特許 5893312 半導体制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5893312

(24)【登録日】2016年3月4日

(45)【発行日】2016年3月23日

(54)【発明の名称】半導体制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20160310BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

【請求項の数】3

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2011-210655(P2011-210655)

(22)【出願日】2011年9月27日

(65)【公開番号】特開2013-74671(P2013-74671A)

(43)【公開日】2013年4月22日

【審査請求日】2014年7月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000141901

【氏名又は名称】株式会社ケーヒン

(74)【代理人】

【識別番号】100145023

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 学

(74)【代理人】

【識別番号】100153349

【弁理士】

【氏名又は名称】武山 茂

(72)【発明者】

【氏名】阿部 秀文

(72)【発明者】

【氏名】真弓 俊郎

【審査官】 下原 浩嗣

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０２９０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２０３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１０２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２４６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４１６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６７８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１８２３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６１９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０１７６８２４３（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１５９７０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子を有する半導体モジュールと、前記半導体素子に電気的に接続されたコンデンサと、前記半導体モジュール及び前記コンデンサを装着する樹脂製のケースと、を備えた半導体制御装置であって、
前記ケースにおける前記半導体素子と前記コンデンサとの間の間隙部を第１の方向に延在すると共に、前記半導体素子の入力端子と前記コンデンサの接続端子とを電気的に接続する入力側接続導体、及び前記半導体素子を介し前記入力側接続導体に対して反対側に配設されて前記第１の方向に直交する第２の方向に延在すると共に、前記半導体素子の出力端子と外部端子とを電気的に接続する出力側接続導体を備え、
前記ケース、前記入力側接続導体及び前記出力側接続導体は、前記ケースに前記入力側接続導体及び前記出力側接続導体を固定した一体成形品であり、
前記入力側接続導体は、前記ケースを前記第１の方向に延出したブロック構造体であり、前記出力側接続導体は、前記ケースを前記第２の方向に延出したブロック構造体であることを特徴とする半導体制御装置。

【請求項2】

前記ケースは、側壁を有し、前記ケース及び前記コンデンサは、前記ケースの内部空間内の被覆部で更に前記コンデンサを前記側壁に固定した前記一体成形品であることを特徴とする請求項１に記載の半導体制御装置。

【請求項3】

更に、前記半導体素子に関連する回路基板及び前記回路基板に電気的に接続されるコネクタを備え、
前記ケース及び前記コネクタは、更に前記コネクタを前記ケースに固定した前記一体成形品であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体制御装置に関し、特に、冷却部材に半導体素子を装着した半導体モジュールを有し、電動モータへの駆動電力の供給を制御する電力制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電動モータを駆動力源として備える電気自動車が普及してきている。電気自動車においては、バッテリから供給される直流電力を交流電力流に変換して電動モータに供給する制御を行うと共に、必要に応じて制動時等に回生機構により発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリに蓄電する制御を行う電力制御装置（ＰＥＵ：Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｕｎｉｔ）のような半導体制御装置が設けられている。

【0003】

かかる電力制御装置は、バッテリから供給される直流電力を交流電力流に変換すると共に、必要に応じて回生機構により発電された交流電力を直流電力に変換するパワーモジュールを備えと共に、直流電流を平滑化するコンデンサや外部制御装置等との間で信号を送受するためのコネクタ等の各種構成部品を備える。このようなパワーモジュールにおいては、比較的大きな電流が使用されているので、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー系半導体素子がスイッチング素子として組み込まれることが多い。このようなパワー系半導体素子が動作すると大きな発熱を伴うので、その放熱経路を確保するために、パワーモジュールにはヒートシンクが装着されている。

【0004】

特許文献１は、パワードライブユニットに関し、ヒートシンクと、ヒートシンク上に千鳥状に配設された複数のパワーモジュールと、パワーモジュールの対応するものの間を接続するバスバーと、パワーモジュールの間に配設された複数のコンデンサと、を備えた構成を開示する。かかるパワードライブユニットにおいては、電動モータへの三相交流電流の供給を制御する場合に、バッテリのプラス端子に接続されるハイサイド用スイッチング素子として３個のパワーモジュールと、バッテリのマイナス端子に接続されるローサイド用スイッチング素子として３個のパワーモジュールとの合計６個のパワーモジュールが組み込まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−１５９７０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１が開示する構成では、複数のパワーモジュールをヒートシンク上に千鳥状に配設すると共に、パワーモジュールの対応するものの間を接続するバスバーをパワーモジュールの間の空間に配策し、かつ、コンデンサをパワーモジュールの間の残余の空間に配設することにより、ヒートシンク上の領域を有効利用しているものではあるが、これらの各種構成部品は、個別にヒートシンクやケースに取り付ける必要があるから、かかる各種構成部品を取り付けてパワードライブユニットを組立てる組立工数が増加する傾向がある。

【0007】

また、本発明者の更なる検討によれば、半導体制御装置を組立てる際に、バッテリ、コンデンサや外部機器を半導体スイッチング素子に接続する接続導体やコンデンサ等の各種
構成部品が、単一で堅牢な他の構成部品に対して、他の構成部品の作製時に予め位置精度よく取り付けられていれば、装置全体の組立工数が格段に減少して好ましい。ここで、特許文献１は、複数のパワーモジュールをヒートシンク上に千鳥状に配設すると共に、パワーモジュールの対応するものの間を接続するバスバーをパワーモジュールの間の空間に配策し、かつ、コンデンサをパワーモジュールの間の残余の空間に配設する構成を開示するものではあるが、各種構成部品が、単一で堅牢な他の構成部品に対して、その作製時に予め位置精度よく取り付けられて、装置全体の組立工数を減少する具体的構成については、何等の教示をしていない。

【0008】

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、各種構成部品が、単一で堅牢な他の構成部品に対して、その作製時に予め位置精度よく固定されて取り付けられることを可能とすると共に、装置全体の組立工数を減少することが可能な半導体制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

以上のような目的を達成するため、本発明の第１の局面は、半導体素子を有する半導体モジュールと、前記半導体素子に電気的に接続されたコンデンサと、前記半導体モジュール及び前記コンデンサを装着する樹脂製のケースと、を備えた半導体制御装置であって、前記ケースにおける前記半導体素子と前記コンデンサとの間の間隙部を第１の方向に延在すると共に、前記半導体素子の入力端子と前記コンデンサの接続端子とを電気的に接続する入力側接続導体、及び前記半導体素子を介し前記入力側接続導体に対して反対側に配設されて前記第１の方向に直交する第２の方向に延在すると共に、前記半導体素子の出力端子と外部端子とを電気的に接続する出力側接続導体を備え、前記ケース、前記入力側接続導体及び前記出力側接続導体は、前記ケースに前記入力側接続導体及び前記出力側接続導体を固定した一体成形品であり、前記入力側接続導体は、前記ケースを前記第１の方向に延出したブロック構造体であり、前記出力側接続導体は、前記ケースを前記第２の方向に延出したブロック構造体である半導体制御装置である。

【0010】

また、本発明の第２の局面は、かかる第１の局面に加えて、前記ケースは、側壁を有し、前記ケース及び前記コンデンサは、前記ケースの内部空間内の被覆部で更に前記コンデンサを前記側壁に固定した前記一体成形品である半導体制御装置である。

【0011】

また、本発明の第３は、かかる第１又は第２の局面に加えて、更に、前記半導体素子に関連する回路基板及び前記回路基板に電気的に接続されるコネクタを備え、前記ケース及び前記コネクタは、更に前記コネクタを前記ケースに固定した前記一体成形品である半導体制御装置である。

