の幅広導体２６は良電導材料である銅により形成されており、半導体チップとは線膨張係数が異なっているために、この半導体チップもこれら幅広導体２５，２６の変形の影響を受けるように見える。しかし、これらの幅広導体２５，２６は、両者の中間的な値の線膨張係数を持つ熱緩衝板２８を介して半導体チップに接続されているので、その影響は大きく緩和されることになる。
【００３６】さらに、図１の構成では、各電力用半導体素子が、上記の熱緩衝板２８、及び熱緩衝部材２９を有しているので、過渡的な熱耐量が大きなものとなっている。すなわち、ＩＧＢＴのターンオフ時には、瞬間的に大きな温度上昇が発生するが、熱緩衝板２８及び熱緩衝部材２９は、この瞬間的な温度上昇を吸収し得る過渡的な蓄熱材として機能することになる。それ故、図１の構成によれば、過渡的な熱耐量を大きくし、急激な温度変化を有効に抑制する機能を持たせることができる。
【００３７】上記したように、第１の実施形態の構成によれば、液冷式冷却器１３Ａの冷却管１４Ａを絶縁基板１９に近い線膨張係数を有する金属基複合材料により形成し、この冷却管１４Ａの外面に絶縁基板１９の裏面を直接に接触させた状態で取り付けるようにしているので、絶縁基板１９から冷却管１４Ａへの放熱が促進され、冷却効率が向上したものとなっている。そして、温度変化によって絶縁基板１９及び冷却管１４Ａが変形しようとする場合に、両者の線膨張係数が近いものであるために、各変形量も互いに対応したものとなっている。したがって、絶縁基板１９を直接に冷却管１４Ａに取り付けているにもかかわらず、絶縁基板１９の変形が拘束されることはなく、熱応力が生じることはない。
【００３８】また、各電力用半導体素子の半導体チップと平滑コンデンサ２とは、従来、ワイヤボンディングにより接続されていたが、図１の構成では、良電導材である銅により形成された第１の幅広導体２５及び第２の幅広導体２６と熱緩衝板２８とにより接続されているので、寄生インダクタンスが低減された結果となっている。このとき、半導体チップと幅広導体２５，２６とは線膨張係数が異なるので、半導体チップに熱応力が加わりそうになるが、熱緩衝板２８を介して幅広導体２５，２６が半導体チップに接続されているので、半導体チップ及び幅広導体２５，２６双方の変形が熱緩衝板２８により吸収され、半導体チップに対する熱応力の付加が抑制される。更に、第１の幅広導体２５と第２の幅広導体２６とは互いに平行に延びており、流れる電流の向きが逆方向になるようにしているので、それぞれのインダクタンスが相殺され、寄生インダクタンスが一層低減された結果となっている。
【００３９】図４は、本発明の第２の実施形態の要部構成を示す側面断面図である。半導体素子ユニット１Ｂの下方には液冷式冷却器１３が配設されているが、この液冷式冷却器１３の冷却管１４は、従来装置と同様に、アルミ、銅などの熱伝導性の良好な材料により形成されている。そして、冷却管１４の外面には、絶縁基板１９と略同一形状を有し、冷却管１４と絶縁基板１９との中間の線膨張係数を有する熱応力緩衝板４２が、その上面のみが露出するように埋設された状態で接合されており、この上面に絶縁基板１９の裏面が接合されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４０】この第２の実施形態によれば、冷却管１４を従来と同様の熱伝導性の良い材料により形成しているので、充分な冷却能力を確保できると共に、液冷式冷却器１３の製造も容易である。そして、冷却管１４と絶縁基板１９との間には両者の中間の線膨張係数を有する熱応力緩衝板４２が介在しているので、温度変化に伴う絶縁基板１９の熱応力を緩衝することができ、絶縁基板１９の割れ等の発生を防止することができる。
【００４１】図５は、本発明の第３の実施形態の要部構成を示す側面断面図である。図５が図４と異なる点は、熱応力緩衝板４２を、複数の分割板４２ａ，４２ｂ，４２ｃにより形成される熱応力緩衝板４２Ａに置き換えた点であり、その他は同様の構成である。本実施形態では、このように熱応力緩衝板４２Ａが複数の分割板４２ａ，４２ｂ，４２ｃにより形成されているので、絶縁基板１９に対する熱応力の緩衝作用がより著しいものとなる。
【００４２】図６は、本発明の第４の実施形態の要部構成を示す側断面図であり、図７はその平面断面図である。本実施形態は、平滑コンデンサとして液冷式アルミ電解コンデンサ３３を用いたものであり、液冷式冷却器１３Ａ内を通過する冷媒１８が同時にこの液冷式アルミ電解コンデンサ３３の中心部を通過して冷却作用を行うものである。したがって、空気による自然冷却しか行っていなかった従来装置に比べて平滑コンデンサに対する冷却機能が格段にアップしたものとなっている。
