特許 7552365 パワーモジュール

(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】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】パワーモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20240910BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240910BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20240910BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 Z

H01L25/04 C

H05K7/20 N

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021001692

(22)【出願日】2021-01-07

(65)【公開番号】P2022106585

(43)【公開日】2022-07-20

【審査請求日】2023-02-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】松岡 哲矢

(72)【発明者】

【氏名】橋本 雄太

(72)【発明者】

【氏名】竹内 和哉

(72)【発明者】

【氏名】小澤 朋樹

【審査官】佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２００４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１１８７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９０９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３０５７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／４７３

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子（５２１，５３１）、前記半導体素子に接続された端子（５４０ａ～５４０ｄ）、および、前記半導体素子と前記端子それぞれを被覆する樹脂部（５２０）を有する半導体モジュール（５１１～５１３）と、
前記半導体モジュールに熱伝導可能に設けられる冷却部（７３０）、前記冷却部の内部に冷媒を供給する供給管（７１０）、および、前記冷却部の内部を流動した冷媒を排出する排出管（７２０）を備える冷却器（７００）と、を有し、
前記半導体モジュールと前記冷却部の並ぶ並び方向に直交する横方向で前記供給管と前記排出管とが離間し、
前記並び方向と前記横方向それぞれに直交する縦方向で、前記供給管および前記排出管が前記半導体モジュールと対向し、
前記半導体素子には能動素子が含まれ、
前記端子には、前記能動素子の第１電極に接続される第１端子（５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ）と、前記能動素子の第２電極に接続される第２端子（５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ）と、前記能動素子の前記第１電極と前記第２電極との間の通電を制御する制御端子（５４０ｄ）と、を含まれ、
前記第１端子と前記第２端子のうちの一方が前記供給管と前記排出管のうちの一方と前記縦方向で対向しているパワーモジュール。

【請求項2】

半導体素子（５２１，５３１）、前記半導体素子に接続された端子（５４０ａ～５４０ｄ）、および、前記半導体素子と前記端子それぞれを被覆する樹脂部（５２０）を有する半導体モジュール（５１１～５１３）と、
前記半導体モジュールに熱伝導可能に設けられる冷却部（７３０）、前記冷却部の内部に冷媒を供給する供給管（７１０）、および、前記冷却部の内部を流動した冷媒を排出する排出管（７２０）を備える冷却器（７００）と、を有し、
前記半導体モジュールと前記冷却部の並ぶ並び方向に直交する横方向で前記供給管と前記排出管とが離間し、
前記並び方向と前記横方向それぞれに直交する縦方向で、前記供給管および前記排出管が前記半導体モジュールと対向し、
前記冷却部は、前記並び方向で前記樹脂部と並ぶ対向部（７３１）と、前記対向部から前記縦方向に延長する第１腕部（７３２）と、前記横方向で前記第１腕部と離間し、前記対向部から前記縦方向に延長する第２腕部（７３３）と、を有し、
前記供給管は前記並び方向に延長して前記第１腕部に連結され、
前記排出管は前記並び方向に延長して前記第２腕部に連結されているパワーモジュール。

【請求項3】

前記半導体モジュールを複数有し、
複数の前記半導体モジュールが前記横方向で並び、
複数の前記半導体モジュールのうちの少なくとも１つが、前記供給管および前記排出管のうちの１つと前記縦方向で対向している請求項２に記載のパワーモジュール。

【請求項4】

前記供給管と前記排出管それぞれの前記横方向の位置は、前記対向部における前記横方向で並ぶ２つの側面（７３１ａ，７３１ｂ）の間である請求項２または請求項３に記載のパワーモジュール。

【請求項5】

前記第１腕部と前記第２腕部それぞれは、前記対向部における前記縦方向で並ぶ２つの端面（７３１ｃ，７３１ｄ）のうちの一方から延長し、
前記第１腕部、前記第２腕部、および、２つの前記端面のうちの一方によって囲まれる囲み領域と、前記端子における前記樹脂部から露出された部位とが前記並び方向で並んでいる請求項２～４いずれか１項に記載のパワーモジュール。

【請求項6】

前記端子における前記樹脂部から露出された部位の一部が前記囲み領域に位置している請求項５に記載のパワーモジュール。

【請求項7】

前記半導体素子には能動素子が含まれ、
前記端子には、前記能動素子の第１電極に接続される第１端子（５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ）と、前記能動素子の第２電極に接続される第２端子（５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ）と、前記能動素子の前記第１電極と前記第２電極との間の通電を制御する制御端子（５４０ｄ）と、を含まれている請求項２～６いずれか１項に記載のパワーモジュール。

【請求項8】

前記第１端子と前記第２端子のうちの一方が前記供給管と前記排出管のうちの一方と前記縦方向で対向している請求項７に記載のパワーモジュール。

【請求項9】

半導体素子（５２１，５３１）、前記半導体素子に接続された端子（５４０ａ～５４０ｄ）、および、前記半導体素子と前記端子それぞれを被覆する樹脂部（５２０）を有する複数の半導体モジュール（５１１～５１３）と、
複数の前記半導体モジュールに熱伝導可能に設けられる冷却部（７３０）、前記冷却部の内部に冷媒を供給する供給管（７１０）、および、前記冷却部の内部を流動した冷媒を排出する排出管（７２０）を備える冷却器（７００）と、を有し、
前記半導体モジュールと前記冷却部の並ぶ並び方向に直交する横方向で前記供給管と前記排出管とが離間し、
前記並び方向と前記横方向それぞれに直交する縦方向で、前記供給管および前記排出管が複数の前記半導体モジュールと対向し、
前記冷却部は、複数の前記半導体モジュールに対向するとともに前記横方向に延びる対向部（７３１）と、前記対向部から前記縦方向に延長し前記供給管に連結される第１腕部（７３２）と、前記横方向で前記第１腕部と離間し、前記対向部から前記縦方向に延長し前記排出管に連結される第２腕部（７３３）と、を有し、
複数の前記半導体モジュールが前記横方向で並び、
前記第１腕部、前記第２腕部、および、前記対向部によって囲まれる囲み領域に、前記供給管の一部および前記排出管の一部が位置しているパワーモジュール。