【発明の効果】

【0013】

本発明の第１の局面における半導体制御装置においては、半導体素子を有する半導体モジュールと、半導体素子に電気的に接続されたコンデンサと、半導体モジュール及びコンデンサを装着する樹脂製のケースと、を備えた半導体制御装置であって、ケースにおける半導体素子とコンデンサとの間の間隙部を第１の方向に延在すると共に、半導体素子の入力端子とコンデンサの接続端子とを電気的に接続する入力側接続導体、及び半導体素子を介し入力側接続導体に対して反対側に配設されて第１の方向に直交する第２の方向に延在すると共に、半導体素子の出力端子と外部端子とを電気的に接続する出力側接続導体を備え、ケース、入力側接続導体及び出力側接続導体が、ケースに入力側接続導体及び出力側接続導体を固定した一体成形品であり、入力側接続導体が、ケースを第１の方向に延出したブロック構造体であり、出力側接続導体が、ケースを第２の方向に延出したブロック構造体であることにより、接続導体が、単一で堅牢な他の構成部品であるケースに対して、そのケースの成形時に予め位置精度よく固定されて取り付けられることができ、装置全体の組立工数を減少することができる。併せて、入力側接続導体及び出力側接続導体が、ブロック構造体であることにより、かかる接続導体がケースに一体成形されてケースを補強して、ケースの剛性を向上することができる。

【0014】

本発明の第２の局面における半導体制御装置においては、ケースが、側壁を有し、ケース及びコンデンサが、ケースの内部空間内の被覆部で更にコンデンサを側壁に固定した一体成形品であることにより、コンデンサが、単一で堅牢な他の構成部品であるケースに対して、そのケースの成形時に予め位置精度よく固定されて取り付けられることができ、装置全体の組立工数を減少することができる。

【0015】

本発明の第３の局面における半導体制御装置においては、更に、半導体素子に関連する回路基板及び回路基板に電気的に接続されるコネクタを備え、ケース及びコネクタが、更にコネクタをケースに固定した一体成形品であることにより、コネクタが、単一で堅牢な他の構成部品であるケースに対して、そのケースの成形時に予め位置精度よく取り付けられることができ、装置全体の組立工数を減少することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明における実施形態の電力制御装置をそのパワーモジュールの一方が組立状態にある状態で示す分解斜視図である。

【図2】図２（ａ）は、図１における矢印Ａ方向に沿って見た本実施形態の電力制御装置を示す正面図、図２（ｂ）は、図１における矢印Ｂ方向に沿って見た本実施形態の電力制御装置を示す側面図、及び図２（ｃ）は、図１における矢印Ｃ方向から見た本実施形態の電力制御装置を示す裏面図である。

【図3】図２（ａ）及び図２（ｃ）におけるＳ３−Ｓ３切断線において切断した本実施形態の電力制御装置を示す拡大詳細断面図である。なお、図３中の各締結部材は、便宜上、その頭部のみを示す。

【図4】本実施形態の電力制御装置をその接続導体、コンデンサ及びコネクタがケースに一体成形された状態で示す拡大部分斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態における半導体制御装置につき、電力制御装置を例に挙げ、適宜図面を参照して、詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、３軸直交座標系を成し、ｚ軸方向が上下方向であり、ｘ−ｙ平面が水平面である。

【0019】

［制御システムの構成］
まず、本実施形態における半導体制御装置である電力制御装置が適用される制御システムの構成について、詳細に説明する。

【0020】

図１から図４に示す本実施形態における半導体制御装置である電力制御装置１は、典型的には、いずれも図示を省略するが、駆動力源である電動モータ及び二次電池であるバッテリを搭載すると共に、減速時に回生電力を生成する回生機構を備えた電気自動車に搭載される。

【0021】

電力制御装置１は、電気自動車において、それ単独で、又は電動モータ、バッテリ及び回生機構を総合的に制御する図示を省略した制御装置の制御の下で、バッテリから電動モータへ駆動電力の供給を制御自在であると共に、回生機構からバッテリへ回生電力の供給を制御自在である。例えば、電動モータの駆動電流に三相交流電流を用いる場合、電力制御装置１は、バッテリから供給される直流電流をＵ相、Ｖ相及びＷ相の三相の交流電流に安定的に変換して、その交流電流を電動モータに供給するＤＣ／ＡＣコンバータの機能と、回生機構から生成された回生交流電流を直流電流に安定的に変換して、その直流電流をバッテリに供給するＡＣ／ＤＣコンバータの機能と、を併せ持つ。なお、電力制御装置１は、必要に応じて、バッテリから供給される直流電流を交流電流に安定的に変換して、その交流電流を電動モータに供給するＤＣ／ＡＣコンバータ機能のみを有していてもよい。

【0022】

電動モータは、例えば、三相交流の電力が供給されて動作する三相ブラシレス電動モータであり、電気自動車を駆動する駆動力を供給する。

【0023】

バッテリは、典型的にはニッケル水素系やリチウムイオン系の二次電池であり、電動モ
ータやその他の補機に必要な電力を供給すると共に、回生機構から生成される回生電力を蓄電する。

【0024】

なお、電力制御装置１は、電動モータに加えて内燃機関等のエンジンを搭載するハイブリッド自動車や、燃料電池を搭載する燃料電池自動車に適用することも可能である。電力制御装置１をハイブリッド自動車に適用した場合には、電力制御装置１は、バッテリから電動モータへの駆動電力の供給を制御自在であると共に、回生機構からバッテリへの回生電力の供給及びエンジンの補機である発電機からバッテリへの発電電力の供給を制御自在である。また、電力制御装置１を燃料電池自動車に適用した場合には、電力制御装置１は、燃料電池から電動モータへの駆動電力の供給を制御自在であると共に、回生機構からバッテリへの回生電力の供給を制御自在である。また、電力制御装置１を電気自動車、ハイブリッド自動車及び燃料電池自動車のいずれに適用した場合においても、電力制御装置１は、必要に応じて、制動時等における電動モータからバッテリへの回生電力の供給を制御することも可能である。

【0025】

［電力制御装置の全体構成］
次に、本実施形態における半導体制御装置である電力制御装置１の全体構成につき、主としてバッテリからの直流電流を三相交流電流に変換して電動モータに供給する場合を例に挙げて、詳細に説明する。

【0026】

図１から図４に示すように、電力制御装置１は、第１の冷却部材２１の内側の表面としての一方の表面２１Ａ上にスイッチング機能を有する第１の半導体素子２３（Ｕ）、２４（Ｖ）及び２５（Ｗ）をｘ軸方向に隣接並置して装着した第１の半導体モジュール２と、第２の冷却部材３１の内側の表面としての一方の表面３１Ａ上にスイッチング機能を有する第２の半導体素子３３（Ｕ）、３４（Ｖ）及び３５（Ｗ）をｘ軸方向に隣接並置して装着した第２の半導体モジュール３と、上下方向に延在する典型的には矩形筒状の側壁７１を有し、かつ、側壁７１により囲われた内部空間Ｓを画成すると共に、側壁７１の上下方向の両端に画成されて互いに対向しながら内部空間Ｓを外部に開放する第１の開口７Ｈ１及び第２の開口７Ｈ２を有するケース７と、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）及び第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）のスイッチング動作を制御する制御ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）５５１等を実装する制御回路基板であって典型的には矩形平板状の回路基板５５と、を主として備える。これらの構成部品は、上下方向で実質的に同軸に重層される。

【0027】

電力制御装置１においては、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を、ケース７の第１の開口７Ｈ１を介してそこからケース７の内部空間Ｓ内に侵入させた状態でケース７に収納すると共に、第１の冷却部材２１の外側の表面である他方の表面２１Ｂをケース７の外に露出させながら第１の冷却部材２１の一方の表面２１Ａをケース７の下端に当接することにより、第１の冷却部材２１で第１の開口７Ｈ１を閉じた状態で、ケース７に第１の半導体モジュール２を装着する。

【0028】

同様に、電力制御装置１においては、第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）を、ケース７の第２の開口７Ｈ２を介してそこからケース７の内部空間Ｓ内に侵入させた状態でケース７に収納すると共に、第２の冷却部材３１の外側の表面である他方の表面３１Ｂをケース７の外に露出させながら第２の冷却部材３１の一方の表面３１Ａをケース７の上端に当接することにより、第２の冷却部材３１で第２の開口７Ｈ２を閉じた状態で、ケース７に第２の半導体モジュール３を装着する。

