JP2004031590A

JP2004031590A - Semiconductor device

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Publication number: JP2004031590A
Application number: JP2002185040A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Saito; 齋藤　淳; Yutaka Tajima; 田島　豊
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: JP4064741B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make the whole device compact and to reduce parasitic inductance or the like by stacking metal plates and arranging a plurality of semiconductor elements in parallel with each other. <P>SOLUTION: On a base metal plate 2, lamination metal plates 5 and 8 are stacked via an insulator 6. The metal plates 2, 5, and 8 are equipped with low voltage terminals 3, high voltage terminals 7, and output terminals 9, respectively. Each IGBT 10 and each diode 11 on the high voltage side are arranged in parallel with each other, and each IGBT 12 and each diode 13 on the low voltage side are also arranged in parallel with each other. Due to this structure, for example, the metal plates 2, 5, and 8 are formed in a large width, etc., drawing the IGBTs 10 and 12 closer to each other, and parasitic inductances of the IGBTs can be reduced, while at the same time forming a current path wide. Consequently, the IGBTs 10 and 12 can be prevented from being damaged due to the concentration of surge voltage or current caused by the parasitic inductances. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の半導体素子により大電流を出力するのに好適に用いられる半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置としては、例えばバッテリ等の直流電源を交流に変換し、電動モータ等を交流電流によって駆動する３相交流式のインバータ装置が知られている（例えば、特開平１０−２２９６８０号公報等）。
【０００３】
この種の従来技術によるインバータ装置は、例えば３相交流の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が高電圧側の回路ユニットと低電圧側の回路ユニットとによってそれぞれ構成され、これらの回路ユニットは、複数の半導体素子を並列に接続することによって構成されている。
【０００４】
この場合、例えば高電圧側の回路ユニットは、その本体部分となるベース板上にＵ字状の金属フィンが垂直に立設され、各半導体素子は、例えばねじ止め等の手段により金属フィンに対して垂直に立てた状態で取付けられている。また、３相の各相を構成する高電圧側の回路ユニットは、バッテリ等のプラス電極に接続される略Ｌ字状の高電圧端子板を用いて互いに並列に接続されている。
【０００５】
また、低電圧側の回路ユニットも同様に、各半導体素子がベース板上の金属フィンに立てた状態で取付けられ、各相の回路ユニットは、バッテリ等のマイナス電極に接続される略Ｌ字状の低電圧端子板を用いて互いに並列に接続されている。また、高電圧側と低電圧側の回路ユニットの間には、両者間を接続する略Ｌ字状の接続板が設けられている。
【０００６】
ここで、各半導体素子は、逆さに立てた状態で金属フィンに取付けられ、ソース、ゲート等の端子が上向きに突出している。このため、接続板は、その一端側が高電圧側の各半導体素子を覆う位置でソースに接続されると共に、他端側が下向きに略Ｌ字状をなして屈曲し、低電圧側の回路ユニットと接続されている。また、低電圧側の各半導体素子も同様に、上向きに突出したソース等が他の接続板に接続され、この接続板は下向きに屈曲して低電圧端子板と接続されている。
【０００７】
また、高電圧端子板と低電圧端子板とは、例えば各回路ユニットのベース板の裏面側に沿って延びる金属板等により形成され、これらの端子板と接続板とは各半導体素子を上，下で挟むように配置されている。また、各端子板の一端側は、ベース板の裏面側から上向きに略Ｌ字状をなして屈曲し、インバータ装置に設けられた電源コンデンサ等の上面側に引出されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、ベース板上に金属フィンを立設し、各半導体素子を逆さに立てた状態で金属フィンに取付ける構成としている。しかし、この場合には、例えば低電圧側の各半導体素子のソース等を接続板と低電圧端子板とによって半導体素子の上側から下側へと略コ字状に引回す必要がある。