【請求項10】

前記供給管と前記排出管それぞれの前記横方向の位置は、前記対向部における前記横方向で並ぶ２つの側面（７３１ａ，７３１ｂ）の間である請求項９に記載のパワーモジュール。

【請求項11】

前記半導体素子には能動素子が含まれ、
前記端子には、前記能動素子の第１電極に接続される第１端子（５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ）と、前記能動素子の第２電極に接続される第２端子（５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ）と、前記能動素子の前記第１電極と前記第２電極との間の通電を制御する制御端子（５４０ｄ）と、を含まれている請求項９に記載のパワーモジュール。

【請求項12】

前記第１端子と前記第２端子のうちの一方が前記供給管と前記排出管のうちの一方と前記並び方向と前記横方向それぞれに直交する縦方向で対向している請求項１１に記載のパワーモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に記載の開示は、パワーモジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に示されるように、インバータ、筐体、および、ヒートシンクを備える電動車両が知られている。インバータは三相線を介してモータと接続されている。

【0003】

筐体は一対の脚部とこれらを連結する連結部を有する。一対の脚部の間に連結部が位置している。一対の脚部と連結部それぞれに冷却液が流動する。

【0004】

ヒートシンクは一対の脚部の間に設けられる。ヒートシンクは連結部と並んで配置される。このヒートシンクの上面と連結部との間にインバータが設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６７３３４０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に示される電動車両では、ヒートシンクの側面と脚部との間に三相線が設けられている。そのために一対の脚部の並ぶ方向の体格が増大する虞があった。

【0007】

本開示の目的は、体格増大の抑制されたパワーモジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様によるパワーモジュールは、
半導体素子（５２１，５３１）、半導体素子に接続された端子（５４０ａ～５４０ｄ）、および、半導体素子と端子それぞれを被覆する樹脂部（５２０）を有する半導体モジュール（５１１～５１３）と、
半導体モジュールに熱伝導可能に設けられる冷却部（７３０）、冷却部の内部に冷媒を供給する供給管（７１０）、および、冷却部の内部を流動した冷媒を排出する排出管（７２０）を備える冷却器（７００）と、を有し、
半導体モジュールと冷却部の並ぶ並び方向に直交する横方向で供給管と排出管とが離間し、
並び方向と横方向それぞれに直交する縦方向で、供給管および排出管が半導体モジュールと対向し、
半導体素子には能動素子が含まれ、
端子には、能動素子の第１電極に接続される第１端子（５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ）と、能動素子の第２電極に接続される第２端子（５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ）と、能動素子の第１電極と第２電極との間の通電を制御する制御端子（５４０ｄ）と、を含まれ、
第１端子と第２端子のうちの一方が供給管と排出管のうちの一方と縦方向で対向している。
本開示の一態様によるパワーモジュールは、
半導体素子（５２１，５３１）、半導体素子に接続された端子（５４０ａ～５４０ｄ）、および、半導体素子と端子それぞれを被覆する樹脂部（５２０）を有する半導体モジュール（５１１～５１３）と、
半導体モジュールに熱伝導可能に設けられる冷却部（７３０）、冷却部の内部に冷媒を供給する供給管（７１０）、および、冷却部の内部を流動した冷媒を排出する排出管（７２０）を備える冷却器（７００）と、を有し、
半導体モジュールと冷却部の並ぶ並び方向に直交する横方向で供給管と排出管とが離間し、
並び方向と横方向それぞれに直交する縦方向で、供給管および排出管が半導体モジュールと対向し、
冷却部は、並び方向で樹脂部と並ぶ対向部（７３１）と、対向部から縦方向に延長する第１腕部（７３２）と、横方向で第１腕部と離間し、対向部から縦方向に延長する第２腕部（７３３）と、を有し、
供給管は並び方向に延長して第１腕部に連結され、
排出管は並び方向に延長して第２腕部に連結されている。
本開示の一態様によるパワーモジュールは、
半導体素子（５２１，５３１）、半導体素子に接続された端子（５４０ａ～５４０ｄ）、および、半導体素子と端子それぞれを被覆する樹脂部（５２０）を有する半導体モジュール（５１１～５１３）と、
半導体モジュールに熱伝導可能に設けられる冷却部（７３０）、冷却部の内部に冷媒を供給する供給管（７１０）、および、冷却部の内部を流動した冷媒を排出する排出管（７２０）を備える冷却器（７００）と、を有し、
半導体モジュールと冷却部の並ぶ並び方向に直交する横方向で供給管と排出管とが離間し、
並び方向と横方向それぞれに直交する縦方向で、供給管および排出管が半導体モジュールと対向し、
冷却部は、並び方向で樹脂部と並ぶ対向部（７３１）と、対向部から縦方向に延長する第１腕部（７３２）と、横方向で第１腕部と離間し、対向部から縦方向に延長する第２腕部（７３３）と、を有し、
供給管は並び方向に延長して第１腕部に連結され、
排出管は並び方向に延長して第２腕部に連結されている。
また別の本開示の一態様によるパワーモジュールは、
半導体素子（５２１，５３１）、半導体素子に接続された端子（５４０ａ～５４０ｄ）、および、半導体素子と端子それぞれを被覆する樹脂部（５２０）を有する複数の半導体モジュール（５１１～５１３）と、
複数の半導体モジュールに熱伝導可能に設けられる冷却部（７３０）、冷却部の内部に冷媒を供給する供給管（７１０）、および、冷却部の内部を流動した冷媒を排出する排出管（７２０）を備える冷却器（７００）と、を有し、
半導体モジュールと冷却部の並ぶ並び方向に直交する横方向で供給管と排出管とが離間し、
並び方向と横方向それぞれに直交する縦方向で、供給管および排出管が複数の半導体モジュールと対向し、
冷却部は、複数の半導体モジュールに対向するとともに横方向に延びる対向部（７３１）と、対向部から縦方向に延長し供給管に連結される第１腕部（７３２）と、横方向で第１腕部と離間し、対向部から縦方向に延長し排出管に連結される第２腕部（７３３）と、を有し、
複数の半導体モジュールが横方向で並び、
第１腕部、第２腕部、および、対向部によって囲まれる囲み領域に、供給管の一部および排出管の一部が位置している。

