特許 5991206 半導体モジュールおよびインバータモジュール

(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】5991206

(24)【登録日】2016年8月26日

(45)【発行日】2016年9月14日

(54)【発明の名称】半導体モジュールおよびインバータモジュール

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20160901BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-5575(P2013-5575)

(22)【出願日】2013年1月16日

(65)【公開番号】特開2014-138480(P2014-138480A)

(43)【公開日】2014年7月28日

【審査請求日】2015年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】増谷 宗彦

【審査官】 河村 勝也

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００７−５０２５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６７８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０４３５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０６４８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０１０６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３０４２４（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】

互いに並列接続される複数の半導体スイッチング素子と、
信号配線材が信号配線材保持部材に埋設され、前記信号配線材の一端が前記信号配線材保持部材から露出して前記半導体スイッチング素子の制御端子とボンディングワイヤにて接続されるワイヤボンド部となるとともに、前記信号配線材の他端が前記信号配線材保持部材から突出してコネクタ接続部となっている信号コネクタと、
を備えた半導体モジュールであって、
前記信号コネクタは、前記複数の半導体スイッチング素子に共通の信号配線材保持部材に半導体スイッチング素子毎の信号配線材が埋設され、当該半導体スイッチング素子毎の信号配線材のワイヤボンド部が階段状に配置されてなり、前記半導体スイッチング素子毎の信号配線材のうちの少なくとも１つは配線長の均等化のための曲げ部を有することを特徴とする半導体モジュール。

【請求項2】

前記信号コネクタは、半導体スイッチング素子毎の信号配線材のコネクタ接続部が一列に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項3】

半導体スイッチング素子の入出力端子に接続される入出力配線材がコネクタ接続部の配列方向と交差する方向に延設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。

【請求項4】

Ｕ相上アーム、Ｕ相下アーム、Ｖ相上アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相上アーム、Ｗ相下アームの各アームが、それぞれ、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体モジュールで構成されていることを特徴とするインバータモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体モジュールおよびインバータモジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１等に開示の半導体装置においては、インバータ装置のブリッジ回路でのハイサイド側ＩＧＢＴ素子とローサイド側ＩＧＢＴ素子の各々のゲートがボンディングワイヤを介して信号コネクタの各信号配線材の一端に接続され、各信号配線材の他端側にＩＧＢＴ素子をオン・オフ動作させるためのパルス信号が入力されるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４６９５０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、大電流を流すことが可能なように半導体スイッチング素子を並列接続する場合、入出力端子が並列接続されても、それぞれの半導体スイッチング素子の特性ばらつき対応や保護の観点で、信号ラインは並列接続されず、それぞれ引出す必要がある。１つの半導体スイッチング素子に対して制御端子から信号ラインを取り出す信号コネクタを１つ設けると、信号コネクタの数が半導体スイッチング素子の数だけ必要となり、信号コネクタの数の増加に伴い装置の体格が大きくなってしまう。

【0005】

本発明の目的は、並列接続された複数の半導体スイッチング素子と信号コネクタを備えた半導体モジュールにおいて小型化を図ることができるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に記載の発明では、互いに並列接続される複数の半導体スイッチング素子と、信号配線材が信号配線材保持部材に埋設され、前記信号配線材の一端が前記信号配線材保持部材から露出して前記半導体スイッチング素子の制御端子とボンディングワイヤにて接続されるワイヤボンド部となるとともに、前記信号配線材の他端が前記信号配線材保持部材から突出してコネクタ接続部となっている信号コネクタと、を備えた半導体モジュールであって、前記信号コネクタは、前記複数の半導体スイッチング素子に共通の信号配線材保持部材に半導体スイッチング素子毎の信号配線材が埋設され、当該半導体スイッチング素子毎の信号配線材のワイヤボンド部が階段状に配置されてなり、前記半導体スイッチング素子毎の信号配線材のうちの少なくとも１つは配線長の均等化のための曲げ部を有することを要旨とする。