【０００９】
このため、従来技術では、接続板と低電圧端子板とを含めた低電圧側の配線構造が複雑化して長くなり、その寄生インダクタンスが大きくなるため、インバータ装置の作動時には、例えば低電圧側の配線に大きなサージ電圧等が発生して装置の動作が不安定となることがあり、信頼性が低下するという問題がある。
【００１０】
また、従来技術のインバータ装置にあっては、高電圧側と低電圧側の半導体素子間を接続する接続板や、低電圧端子板、高電圧端子板等もＬ字状に屈曲して形成されているため、これらの部位でも配線が複雑化して長尺となり、配線の寄生インダクタンスが増大してサージ電圧が発生し易くなる。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、例えば多数の半導体素子を実装する場合でも、装置全体の配線構造を簡略化して寄生インダクタンスを小さく抑制でき、半導体素子を安定的に作動させることができると共に、信頼性を向上できるようにした半導体装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために請求項１の発明は、電源の低電圧側に接続される低電圧端子が設けられた第１の金属板と、該第１の金属板の表面側に絶縁材を介して積層され前記電源の高電圧側に接続される高電圧端子が設けられた第２の金属板と、該第２の金属板と異なる位置で前記第１の金属板の表面側に絶縁材を介して積層され外部に電流を出力する出力端子が設けられた第３の金属板と、表面電極と裏面電極とを有する半導体素子により形成され前記裏面電極が前記第２の金属板上に並べて配置されると共に前記表面電極が前記第３の金属板と接続された複数の高電圧側素子と、表面電極と裏面電極とを有する半導体素子により形成され前記裏面電極が前記第３の金属板上に並べて配置されると共に前記表面電極が前記第１の金属板と接続された複数の低電圧側素子と、前記各高電圧側素子と各低電圧側素子の通電状態を制御する制御回路基板とにより構成し、前記第１の金属板上で第２の金属板に配置された複数の高電圧側素子と前記第３の金属板に配置された複数の低電圧側素子とを互いに並行な位置関係をもって並べてなる構成を採用している。
【００１３】
このように構成することにより、例えば各金属板の幅寸法等を大きく形成して各高電圧側素子と低電圧側素子とを幅方向に並べて並行に配置でき、高電圧側と低電圧側の素子を近接させることができる。この結果、各金属板を流れる電流の経路を幅広に形成でき、第１の金属板による低電圧側の電流経路と、第２の金属板による高電圧側の電流経路とを上，下に積層することができる。
【００１４】
これにより、各金属板の幅寸法や、高電圧側素子と低電圧側素子との距離等に応じて寄生インダクタンスを低減でき、寄生インダクタンスにより大きなサージ電圧等が発生して素子が損傷するのを防止することができる。また、個々の素子に通電される電流量を均等に分散して均一化できるから、半導体装置に大電流を制御する場合でも、各素子を電流の集中等による損傷から保護でき、また電流許容量の大きな装置を実現することができる。さらに、各金属板を積層して素子を実装できるから、その配線構造を簡略化して装置全体をコンパクトに形成できると共に、素子の放熱性を高めることができる。
【００１５】
また、請求項２の発明によると、低電圧端子は第１の金属板と一体に形成し、高電圧端子は第２の金属板と一体に形成し、出力端子は第３の金属板と一体に形成する構成としている。
【００１６】
これにより、第１，第２，第３の金属板と一緒に個々の端子を容易に形成でき、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、平板状の端子を半導体装置の側面から引出すことができるので、例えば各端子を装置の上面側から引出すためにＬ字状に屈曲させる必要がなくなり、寄生インダクタンスの低減を促進することができる。
【００１７】
また、請求項３の発明では、電源の高電圧側に接続される高電圧端子が設けられた第１の金属板と、該第１の金属板の表面側に絶縁材を介して積層され前記電源の低電圧側に接続される低電圧端子が設けられた第２の金属板と、該第２の金属板と異なる位置で前記第１の金属板の表面側に絶縁材を介して積層され外部に電流を出力する出力端子が設けられた第３の金属板と、表面電極と裏面電極とを有する半導体素子により形成され前記裏面電極が前記第１の金属板上に並べて配置されると共に前記表面電極が前記第３の金属板と接続された複数の高電圧側素子と、表面電極と裏面電極とを有する半導体素子により形成され前記裏面電極が前記第３の金属板上に並べて配置されると共に前記表面電極が前記第２の金属板と接続された複数の低電圧側素子と、前記各高電圧側素子と各低電圧側素子の通電状態を制御する制御回路基板とにより構成し、前記第１の金属板に配置された複数の高電圧側素子と前記第１の金属板上で第３の金属板に配置された複数の低電圧側素子とを互いに並行な位置関係をもって並べる構成としている。
【００１８】
これにより、例えば金属板の幅寸法等を大きく形成して高電圧側と低電圧側の各素子を幅方向に並べて並行に配置でき、これらの素子を寄生インダクタンスによるサージ電圧や電流集中による損傷等から保護することができる。また、装置全体をコンパクトに形成でき、素子の放熱性を高めることができる。
【００１９】
また、電源の低電圧側に接続する第２の金属板をより一層小さな面積に形成できるから、低電圧側の電流経路の寄生インダクタンスをより小さく低減することができる。これにより、第２の金属板側に生じるサージ電圧をさらに小さくすることができる。このため、例えば第２の金属板の電位を制御回路基板の基準電位として用いる場合でも、制御回路基板を安定的に作動させることができる。
【００２０】