【0010】

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】車載システムを示す回路図である。

【図2】パワーカードの上面図である。

【図3】パワーカードの端面図である。

【図4】パワーモジュールの斜視図である。

【図5】パワーモジュールの上面図である。

【図6】パワーモジュールの側面図である。

【図7】パワーモジュールの端面図である。

【図8】パワーモジュールの変形例を示す斜視図である。

【図9】パワーモジュールの変形例を示す上面図である。

【図10】パワーモジュールの変形例を示す上面図である。

【図11】パワーモジュールの変形例を示す上面図である。

【図12】パワーモジュールの変形例を示す上面図である。

【図13】パワーモジュールの変形例を示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。

【0013】

各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせが可能である。また、特に組み合わせに支障が生じなければ、組み合わせが可能であることを明示していなくても、実施形態同士、実施形態と変形例、および、変形例同士を部分的に組み合せることも可能である。

【0014】

（第１実施形態）
＜車載システム＞
先ず、図１に基づいて車載システム１００を説明する。この車載システム１００は電気自動車用のシステムを構成している。車載システム１００は、バッテリ２００、電力変換ユニット３００、および、モータ４００を有する。

【0015】

また車載システム１００は図示しない複数のＥＣＵを有する。これら複数のＥＣＵはバス配線を介して相互に信号を送受信している。複数のＥＣＵは協調して電気自動車を制御している。複数のＥＣＵの制御により、バッテリ２００のＳＯＣに応じたモータ４００の力行と回生が制御される。ＳＯＣはstate of chargeの略である。ＥＣＵはelectronic control unitの略である。

【0016】

バッテリ２００は複数の二次電池を有する。これら複数の二次電池は直列接続された電池スタックを構成している。この電池スタックのＳＯＣがバッテリ２００のＳＯＣに相当する。二次電池としてはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、および、有機ラジカル電池などを採用することができる。

【0017】

電力変換ユニット３００の備える電力変換装置５００はバッテリ２００とモータ４００との間の電力変換を行う。電力変換装置５００はバッテリ２００の直流電力を交流電力に変換する。電力変換装置５００はモータ４００の発電（回生）によって生成された交流電力を直流電力に変換する。

【0018】

モータ４００は図示しない電気自動車の車軸に連結されている。モータ４００の回転エネルギーは車軸を介して電気自動車の走行輪に伝達される。逆に、走行輪の回転エネルギーは車軸を介してモータ４００に伝達される。図面においてモータ４００をＭＧと表記している。

【0019】

モータ４００は電力変換装置５００から供給される交流電力によって力行する。これにより推進力が走行輪に付与される。またモータ４００は走行輪から伝達される回転エネルギーによって回生する。この回生で発生した交流電力は、電力変換装置５００によって直流電力に変換される。この直流電力がバッテリ２００に供給される。この直流電力は電気自動車に搭載された各種電気負荷にも供給される。

【0020】

＜電力変換装置＞
次に電力変換装置５００を説明する。電力変換装置５００はインバータを含んでいる。インバータはバッテリ２００の直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ４００に供給される。またインバータはモータ４００で生成された交流電力を直流電力に変換する。この直流電力がバッテリ２００と各種電気負荷に供給される。

【0021】

図１に示すように電力変換装置５００にはＰバスバ５０１とＮバスバ５０２が含まれている。これらＰバスバ５０１とＮバスバ５０２にバッテリ２００が接続される。Ｐバスバ５０１はバッテリ２００の正極に接続される。Ｎバスバ５０２はバッテリ２００の負極に接続される。

【0022】

また、電力変換装置５００にはＵ相バスバ５０３、Ｖ相バスバ５０４、および、Ｗ相バスバ５０５が含まれている。これらＵ相バスバ５０３、Ｖ相バスバ５０４、および、Ｗ相バスバ５０５にモータ４００が接続される。図１では各種バスバの接続部位を白丸で示している。これら接続部位は例えばボルトや溶接などによって電気的に接続されている。

【0023】

電力変換装置５００は、平滑コンデンサ５７０と、Ｕ相半導体モジュール５１１～Ｗ相半導体モジュール５１３と、を有する。平滑コンデンサ５７０は２つの電極を有する。これら２つの電極のうちの一方にＰバスバ５０１が接続されている。２つの電極のうちの他方にＮバスバ５０２が接続されている。