【0007】

請求項１に記載の発明によれば、信号コネクタは、信号配線材が信号配線材保持部材に埋設され、信号配線材の一端が信号配線材保持部材から露出して半導体スイッチング素子の制御端子とボンディングワイヤにて接続されるワイヤボンド部となるとともに、信号配線材の他端が信号配線材保持部材から突出してコネクタ接続部となっている。ここで、信号コネクタは、互いに並列接続される複数の半導体スイッチング素子に共通の信号配線材保持部材に半導体スイッチング素子毎の信号配線材が埋設され、当該半導体スイッチング素子毎の信号配線材のワイヤボンド部が階段状に配置されている。これにより、並列接続された複数の半導体スイッチング素子と信号コネクタを備えた半導体モジュールにおいて小型化を図ることができる。

【0008】

請求項２に記載のように、請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、前記信号コネクタは、半導体スイッチング素子毎の信号配線材のコネクタ接続部が一列に配列されているとよい。

【0010】

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の半導体モジュールにおいて、半導体スイッチング素子の入出力端子に接続される入出力配線材がコネクタ接続部の配列方向と交差する方向に延設されているとよい。

【0011】

請求項４に記載のように、Ｕ相上アーム、Ｕ相下アーム、Ｖ相上アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相上アーム、Ｗ相下アームの各アームが、それぞれ、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体モジュールで構成されているとよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、並列接続された複数の半導体スイッチング素子と信号コネクタを備えた半導体モジュールにおいて小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態におけるインバータ装置の回路構成図。

【図2】（ａ）はインバータ装置の概略平面図、（ｂ）はインバータ装置の概略正面図。

【図3】（ａ）はインバータ装置のＵ相の上アーム部における平面図、（ｂ）はインバータ装置のＵ相の上アーム部における正面図。

【図4】信号コネクタの斜視図。

【図5】（ａ）は信号コネクタにおける信号ピンを示す平面図、（ｂ）は信号コネクタにおける信号ピンを示す正面図。

【図6】信号コネクタにおける信号ピンを示す斜視図。

【図7】ワイヤボンディング装置を用いて行われるワイヤボンディングの際の説明図。

【図8】（ａ）は別例のインバータ装置のＵ相の上アーム部における平面図、（ｂ）は別例のインバータ装置のＵ相の上アーム部における正面図。

【図9】（ａ）は別例の信号コネクタにおける信号ピンを示す平面図、（ｂ）は別例の信号コネクタにおける信号ピンを示す正面図。

【図10】（ａ）は比較のためのインバータ装置のＵ相の上アーム部における平面図、（ｂ）は比較のためのインバータ装置のＵ相の上アーム部における正面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
本実施形態では車両用インバータ装置に具体化しており、車両用インバータ装置の電気的構成について図１を用いて説明する。

【0015】

図１に示すように、車両用インバータ装置１０は、三相インバータ装置であり、インバータ回路２０を備えている。インバータ回路２０は、Ｕ相上アーム２１とＵ相下アーム２２とＶ相上アーム２３とＶ相下アーム２４とＷ相上アーム２５とＷ相下アーム２６を有する。

【0016】

各アーム２１〜２６は、それぞれ、１つのアームが、互いに並列接続した複数の半導体スイッチング素子にて構成されている。本実施形態では、並列接続した２つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にて１つのアームが構成されている。また、各半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、それぞれ帰還ダイオードＤ１，Ｄ２が逆並列接続されている。各アーム２１〜２６は、それぞれ図３に示すようにモジュール化されているとともに、アーム２１〜２６も図２に示すようにモジュール化（一体化）されている。

【0017】

各半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）が使用されている。なお、半導体スイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた場合、ゲート端子、コレクタ・エミッタ端子を備えており、ゲート端子が素子の制御端子となり、コレクタ・エミッタ端子が素子の入出力端子となる。また、半導体スイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴを用いた場合、ゲート端子、ソース・ドレイン端子を備えており、ゲート端子が素子の制御端子となり、ソース・ドレイン端子が素子の入出力端子となる。

【0018】

インバータ回路２０において、Ｕ相上アーム２１およびＵ相下アーム２２、Ｖ相上アーム２３およびＶ相下アーム２４、Ｗ相上アーム２５およびＷ相下アーム２６がそれぞれ直列に接続されている。Ｕ相上アーム２１、Ｖ相上アーム２３およびＷ相上アーム２５が正極入力端子（Ｐ端子）と接続され、正極入力端子（Ｐ端子）が車載バッテリの正極と接続される。また、Ｕ相下アーム２２、Ｖ相下アーム２４およびＷ相下アーム２６が負極入力端子（Ｎ端子）と接続され、負極入力端子（Ｎ端子）が車載バッテリの負極と接続される。