【0029】

回路基板５５は、典型的にはＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）であり、そのプリント配線に各々電気的に接続しながら、制御ＩＣ５５１に加え、図示を
省略する抵抗素子、コンデンサ等の各種素子をおもて面（上側面）上に実装すると共に、その計３個の張り出し部５５３のおもて面上に対応して計３個の電流センサ５５２を実装する制御回路基板である。制御ＩＣ５５１は、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）及び第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）のスイッチング動作の制御を行う。また、電流センサ５５２は、各々、非接触型の電流センサ、典型的にはホール素子を有するコアレス型の電流センサであり、各々、Ｕ相交流電流、Ｖ相交流電流、及びＷ相交流電流により発生する磁界を対応して検出し電流信号に変換する。

【0030】

かかる回路基板５５は、ケース７の内部空間Ｓ内において、第１の半導体モジュール２と第２の半導体モジュール３との間に、それらの第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）及び第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）からそれぞれ適度に離間した状態で、水平面と平行になるようにケース７に装着される。

【0031】

具体的には、回路基板５５は、ケース７の第１の開口７Ｈ１と第２の開口７Ｈ２との間であって、その裏面（下側面）を第１の冷却部材２１の一方の表面２１Ａに対向させると共に、そのおもて面を第２の冷却部材３１の一方の表面３１Ａに対向させた状態で、第１の冷却部材２１及び第２の冷却部材３１に対して上下方向で並置されて装着される。かかる構成により、回路基板５５は、内部空間Ｓを有効に利用しながら、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）及び第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）から必要な距離をとって適度に離間し配設されることになる。よって、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）及び第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）自体及びそれらの動作時に相対的に大電流が流れる電流経路から、回路基板５５、制御ＩＣ５５１及びその制御電流経路を遠ざけられて、かかる回路基板５５等への不要な熱や電磁波の影響を低減すると共にそれらの耐久性を向上する。

【0032】

ここで、回路基板５５が、ケース７の第１の開口７Ｈ１と第２の開口７Ｈ２との中間、つまり第１の半導体モジュール２と第２の半導体モジュール３との中間に配置されていれば、回路基板５５を第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）及び第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）から適度にバランスよく離間しながら、電力制御装置１の全体構成をよりコンパクトにすることができるため、より好ましい。

【0033】

更に、電力制御装置１は、いずれもケース７に装着された、１個の第１の接続導体８１（Ｎ）と、１個の第２の接続導体８２（Ｐ）と、計３個の第３の接続導体８３（Ｕ）、８４（Ｖ）及び８５（Ｗ）と、を備える。

【0034】

第１の接続導体８１（Ｎ）及び第２の接続導体８２（Ｐ）は、電動モータに電力を供給する場合には、バッテリに電気的に接続されてバッテリから電力が供給される場合の電源入力配線として機能する。具体的には、第１の接続導体８１（Ｎ）は、バッテリのマイナス端子に電気的に接続され、第２の接続導体８２（Ｐ）は、バッテリのプラス端子に電気的に接続される。なお、バッテリを充電する場合には、第１の接続導体８１（Ｎ）及び第２の接続導体８２（Ｐ）は、出力配線として機能する。

【0035】

第３の接続導体８３（Ｕ）、８４（Ｖ）及び８５（Ｗ）は、電動モータに電気的に接続されて電動モータに電力を供給する場合の三相交流電流の出力配線として機能する。具体的には、第３の接続導体８３（Ｕ）は、電動モータのＵ相の駆動電流入力端子に電気的に接続され、第３の接続導体８４（Ｖ）は、電動モータのＶ相の駆動電流入力端子に電気的に接続され、かつ、第３の接続導体８５（Ｗ）は、電動モータのＷ相の駆動電流入力端子に電気的に接続される。なお、回生機構から回生電力が入力される場合には、第３の接続導体８３（Ｕ）、８４（Ｖ）及び８５（Ｗ）は、入力配線として機能する。

【0036】

更に、電力制御装置１は、ケース７に装着されてその内部空間Ｓ内に収容される計２個の第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２を備える。第１のコンデンサ９１は、接続端子９１１及び９１２を有し、第２のコンデンサ９２は、接続端子９２１及び９２２を有する。つまり、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２は、接続端子９１１及び９１２の配設位置と接続端子９２１及び９２２の配設位置とが上下方向で異なること以外は、それらの静電容量や形状を含めて同一の構成を有する。

【0037】

第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２は、各々、第１の接続導体８１（Ｎ）と第２の接続導体８２（Ｐ）との間に互いに電気的に並列に接続されると共に、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）及び第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）に対して電気的に並列に接続されて、電動モータに電力を供給する場合には、バッテリからの直流電流を平滑化する平滑コンデンサとして機能する。なお、バッテリを充電する場合には、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２は、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）及び第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）からの直流電流を平滑化する平滑コンデンサとして機能する。また、必要に応じて、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２を統合して、単一のコンデンサを採用してもよいし、よりコンデンサの数を増やして、３個以上のコンデンサを採用してもよい。

【0038】

このように、まず、電力制御装置１においては、筒状のケース７の上下両端に第１の半導体モジュール２及び第２の半導体モジュール３を対応して装着し、かつ、そのケース７の内部空間Ｓにおける第１の半導体モジュール２と第２の半導体モジュール３との間に回路基板５５を配置した重層構造を採用しているため、内部空間Ｓを有効利用し装置全体の構成をコンパクトにして小型化しながら、放熱経路をケース７の上下両端で確保して装置全体の放熱性を向上すると共に、回路基板５５等への不要な熱や電磁波の影響を低減してそれらの耐久性を向上する。

【0039】

以下、本実施形態における半導体制御装置である電力制御装置１の各構成要素につき、詳細に説明する。

【0040】

［半導体モジュールに関する構成］
図１から図４に示すように、第１の半導体モジュール２は、第１の冷却部材２１、並びに第１の半導体素子２３（Ｕ）、２４（Ｖ）及び２５（Ｗ）を備えると共に、更に、フレーム４１、押さえ部材４２及び回路基板５１を備える。

【0041】

第１の冷却部材２１は、典型的にはアルミニウム合金製でケース７に固定され、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の動作時に発せられる熱を受けて外部に放熱するヒートシンクとしての機能と、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を装着する装着部材としての機能と、ケース７の第１の開口７Ｈ１を塞ぐ蓋としての機能と、を有して、電力制御装置１の構造体の一部をなしている。

【0042】

第１の冷却部材２１の一方の表面２１Ａは、段差の無いフラットな平面として構成され、その反対側の他方の表面２１Ｂには、放熱効率を高めるために複数枚の放熱フィン２１５が規則的に配列された態様で配設されている。第１の冷却部材２１には、種々の取り付け用の貫通孔２１１や雌ねじを有する締結孔が配設されており、これらは必要に応じて防水や防塵のための図示を省略するプラグ等で塞がれることが好ましい。第１の冷却部材２１の水平方向におけるサイズは、第１の半導体モジュール２、第２の半導体モジュール３及び回路基板５５の水平方向における各々のサイズよりも大きい。

【0043】

第１の半導体モジュール２の第１の半導体素子２３（Ｕ）は、三相交流電流のうちのＵ相の低電位側交流電流を生成するローサイド側スイッチング機能を有する。第１の半導体
素子２３（Ｕ）は、図示を省略する半導体チップと、半導体チップを封止するパッケージであって符号を省略した封止体と、封止体の一端（ｙ軸の正方向端）から延出したガルウィング状で板状の第１の電源入力端子２３１と、封止体の他端（ｙ軸の負方向端）から延出したガルウィング状で板状の第１の出力端子２３２と、封止体の一端及び他端から上方に延出して符号を省略した接続リードと、を備える。