【0024】

Ｕ相半導体モジュール５１１～Ｗ相半導体モジュール５１３それぞれは、ハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１を有する。またＵ相半導体モジュール５１１～Ｗ相半導体モジュール５１３それぞれは、ハイサイドダイオード５２１ａとローサイドダイオード５３１ａを有する。ハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１が能動素子に相当する。

【0025】

本実施形態では、ハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１としてｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。図１に示すようにハイサイドスイッチ５２１のソース電極とローサイドスイッチ５３１のドレイン電極とが接続されている。これによりハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１とが直列接続されている。

【0026】

また、ハイサイドスイッチ５２１のドレイン電極にハイサイドダイオード５２１ａのカソード電極が接続されている。ハイサイドスイッチ５２１のソース電極にハイサイドダイオード５２１ａのアノード電極が接続されている。これによりハイサイドスイッチ５２１にハイサイドダイオード５２１ａが逆並列接続されている。

【0027】

同様にして、ローサイドスイッチ５３１のドレイン電極にローサイドダイオード５３１ａのカソード電極が接続されている。ローサイドスイッチ５３１のソース電極にローサイドダイオード５３１ａのアノード電極が接続されている。これによりローサイドスイッチ５３１にローサイドダイオード５３１ａが逆並列接続されている。

【0028】

以上に示したハイサイドスイッチ５２１とハイサイドダイオード５２１ａが第１半導体チップに形成されている。ローサイドスイッチ５３１とローサイドダイオード５３１ａが第２半導体チップに形成されている。

【0029】

なお、ハイサイドダイオード５２１ａはハイサイドスイッチ５２１のボディダイオードでもよいし、それとは別のダイオードでもよい。ローサイドダイオード５３１ａはローサイドスイッチ５３１のボディダイオードでもよいし、それとは別のダイオードでもよい。スイッチとダイオードの形成される半導体チップが異なってもよい。

【0030】

ハイサイドスイッチ５２１のドレイン電極にドレイン端子５４０ａが接続されている。ローサイドスイッチ５３１のソース電極にソース端子５４０ｂが接続されている。ハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１との間の中点に中点端子５４０ｃが接続されている。ハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１それぞれのゲート電極にゲート端子５４０ｄが接続されている。

【0031】

ドレイン電極とソース電極が第１電極と第２電極に相当する。ドレイン端子５４０ａ、ソース端子５４０ｂ、および、中点端子５４０ｃが第１端子と第２端子に含まれる。ゲート端子５４０ｄが制御端子に含まれる。

【0032】

これまでに説明した半導体チップの全てと端子の一部が被覆樹脂５２０によって被覆保護されている。端子の先端側が被覆樹脂５２０から露出されている。この端子の先端がＰバスバ５０１～Ｗ相バスバ５０５と制御基板５８０に接続される。

【0033】

ドレイン端子５４０ａの先端がＰバスバ５０１に接続されている。ソース端子５４０ｂの先端がＮバスバ５０２に接続されている。これによりハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１とがＰバスバ５０１からＮバスバ５０２へ向かって順に直列接続されている。

【0034】

Ｕ相半導体モジュール５１１の中点端子５４０ｃがＵ相バスバ５０３を介してモータ４００のＵ相ステータコイルに接続されている。Ｖ相半導体モジュール５１２の中点端子５４０ｃがＶ相バスバ５０４を介してＶ相ステータコイルに接続されている。Ｗ相半導体モジュール５１３の中点端子５４０ｃがＷ相バスバ５０５を介してＷ相ステータコイルに接続されている。

【0035】

そして、Ｕ相半導体モジュール５１１～Ｗ相半導体モジュール５１３それぞれに含まれるハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１それぞれのゲート端子５４０ｄが制御基板５８０に接続されている。

【0036】

この制御基板５８０にゲートドライバが含まれている。この制御基板５８０若しくは他の基板に複数のＥＣＵのうちの１つが含まれている。図面において制御基板５８０をＣＢと表記している。

【0037】

ＥＣＵは制御信号を生成する。この制御信号がゲートドライバに入力される。ゲートドライバは制御信号を増幅し、それをゲート端子５４０ｄに出力する。これによりハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１が開閉制御される。

【0038】

ＥＣＵは制御信号としてパルス信号を生成している。ＥＣＵはこのパルス信号のオンデューティ比と周波数を調整している。このオンデューティ比と周波数は図示しない電流センサや回転角センサの出力、および、モータ４００の目標トルクやバッテリ２００のＳＯＣなどに基づいて決定される。

【0039】

モータ４００を力行する場合、ＥＣＵからの制御信号の出力によって３相の半導体モジュールの備えるハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１それぞれがＰＷＭ制御される。これにより電力変換装置５００で３相交流が生成される。

【0040】

モータ４００が発電（回生）する場合、ＥＣＵは例えば制御信号の出力を停止する。これにより発電によって生成された交流電力が３相の半導体モジュールの備えるダイオードを通る。この結果、交流電力が直流電力に変換される。

【0041】

なお、Ｕ相半導体モジュール５１１～Ｗ相半導体モジュール５１３それぞれの備えるスイッチの種類としては特に限定されない。このスイッチとしては、ＭＯＳＦＥＴに代わって、例えばＩＧＢＴを採用することができる。また、Ｕ相半導体モジュール５１１～Ｗ相半導体モジュール５１３それぞれの備えるスイッチの種類は同一でも不同でもよい。

【0042】

そして、スイッチやダイオードなどの半導体素子の形成される半導体チップの形成材料は特に限定されない。半導体チップの形成材料としては、例えばＳｉなどの半導体やＳｉＣなどのワイドギャップ半導体を適宜採用することができる。