また、請求項４の発明によると、高電圧端子は第１の金属板と一体に形成し、低電圧端子は第２の金属板と一体に形成し、出力端子は第３の金属板と接続する構成としている。
【００２１】
これにより、第１，第２の金属板を個々の端子と一緒に形成して部品点数を削減することができる。また、平板状の端子を半導体装置の側面から引出すことができるので、寄生インダクタンスの低減を促進することができる。
【００２２】
また、請求項５の発明によると、第２，第３の金属板のうち少なくとも一方の金属板は絶縁性のセラミックス層に固着された金属層によって形成し、前記セラミックス層と金属層とはセラミックス基板として構成している。これにより、汎用的なセラミックス基板を用いて半導体装置を構成できるから、絶縁材等の部品点数を削減して組立作業を効率よく行うことができる。
【００２３】
また、請求項６の発明によると、高電圧側素子と低電圧側素子とは電気機械のハウジング内に電動モータと一緒に配置され前記電動モータを交流電流により駆動するインバータ装置を構成している。
【００２４】
これにより、第１ないし第３の金属板を用いてインバータ装置をコンパクトに形成でき、電動モータを大きな電流で安定的に駆動することができる。また、インバータ装置の低電圧端子、高電圧端子、出力端子等を装置の側面から金属板と平行に引出すことができるので、これらの端子を電気機械のハウジングの外側へと容易に延ばすことができる。
【００２５】
さらに、請求項７の発明によると、高電圧側素子と低電圧側素子とは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタまたはバイポーラトランジスタにより構成している。これにより、半導体素子は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等の半導体素子により大電流を制御することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による半導体装置を、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２７】
ここで、図１ないし図６は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、半導体装置としてインバータ装置を例に挙げて述べる。
【００２８】
１は後述の負荷１７を駆動するインバータ装置で、該インバータ装置１は、後述のベース金属板２、樹脂ケース４、積層金属板５，８、ＩＧＢＴ１０，１２、ダイオード１１，１３、制御回路基板１４等を含んで構成されている。
【００２９】
また、インバータ装置１は、後述の図４に示す３相交流式のインバータ回路１５において、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相のうち１相分の回路を構成しているものである。
【００３０】
２はインバータ装置１を構成する第１の金属板としてのベース金属板で、該ベース金属板２は略四角形状の平板として形成され、図２中の左，右方向（Ｘ軸方向）及び前，後方向（Ｙ軸方向）に延びている。
【００３１】
３はベース金属板２と一体に形成された低電圧端子で、該低電圧端子３は、ベース金属板２から張出した平板状の端子として形成され、例えばインバータ装置１の左側面から突出すると共に、その突出端側は後述するバッテリ１６のマイナス極側に接続されるものである。この場合、低電圧端子３と後述の高電圧端子７、出力端子９とは、インバータ装置１の側面のうちベース金属板２に近い裏面側の部位から外部に引出され、金属板２等とほぼ平行に延びている。
【００３２】
４は例えば接着、樹脂モールド等の手段を用いてベース金属板２の表面側に固着された絶縁性の樹脂ケースで、該樹脂ケース４は、積層金属板５，８、制御回路基板１４等を取囲む枠状体として形成され、蓋板（図示せず）等によって閉塞されるものである。
【００３３】
５はベース金属板２に絶縁材６を介して積層された第２の金属板としての高電圧側の積層金属板で、該積層金属板５は、図２、図３に示す如く、ベース金属板２よりも小さな略四角形状の平板として形成され、例えばベース金属板２のＸ軸方向一側（左側）に配置されると共に、Ｙ軸方向の幅寸法Ｗ１を有している。
【００３４】
７は高電圧側の積層金属板５と一体に形成された高電圧端子で、該高電圧端子７は、積層金属板５から張出した平板状の端子として形成され、例えば樹脂ケース４の左側面から低電圧端子３と同じ向きに突出すると共に、低電圧端子３と重なり合わない位置に配置されている。そして、高電圧端子７はバッテリ１６のプラス極側に接続されるものである。
【００３５】
８はベース金属板２に絶縁材６を介して積層された第３の金属板としての出力側の積層金属板で、該積層金属板８は、図２に示す如く、積層金属板５とほぼ同様に、Ｙ軸方向の幅寸法Ｗ２をもつ略四角形状の平板として形成されている。また、積層金属板８は、例えばベース金属板２のＸ軸方向他側（右側）に配置され、積層金属板５とＸ軸方向の隙間を挟んで対向している。
【００３６】
９は出力側の積層金属板８と一体に形成された出力端子で、該出力端子９は、積層金属板８から張出した平板状の端子として形成され、例えば樹脂ケース４の右側面から端子３，７と逆向きに突出している。そして、出力端子９は、後述の負荷１７に接続されるものである。
【００３７】
１０は高電圧側の積層金属板５に面実装された例えば３個の高電圧側素子としてのＩＧＢＴで、該各ＩＧＢＴ１０は、例えば四角形の平板状をなすベアチップ型の半導体素子等からなり、後述のダイオード１１と共にＹ軸方向に一定のピッチ（間隔）をもって直線状に並んでいる。
【００３８】
また、各ＩＧＢＴ１０の表面側には、図４に示す如く、表面電極としてのエミッタＥと通電制御用のゲートＧとが設けられ、ＩＧＢＴ１０の裏面側には、裏面電極としてのコレクタＣが配置されている。そして、ＩＧＢＴ１０は半田等を用いて積層金属板５に固着され、コレクタＣが積層金属板５の高電圧端子７と接続されている。また、ＩＧＢＴ１０のエミッタＥは、例えばワイヤボンディング等の手段により金属線１０Ａ，１０Ｂを用いて出力側の積層金属板８と接続され、ゲートＧは、他の金属線１０Ｃを用いて後述の制御回路基板１４と接続されている。