【0044】

半導体チップには、高耐圧特性を有するＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ等のパワー系半導体素子が使用される。封止体には、典型的にはエポキシ樹脂封止体等の樹脂封止体が使用される。第１の電源入力端子２３１のインナー側は、封止体内において半導体チップの入力端子に電気的に接続され、第１の電源入力端子２３１のアウター側は、第１の接続導体８１（Ｎ）に電気的に接続される。第１の出力端子２３２のインナー側は、封止体内において半導体チップの出力端子に電気的に接続され、第１の出力端子２３２のアウター側は、第３の接続導体８３（Ｕ）に電気的に接続される。

【0045】

第１の半導体モジュール２のその他の第１の半導体素子２４（Ｖ）及び第１の半導体素子２５（Ｗ）は、第１の半導体素子２３（Ｕ）と同一の構成を有するものであるため、同様の構成については適宜説明を簡略化又は省略する。具体的には、第１の半導体素子２４（Ｖ）及び第１の半導体素子２５（Ｗ）には、第１の半導体素子２３（Ｕ）と同種の製品、典型的には同型番の製品が使用され、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）には互換性がある。

【0046】

つまり、第１の半導体素子２４（Ｖ）は、三相交流電流のうちのＶ相の低電位側交流電流を生成するローサイド側スイッチング機能を有し、第１の半導体素子２３（Ｕ）と同様に第１の電源入力端子２４１及び第１の出力端子２４２等を備え、これらは、第１の接続導体８１（Ｎ）及び第３の接続導体８４（Ｖ）等に対応して電気的に接続される。また、第１の半導体素子２５（Ｗ）は、三相交流電流のうちのＷ相の低電位側交流電流を生成するローサイド側スイッチング機能を有し、第１の半導体素子２３（Ｕ）と同様に第１の電源入力端子２５１及び第１の出力端子２５２等を備え、これらは、第１の接続導体８１（Ｎ）及び第３の接続導体８５（Ｗ）等に対応して電気的に接続される。なお、必要に応じて、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を統合して、単一の半導体素子を採用してもよい。

【0047】

ここで、特に図１、図３及び図４に示すように、３個の第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）は、フレーム４１に取り付けられ、フレーム４１に取り付けられた状態で第１の冷却部材２１の一方の表面２１Ａ上に装着される。フレーム４１は、枠体４１１と、枠体４１１に立設された計２本の位置決めピン４１２及び４１３と、を備える。なお、図３中では、位置決めピン４１３は手前にあるため、それを鎖線で仮想的に示している。

【0048】

枠体４１１は、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を水平面と平行にｘ軸方向で隣接配置して保持すると共に、第１の電源入力端子２３１〜２５１を互いに平行な状態でｘ軸方向に整列して配置し、第１の電源入力端子２３１〜２５１の反対側で各々対応するように第１の出力端子２３２〜２５２を互いに平行な状態でｘ軸方向に整列して配置する。枠体４１１には、典型的には射出成形によって製作した樹脂製枠体が使用される。位置決めピン４１２及び４１３は、典型的には枠体４１１に一体成形されて上下方向に延在する。なお、枠体４１１、位置決めピン４１２及び４１３は、重量の増加等が許されれば金属製であってもよいし、構成の煩雑さが許されれば別体であってもよい。

【0049】

また、特に図１及び図３に示すように、フレーム４１の枠体４１１には、押さえ部材４２が固定されて取り付けられる。押さえ部材４２は、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を枠体４１１に適度な押圧力で押圧した状態で、枠体４１１と第１の冷却部材２１
の一方の表面２１Ａとの間に第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を介装する。押さえ部材４２は、符号を省略したねじ等の締結部材を用いて枠体４１１に固定される。押さえ部材４２は、弾性を有し機械加工等の加工性に優れた典型的にはステンレス鋼等の金属材料により製作される。押さえ部材４２には、枠体４１１への取り付け部分と第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の押さえ部分との間に所望のばね定数を付与するためのＵ字状断面等を有するリブが配設されている。

【0050】

また、特に図１及び図３に示すように、フレーム４１は、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を第１の冷却部材２１の一方の表面２１Ａ上に載置された絶縁シート２２に当接した状態で、押さえ部材４２や回路基板５１用の符号を省略したねじ等の締結部材を共用して、第１の冷却部材２１の一方の表面２１Ａ上に固定される。絶縁シート２２は、第１の冷却部材２１と第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の動作によって発生する熱を効率良く第１の冷却部材２１に伝達自在な伝熱性を有する。絶縁シート２２には、典型的にはシリコーンゴム系シートが使用される。

【0051】

また、特に図１、図３及び図４に示すように、回路基板５１は、典型的には矩形平板状であって、ケース７の内部空間Ｓ内において、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）と回路基板５５との間でケース７に装着される。回路基板５１は、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）のスイッチング動作を制御するために回路基板５５の制御ＩＣ５５１から送出される制御信号に基づき、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を駆動してスイッチング動作させる駆動ＩＣ５１１を実装する駆動回路基板である。なお、駆動ＩＣ５１１は、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を各々駆動する複数の駆動ＩＣに分割されていてもよい。

【0052】

詳しくは、回路基板５１は、フレーム４１の位置決めピン４１２及び４１３に適合する一対の位置決め孔５１２を有して、位置決めピン４１２及び４１３を対応する位置決め孔５１２に挿通することによりフレーム４１に位置決めされた状態で、符号を省略したねじ等の締結部材を用いてフレーム４１に水平面と平行に装着される。この際、回路基板５５の裏面と回路基板５１のおもて面（上側面）とは、平行に対向する。

【0053】

かかる回路基板５１は、典型的にはＰＣＢであり、そのプリント配線に各々電気的に接続しながら、駆動ＩＣ５１１に加えて、図示を省略する抵抗素子、コンデンサ等の各種素子をおもて面上に実装すると共に、その配線基板から上方に引き出されてキンク形状が付与された符号を省略する接続リードを有する。回路基板５１は、その接続リードを回路基板５５のおもて面に実装された図示を省略するコネクタを介して回路基板５５に電気的に接続すると共に、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の接続リードに電気的に接続される。つまり、回路基板５１は、その接続リードを介して、回路基板５５の制御ＩＣ５５１から送出される制御信号を受け、その制御信号に基づいて作動する駆動ＩＣ５１１からの駆動信号を、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の接続リードを介して、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）に送出することにより、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）をスイッチング動作させるためのものである。

【0054】

一方で、図１から図４に示すように、第２の半導体モジュール３は、その取り付け位置が第１の半導体モジュール２よりも上方にあり、その取り付け姿勢が第１の半導体モジュール２とは天地が逆になり、かつ、その使用形態が第１の半導体モジュール２とは異なるものの、第１の半導体モジュール２と同一の構成を有するものであるため、同様の構成については適宜説明を簡略化又は省略する。具体的には、第２の半導体モジュール３は、第２の冷却部材３１と、第２の半導体素子３３（Ｕ）、３４（Ｖ）及び３５（Ｗ）と、を備えると共に、更に、フレーム４３、押さえ部材４４及び回路基板５２等を備える。

【0055】

つまり、第２の冷却部材３１は、第１の冷却部材２１と同一の構成を有し、第１の冷却部材２１と同様にフラットな平面である一方の表面３１Ａ、放熱フィン３１５が配設された他方の表面３１Ｂ及び貫通孔３１１等を有する。また、第２の半導体素子３３（Ｕ）は、第１の半導体素子２３（Ｕ）と同一の構成を有するものであるが、三相交流電流のうちのＵ相の高電位側交流電流を生成するハイサイド側スイッチング機能を有し、第１の半導体素子２３（Ｕ）と同様に第２の電源入力端子３３１及び第２の出力端子３３２等を備え、これらは、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）等に対応して電気的に接続される。また、第２の半導体素子３４（Ｖ）は、第２の半導体素子３３（Ｕ）と同一の構成を有するものであるが、Ｖ相の高電位側交流電流を生成するハイサイド側スイッチング機能を有し、第２の半導体素子３３（Ｕ）と同様に第２の電源入力端子３４１及び第２の出力端子３４２等を備え、これらは、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８４（Ｖ）等に対応して電気的に接続される。また、第２の半導体素子３５（Ｗ）は、第２の半導体素子３３（Ｕ）と同一の構成を有するものであるが、三相交流電流のうちのＷ相の高電位側交流電流を生成するハイサイド側スイッチング機能を有し、第１の半導体素子２３（Ｕ）と同様に第２の電源入力端子３５１及び第２の出力端子３５２等を備え、これらは、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８５（Ｗ）等に対応して電気的に接続される。