【0043】

また、各半導体モジュールは並列接続された複数のハイサイドスイッチ５２１と、並列接続された複数のローサイドスイッチ５３１を備えてもよい。係る構成においても、複数のスイッチそれぞれにダイオードが逆並列接続されている。

【0044】

＜電力変換ユニットの構成＞
次に、電力変換ユニット３００の構成を説明する。それに当たって、以下においては互いに直交の関係にある３方向をｘ方向、ｙ方向、ｚ方向とする。ｘ方向が横方向に相当する。ｙ方向が縦方向に相当する。ｚ方向が並び方向に相当する。

【0045】

＜被覆樹脂＞
Ｕ相半導体モジュール５１１～Ｗ相半導体モジュール５１３それぞれは上記した被覆樹脂５２０を有している。被覆樹脂５２０は例えばエポキシ系樹脂からなる。被覆樹脂５２０は例えばトランスファモールド法により成形されている。これまでに説明した半導体チップの全てと各種端子の一部がこの被覆樹脂５２０によって一体的に被覆されている。被覆樹脂５２０が樹脂部に相当する。

【0046】

図２と図３に示すように被覆樹脂５２０はｚ方向の厚さの薄い扁平形状を成している。被覆樹脂５２０は６面を有する直方体形状を成している。被覆樹脂５２０は、ｘ方向で離間して並ぶ左面５２０ａと右面５２０ｂ、ｙ方向で離間して並ぶ上面５２０ｃと下面５２０ｄ、および、ｚ方向で離間して並ぶ第１主面５２０ｅと第２主面５２０ｆを有する。

【0047】

図２に示すように、本実施形態では下面５２０ｄからドレイン端子５４０ａ、ソース端子５４０ｂ、および、中点端子５４０ｃそれぞれの先端が露出している。これら３つの端子の先端側は、下面５２０ｄから離間する態様でｙ方向に延びている。左面５２０ａから右面５２０ｂに向かって、ドレイン端子５４０ａ、ソース端子５４０ｂ、および、中点端子５４０ｃが順にｘ方向に並んでいる。

【0048】

また、上面５２０ｃからゲート端子５４０ｄの先端が露出している。ゲート端子５４０ｄの先端側は、上面５２０ｃから離間する態様でｙ方向に延びた後、屈曲して、第１主面５２０ｅ側に向かってｚ方向に延びている。

【0049】

図示しないが、半導体チップに接続された導電部の一部が被覆樹脂５２０によって被覆されている。そしてこの導電部の残りが被覆樹脂５２０の第１主面５２０ｅと第２主面５２０ｆそれぞれから露出されている。導電部は半導体チップで生じた熱を被覆樹脂５２０の外に熱伝導する機能を果たしている。また本実施形態の導電部はハイサイドスイッチ５２１とローサイドスイッチ５３１を直列接続する機能も果たしている。

【0050】

＜冷却器＞
電力変換ユニット３００は、電力変換装置５００の他に、図４～図７に示す冷却器７００を有する。冷却器７００はこれまでに説明したＵ相半導体モジュール５１１～Ｗ相半導体モジュール５１３それぞれを冷却する機能を果たす。

【0051】

図４に示すように冷却器７００は供給管７１０、排出管７２０、および、冷却部７３０を有する。供給管７１０と排出管７２０は冷却部７３０を介して連結されている。供給管７１０に冷媒が供給される。この冷媒は冷却部７３０の内部を介して供給管７１０から排出管７２０へ流れる。

【0052】

供給管７１０と排出管７２０はそれぞれｚ方向に延びている。供給管７１０と排出管７２０はｘ方向で離間している。冷却部７３０はｚ方向の厚さの薄い扁平形状を成している。

【0053】

＜冷却部＞
細分化して説明すると、冷却部７３０は、対向部７３１と、第１腕部７３２と、第２腕部７３３と、を有する。対向部７３１に第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれが連結されている。これら３つの構成要素それぞれは冷媒の流動する中空を有する。これら３つの構成要素それぞれの中空が連通している。

【0054】

第１腕部７３２に供給管７１０が連結される。第２腕部７３３に排出管７２０が連結される。係る構成のため、供給管７１０から供給された冷媒は、第１腕部７３２を介して対向部７３１に流動する。対向部７３１を流動した冷媒は第２腕部７３３を介して排出管７２０に流動する。この冷媒の流動方向は図４において実線矢印で示している。

【0055】

対向部７３１は、ｘ方向で離間して並ぶ第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂ、ｙ方向で離間して並ぶ第３側面７３１ｃと第４側面７３１ｄ、および、ｚ方向で離間して並ぶ外面７３１ｅと内面７３１ｆを有する。第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂが２つの側面に相当する。第３側面７３１ｃと第４側面７３１ｄが２つの端面に相当する。

【0056】

第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれは対向部７３１の第４側面７３１ｄに連結されている。第１腕部７３２と第２腕部７３３はｘ方向で離間している。ｘ方向において、第１腕部７３２は第２腕部７３３よりも第１側面７３１ａ側に位置している。第２腕部７３３は第１腕部７３２よりも第２側面７３１ｂ側に位置している。

【0057】

第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれは第４側面７３１ｄから離間する態様でｙ方向に延びている。第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれはｚ方向で並ぶ上外面７３０ａと下内面７３０ｂを有する。上外面７３０ａは外面７３１ｅと面一になっている。下内面７３０ｂの対向部７３１側は内面７３１ｆと面一になっている。しかしながら下内面７３０ｂの対向部７３１からｙ方向に離間した先端側は内面７３１ｆよりも、ｚ方向において上外面７３０ａから離間する方向にわずかながら突起している。