【００４３】図７に示すように、入水口１６からの冷媒１８は一方の液冷式アルミ電解コンデンサ３３の冷却管３４を通過する際にこの液冷式アルミ電解コンデンサ３３に対する冷却を行うようになっており、この冷却管３４を通過した冷媒１８は半導体素子ユニット１Ａ側の液冷式冷却器１３Ａ内に送り込まれるようになっている。そして、液冷式冷却器１３Ａ内を流れ、半導体素子ユニット１Ａに対する冷却を行った冷媒１８は、他方の液冷式アルミ電解コンデンサ３３の冷却管３４を通過してこの液冷式アルミ電解コンデンサ３３に対する冷却を行い、その後に排水口１７を通って冷媒ポンプ側に戻るようになっている。
【００４４】図８は、上記の液冷式アルミ電解コンデンサ３３の構造を示す縦断面図である。この図に示すように、液冷式アルミ電解コンデンサ３３は外筒３５を有しており、この外筒３５の内部にコンデンサ素子３６が配設されている。そして、このコンデンサ素子３６の中心部を絶縁シート３７で被覆された冷却管３４が貫通し、この冷却管３４内を冷媒１８が通過するようになっている。なお、液冷式アルミ電解コンデンサ３３の一端側には外部電源と接続される外部端子３８が設けられている。
【００４５】このように、本実施形態によれば、液冷式アルミ電解コンデンサ３３の冷却機能が大幅にアップしているので、従来の平滑コンデンサ２と同一体積の場合にはより大きなリップル電流を液冷式アルミ電解コンデンサ３３に流すことが可能になり、一方、従来と同じリップル電流を流す場合には液冷式アルミ電解コンデンサ３３の体積をより小さなものにすることが可能になる（図７に示したように、本実施形態では液冷式アルミ電解コンデンサ３３の個数は２個であり、図１２における平滑コンデンサ２の３個よりも少ない個数となっている。）。
【００４６】また、このように液冷式アルミ電解コンデンサ３３の体積を小さくできることから正極側導体４及び負極側導体５の長さをより短くすることができ、寄生インダクタンスを小さくすることができる。その結果、ＩＧＢＴ１０１〜１０６のターンオン時に印加される過電圧をより小さなものとすることができる。更に、本実施形態では、液冷式冷却器１３Ａに用いられる冷媒１８をそのまま液冷式アルミ電解コンデンサ３３に対する冷却に用いるようにしているので、冷却構成が簡単化されたものとなっている。
【００４７】図９は、本発明の第５の実施形態の要部構成を示す側面断面図、図１０は平面断面図、図１１はインバータ回路図である。上述したような冷却機能のアップした液冷式アルミ電解コンデンサ３３を用いることにより従来よりも寄生インダクタンスを低減することが可能になっているものの、もともとアルミ電解コンデンサは寄生インダクタンスが大きなものであるために、依然としてＩＧＢＴ１０１〜１０６のターンオン時に印加される過電圧は大きなものとなっている。そこで、この実施形態では、サージ吸収用コンデンサ３９を追設することにより、ＩＧＢＴ１０１〜１０６に印加される過電圧をより小さなものとしている。よって、本実施形態によれば、従来装置ほどには耐電圧容量の高いＩＧＢＴを用いる必要がなくなる。そして、本実施形態では、このサージ吸収用コンデンサ３９としてセラミックコンデンサを用いることとしている。セラミックコンデンサはアルミ電解コンデンサに比べてインダクタンスが小さなものなので、サージ吸収用コンデンサ３９を追設することに伴う寄生インダクタンスの増加を極力抑制することが可能になる。なお、このサージ吸収用コンデンサ３９は、サージ吸収用コンデンサ３９の取付位置は液冷式アルミ電解コンデンサ３３と半導体素子ユニット１Ａとの間であり、サージ吸収効果をできるだけ効果的にするため、極力半導体素子ユニット１Ａ側に接近した位置となっている。
【００４８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、液冷式冷却器の冷却管を前記絶縁基板に近い線膨張係数を有する材料により形成し、この冷却管に絶縁基板の裏面を直接取り付けた構成、あるいは、液冷式冷却器の冷却管を熱伝導性の良好な材料により形成すると共に、この冷却管の外面に、前記絶縁基板と略同一形状を有し且つこの絶縁基板に発生する熱応力を緩衝するための熱応力緩衝板を固着し、この熱応力緩衝板に絶縁基板の裏面を取り付けた構成としたので、冷却効率の向上を図ることができる。
【００４９】また、上記の液冷式冷却器の冷却管により電力用半導体素子と同時に平滑コンデンサをも冷却する構成を採用し、あるいは、第１及び第２の幅広導体を熱緩衝板を介して半導体チップに接続する構成を採用することにより、寄生インダクタンスの低減を図ることができる。
【００５０】さらに、インバータ回路にサージ吸収用コンデンサを設けた構成とすることにより、半導体チップに印加される過電圧を小さくすることができる。
【００５１】結局、これらのことからインバータ装置の一層の小型化、及び信頼性の更なる向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の要部構成を示す側面断面図。
【図２】図１の平面断面図。
【図３】上記第１の実施形態のインバータ回路構成図。