【0056】

また、フレーム４３は、フレーム４１と同一の構成を有し、枠体４３１と、枠体４３１に立設された計２本の位置決めピン４３２及び４３３と、を備える。また、押さえ部材４４は、押さえ部材４２と同一の構成を有し、フレーム４３の枠体４３１に固定されて取り付けられる。する。また、絶縁シート３２は、絶縁シート２２と同一の構成を有し、第２の冷却部材３１の一方の表面３１Ａ上に載置される。また、回路基板５２は、回路基板５１と同一の構成を有し、第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）を駆動してスイッチング動作させる駆動ＩＣ５２１を実装する駆動回路基板であって、フレーム４３の位置決めピン４３２及び４３３に適合する一対の位置決め孔５２２等を配設する。

【0057】

ここで、回路基板５１及び５２の間に配置される回路基板５５は、フレーム４１の位置決めピン４１２及び４１３、並びにフレーム４３の位置決めピン４３２及び４３３に適合する計４個の位置決め孔５５５を有する。

【0058】

つまり、回路基板５５は、位置決めピン４１２、４１３、４３２及び４３２を、位置決め孔５５５に対応して挿通することにより、位置決めピン４１２及び４１３をその位置決め孔５１２に挿通することによりフレーム４１に位置決めされた回路基板５１と、位置決めピン４３２及び４３３をその位置決め孔５２２に挿通することによりフレーム４３に位置決めされた回路基板５２と、に対して共差し状態になってフレーム４１及び４３に位置決めされた状態で、符号を省略したねじ等の締結部材を用いてケース７に装着される。

【0059】

［ケースに関する構成］
図１から図４に示すように、ケース７は、典型的にはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等の樹脂製の一体成形品である。つまり、ケース７の側壁７１は、上下方向に延在する典型的には矩形状の筒状部材として一体成形されて得られ、その内部に内部空間Ｓを画成すると共に、側壁７１の上下方向の両端で互いに対向しながら内部空間Ｓを外部に開放する第２の開口７Ｈ２及び第１の開口７Ｈ１をかかる両端に画成する。

【0060】

図１及び図４に符号を省略して図示するが、側壁７１の上端の４隅には雌ねじを有する締結孔が配設されており、これらの締結孔に符号を省略したねじ等の締結部材を用いて、第２の半導体モジュール３の第２の冷却部材３１が固定され、第２の開口７Ｈ２を閉じる。また、図示を省略するが、側壁７１の下端の４隅にも雌ねじを有する締結孔が配設され
ており、これらの締結孔に符号を省略したねじ等の締結部材を用いて、第１の半導体モジュール２の第１の冷却部材２１が固定され、第１の開口７Ｈ１を閉じる。なお、かかる場合の第１の冷却部材２１及び第２の冷却部材３１の装着時の位置決め性を向上するために、側壁７１の上下両端と第１の冷却部材２１及び第２の冷却部材３１との間に対応して、溝部と突起との組み合わせといった凹凸形状等の嵌合構造を設けてもよい。

【0061】

また、ケース７においては、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）が、ケース７の側壁７１と一体成形されている。このため、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）は、側壁７１に設けられた１個の貫通部７１１、１個の貫通部７１２及び計３個の貫通部７１３を対応して介して、ケース７外方に延出する。第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）と、これらに対応する貫通部７１１〜７１３と、は密着しているため、内部空間Ｓは封じられている。

【0062】

具体的には、図１、図２（ａ）〜図２（ｃ）及び図４に示すように、ｙ−ｚ平面に平行でｘ軸の正方向側の側壁７１を、貫通部７１２を介し貫通して外側に、第２の接続導体８２（Ｐ）が延出して突出端をなして、この突出端は電力制御装置１の第２の電源入力端子７３として機能する。具体的には、第２の電源入力端子７３は、バッテリのプラス端子に電気的に接続される。更に、かかるｙ−ｚ平面に平行でｘ軸の正方向側の側壁７１には、回路基板５５に電気的に接続される制御端子を有する制御用コネクタ７５が配設されている。

【0063】

図１、図２（ａ）及び図２（ｃ）に示すように、ｙ−ｚ平面に平行でｘ軸の負方向側の側壁７１を、貫通部７１１を介し貫通して外側に、第１の接続導体８１（Ｎ）が延出して突出端をなし、この突出端は電力制御装置１の第１の電源入力端子７２として機能する。具体的には、第１の電源入力端子７２は、バッテリのマイナス端子に電気的に接続される。

【0064】

図１、図２（ｂ）、図３及び図４に示すように、各々、ｘ−ｚ平面に平行でｙ軸の負方向側の側壁７１を対応する貫通部７１３を介し貫通して外側に、第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）が延出してｘ軸の方向に並置された突出端をなして、これらの突出端は電力制御装置１の出力端子７４として機能する。具体的には、第３の接続導体８３（Ｕ）に対応する出力端子７４は、電動モータのＵ相の駆動電流入力端子に電気的に接続され、第３の接続導体８４（Ｖ）に対応する出力端子７４は、電動モータのＶ相の駆動電流入力端子に電気的に接続され、かつ、第３の接続導体８５（Ｗ）に対応する出力端子７４は、電動モータのＷ相の駆動電流入力端子に電気的に接続される。

【0065】

詳しくは、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）は、ケース７に各々インサート成形されており、ケース７の側壁７１と一体化して成形されている。具体的には、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）は、ケース７の成形時において、予め成形金型内に位置決めされた状態で各々設置されており、ケース７が成形される際に側壁７１が成形されるのと同時に、これらは、側壁７１に形成される貫通部７１１〜７１３において側壁７１に密着して固定される。

【0066】

また、ケース７には、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２が、その内部空間Ｓ内に収容された状態で取り付けられるが、これらは、ケース７の側壁７１と一体成形されている。具体的には、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２は、ケース７の成形時において、予め成形金型内に位置決めされた状態で設置されており、ケース７が
成形される際に側壁７１が成形されるのと同時に、これらを覆う被覆部ＣＰが形成されて、これらは、被覆部ＣＰに覆われて側壁７１に固定される。

【0067】

また、コネクタ７５は、ケース７の成形時において、予め成形金型内に位置決めされた状態で各々設置されており、ケース７が成形される際に側壁７１が成形されるのと同時に、これらは、側壁７１に形成される貫通部７１４において側壁７１に密着して固定される。

【0068】

このように、更に、電力制御装置１においては、筒状のケース７の上下両端に第１の半導体モジュール２及び第２の半導体モジュール３を対応して装着しながら、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）を互いに干渉しない態様でケース７外に対応して延出する一方で、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）が、各々、ケース７に一体成形されているため、これらは、側壁７１に形成される貫通部７１１、７１２及び７１３において側壁７１に密着して固定されて、これらのケース７に対する組付け工数を減少させると共に、ケース７を補強してその剛性を向上させる。併せて、コネクタ７５、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２が、各々、ケース７に一体成形されているため、これらのケース７に対する組付け工数を減少させる。

【0069】

［接続導体に関する構成］
図１、図３及び図４に示すように、第１の接続導体８１（Ｎ）は、相対的に大電流が流れる電流経路であり、ケース７の内部空間Ｓ内の間隙部を有効に利用し、この間隙部をｘ軸方向に延在すると共に、ケース７の側壁７１から貫通孔７１１を介し延出してその突出端が第１の電源入力端子７２として使用される。第１の電源入力端子７２には、バッテリのマイナス端子からの電気配線の接続端子を締結して支持し電気的に接続する雌ねじを有した締結孔８１５が配設される。