【0019】

Ｕ相上アーム２１とＵ相下アーム２２の間の接続点はＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ相上アーム２３とＶ相下アーム２４の間の接続点はＶ相出力端子に接続されている。さらに、Ｗ相上アーム２５とＷ相下アーム２６の間の接続点はＷ相出力端子に接続されている。Ｕ相出力端子、Ｖ相出力端子およびＷ相出力端子は、車載モータとしての３相交流モータに接続される。

【0020】

インバータ回路２０の各アームを構成する半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート端子と駆動回路３０とが接続され、駆動回路３０にはコントローラ４０が接続されている。駆動回路３０からゲート電圧信号が半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート端子に送られる。駆動回路３０は駆動回路基板３１に搭載されている。コントローラ４０は駆動回路３０を介して各半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチングさせる。つまり、インバータ回路２０はバッテリから供給される直流を適宜の周波数の３相交流に変換してモータの各相の巻線に供給する。即ち、各アームを構成する半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作によりモータの各相の巻線が通電されてモータを駆動することができる。

【0021】

半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチングさせる際、各アーム２１〜２６において、並列接続した２つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は同時にオン・オフされ、電流が分流される。

【0022】

次に、車両用インバータ装置１０の構造について、図２〜７を用いて説明する。
なお、図２〜７において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

【0023】

図３に示すように、半導体モジュールＭｓは信号コネクタ６０を備える。信号コネクタ６０において、信号配線材保持部材としての樹脂台６１に信号配線材としての金属製の信号ピン６２，６３が埋設されている。信号ピン６２，６３の一端が樹脂台６１から露出して半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート端子とボンディングワイヤＷ１，Ｗ２にて接続されるワイヤボンド部６２ａ，６３ａとなっている。また、信号ピン６２，６３の他端が樹脂台６１から突出してコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂとなっている。そして、信号ピン６２，６３を介して駆動回路基板３１に半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート端子が接続される。また、Ｕ相上アーム２１、Ｕ相下アーム２２、Ｖ相上アーム２３、Ｖ相下アーム２４、Ｗ相上アーム２５、Ｗ相下アーム２６の各アームがそれぞれ半導体モジュールＭｓで構成され、６つの半導体モジュールＭｓと６つの信号コネクタ６０を用いてインバータモジュールＭｉを構成している。図２に示すように、各アーム２１〜２６を構成する各半導体モジュールＭｓが整列して配置されている。具体的には、Ｘ方向に半導体モジュールＭｓが２つ配列されるとともにＹ方向に半導体モジュールＭｓが３つ配列されている。

【0024】

図２に示すように、車両用インバータ装置１０は、駆動回路基板３１と、水冷式の冷却器５０を備えている。水冷式の冷却器５０は水平に位置し、入口パイプＰ１から冷媒としての冷却水が冷却器５０の内部に導入されて出口パイプＰ２から排出されるようになっている。

【0025】

冷却器５０の上面には、絶縁部材としてのセラミック基板７０が配置されている。セラミック基板７０の下面には金属層７１が形成されているとともに、セラミック基板７０の上面には配線層７２が形成されている。具体的には、例えば、セラミック基板７０はＡｌＮ基板よりなり、金属層７１はアルミ層よりなり、配線層７２はアルミ層とその表面のＮｉめっき層よりなる。冷却器５０の上面に金属層７１がロウ付け等により接合されている。

【0026】

図３を用いてＵ相上アーム２１について説明する。他のアーム２２〜２６についても同様な構成となっている。
図３において、冷却器５０の上面においてセラミック基板７０に接近した位置に信号コネクタ６０が固定されている。信号コネクタ６０は、複数（２つ）の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に共通の樹脂台６１に半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２毎の信号ピン６２，６３が埋設され、この半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２毎の信号ピン６２，６３のワイヤボンド部６２ａ，６３ａが階段状に配置されている。

【0027】

信号コネクタ６０の上方には駆動回路基板３１が配置され、駆動回路基板３１は水平に位置している。なお、コントローラ４０を搭載した基板は駆動回路基板３１と多段に、即ち、駆動回路基板３１の上に重ねて配置される。