【0058】

第１腕部７３２の下内面７３０ｂにおける内面７３１ｆよりもわずかに突起した部位に供給管７１０が連結される。第２腕部７３３の下内面７３０ｂにおける内面７３１ｆよりもわずかに突起した部位に排出管７２０が連結される。換言すれば、第１腕部７３２の先端側の下内面７３０ｂに供給管７１０が連結される。第２腕部７３３の先端側の下内面７３０ｂに排出管７２０が連結される。

【0059】

第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれの延長方向と供給管７１０と排出管７２０それぞれの延長方向とが交差関係になっている。そのため、供給管７１０内を流動した冷媒の流動方向は、供給管７１０と第１腕部７３２との連結個所で変更される。第２腕部７３３内を流動した冷媒の流動方向は、第２腕部７３３と排出管７２０との連結個所で変更される。

【0060】

以下においては表記を簡便とするため、第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれの対向部７３１側を延長部７３４と示す。第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれの先端側を管連結部７３５と示す。この管連結部７３５で冷媒の流動方向が変更される。

【0061】

＜供給管と排出管のｘ方向の位置＞
例えば図５に示すように、延長部７３４のｘ方向の長さはＬ１で一定になっている。これに対して管連結部７３５のｘ方向の長さは不定になっている。管連結部７３５における供給管７１０や排出管７２０の連結される部位は、ｚ方向に直交する平面において円形を成している。図５では供給管７１０と排出管７２０を破線で示している。

【0062】

供給管７１０と排出管７２０それぞれの外径は延長部７３４のｘ方向の長さよりも長くなっている。そのために管連結部７３５のｘ方向の最長の長さＬ２は延長部７３４のｘ方向の最長の長さＬ１よりも長くなっている。

【0063】

係るｘ方向の長さの長短関係、および、延長部７３４と管連結部７３５それぞれの形状のため、管連結部７３５のｙ方向への投影領域の一部に延長部７３４の全てが位置している。そして本実施形態では、管連結部７３５のｙ方向への投影領域における延長部７３４と重ならない非重複領域ＮＯＡに、第４側面７３１ｄが位置している。図５では非重複領域ＮＯＡにおける管連結部７３５と第４側面７３１ｄとの間の領域を二点鎖線で囲って示している。

【0064】

当然ながらにして、管連結部７３５の非重複領域ＮＯＡの位置する第４側面７３１ｄはｘ方向において第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂとの間に位置する。そして、管連結部７３５の連結される延長部７３４は第４側面７３１ｄからｙ方向に延びている。

【0065】

係る構成のため、第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれの管連結部７３５のｘ方向の位置は、第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂとの間になっている。第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれの全てのｘ方向の位置は、第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂとの間になっている。第１腕部７３２に連結される供給管７１０と第２腕部７３３に連結される排出管７２０それぞれの全てのｘ方向の位置は、第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂとの間になっている。

【0066】

なお、本実施形態では、第３側面７３１ｃにおける冷媒を流動する中空を区画する部位は、第４側面７３１ｄにおける冷媒を流動する中空を区画する部位よりもｘ方向の長さが短くなっている。これは、第１腕部７３２から対向部７３１への冷媒の流動と、対向部７３１から第２腕部７３３への冷媒の流動をスムースに行わせるためである。

【0067】

係る長さの相違のため、例えば図５に示すように、第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂそれぞれは、ｚ方向に直交する平面において、ｙ方向に対して傾斜した方向に延長している。第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂそれぞれは、第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂとの間の離間距離がｙ方向において第３側面７３１ｃから第４側面７３１ｄに向かうにしたがって徐々に延長するように、傾斜して延びている。

【0068】

そのため、厳密に言うと、第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれの全てのｘ方向の位置は、第１側面７３１ａの第４側面７３１ｄ側と第２側面７３１ｂの第４側面７３１ｄ側との間になっている。第１腕部７３２に連結される供給管７１０と第２腕部７３３に連結される排出管７２０それぞれの全てのｘ方向の位置は、第１側面７３１ａの第４側面７３１ｄ側と第２側面７３１ｂの第４側面７３１ｄ側との間になっている。

【0069】

＜囲み領域＞
以上に示した構成のため、図５に示すように、冷却部７３０のｚ方向に面する平面形状はＣ字形状を成している。冷却部７３０の備える対向部７３１、第１腕部７３２、および、第２腕部７３３によって囲み領域ＥＡが区画されている。

【0070】

この囲み領域ＥＡは、ｙ方向において、第４側面７３１ｄと、第１腕部７３２の先端と第２腕部７３３の先端とを結ぶ仮想直線ＶＳＬと、によって区画されている。囲み領域ＥＡは、ｘ方向において、第１腕部７３２の第２腕部７３３側の内側面と、第２腕部７３３の第１腕部７３２側の内側面と、によって区画されている。図５では囲み領域ＥＡを斜線のハッチングで示している。仮想直線ＶＳＬを二点鎖線で示している。

【0071】

＜パワーモジュール＞
冷却器７００は電力変換装置５００とともに、例えばアルミダイカストで製造された筐体８００に収納される。そして冷却部７３０の対向部７３１は、図６に示すように、この筐体８００の壁部８１０とｚ方向で離間しつつ対向配置される。