【００３９】
１１はＩＧＢＴ１０と共に高電圧側素子を構成する例えば３個のダイオードで、該各ダイオード１１は積層金属板５に面実装され、金属線１０Ａ等を用いて各ＩＧＢＴ１０のコレクタＣとエミッタＥとの間にそれぞれ並列に接続されている。
【００４０】
１２は出力側の積層金属板８に面実装された例えば３個の低電圧側素子としてのＩＧＢＴで、該各ＩＧＢＴ１２は、ＩＧＢＴ１０とほぼ同様の半導体素子からなり、そのコレクタＣは積層金属板８と接続されている。また、ＩＧＢＴ１２のエミッタＥは、金属線１２Ａを用いて低電圧側のベース金属板２と接続され、金属線１２Ｂを用いて後述のダイオード１３と接続されると共に、ゲートＧは金属線１２Ｃを用いて制御回路基板１４と接続されている。
【００４１】
１３はＩＧＢＴ１２と共に低電圧側素子を構成する例えば３個のダイオードで、該各ダイオード１３は積層金属板８に面実装され、金属線１２Ｂ等を用いて各ＩＧＢＴ１２のコレクタＣとエミッタＥとの間にそれぞれ並列に接続されている。
【００４２】
ここで、インバータ装置１は、高電圧側のＩＧＢＴ１０と低電圧側のＩＧＢＴ１２とをそれぞれ３個ずつ並列に接続することにより、これら全体として通電可能な電流量を増大し、また各ＩＧＢＴ１０，１２の内部抵抗等による損失を小さく抑える構成となっている。
【００４３】
この場合、高電圧側と低電圧側のＩＧＢＴ１０，１２は、互いにほぼ等しいピッチでＹ軸方向に沿って列設され、積層金属板５，８の幅寸法Ｗ１，Ｗ２のほぼ全長にわたって互いに並行な位置関係をもつように並べて配置されると共に、個々のＩＧＢＴ１０，１２がＸ軸方向の間隔をもってそれぞれ対向している。また、高電圧側と低電圧側の各ダイオード１１，１３も同様に、互いに並行な位置関係をもつように並べて配置されている。
【００４４】
これにより、インバータ装置１は、高電圧側の各ＩＧＢＴ１０を介して積層金属板５，８間に大電流が流れるとき、または低電圧側の各ＩＧＢＴ１２を介してベース金属板２と積層金属板８との間に大電流が流れるときに、これらの電流経路が金属板２，５，８のほぼ全幅にわたって均等に形成され、高電圧側と低電圧側の電流経路が金属板２，５，８等によって上，下に積層された状態となる。即ち、高電圧側と低電圧側の電流経路を幅広に形成してＩＧＢＴ１０，１２の直ぐ近くまで延ばすことができ、かつこれらの電流経路を電流の方向が互いに逆向きとなるように積層することができる。従って、本実施の形態では、金属板２，５，８等の寄生インダクタンスを幅寸法Ｗ１，Ｗ２等に応じて小さく抑制でき、また大電流を個々のＩＧＢＴ１０，１２に安定的に分散できる構成となっている。
【００４５】
１４は樹脂ケース４内に取付けられた制御回路基板で、該制御回路基板１４は、図３に示す如く、金属板２，５，８の上側に隙間をもって配置されている。また、制御回路基板１４には、各ＩＧＢＴ１０，１２の通電状態を制御する制御回路（図示せず）が設けられ、この制御回路は、基板１４の端部近傍で各金属線１０Ｃ，１２Ｃを用いて個々のＩＧＢＴ１０，１２と接続されている。
【００４６】
そして、インバータ装置１は、制御回路基板１４を用いて各ＩＧＢＴ１０，１２をＯＮ，ＯＦＦ制御することにより、バッテリ１６等の直流電源を交流に変換する。この場合、インバータ装置１は、図４に示す如く、例えばインバータ装置１とほぼ同様に構成された他のインバータ装置１′，１″と一緒にバッテリ１６に対して並列に接続され、これらのインバータ装置１，１′，１″をＵ相，Ｖ相，Ｗ相とする３相交流式のインバータ回路１５を構成する。そして、インバータ回路１５の各出力端子９，９′，９″は、例えば３相交流の電流を出力して電動モータ等の負荷１７を駆動するものである。
【００４７】
本実施の形態によるインバータ装置１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００４８】
まず、各ＩＧＢＴ１０，１２がＯＮ，ＯＦＦされると、高電圧側の積層金属板５と出力側の積層金属板８との間には、各ＩＧＢＴ１０を介して大電流がＸ軸方向に流れ、また低電圧側のベース金属板２と積層金属板８との間にも、各ＩＧＢＴ１２を介して大電流がＸ軸方向に流れる。
【００４９】
この場合、各ＩＧＢＴ１０，１２は、互いに並行な位置関係をもって対向するように積層金属板５，８の幅寸法Ｗ１，Ｗ２にわたって並べて配置されているため、これらの大電流の電流経路は積層金属板５，８のほぼ全幅にわたって均等に形成され、高電圧側と低電圧側の電流経路が上，下に積層された状態となる。
【００５０】
そして、金属板２，５の電流経路は幅広で電流の方向が互いに逆向きとなり、金属板５，８の電流経路も幅広で互いに逆向きとなるから、金属板２，５，８に生じる寄生インダクタンスを小さくすることができる。これにより、金属板２，５，８の寄生インダクタンスを幅寸法Ｗ１，Ｗ２等に応じて低減することができる。
【００５１】
また、各ＩＧＢＴ１０，１２では、高電圧端子７からＩＧＢＴ１０を介して出力端子９に至る電流経路の長さ、及び出力端子９からＩＧＢＴ１２を介して低電圧端子３に至る電流経路の長さが個々のＩＧＢＴ１０，１２間でほぼ同程度になる。従って、各ＩＧＢＴのうち電流経路が短い一部のＩＧＢＴの電流密度が大きくなり、このＩＧＢＴ等に電流が集中するのを防止することができる。即ち、大電流が個々のＩＧＢＴ１０，１２にほぼ均等に分散して通電されるようになるため、一部のＩＧＢＴ１０，１２が電流の集中等によって損傷するのを防止することができる。
【００５２】
また、ＩＧＢＴ１０，１２の通電時には、その電流量に応じて多量の熱が発生する。しかし、各ＩＧＢＴ１０，１２は積層金属板５，８に面実装され、これらの金属板５，８はベース金属板２に広い面積をもって積層されているため、ＩＧＢＴ１０，１２の熱を金属板２，５，８を介して効率よく逃すことができる。