【0028】

図３に示すように、配線層７２の上面には、半導体スイッチング素子（チップ）Ｑ１および帰還ダイオード（チップ）Ｄ１が接近する位置に、はんだ付け等により接合されている。同様に、配線層７２の上面には、半導体スイッチング素子（チップ）Ｑ２および帰還ダイオード（チップ）Ｄ２が接近する位置に、はんだ付け等により接合されている。これにより、冷却器５０の外面（上面）にセラミック基板７０を介して半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および帰還ダイオードＤ１，Ｄ２が固定され、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および帰還ダイオードＤ１，Ｄ２は冷却器５０に熱的に結合している。

【0029】

半導体スイッチング素子（チップ）Ｑ１，Ｑ２の上面と帰還ダイオード（チップ）Ｄ１，Ｄ２の上面とがバスバー８０に、はんだ付け等により接合されている。バスバー８０の延設部８１が、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ端子から延びるＵ相出力端子として延設されている。つまり、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ端子から延びる入出力配線材としてのバスバー８０の延設部８１が延設されている。

【0030】

図４，５，６に示すように、信号コネクタ６０は、樹脂よりなる樹脂台６１に信号配線材としての信号ピン６２，６３がそれぞれ５本ずつ埋設されている。図３（ｂ）に示すように樹脂台６１は全体形状としてＬ字状をなし、水平部６１ａとその一端部から上方に延びる立設部６１ｂからなる。さらに、樹脂台６１の水平部６１ａが階段状に形成され、階段部の第１段目の水平部６４において５本の信号ピン６２の一端側が露出してワイヤボンド部６２ａとなり、各信号ピン６２における他端側が樹脂台６１の立設部６１ｂの上面から突出してコネクタ接続部６２ｂとなっている。また、階段部の第２段目の水平部６５において５本の信号ピン６３の一端側が露出してワイヤボンド部６３ａとなり、各信号ピン６３における他端側が樹脂台６１の立設部６１ｂの上面から突出してコネクタ接続部６３ｂとなっている。

【0031】

５本の信号ピン６２のうちの１本がゲート電圧信号用であり、２本が温度検出用ダイオードのアノード用およびカソード用であり、残りが電流センス用とエミッタ端子である。図５，６に示すように、信号線を構成する信号ピン６２はＬ状に屈曲形成されている。即ち、Ｘ方向とＺ方向に延びている。信号ピン６２の一端は樹脂台６１の階段部の第１段目の水平部６４においてワイヤボンド部６２ａとして露出し、ボンディングワイヤＷ１により半導体スイッチング素子（チップ）Ｑ１のゲート端子等と接続される。一方、信号ピン６２の上端が樹脂台６１の上面から突出してコネクタ接続部６２ｂとして上方に延びている。そして、コネクタ接続部６２ｂは駆動回路基板３１を貫通して、コネクタ接続部６２ｂと駆動回路基板３１とは、はんだ付け等により接続される。

【0032】

同様に、５本の信号ピン６３のうちの１本がゲート電圧信号用であり、２本が温度検出用ダイオードのアノード用およびカソード用であり、残りが電流センス用とエミッタ端子である。図５，６に示すように、信号線を構成する信号ピン６３はＬ状に屈曲形成されている。即ち、Ｘ方向とＺ方向に延びている。信号ピン６３の一端は樹脂台６１の階段部の第２段目の水平部６５においてワイヤボンド部６３ａとして露出し、ボンディングワイヤＷ２により半導体スイッチング素子（チップ）Ｑ２のゲート端子等と接続される。一方、信号ピン６３の上端が樹脂台６１の上面から突出してコネクタ接続部６３ｂとして上方に延びている。そして、コネクタ接続部６３ｂは駆動回路基板３１を貫通して、コネクタ接続部６３ｂと駆動回路基板３１とは、はんだ付け等により接続される。

【0033】

ワイヤボンド部６２ａ，６３ａの幅は、ワイヤボンドの為に、コネクタ接続部６２ｂ，６３ｂよりも幅広に形成されている。
信号コネクタ６０において、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対応して設けられた信号ピン６２，６３のコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂが交互にＹ方向に一列に配列されている。よって、信号ピン６２，６３のコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂと駆動回路基板３１との結線が容易となる。即ち、駆動回路基板３１におけるコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂと電気的に接続する導体パターンを容易に引き回すことができる。