【0070】

具体的には、特に図３に示すように、第１の接続導体８１（Ｎ）は、内部空間Ｓ内において、回路基板５５に実装される制御ＩＣ５５１やその相対的な小電流経路である制御電流経路から適度に離間しながら、上下方向では回路基板５５よりも下方であって、かつ、水平方向では第１の半導体モジュール２の内部空間Ｓ内の部分と第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２との間における間隙部でｘ軸方向に延在する水平ブロック部を有するブロック構造体である。

【0071】

つまり、第１の接続導体８１（Ｎ）は、細線や板状等の部材ではなく、ｙ−ｚ平面における縦断面を略矩形状とした角柱状で直状の導電性ブロック構造体により構成されており、それ自体で第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の対応する電源入力端子や第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２の対応する接続端子を載置して締結しながら支持する支持部材として、充分な体積及び強度を有するブロック構造体である。具体的には、第１の接続導体８１（Ｎ）は、典型的にはアルミニウム合金製であり、その縦断面におけるｙ軸方向の幅寸法とｚ軸方向の厚さ寸法との比であるアスペクト比は、その締結孔の大きさや配置にもよるが１：５から５：１程度の範囲に設定されている。

【0072】

かかる第１の接続導体８１（Ｎ）は、導電性ブロック構造体であり十分な締結部の寸法を確保することができるので、各々が雌ねじを有する計３個の締結孔８１３がその下面から上方を向いて配設され、各々が雌ねじを有する計２個の締結孔８１４がその上面から下方を向いた締結孔及びその下面から上方を向いた締結孔として配設されている。第１の半導体素子２５（Ｗ）の第１の電源入力端子２５１は、ねじ等の締結部材８１１を用いて、第１の接続導体８１（Ｎ）の下面に締結孔８１３を介して機械的に締結されて支持されながら電気的に接続される。同様に、第１の半導体素子２３（Ｕ）の第１の電源入力端子２
３１及び第１の半導体素子２４（Ｖ）の第１の電源入力端子２４１は、各々、同じ符号で図示する締結部材８１１を用いて、第１の接続導体８１（Ｎ）の下面に同じ符号で図示する締結孔８１３を介して機械的に締結されて支持されながら電気的に接続される。ここで、締結部材８１１は、図示を省略する直状柄を有したドライバ等の締結工具を第１の冷却部材２１の貫通孔２１１から内部空間Ｓ内に侵入させて締結される。

【0073】

ここで、第１の接続導体８１（Ｎ）をブロック構造体とする場合には、その材質を、通常考えられる銅合金や鉄合金とするのではなく、アルミ合金とすることが好ましい。

【0074】

というのは、第１の接続導体８１（Ｎ）を銅合金製とした場合には、銅合金が、相対的に導電性に優れるために電流が流れる方向に対して垂直な断面における断面積を小さく設定できることや、そもそも高価であることに起因して、複数の細線からなるケーブル状や単なる薄板のバスバー状の構成を採用することになり、ブロック構造体の構成を採用する必然性もない。かかる場合には、第１の接続導体８１（Ｎ）自体の強度が不足して第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の第１の電源入力端子２３１〜２５１や第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２の対応する接続端子を充分に支持できないし、そもそも締結孔８１３及び８１４自体を直接設けることが難しい。更に、かかる場合には、その断面積が小さいことに起因して外周や外表面積も小さいから、そこを流れる電流に対するインダクタンスが大きくなって周辺の各素子に不要な影響が出る可能性もあるし、そこを流れる電流により発生する熱の放熱性にも劣る。

【0075】

一方で、第１の接続導体８１（Ｎ）を鉄合金製とした場合には、鉄合金が、相対的に導電性に劣るために電流が流れる方向に対して垂直な断面における断面積を大きく設定しなくてはならないことに起因して、大きな断面積を有する構成を採用することになる。かかる場合には、第１の接続導体８１（Ｎ）自体のサイズが大きくなり過ぎるから、内部空間Ｓ内の間隙部を延在させることが困難になるし、仮にかかる間隙部を延在させようとするとケース７自体のサイズを大きくする必要がある。

【0076】

そこで、第１の接続導体８１（Ｎ）の電気的特性、機械的特性やサイズといった諸特性を最適化しながら充分な性能を確保すべく、第１の接続導体８１（Ｎ）をブロック構造体とするには、その導電性の材質をアルミ合金製とすることが好ましい。かかる理由は、その他の第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）においても同様である。特に、第１の接続導体８１（Ｎ）及び第２の接続導体８２（Ｐ）においては、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の第１の入力端子２３１〜２５１、第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）の第２の入力端子３３１〜３５１、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２の対応する接続端子、バッテリのマイナス端子からの電気配線の接続端子、及びバッテリのプラス端子からの電気配線の接続端子が、第１の接続導体８１（Ｎ）及び第２の接続導体８２（Ｐ）に対応して直接接続して機械的に支持すると共に電気的に接続できるため、付加的な端子台が省略できる。また、第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）においては、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の第１の出力端子２３２〜２５２、第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）の第２の出力端子３３２〜３５２、及び電動モータのＵ相〜Ｗ相の駆動電流入力端子を、第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）に対応して直接接続して機械的に支持すると共に電気的に接続できるため、付加的な端子台が省略できる。

【0077】

図１、図３及び図４に示すように、第２の接続導体８２（Ｐ）は、相対的に大電流が流れる電流経路であり、その取り付け位置が第１の接続導体８１（Ｎ）よりも上方にあり、かつ、その取り付け姿勢が第１の接続導体８１（Ｎ）とは天地が逆になること以外は、第１の接続導体８１（Ｎ）と同一の部材である。つまり、第２の接続導体８２（Ｐ）は、第１の接続導体８１（Ｎ）と同様に締結孔８２３、８２４及び８２５等を配設する。ここで
、第２の半導体素子３３（Ｕ）の第２の電源入力端子３３１、第２の半導体素子３４（Ｖ）の第２の電源入力端子３４１及び第２の半導体素子３５（Ｗ）の第２の電源入力端子３５１は、各々、同じ符号で図示する締結部材８２１を用いて、第２の接続導体８２（Ｐ）の上面に同じ符号で図示する締結孔８２３を介して機械的に締結されて支持されながら電気的に接続される。また、バッテリのプラス端子からの電気配線の接続端子は、締結孔８２５に締結されて支持されながら電気的に接続される。

【0078】

図１、図３及び図４に示すように、第３の接続導体８５（Ｗ）は、相対的に大電流が流れる電流経路であり、第１の接続導体８１（Ｎ）及び第２の接続導体８２（Ｐ）に対して、第１の半導体モジュール２の内部空間Ｓ内に位置する部分、回路基板５５及び第２の半導体モジュール３の内部空間Ｓ内に位置する部分を介在させてｙ軸方向で反対側に配設され、ケース７の内部空間Ｓ内の間隙部を有効に利用し、この間隙部をｙ軸方向に延在すると共に、ケース７の側壁７１から対応する貫通部７１３を介して延出してその突出端が出力端子７４として使用される。第３の接続導体８５（Ｗ）の出力端子７４には、電動モータのＷ相の駆動電流入力端子を機械的に締結して支持する雌ねじを有した締結孔８５２が配設される。

【0079】

具体的には、特に図３に示すように、第３の接続導体８５（Ｗ）は、ケース７の内部空間Ｓ内において、回路基板５５に実装される制御ＩＣ５５１やその相対的な小電流経路である制御電流経路から適度に離間しながら、水平方向では、側壁７１から第１の半導体モジュール２の内部空間Ｓ内に位置する部分に至る間隙部をｙ軸方向に延在して、ｘ−ｚ平面における縦断面を略矩形状とした角柱状で直状の水平ブロック部を有すると共に、上下方向では、第１の半導体モジュール２の内部空間Ｓ内に位置する部分の近傍から上方に起立し、回路基板５５の対応する貫通孔５５４を貫通しながら第１の半導体素子２５（Ｗ）の第１の出力端子２５２と第２の半導体素子３５（Ｗ）の第２の出力端子３５２との間に跨るように、第１の半導体モジュール２の内部空間Ｓ内に位置する部分、回路基板５５及び第２の半導体モジュール３の内部空間Ｓ内に位置する部分と、電流センサ５５３と、の間の間隙部をｚ軸方向に延在して、ｘ−ｙ平面における横断面を略矩形状とした角柱状で直状の起立ブロック部を水平ブロック部に対して一体に有するブロック構造体である。なお、かかる貫通孔５５４は、第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）の全てを挿通自在に１個のみ設けられていてもよい。