【００５３】
かくして、本実施の形態では、ベース金属板２に積層金属板５，８を積層し、これらの積層金属板５，８には、高電圧側と低電圧側のＩＧＢＴ１０，１２を互いに並行に並べて実装する構成としたので、金属板２，５，８のほぼ全幅にわたって均等な電流経路を形成でき、この電流経路を可能な限り幅広に形成しつつ、高電圧側の電流経路と低電圧側の電流経路とを上，下に積層することができる。
【００５４】
この場合、単に金属板を用いて複数のＩＧＢＴ等を平面的に配置しようとしても、金属板の面積を大きくしてインバータ装置を大型化しない限りは、各ＩＧＢＴ間に幅広で均等な電流経路を形成したり、高電圧側と低電圧側のＩＧＢＴ間の接続距離を短くするのが難しい。
【００５５】
しかし、本実施の形態では、金属板２，５，８を積層することにより、ベース金属板２をＩＧＢＴ１０，１２の実装に必要な最低限の大きさに形成しつつ、これらの幅寸法Ｗ１，Ｗ２等を確保して寄生インダクタンスを容易に低減させることができる。また、高電圧側と低電圧側のＩＧＢＴ１０，１２を近接させて両者間の寄生インダクタンスも減少させることができ、通電時に発生するサージ電圧等を小さく抑制することができる。このため、サージ電圧等によってＩＧＢＴ１０，１２が損傷したり、インバータ装置１の動作が不安定となるのを確実に防止することができる。
【００５６】
また、個々のＩＧＢＴ１０，１２に通電される電流量を均等に分散して小さく抑えることができるから、インバータ装置１により大電流を制御する場合でも、ＩＧＢＴ１０，１２を電流の集中等による損傷から保護でき、また電流許容量の大きなインバータ装置１を実現することができる。
【００５７】
さらに、従来技術のようにＬ字状に屈曲した接続板、端子板等を用いる必要がなくなるから、インバータ装置１を薄型でコンパクトに形成できると共に、寄生インダクタンスをより確実に低減させることができる。また、積層金属板５，８とベース金属板２との間に広い接触面積を確保できるから、ＩＧＢＴ１０，１２の放熱性を高めることができる。
【００５８】
従って、本実施の形態によれば、金属板２，５，８を用いて装置全体の配線構造を簡略化でき、ＩＧＢＴ１０，１２等の動作を安定化できると共に、インバータ装置１の性能や信頼性を向上させることができる。また、例えば４個以上の多数のＩＧＢＴ１０，１２等をインバータ装置１に実装する場合でも、金属板２，５，８の幅寸法Ｗ１，Ｗ２等をＩＧＢＴ１０，１２の個数に対応して広くするだけで容易に対応でき、設計自由度を高めることができる。
【００５９】
また、低電圧端子３、高電圧端子７、出力端子９を金属板２，５，８とそれぞれ一体に形成したので、これらの端子３，７，９を容易に形成でき、インバータ装置１の部品点数を削減することができる。この場合、平板状の端子３，７，９をインバータ装置１の側面から引出すことができるので、例えば各端子を樹脂ケース４の上面側から引出すためにＬ字状に屈曲させる必要がなくなり、寄生インダクタンスの低減を促進することができる。
【００６０】
また、制御回路基板１４を金属板２，５，８の上側に隙間をもって配置したので、例えば金属板２，５，８と同じ平面上に基板１４を設ける必要がなくなり、インバータ装置１をコンパクトに形成できると共に、高電圧側と低電圧側のＩＧＢＴ１０，１２を容易に近接させることができる。
【００６１】
この場合、各ＩＧＢＴ１０，１２のゲートＧをワイヤボンディング等の手段によって制御回路基板１４と接続したので、従来技術のように半導体素子の端子等を制御回路基板の貫通孔に挿通する場合と比較して、制御回路基板１４を各ＩＧＢＴ１０，１２に高い精度で位置合わせする必要がなくなり、これらの組立や接続作業を効率よく行うことができる。
【００６２】
また、本実施の形態では、高電圧側の各ＩＧＢＴ１０と低電圧側の各ＩＧＢＴ１２とが互いに並行になるように配置し、かつＩＧＢＴ１０，１２間に端子３，７，９（バスバ電極）の取付部位を設けていない。このため、複数個のＩＧＢＴ１０と複数個のＩＧＢＴ１２とを互いに同程度の短い距離で接続でき、これらの接続部位の寄生インピーダンスを十分に低減することができる。
【００６３】
これにより、ＩＧＢＴ１０，１２が切換動作を行うときには、例えば金属板２，５，８等の寄生インダクタンスによって負のサージ電圧や電圧のリンギング等が発生し、ベース金属板２の電位がグランド電位よりもマイナス側に変動するのを防止でき、例えばベース金属板２の電位を制御回路基板１４の基準電位として用いる場合でも、制御回路基板１４を安定的に作動させることができる。
【００６４】
ここで、図５に示すインバータ装置１の等価回路を参照しつつ、ＩＧＢＴ１０，１２の切換動作により発生する負のサージ電圧について説明する。この場合、図５中のＬ１は高電圧側の積層金属板５等の寄生インダクタンスを示し、Ｌ２，Ｌ３は出力側の積層金属板８等の寄生インダクタンス、Ｌ４は低電圧側のベース金属板２等の寄生インダクタンスをそれぞれ示している。
【００６５】
そして、まず最初に、高電圧側のＩＧＢＴ１０がＯＮ状態となり、低電圧側のＩＧＢＴ１２がＯＦＦ状態となっているときには、バッテリ１６からＩＧＢＴ１０を介して負荷１７に負荷電流Ｉａが流れている。
【００６６】
次に、ＩＧＢＴ１０がＯＮからＯＦＦに切換わると、この負荷電流Ｉａは、負荷１７に蓄えられたエネルギにより瞬間的に遷移し、低電圧側のダイオード１３を介して流れる遷移電流Ｉｂに変化する。そして、このときの電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）は大きな値となるため、例えば金属板２，８等の寄生インダクタンスＬ４，Ｌ３が微小であっても、低電圧端子３と出力端子９との間には、例えば（Ｌ３＋Ｌ４）×ｄｉ／ｄｔとして定められる大きな逆起電力が発生する。
【００６７】
また、低電圧端子３と出力端子９との間には、ＩＧＢＴ１０がＯＦＦしたことによる電圧降下も生じるため、これらの電圧降下と逆起電力とが加算されることにより、低電圧端子３と出力端子９との端子間電圧Ｖには、図６に示す如く、グランド電位よりもマイナス側に変動する負のサージ電圧Ｖｓが発生することがある。