【0034】

また、図５，６に示すように、信号ピン６３におけるＺ方向に延びる部位に、配線長の均等化のための曲げ部６６を有する。曲げ部６６はコ字状に屈曲形成されている。
さらに、図３に示すように、配線層７２の上面にはバスバー８２が、はんだ付け等により接合されている。入出力配線材としてのバスバー８２が、並列接続した２つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２における各々のコレクタ端子から延びる正極入力端子（Ｐ端子）として延設されている。バスバーの延設部８１およびバスバー８２は、Ｘ方向に延設されている。よって、ゲート端子の信号ピン６２，６３のコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂの配列方向であるＹ方向とは直交している。このように、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の入出力端子に接続される入出力配線材としてのバスバーの延設部８１およびバスバー８２がコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂの配列方向（Ｙ方向）と交差する方向（Ｘ方向）に延設されている。

【0035】

なお、図２において、Ｕ相下アーム２２においては、Ｕ相上アーム２１の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ端子と接合されたバスバー８０がＵ相下アーム２２の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ端子と接続されている。また、Ｕ相下アーム２２の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ端子から負極入力端子（バスバー）が延設されている。以下同様に、Ｖ相上アーム２３においては半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ端子から延びるＶ相出力端子としてバスバーが延設されるとともに半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ端子から延びる正極入力端子（バスバー）が延設されている。Ｖ相下アーム２４においては、Ｖ相上アーム２３の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ端子と接合されたバスバーがＶ相下アーム２４の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ端子と接続されている。また、Ｖ相下アーム２４の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ端子から負極入力端子（バスバー）が延設されている。Ｗ相上アーム２５においては半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ端子から延びるＷ相出力端子としてバスバーが延設されるとともに半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ端子から延びる正極入力端子（バスバー）が延設されている。Ｗ相下アーム２６においては、Ｗ相上アーム２５の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ端子と接合されたバスバーがＷ相下アーム２６の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ端子と接続されている。また、Ｗ相下アーム２６の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ端子から負極入力端子（バスバー）が延設されている。

【0036】

次に、車両用インバータ装置１０の作用について説明する。
駆動回路基板３１における駆動回路３０からのゲート電圧信号によりインバータ回路２０におけるＵ相上アーム２１、Ｕ相下アーム２２、Ｖ相上アーム２３、Ｖ相下アーム２４、Ｗ相上アーム２５およびＷ相下アーム２６を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がスイッチング動作する。このとき、１つのアームを構成する、並列接続した２つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が同期してオン・オフする。この半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作により、バッテリから供給される直流が適宜の周波数の３相交流に変換されてモータの各相の巻線に供給される。

【0037】

半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作に伴い半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が発熱する。この熱は冷却器５０において冷却水と熱交換される。
ここで、信号ピン６２，６３のうちの上側の信号ピン６３に曲げ部６６が設けられており、ワイヤボンド部からピンの上端までの長さが、下側の信号ピン６２と上側の信号ピン６３とで同一の長さとなっている。即ち、曲げ部６６によりワイヤボンド部から、駆動回路基板３１との接合部までの距離が２つの信号ピン６２，６３で同一になっている。これにより、信号ピンの長さの均等化を図ることができる。

【0038】

組み立ての際には配線層７２の上にチップ（Ｑ１，Ｑ２，Ｄ１，Ｄ２）を、はんだ付けし、その後、冷却器５０の上面に信号コネクタ６０を接着する。その後、超音波等によりワイヤボンディングを行ってボンディングワイヤＷ１，Ｗ２によりチップ（Ｑ１，Ｑ２）と信号コネクタ６０の信号ピン６２，６３とを接続した後にバスバー８０，８２を接合する。その後、駆動回路基板３１を配置するとともに信号コネクタ６０の信号ピン６２，６３を駆動回路基板３１に接続する。

【0039】

図７に示すように、ワイヤボンディングは、ワイヤボンディング装置を用いて行われる。ワイヤボンディング装置における棒状ツールＴｗの先端部分は細くなっているが先端から離れた部位においては太くなっており、この形状の制約により、棒状ツールＴｗの先端部でのワイヤボンド部近くに高さのある物体が配置されていると、ツールＴｗの先端部と干渉する。つまり、信号コネクタ６０の樹脂台６１における２段目の水平部６５においては立設部６１ｂとワイヤボンド部を離すべくＸ方向の幅（Ｗ１寸法）を大きくしている。一方、信号コネクタ６０の樹脂台６１における１段目の水平部６４においては、立設部６１ｂとワイヤボンド部が離れているため、１段目の水平部６４のＸ方向の幅（Ｗ２寸法）は小さくてもよい。