【0080】

つまり、第３の接続導体８５（Ｗ）は、ｘ軸方向に見てＬ字状であるが、第１の接続導体８１（Ｎ）及び第２の接続導体８２（Ｐ）と同様に、アルミ合金製の導電性ブロック構造体により構成され、そのｙ軸方向に延在する部分のｘ−ｚ平面における縦断面のｘ軸方向の幅寸法とｚ軸方向の厚さ寸法との比であるアスペクト比及びそのｚ軸方向に延在する部分のｘ−ｙ平面における横断面のｘ軸方向の幅寸法とｙ軸方向の奥行き寸法との比であるアスペクト比は、各々１：５から５：１程度の範囲に設定されている。

【0081】

かかる第３の接続導体８５（Ｗ）は、導電性ブロック構造体であり、十分な締結部の寸法を確保することができると共に、第２の半導体素子３５（Ｗ）から第１の半導体素子２５（Ｗ）に渡って十分な長さを確保することができるので、第３の接続導体８５（Ｗ）には各々が雌ねじを有する上下一対の締結孔８５１を対向して配設することができる。特に図３に示すように、第２の半導体素子３５（Ｗ）の第２の出力端子３５２は、締結部材８５５及び締結孔８５１を用いて第３の接続導体８５（Ｗ）の起立ブロック部の上端面に機械的に締結されて支持されながら電気的に接続される。同様に、第１の半導体素子２５（Ｗ）の第１の出力端子２５２は、各々同じ符号で図示する締結部材８５５及び締結孔８５１を用いて第３の接続導体８５（Ｗ）の起立ブロック部の下端面に機械的に締結されて支持されながら電気的に接続される。ここで、締結部材８５５は、図示を省略する直状柄を有したドライバ等の締結工具を、第１の冷却部材２１の対応する貫通孔２１１又は第２の
冷却部材３１の対応する貫通孔３１１から内部空間Ｓ内に侵入させて締結される。

【0082】

第３の接続導体８５（Ｗ）に対してｘ軸の負方向側に隣接並置される第３の接続導体８４（Ｖ）、及び第３の接続導体８４（Ｖ）に対してｘ軸の負方向側に隣接並置される第３の接続導体８３（Ｕ）は、各々、相対的に大電流が流れる電流経路であり、それらの取り付け位置が第３の接続導体８５（Ｗ）とは異なること以外は、第３の接続導体８５（Ｗ）と同一の部材である。つまり、第３の接続導体８３（Ｕ）及び第３の接続導体８４（Ｖ）は、第３の接続導体８５（Ｗ）と同様に、ケース７の内部空間Ｓ内の間隙部を有効に利用し、この間隙部をｙ軸方向に延在すると共に、ケース７の側壁７１から延出してその突出端が出力端子７４として使用される。第３の接続導体８３（Ｕ）及び８４（Ｖ）の出力端子７４には、電動モータのＵ相及びＶ相の駆動電流入力端子を対応して機械的に締結して支持する雌ねじを有した締結孔８３２及び８４２が対応して配設される。ここで、第２の半導体素子３３（Ｕ）の第２の出力端子３３２は、締結部材８３５及び雌ねじを有する締結孔８３１を用いて第３の接続導体８３（Ｕ）の起立ブロック部の上端面に機械的に締結されて支持されながら電気的に接続されると共に、第１の半導体素子２３（Ｕ）の第１の出力端子２３２は、各々同じ符号で図示する締結部材８３５及び雌ねじを有する締結孔８３１を用いて第３の接続導体８３（Ｕ）の起立ブロック部の下端面に機械的に締結されて支持されながら電気的に接続される。また、第２の半導体素子３４（Ｖ）の第２の出力端子３４２は、締結部材８４５及び雌ねじを有する締結孔８４１を用いて第３の接続導体８４（Ｖ）の起立ブロック部の上端面に機械的に締結されて支持されながら電気的に接続されると共に、第１の半導体素子２４（Ｖ）の第１の出力端子２４２は、各々同じ符号で図示する締結部材８４５及び雌ねじを有する締結孔８４１を用いて第３の接続導体８４（Ｖ）の起立ブロック部の下端面に機械的に締結されて支持されながら電気的に接続される。また、電動モータのＵ相の駆動電流入力端子は、第３の接続導体８３（Ｕ）の出力端子７４に配設された締結孔８３２を介して、機械的に締結されて支持されながら電気的に接続され、電動モータのＶ相の駆動電流入力端子は、第３の接続導体８４（Ｖ）の出力端子７４に配設された締結孔８４２を介して、機械的に締結されて支持されながら電気的に接続される。

【0083】

ここで、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）は、内部空間Ｓ内の対応する間隙部を延在して側壁７１を貫通しケース７外方に突出でき、かつ、対応する相手端子を載置して機械的に締結しながら支持する支持部材として充分な強度及び体積を有し、かつ、相手端子を導通する充分な導電性を有するブロック構造体であればよい。よって、かかるブロック構造体は、単一のブロック部を含むものでもよいし、複数のブロック部を組み合わせたものであってもよく、同様のブロック部を適宜組み合わせることにより、その形状や電流の経路長を簡便に拡張し得るものであるといえる。また、かかるブロック部は、過大なインダクタンスや発熱を生じない断面積を有するものであれば、略矩形状の断面を有するものに限定されるものではなく、他の角形状や楕円状等の断面を有するものであってもよい。もちろん、かかるブロック部は、直状ブロック部として延在するものではなく、湾曲状ブロック部として延在するものであってもよく、又は、水平面に締結部を有するものではなく、傾斜面に締結部を有するものであってもよい。

【0084】

このように、更に、電力制御装置１においては、相対的に大電流が流れる第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）と相対的に小電流が流れる制御電流経路とを互いに離間して効率的に分配しながら、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）を内部空間Ｓの間隙部中に対応して延在させると共に、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）をブロック構造体としているため、内部空間Ｓを有効利用して装置全体の構成をコンパクトにすると共に、
付加的な端子台を省略しながら、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の第１の入力端子２３１〜２５１が、第１の接続導体８１（Ｎ）に対して機械的に締結して支持されながら電気的に接続され、かつ、第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）の第２の入力端子３３１〜３５１が、第２の接続導体８２（Ｐ）に対して機械的に締結して支持されながら電気的に接続されると共に、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２の対応する接続端子が、第１の接続導体８１（Ｎ）及び第２の接続導体８２（Ｐ）に対して機械的に締結して支持されながら電気的に接続され、一方で、バッテリのマイナス端子からの電気配線の接続端子が、第１の接続導体８１（Ｎ）に対して機械的に締結して支持されながら電気的に接続され、かつ、バッテリのプラス端子からの電気配線の接続端子が、第２の接続導体８２（Ｐ）に対して機械的に締結して支持されながら電気的に接続される。併せて、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の第１の出力端子２３２〜２５２が、第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）に対して機械的に締結して支持されながら電気的に接続され、かつ、第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）の第２の出力端子３３２〜３５２が、第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）に対して機械的に締結して支持されながら電気的に接続される一方で、電動モータのＵ相の駆動電流入力端子が、第３の接続導体８３（Ｕ）に機械的に締結して支持されながら電気的に接続され、電動モータのＶ相の駆動電流入力端子が、第３の接続導体８４（Ｖ）に機械的に締結して支持されながら電気的に接続され、かつ、電動モータのＷ相の駆動電流入力端子が、第３の接続導体８５（Ｗ）に機械的に締結して支持されながら電気的に接続される。