【００６８】
しかし、本実施の形態では、金属板２，５，８等の面積を小さくして寄生インダクタンスＬ１〜Ｌ４を低減できるので、負のサージ電圧Ｖｓを小さく抑えることができ、例えばベース金属板２の電位を制御回路基板１４の基準電位として使用できると共に、制御回路基板１４が負のサージ電圧Ｖｓや電圧のリンギング等によって誤動作するのを防止することができる。
【００６９】
次に、図７及び図８は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、第１の金属板に高電圧端子を設け、第２の金属板に低電圧端子を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７０】
２１はインバータ装置で、該インバータ装置２１は、後述のベース金属板２２、樹脂ケース２４、積層金属板２５，２８、ＩＧＢＴ３０，３２、ダイオード３１，３３、制御回路基板３４等を含んで構成され、例えば３相交流式のインバータ回路のうち１相分の回路を構成しているものである。
【００７１】
２２はインバータ装置２１を構成する第１の金属板としてのベース金属板で、該ベース金属板２２は、略四角形状の平板として形成され、図７中のＸ軸方向及びＹ軸方向に延びている。また、ベース金属板２２には平板状の高電圧端子２３が一体に形成され、該高電圧端子２３は、例えばインバータ装置２１の右側面のうちベース金属板２２に近い裏面側の部位から突出している。
【００７２】
ここで、インバータ装置２１は、ベース金属板２２が高電圧端子２３を介してバッテリ１６のプラス極側に接続され、後述の積層金属板２５が低電圧端子２７を介してバッテリ１６のマイナス極側に接続される構成となっている。これにより、インバータ装置２１は、第１の実施の形態と比較して低電圧側（積層金属板２５）の導体面積が小さく形成されている。
【００７３】
２４はベース金属板２２の表面側に固着された絶縁性の樹脂ケースで、該樹脂ケース２４は、第１の実施の形態とほぼ同様に、積層金属板２５，２８、制御回路基板３４等を取囲む枠状体として形成されている。
【００７４】
２５はベース金属板２２に絶縁材２６を介して積層された第２の金属板としての低電圧側の積層金属板で、該積層金属板２５は、図７、図８に示す如く、ベース金属板２２よりも小さな略四角形状の平板として形成されている。また、積層金属板２５には平板状の低電圧端子２７が一体に形成され、該低電圧端子２７は、例えば樹脂ケース２４の右側面から突出している。
【００７５】
２８はベース金属板２２に絶縁材２６を介して積層された第３の金属板としての出力側の積層金属板で、該積層金属板２８は、ベース金属板２２よりも小さな略四角形状の平板として形成されている。
【００７６】
ここで、積層金属板２８は、ベース金属板２２のＸ軸方向の中央近傍に配置されている。そして、ベース金属板２２には、積層金属板２８のＸ軸方向一側（左側）に後述のＩＧＢＴ３０、ダイオード３１が配置され、積層金属板２８のＸ軸方向他側（右側）に低電圧側の積層金属板２５が配置されている。
【００７７】
２９は金属線２９Ａを用いて出力側の積層金属板２８に接続して設けられた平板状の出力端子で、該出力端子２９は細長い金属片等によって形成され、例えば樹脂モールド等の手段により樹脂ケース２４の左側面に取付けられると共に、樹脂ケース２４の内，外に突出している。そして、出力端子２９は、電動モータ等の負荷１７に接続されるものである。
【００７８】
３０は例えば３個の高電圧側素子としてのＩＧＢＴで、該各ＩＧＢＴ３０は、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えばベアチップ型の半導体素子等からなり、ダイオード３１と一緒にベース金属板２２に面実装されると共に、Ｙ軸方向に沿って一定のピッチで直線状に並んでいる。
【００７９】
そして、各ＩＧＢＴ３０は、裏面電極としてのコレクタＣが高電圧側のベース金属板２２と接続され、表面電極としてのエミッタＥが金属線３０Ａ，３０Ｂを用いて出力側の積層金属板２８と接続されると共に、ゲートＧが他の金属線３０Ｃを用いて後述の制御回路基板３４と接続されている。また、各ダイオード３１は、各ＩＧＢＴ３０と一緒に列設され、金属線３０Ａ等を用いて各ＩＧＢＴ３０のコレクタＣとエミッタＥとの間にそれぞれ並列に接続されている。
【００８０】
３２は例えば３個の低電圧側素子としてのＩＧＢＴで、該各ＩＧＢＴ３２は、ダイオード３３と一緒に出力側の積層金属板２８に面実装され、コレクタＣが積層金属板２８と接続されている。また、ＩＧＢＴ３２のエミッタＥは、金属線３２Ａを用いて低電圧側の積層金属板２５と接続され、金属線３２Ｂを用いてダイオード３３と接続されると共に、ゲートＧは金属線３２Ｃを用いて制御回路基板３４と接続されている。また、ダイオード３３は、各ＩＧＢＴ３２のコレクタＣとエミッタＥとの間に並列に接続されている。
【００８１】
ここで、高電圧側と低電圧側の各ＩＧＢＴ３０，３２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、互いにほぼ等しいピッチでＹ軸方向に沿って列設され、個々のＩＧＢＴ３０，３２がＸ軸方向の間隔をもってそれぞれ対向すると共に、積層金属板２５，２８のほぼ全幅にわたって並行に並んでいる。また、高電圧側と低電圧側の各ダイオード３１，３３も同様に、互いに並行に並べて配置されている。
【００８２】
これにより、インバータ装置２１は、高電圧側の各ＩＧＢＴ３０を介してベース金属板２２と積層金属板２８との間に大電流がＸ軸方向に流れるとき、または低電圧側の各ＩＧＢＴ３２を介して積層金属板２５，２８間に大電流がＸ軸方向に流れるときに、金属板２２，２５，２８のＹ軸方向のほぼ全幅にわたって幅広な電流経路を形成し、高電圧側と低電圧側の電流経路が金属板２２，２５によって上，下に積層された状態となる。従って、本実施の形態では、金属板２２，２５，２８等の寄生インダクタンスをこれらの幅寸法に応じて小さく抑制でき、また大電流を個々のＩＧＢＴ３０，３２に安定的に分散できるものである。