【0040】

また、信号コネクタ６０を半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に共通にし、信号コネクタ６０における階段部に信号ピンの先端部をワイヤボンド部として露出する構造とすることにより、信号コネクタ６０の占めていた面積分を減少させることができる。また、信号コネクタ６０が小さくなることにより、インバータ装置における半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ・エミッタ端子からのバスバーの引き出しスペースを確保することができる。

【0041】

この小型化について、図３の本実施形態と図１０の比較例とを対比しつつ説明する。
比較例として図１０においては、信号コネクタ１００，１０１として、樹脂台１０２の上面に信号ピン１０３の一端が露出し、当該部位がワイヤボンド部となっている。また、信号コネクタ１００，１０１が半導体スイッチング素子（チップ）Ｑ１，Ｑ２毎に設けられている。つまり、半導体スイッチング素子Ｑ１に対応する信号コネクタ１００と、半導体スイッチング素子Ｑ２に対応する信号コネクタ１０１とが冷却器５０の上面においてＹ方向において並設されている。各信号ピン１０３の間隔は幅広のワイヤボンド部での絶縁距離と棒状ツールＴｗの挿入性によって決まる。

【0042】

これに対し、本実施形態においては、図３に示すように、階段部を有する信号コネクタ６０を１つだけ用いて、２つの半導体スイッチング素子（チップ）Ｑ１，Ｑ２から駆動回路基板３１へのゲート電圧信号ラインを確保している。ここで幅広のワイヤボンド部６２ａ，６３ａが水平部６４，６５に分れて配置されているので、ワイヤボンド部での絶縁距離と棒状ツールＴｗの挿入性は確保されている。したがって、各信号ピン６２，６３の間隔は幅狭のコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂでの絶縁距離によって決まる。これにより、図３のＹ方向での幅Ｌ１と図１０のＹ方向での幅Ｌ２との対比において、図１０の幅寸法（Ｌ２）に比べ図３の幅寸法（Ｌ１）を小さくすることができる。その結果、小型化が図られる。つまり、バスバーによる引き出し部を信号ピンよりも外側に設けるが（取り出すが）信号ピンのＹ方向での必要幅が小さくてよいので小型化可能となる。また、インバータモジュールＭｉにおいては図２に示すようにＸ方向に半導体モジュールＭｓが２つ並べられ、Ｙ方向に半導体モジュールＭｓが３つ並べられる。よって、Ｙ方向において３倍（＝３・（Ｌ１−Ｌ２））小型化を図ることができる。なお、Ｘ方向においては図７のＷ２寸法を小さくできるので極力大型化を回避できる。

【0043】

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）半導体モジュールＭｓの構成として、２つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、信号コネクタ６０を備える。信号コネクタ６０は、２つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に共通の樹脂台６１に半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２毎の信号ピン６２，６３が埋設され、この半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２毎の信号ピン６２，６３のワイヤボンド部６２ａ，６３ａが階段状に配置されている。これにより、半導体スイッチング素子毎に信号コネクタを設ける場合に比べ小型化が図られる。よって、並列接続された２つの半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と信号コネクタ６０を備えた半導体モジュールにおいて小型化を図ることができる。

【0044】

（２）信号コネクタ６０は、半導体スイッチング素子毎の信号ピン６２，６３のコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂが一列に配列されている。これにより、駆動回路基板３１と接続する場合、駆動回路基板３１において各コネクタ接続部６２ｂ，６３ｂと電気的に接続する導体パターンについてその引き回しが容易となる。

【0045】

（３）半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２毎の信号ピン６２，６３のうちの信号ピン６３は配線長の均等化のための曲げ部６６を有するので、配線長の均等化を図ることができる。

【0046】

（４）半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ・エミッタ端子に接続されるバスバーの延設部８１およびバスバー８２がコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂの配列方向と交差する方向に延設されている。つまり入口パイプＰ１と出口パイプＰ２が配置される方向にバスバーやコネクタ接続部を配置することなく、コネクタ接続部６２ｂ，６３ｂの配列方向が小さくできるのでバスバーを容易に引き出すことができ、小型化を図ることができる。