【0072】

対向部７３１の内面７３１ｆと壁部８１０の載置面８１０ａとの間に空隙が構成（区画）されている。この空隙にＵ相半導体モジュール５１１、Ｖ相半導体モジュール５１２、および、Ｗ相半導体モジュール５１３が設けられる。これら複数の半導体モジュールと冷却器７００がパワーモジュール９００に含まれている。

【0073】

Ｕ相半導体モジュール５１１、Ｖ相半導体モジュール５１２、および、Ｗ相半導体モジュール５１３はｘ方向において第１側面７３１ａ側から第２側面７３１ｂ側に向かって順に並んでいる。これら複数の半導体モジュールの被覆樹脂５２０が対向部７３１と壁部８１０との間の空隙に設けられている。

【0074】

冷却部７３０の対向部７３１には、図６において白抜き矢印で示す付勢力が付与される。この付勢力によって、複数の半導体モジュールは対向部７３１と壁部８１０との間で挟持されている。

【0075】

図示しないが、対向部７３１の内面７３１ｆと半導体モジュールの被覆樹脂５２０の第１主面５２０ｅとの間にグリースなどの伝熱部材が設けられている。同様にして、被覆樹脂５２０の第２主面５２０ｆと載置面８１０ａとの間にグリースなどの伝熱部材が設けられている。係る構成により、半導体モジュールは冷却器７００と壁部８１０とに積極的に熱伝導可能となっている。ただし、上記した伝熱部材はなくともよい。

【0076】

なお、半導体モジュールの設けられる壁部８１０は筐体８００の一部でなくともよい。半導体モジュールは筐体８００とは別体の壁部８１０に設けられてもよい。壁部８１０の内部に冷媒の流動する流通経路が構成されてもよい。

【0077】

図５と図６に示すように、被覆樹脂５２０の上面５２０ｃ側と下面５２０ｄ側それぞれが空隙の外に設けられている。これに伴い、上面５２０ｃから露出したゲート端子５４０ｄの先端側が空隙の外に設けられている。下面５２０ｄから露出したドレイン端子５４０ａ、ソース端子５４０ｂ、および、中点端子５４０ｃそれぞれの先端側が空隙の外に設けられている。

【0078】

図６に示すように、ゲート端子５４０ｄは上面５２０ｃから離間するようにｙ方向に延びた後、屈曲して、壁部８１０から離間するようにｚ方向に延びている。ゲート端子５４０ｄはｙ方向において対向部７３１の第３側面７３１ｃと対向している。

【0079】

ドレイン端子５４０ａ、ソース端子５４０ｂ、および、中点端子５４０ｃそれぞれは下面５２０ｄから離間するようにｙ方向に延びている。これら下面５２０ｄから突出した複数の端子の先端のｚ方向の位置は対向部７３１の内面７３１ｆと壁部８１０の載置面８１０ａとの間に位置している。そしてこれら複数の端子の先端はｚ方向において上記した囲み領域ＥＡと並んでいる。

【0080】

また、これら下面５２０ｄから突出した複数の端子の先端は、図５に示すように、ｚ方向に直交する平面に沿う方向において、供給管７１０と排出管７２０それぞれと対向している。特に、図７において重なった領域を破線で示すように、端側に位置するＵ相半導体モジュール５１１の被覆樹脂５２０の下面５２０ｄとこの下面５２０ｄから突出したドレイン端子５４０ａそれぞれがｙ方向で供給管７１０と対向している。Ｗ相半導体モジュール５１３の被覆樹脂５２０の下面５２０ｄとこの下面５２０ｄから突出した中点端子５４０ｃがｙ方向で排出管７２０と対向している。

【0081】

上記したように中点端子５４０ｃには相バスバが接続される。図示しないが、この相バスバも囲み領域ＥＡとｚ方向で並んでいる。なお、相バスバの一部が囲み領域ＥＡに設けられる構成を採用することもできる。

【0082】

また、ドレイン端子５４０ａにＰバスバ５０１が接続される。ソース端子５４０ｂにＮバスバ５０２が接続される。これらＰバスバ５０１とＮバスバ５０２が囲み領域ＥＡとｚ方向で並んでもよいし、その一部が囲み領域ＥＡに設けられてもよい。

【0083】

＜作用効果＞
上記したように、第１腕部７３２に連結される供給管７１０と第２腕部７３３に連結される排出管７２０それぞれが半導体モジュールの備える被覆樹脂５２０の下面５２０ｄとｙ方向で対向している。これにより冷却器７００のｘ方向の体格の増大が抑制される。パワーモジュール９００のｘ方向の体格の増大が抑制される。

【0084】

特に本実施形態では、第１腕部７３２、供給管７１０、第２腕部７３３、および、排出管７２０それぞれの全てのｘ方向の位置が、対向部７３１の第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂとの間になっている。このために冷却器７００のｘ方向の体格の増大が抑制される。

【0085】

また、冷却部７３０に特化して言えば、第１腕部７３２と第２腕部７３３それぞれの全てのｘ方向の位置が、第１側面７３１ａと第２側面７３１ｂとの間になっている。このために冷却部７３０のｘ方向の体格の増大が抑制される。

【0086】

上記したように、半導体モジュールの備える被覆樹脂５２０の下面５２０ｄから突出した複数の端子の先端が、ｚ方向に直交する平面に沿う方向において、供給管７１０と排出管７２０それぞれと対向している。特に、Ｕ相半導体モジュール５１１のドレイン端子５４０ａがｙ方向で供給管７１０と対向している。Ｗ相半導体モジュール５１３の中点端子５４０ｃがｙ方向で排出管７２０と対向している。