【００８３】
３４は樹脂ケース２４内に取付けられた制御回路基板で、該制御回路基板３４は、第１の実施の形態とほぼ同様に、金属板２２，２５，２８の上側に隙間をもって配置され、各金属線３０Ｃ，３２Ｃを用いて個々のＩＧＢＴ３０，３２と接続されている。
【００８４】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、ベース金属板２２に高電圧端子２３を設け、積層金属板２５に低電圧端子２７を設ける構成としたので、積層金属板２５からなる低電圧側の導体面積を小さく形成でき、低電圧側の寄生インダクタンスをより低減することができる。
【００８５】
これにより、ＩＧＢＴ３０，３２が切換動作を行うときには、積層金属板２５側の寄生インダクタンスによって負のサージ電圧や電圧のリンギング等が発生し、積層金属板２５の電位がグランド電位よりもマイナス側に変動するのを防止でき、例えば積層金属板２５の電位を制御回路基板３４の基準電位として用いる場合でも、制御回路基板３４を安定的に作動させることができる。
【００８６】
ここで、第１の実施の形態で図５、図６を用いて説明した場合と同様に、ＩＧＢＴ３０，３２の切換動作により発生する負のサージ電圧について説明する。この場合、まず最初に、高電圧側のＩＧＢＴ３０がＯＮ状態となり、低電圧側のＩＧＢＴ３２がＯＦＦ状態となっているときには、バッテリ１６からＩＧＢＴ３０を介して負荷１７に負荷電流Ｉａが流れている。
【００８７】
次に、ＩＧＢＴ３０がＯＮからＯＦＦに切換わると、この負荷電流Ｉａは、負荷１７に蓄えられたエネルギにより瞬間的に遷移し、低電圧側のダイオード３３を介して流れる遷移電流Ｉｂに変化する。そして、このときの電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）は大きな値となるため、例えば積層金属板２５，２８の寄生インダクタンスＬ４，Ｌ３が微小であっても、低電圧端子２７と出力端子２９との間には、例えば（Ｌ３＋Ｌ４）×ｄｉ／ｄｔとして定められる大きな逆起電力が発生する。
【００８８】
また、低電圧端子２７と出力端子２９との間には、ＩＧＢＴ３０がＯＦＦしたことによる電圧降下も生じるため、これらの電圧降下と逆起電力とが加算されることにより、低電圧端子２７と出力端子２９との端子間電圧Ｖには、グランド電位よりもマイナス側に変動する負のサージ電圧Ｖｓが発生することがある。
【００８９】
しかし、本実施の形態では、積層金属板２５の面積をより小さくして低電圧側の寄生インダクタンスＬ４を低減できるので、負のサージ電圧Ｖｓを小さく抑えることができ、例えば積層金属板２５の電位を制御回路基板３４の基準電位として使用できると共に、制御回路基板３４が負のサージ電圧Ｖｓや電圧のリンギング等によって誤動作するのを防止することができる。
【００９０】
次に、図９は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、前記第１の実施の形態にセラミックス基板を用いる構成としたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９１】
４１はインバータ装置で、該インバータ装置４１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、ベース金属板２、樹脂ケース４、ＩＧＢＴ１０，１２、ダイオード１１，１３、制御回路基板１４と、後述の積層金属板４３，４６等とを含んで構成されている。しかし、積層金属板４３，４６は、後述するセラミックス基板４２，４５の一部として構成されている。
【００９２】
４２は例えば半田付け、接着等の手段によりベース金属板２上に設けられたセラミックス基板で、該セラミックス基板４２は、例えば汎用的な積層基板等により構成され、第１の実施の形態における高電圧側の積層金属板５と絶縁材６とに代えて用いられるものである。そして、セラミックス基板４２は、絶縁材となるセラミックス層４２Ａの両面側に金属層４２Ｂが積層されている。
【００９３】
４３はセラミックス基板４２の表面側の金属層４２Ｂを用いて形成された第２の金属板としての積層金属板で、該積層金属板４３には、高電圧側のＩＧＢＴ１０とダイオード１１とが実装されている。また、積層金属板４３には、例えば半田付け、超音波接合等の手段により高電圧端子４４が接合され、該高電圧端子４４は樹脂ケース４の外部に突出している。
【００９４】
４５はベース金属板２上に設けられた他のセラミックス基板で、該セラミックス基板４５は、セラミックス基板４２とほぼ同様の汎用的な積層基板等からなり、第１の実施の形態における出力側の積層金属板８と絶縁材６とに代えて用いられるものである。そして、セラミックス基板４５は、絶縁材となるセラミックス層４５Ａの両面側に金属層４５Ｂが積層されている。
【００９５】
４６はセラミックス基板４５の表面側の金属層４５Ｂを用いて形成された第３の金属板としての積層金属板で、該積層金属板４６には、低電圧側のＩＧＢＴ１２とダイオード１３とが実装され、出力端子４７が接合されている。
【００９６】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、汎用的なセラミックス基板４２，４５を用いてインバータ装置４１を構成できるから、絶縁材６等の部品点数を削減して組立作業を効率よく行うことができる。
【００９７】
次に、図１０は本発明による第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、前記第２の実施の形態にセラミックス基板を用いる構成としたことにある。なお、本実施の形態では、第２の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９８】