【0047】

（５）インバータモジュールＭｉの構成として、Ｕ相上アーム２１、Ｕ相下アーム２２、Ｖ相上アーム２３、Ｖ相下アーム２４、Ｗ相上アーム２５、Ｗ相下アーム２６の各アームが、それぞれ、上述した半導体モジュールＭｓで構成されている。よって、インバータモジュールＭｉの小型化を図ることができる。

【0048】

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図３，４においては信号コネクタ６０における信号ピン６２，６３のコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂの配置として一列に配置したが、図８，９に示すように、信号コネクタ６０における信号ピン６２，６３のコネクタ接続部６２ｂ，６３ｂの配置として二列に配置してもよい。つまり、１つの半導体スイッチング素子Ｑ１に対応して設けられた５本の信号ピン６２のコネクタ接続部６２ｂがＹ方向において一列に配列されている。一方、Ｘ方向においてずれた位置において１つの半導体スイッチング素子Ｑ２に対応して設けられた５本の信号ピン６３のコネクタ接続部６３ｂがＹ方向において一列に配列されている。この場合、各信号ピン６２同士の間隔，各信号ピン６３同士の間隔は幅広のワイヤボンド部での、絶縁距離と棒状ツールＴｗの挿入性によって決まるが、階段状に重ねられているので、図１０の比較例に比べてＹ方向寸法を小さく出来る。またこの場合、図２に示すように半導体モジュールＭｓが３つＹ方向に並べられた場合、図３に比べＹ方向においてより小型化可能となる。

【0049】

・下側の信号ピン６２と上側の信号ピン６３は、まったく同一長さに限らない。スイッチングに問題の発生しない程度の長さの差におさまっていればよい。つまり、電流のアンバランスが生じない程度に均等化すればよい。

【0050】

・下側の信号ピン６２と上側の信号ピン６３は、片方だけでなく、両方に曲げがあり、同一長さになっていてもよい。要は、第１の信号ピンおよび第２の信号ピンの少なくとも一方は配線長の均等化のための曲げ部を有する構成であればよい。広義には、半導体スイッチング素子毎の信号配線材のうちの少なくとも１つは配線長の均等化のための曲げ部を有する構成であればよい。

【0051】

・実施の形態においては、１つのアームにおいて並列接続する半導体スイッチング素子の数が「２」であり、信号コネクタでの段数が「２」であったが、この構成に限らない。例えば、１つのアームにおいて並列接続する半導体スイッチング素子の数が「３」以上で、信号コネクタでの段数を「２」以上にしてもよい。つまり並列接続する半導体スイッチング素子の数と段数は同一でなくてもよい。また、例えば、並列接続する半導体スイッチング素子の数が「３」のときには信号コネクタでの段数を「３」にし、並列接続する半導体スイッチング素子の数が「４」のときには信号コネクタでの段数を「４」というように、並列接続する半導体スイッチング素子の数と段数を同一にすれば、各段毎に接続される半導体スイッチング素子が分けられるので、ワイヤボンディングがやり易い。

【0052】

・信号ピン６２，６３は樹脂台６１内においてＬ字状に屈曲形成したが、横出ししてもよい。即ち、ワイヤボンド部から水平方向にそのまま延ばし、樹脂台６１からコネクタ接続部として水平方向に突出させてもよい。

【符号の説明】

【0053】

２１…Ｕ相上アーム、２２…Ｕ相下アーム、２３…Ｖ相上アーム、２４…Ｖ相下アーム、２５…Ｗ相上アーム、２６…Ｗ相下アーム、６０…信号コネクタ、６１…樹脂台、６２…信号ピン、６２ａ…ワイヤボンド部、６２ｂ…コネクタ接続部、６３…信号ピン、６３ａ…ワイヤボンド部、６３ｂ…コネクタ接続部、６６…曲げ部、８１…延設部、８２…バスバー、Ｍｉ…インバータモジュール、Ｍｓ…半導体モジュール、Ｑ１…半導体スイッチング素子、Ｑ２…半導体スイッチング素子、Ｗ１…ボンディングワイヤ、Ｗ２…ボンディングワイヤ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】