【0087】

これによれば半導体モジュールの端子と冷却器７００との間の熱抵抗が低くなる。これにより端子の昇温が抑制される。

【0088】

冷却部７３０の備える対向部７３１、第１腕部７３２、および、第２腕部７３３によって区画される囲み領域ＥＡと被覆樹脂５２０の下面５２０ｄから突出した複数の端子の先端とがｚ方向で並んでいる。

【0089】

これによれば囲み領域ＥＡに位置する空気が冷却部７３０の備える３つの構成要素の中空を流動する冷媒によって降温されやすくなる。この空気によって下面５２０ｄから突出した複数の端子の先端が降温されやすくなる。

【0090】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図８と図９に基づいて説明する。

【0091】

第１実施形態では、被覆樹脂５２０の上面５２０ｃからゲート端子５４０ｄの先端が露出し、下面５２０ｄからドレイン端子５４０ａ、ソース端子５４０ｂ、および、中点端子５４０ｃそれぞれの先端が露出する例を示した。

【0092】

これに対して本実施形態では、被覆樹脂５２０の上面５２０ｃからドレイン端子５４０ａ、ソース端子５４０ｂ、および、中点端子５４０ｃそれぞれの先端が露出し、下面５２０ｄからゲート端子５４０ｄの先端が露出している。

【0093】

そしてこのゲート端子５４０ｄにおけるｚ方向に延びる部位の一部が囲み領域ＥＡに位置している。これによりゲート端子５４０ｄは囲み領域ＥＡの空気と積極的に熱交換しやすくなる。

【0094】

なお本実施形態に記載のパワーモジュール９００には、第１実施形態に記載のパワーモジュール９００と同等の構成要素が含まれている。そのために本実施形態のパワーモジュール９００が第１実施形態に記載のパワーモジュール９００と同等の作用効果を奏することは言うまでもない。そのためにその記載を省略する。

【0095】

（第１の変形例）
上面５２０ｃと下面５２０ｄから露出される端子の組み合わせは、第１実施形態と第２実施形態で示した構成に限定されない。上面５２０ｃと下面５２０ｄのいずれからドレイン端子５４０ａ、ソース端子５４０ｂ、中点端子５４０ｃ、および、ゲート端子５４０ｄが露出されるのかは特に限定されない。

【0096】

例えば図１０と図１１に示すように、上面５２０ｃからドレイン端子５４０ａとソース端子５４０ｂが露出される構成を採用することもできる。図１０に示す変形例では、下面５２０ｄから中点端子５４０ｃとゲート端子５４０ｄが露出されている。図１１に示す変形例では、下面５２０ｄから同電位の２つの中点端子５４０ｃとゲート端子５４０ｄが露出されている。

【0097】

例えば図１２と図１３に示すように、上面５２０ｃからドレイン端子５４０ａ、ソース端子５４０ｂ、および、ゲート端子５４０ｄが露出される構成を採用することもできる。これら図１２と図１３に示すように、上面５２０ｃから露出されるゲート端子５４０ｄの数は特に限定されない。

【0098】

図１２に示す変形例では、下面５２０ｄから同電位の２つの中点端子５４０ｃが露出されている。図１３に示す変形例では、下面５２０ｄから同電位の２つの中点端子５４０ｃとゲート端子５４０ｄが露出されている。上面５２０ｃから露出されるゲート端子５４０ｄの数と下面５２０ｄから露出されるゲート端子５４０ｄの数は不同でも同一でもよい。

【0099】

（第２の変形例）
各実施形態では冷却器７００の対向部７３１と筐体８００の壁部８１０との間に区画された空隙に半導体モジュールが設けられる例を示した。しかしながら、例えば、２つの冷却器７００を用意して、２つの対向部７３１の間の空隙に半導体モジュールが設けられる構成を採用することもできる。

【0100】

（第３の変形例）
各実施形態では冷却器７００の対向部７３１と筐体８００の壁部８１０との間に区画された空隙に複数の半導体モジュールが設けられる例を示した。しかしながら、この空隙に１つの半導体モジュールが設けられる構成を採用することもできる。そしてこの１つの半導体モジュールが供給管７１０と排出管７２０のうちの少なくとも一方とｙ方向で対向する構成を採用することもできる。

【0101】

（その他の変形例）
本実施形態では電力変換装置５００にインバータが含まれる例を示した。しかしながら電力変換装置５００にはインバータのほかにコンバータが含まれてもよい。

【0102】

本実施形態では電力変換ユニット３００が電気自動車用の車載システム１００に含まれる例を示した。しかしながら電力変換ユニット３００の適用としては特に上記例に限定されない。例えばモータと内燃機関を備えるハイブリッドシステムに電力変換ユニット３００が含まれる構成を採用することもできる。

【0103】

本実施形態では電力変換ユニット３００に１つのモータ４００が接続される例を示した。しかしながら電力変換ユニット３００に複数のモータ４００が接続される構成を採用することもできる。この場合、電力変換ユニット３００はインバータを構成するための３相の半導体モジュールを複数有する。

【0104】

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0105】

５１１…Ｕ相半導体モジュール、５１２…Ｖ相半導体モジュール、５１３…Ｗ相半導体モジュール、５２０…被覆樹脂、５２１…ハイサイドスイッチ、５３１…ローサイドスイッチ、５４０ａ…ドレイン端子、５４０ｂ…ソース端子、５４０ｃ…中点端子、５４０ｄ…ゲート端子、７００…冷却器、７１０…供給管、７２０…排出管、７３０…冷却部、７３１…対向部、７３１ａ…第１側面、７３１ｂ…第２側面、７３１ｃ…第３側面、７３１ｄ…第４側面、７３２…第１腕部、７３３…第２腕部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】