【0085】

［電力制御装置の組み立て］
以上の構成を有する電力制御装置１の組み立て方法につき、以下詳細に説明する。

【0086】

まず、ケース７を成形して用意する。具体的には、コネクタ７５、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）、第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２を予め成形金型内に各々位置決めした状態で設置した後、成形金型内に樹脂材を射出する。すると、側壁７１が成形されるのと同時に、コネクタ７５、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）は、側壁７１に形成される貫通部７１１〜７１４において側壁７１を対応して貫通する。この際、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２は、被覆部ＣＰに覆われる。そして、成形金型内への樹脂材の射出を所定時間行った後に停止して、成形金型を冷却すると、コネクタ７５、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）及び第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）は、側壁７１の貫通部７１１〜７１４において側壁７１に対応して密着して固定される。併せて、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２は、被覆部ＣＰに覆われて側壁７１に密着して固定される。その後、成型金型から成形品を取り出すことにより、コネクタ７５、第１の接続導体８１（Ｎ）、第２の接続導体８２（Ｐ）、第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２を側壁７１に各々固定したケース７が得られる。

【0087】

また、第１の冷却部材２１の一方の表面２１Ａ上に絶縁シート２２を配設する一方で、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を収容したフレーム４１に対して押さえ部材４２を取り付けると共に駆動ＩＣ５１１等が実装された回路基板５１を取り付け、かかる状態のフレーム４１を、絶縁シート２２を介して、第１の冷却部材２１の一方の表面２１Ａに対して締結して取り付けることにより、第１の半導体モジュール２を組み上げる。

【0088】

この際、回路基板５１の一対の位置決め孔５１２には、フレーム４１の枠体４１１に立設された計２本の位置決めピン４１２及び４１３が対応して挿通することにより、回路基板５１は、フレーム４１に対して位置決めされて、第１の半導体モジュール２において所定の位置に取り付けられる。

【0089】

同様に、第２の冷却部材３１の一方の表面３１Ａ上に絶縁シート３２を配設する一方で、第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）を収容したフレーム４３に対して押さえ部材４４を取り付けると共に駆動ＩＣ５２１等が実装された回路基板５２を取り付け、かかる状態のフレーム４３を、絶縁シート３２を介して、第３の冷却部材３１の一方の表面３１Ａに対して締結して取り付けることにより、第２の半導体モジュール３を組み上げる。

【0090】

この際、回路基板５２の一対の位置決め孔５２２には、フレーム４３の枠体４３１に立設された計２本の位置決めピン４３２及び４３３が対応して挿通することにより、回路基板５２は、フレーム４３に対して位置決めされて、第２の半導体モジュール３において所定の位置に取り付けられる。

【0091】

更に、ケース７に固定されて取り付けられた状態の第１の接続導体８１（Ｎ）及び第２の接続導体８２（Ｐ）に対して、各々対応する締結部材８１２及び８２２、並びに締結孔８１４及び８２４を利用して、第１のコンデンサ９１の接続端子９１１及び９１２、並びに第２のコンデンサ９２の接続端子９２１及び９２２を締結することにより、第１のコンデンサ９１及び第２のコンデンサ９２を、ケース７の内部空間Ｓ内に収容した状態で第１の接続導体８１（Ｎ）及び第２の接続導体８２（Ｐ）に取り付ける。

【0092】

次に、かかる状態のケース７に対して、第１の半導体モジュール２を、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）を第１の開口７Ｈ１を介して内部空間Ｓ内に配置すると共に第１の冷却部材２１の他方の表面２１Ｂをケース７外に露出する状態で取り付けて、第１の冷却部材２１により第１の開口７Ｈ１を塞ぐ。

【0093】

この際、第１の半導体モジュール２の位置決めピン４１２及び４１３を、回路基板５５の一対の位置決め孔５５５に対応して挿通することにより、回路基板５５を、回路基板５１の上方でケース７の側壁７１に各々設けられた符号を省略する固定部上に載置しながら、ケース７に取り付けられた第１の半導体モジュール２に対して位置決めする。

【0094】

次に、かかる状態のケース７に対して、第２の半導体モジュール３を、第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）を第２の開口７Ｈ２を介して内部空間Ｓ内に配置すると共に第２の冷却部材２１の他方の表面３１Ｂをケース７外に露出する状態で取り付けて、第２の冷却部材３１により第２の開口７Ｈ２を塞ぐ。

【0095】

この際、第２の半導体モジュール３の位置決めピン４３２及び４３３を、回路基板５５の残余の一対の位置決め孔５５５に対応して挿通させることにより、回路基板５５と第２の半導体モジュール３とを位置決めしながら、回路基板５５をケース７の固定部に取り付ける。

【0096】

次に、図示を省略する締結工具を第１の冷却部材２１の貫通孔２１１から内部空間Ｓ内に順次侵入させながら、締結部材８１１を対応する締結孔８１３に締め込むことにより、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の第１の電源入力端子２３１〜２５１は、第１の接続導体８１（Ｎ）に対して締結されると共に、締結部材８３５〜８５５を対応する締結孔８３１〜８５１に締め込むことにより、第１の半導体素子２３（Ｕ）〜２５（Ｗ）の第１の出力端子２３２〜２５２は、第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）に対して締結される。

【0097】

次に、図示を省略する締結工具を第２の冷却部材３１の貫通孔３１１から内部空間Ｓ内に順次侵入させながら、締結部材８２１を対応する締結孔８２３に締め込むことにより、第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）の第２の電源入力端子３３１〜３５１は、第２の接続導体８２（Ｐ）に対して締結されると共に、締結部材８３５〜８５５を対応する締
結孔８３１〜８５１に締め込むことにより、第２の半導体素子３３（Ｕ）〜３５（Ｗ）の第２の出力端子３３２〜３５２は、第３の接続導体８３（Ｕ）〜８５（Ｗ）に対して締結される。

【0098】

そして、必要に応じ、第１の冷却部材２１の貫通孔２１１及び第２の冷却部材３１の貫通孔３１１を、図示を省略するグロメット等で塞ぐことにより、電力制御装置１の組み立ては完了する。

【0099】

なお、本発明は、部材の形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

【産業上の利用可能性】

【0100】

以上のように、本発明においては、各種構成部品が、単一で堅牢な他の構成部品に対して、その作製時に予め位置精度よく固定されて取り付けられることを可能とすると共に、装置全体の組立工数を減少することが可能な半導体制御装置を提供することができるものであるため、その汎用普遍的な性格から広範に電力制御装置等の半導体制御装置の分野に適用され得るものと期待される。

【符号の説明】

【0101】

１…電力制御装置
２、３…半導体モジュール
２１、３１…冷却部材
２１１、３１１…貫通孔
２１５、３１５…放熱フィン
２１Ａ、２１Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ…表面
２２、３２…絶縁シート
２３、２４、２５、３３、３４、３５…半導体素子
２３１、２４１、２５１、３３１、３４１、３５１…電源入力端子
２３２、２４２、２５２、３３２、３４２、３５２…出力端子
４１、４３…フレーム
４１１、４３１…枠体
４１２、４１３、４３２、４３３…位置決めピン
４２、４４…押さえ部材
５１、５２、５５…回路基板
５１１、５２１…駆動ＩＣ
５１２、５２２、５５５…位置決め孔
５５１…制御ＩＣ
５５２…電流センサ
５５３…張り出し部
５５４…貫通孔
５５５…位置決め孔
７…ケース
７１…側壁
７１１、７１２、７１３、７１４…貫通部
７Ｈ１、７Ｈ２…開口
７２、７３…電源入力端子
７４…出力端子
７５…制御用コネクタ
８１、８２、８３、８４、８５…接続導体
８１１、８１２、８２１、８２２、８３５、８４５、８５５…締結部材
８１３、８１４、８１５、８２３、８２４、８２５、８３１、８３２、８４１、８４２、８５１、８５２…締結孔
９１、９２…コンデンサ
９１１、９１２、９２１、９２２…接続端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】