【図４】本発明の第２の実施形態の要部構成を示す側面断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態の要部構成を示す側面断面図。
【図６】本発明の第４の実施形態の要部構成を示す側断面図。
【図７】図６の平面断面図。
【図８】図６及び図７における液冷式アルミ電解コンデンサ３３の構造を示す縦断面図
【図９】本発明の第５の実施形態の要部構成を示す側面断面図。
【図１０】図９の平面断面図。
【図１１】上記第５の実施形態のインバータ回路構成図。
【図１２】従来のインバータ装置の構成を示す平面断面図。
【図１３】図１２の側面断面図。
【図１４】図１２及び図１３における半導体素子ユニット１内の電力用半導体素子の構成及びその冷却管１４に対する取付構造を示す一部拡大断面図。
【符号の説明】
１，１Ａ半導体素子ユニット
２平滑コンデンサ
３固定台
４正極側導体
５負極側導体
６制御ユニット
７Ｕ相出力導体
８Ｖ相出力導体
９Ｗ相出力導体
１０電流検出器
１１電流検出器
１２ケース部材
１３，１３Ａ液冷式冷却器
１４，１４Ａ冷却管
１５冷媒流路
１６入水口
１７排水口
１８冷媒
１９絶縁基板
２０金属電極
２１，２２ワイヤボンディング
２３放熱用金属板
２４熱伝導グリース
２５第１の幅広導体
２６第２の幅広導体
２７絶縁部材
２８熱緩衝板
２９熱緩衝部材
３０ゲートリード
３１固定フレーム
３２ゲル状絶縁物
３３液冷式アルミ電解コンデンサ
３４冷却管
３５外筒
３６コンデンサ素子
３７絶縁シート
３８外部端子
３９サージ吸収用コンデンサ
４０接続ネジ
４１ネジ部材
４２，４２Ａ熱応力緩衝板
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ分割板
１０１〜１０６ＩＧＢＴ
２０１〜２０６ダイオード
ＳＣ1〜ＳＣ6 電力用半導体素子

【特許請求の範囲】
【請求項１】絶縁基板表面側に形成された半導体チップ及び金属電極から成り、インバータ回路を構成する複数の電力用半導体素子と、この電力用半導体素子付近に配設され、正極側及び負極側がそれぞれ第１及び第２の接続線により前記半導体チップと接続される平滑コンデンサと、前記絶縁基板の裏面側に配設され、前記電力用半導体素子を冷却する冷却管を有する液冷式冷却器と、を備えたインバータ装置において、前記液冷式冷却器の冷却管を前記絶縁基板に近い線膨張係数を有する材料により形成し、この冷却管に前記絶縁基板の裏面を直接取り付けた、ことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】絶縁基板表面側に形成された半導体チップ及び金属電極から成り、インバータ回路を構成する複数の電力用半導体素子と、この電力用半導体素子付近に配設され、正極側及び負極側がそれぞれ第１及び第２の接続線により前記半導体チップと接続される平滑コンデンサと、前記絶縁基板の裏面側に配設され、前記電力用半導体素子を冷却する冷却管を有する液冷式冷却器と、を備えたインバータ装置において、前記液冷式冷却器の冷却管を熱伝導性の良好な材料により形成すると共に、この冷却管の外面に、前記絶縁基板と略同一形状を有し且つこの絶縁基板に発生する熱応力を緩衝するための熱応力緩衝板を固着し、この熱応力緩衝板に前記絶縁基板の裏面を取り付けた、ことを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】前記熱応力緩衝板を、複数の分割部材により形成した、ことを特徴とする請求項２記載のインバータ装置。
【請求項４】前記液冷式冷却器の冷却管は、前記平滑コンデンサの内部を挿通し、この平滑コンデンサに対する冷却を前記電力用半導体素子に対する冷却と同時に行うものである、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項５】前記第１及び第２の接続線を、良電導性の第１及び第２の幅広導体により形成し、更に、この第１及び第２の幅広導体と前記半導体チップとを、半導体チップに発生する熱応力及び熱上昇を抑制する熱緩衝板を介して接続した、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項６】前記第１及び第２の幅広導体の間に絶縁物を介挿させると共に、これら第１及び第２の幅広導体を流れる各電流の向きを互いに逆方向にすることにより、各インダクタンスを相殺するようにした、ことを特徴とする請求項５記載のインバータ装置。
【請求項７】前記インバータ回路に、前記半導体チップに対するサージを吸収するためのサージ吸収用コンデンサを設けた、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項８】前記サージ吸収用コンデンサは、セラミックコンデンサである、ことを特徴とする請求項７記載のインバータ回路。

【図１】