５１はインバータ装置で、該インバータ装置５１は、第２の実施の形態とほぼ同様に、ベース金属板２２、樹脂ケース２４、ＩＧＢＴ３０，３２、ダイオード３１，３３、制御回路基板３４と、後述の積層金属板５４，５７等とを含んで構成されている。しかし、積層金属板５４，５７は、後述するセラミックス基板５３，５６の一部として構成されている。
【００９９】
５２は例えば半田付け、接着等の手段によりベース金属板２２上に設けられた第１のセラミックス基板で、該セラミックス基板５２は、前記第３の実施の形態とほぼ同様に、例えば汎用的な積層基板等により構成され、絶縁性のセラミックス層５２Ａの両面側に金属層５２Ｂが積層されている。そして、高電圧側のＩＧＢＴ３０とダイオード３１とは、セラミックス基板５２を介してベース金属板２２上に実装され、ＩＧＢＴ３０のコレクタＣは、金属線５２Ｃを用いてベース金属板２２と接続されている。
【０１００】
５３はベース金属板２２上に設けられた第２のセラミックス基板で、該セラミックス基板５３は、第２の実施の形態における低電圧側の積層金属板２５と絶縁材２６とに代えて用いられ、絶縁材となるセラミックス層５３Ａの両面側に金属層５３Ｂが積層されている。
【０１０１】
５４はセラミックス基板５３の表面側の金属層５３Ｂを用いて形成された第２の金属板としての積層金属板で、該積層金属板５４には、例えば半田付け、超音波接合等の手段により低電圧端子５５が接合され、該低電圧端子５５は樹脂ケース２４の外部に突出している。
【０１０２】
５６はベース金属板２２上に設けられた第３のセラミックス基板で、該セラミックス基板５６は、第２の実施の形態における出力側の積層金属板２８と絶縁材２６とに代えて用いられ、絶縁材となるセラミックス層５６Ａの両面側に金属層５６Ｂが積層されている。
【０１０３】
５７はセラミックス基板５６の表面側の金属層５６Ｂを用いて形成された第３の金属板としての積層金属板で、該積層金属板５７には、低電圧側のＩＧＢＴ３２とダイオード３３とが実装され、金属線５８Ａ等を用いて出力端子５８が接合されている。
【０１０４】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第２，第３の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【０１０５】
次に、図１１は本発明による第５の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、制御回路基板を複数の基板によって構成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１０６】
６１はインバータ装置で、該インバータ装置６１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、ベース金属板２、樹脂ケース４、積層金属板５，８、ＩＧＢＴ１０，１２、ダイオード１１，１３と、後述の制御回路基板６２等とを含んで構成されている。
【０１０７】
６２は樹脂ケース４内に取付けられた制御回路基板で、該制御回路基板６２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、金属板２，５，８の上側に隙間をもって配置され、各ＩＧＢＴ１０，１２の通電状態を制御する制御回路（図示せず）が設けられている。
【０１０８】
また、制御回路基板６２は、例えば３個の基板６３，６４，６５により構成されている。そして、基板６３〜６５のうち最も大きく形成された上側の基板６３は、下側の基板６４，６５と上，下方向で重なり合うように配置され、これらの基板６３〜６５は金属線６２Ａ等を用いて互いに接続されている。また、各ＩＧＢＴ１０，１２のゲートＧは、金属線６２Ｂ等を用いて下側の基板６４，６５に接続されている。
【０１０９】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、制御回路基板６２を、金属板２，５，８に対して垂直な方向に離間した基板６３，６４，６５により構成したので、制御回路基板６２の面積を全体として大きく形成することができる。特に、上側の基板６３には、ベース金属板２と同程度の大きな面積を確保できるので、インバータ装置６１の設計自由度を高めることができる。
【０１１０】
次に、図１２は本発明による第６の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、インバータ装置を電気機械に適用する構成としたことにある。
【０１１１】
７１は例えば自動車等の車両に搭載されるインバータ付き電気機械で、該インバータ付き電気機械７１は、その外郭となる段付き筒状のハウジング７２を有し、該ハウジング７２は、後述の電動モータ７５を収容する筒状のモータケース７２Ａと、自動変速機７３を収容する変速機ケース７２Ｂと、これらのケース７２Ａ，７２Ｂ間を仕切る仕切板７２Ｃとにより大略構成されている。
【０１１２】
７３はハウジング７２の変速機ケース７２Ｂ内に収容された自動変速機で、該自動変速機７３は、車両のエンジン側に連結された入力軸７４と、車輪側に連結された出力軸（図示せず）との間に設けられ、例えば運転者の変速操作等に応じてエンジンの回転を変速しつつ、変速した回転を出力軸に伝達するものである。
【０１１３】
７５はハウジング７２のモータケース７２Ａ内に設けられた多相交流式の電動モータで、該電動モータ７５は、モータケース７２Ａ内に固定された環状のステータ７５Ａと、入力軸７４の外周側に固着されたマグネット等からなるロータ７５Ｂとにより構成されている。そして、電動モータ７５は、後述のインバータ装置７６から給電されることによって入力軸７４を回転駆動し、例えばエンジンと協働して車両を走行させるものである。
【０１１４】
７６はハウジング７２のモータケース７２Ａ内に設けられたインバータ装置で、該インバータ装置７６は、前記第１ないし第５の実施の形態で用いたインバータ装置１，２１，４１，５１，６１のいずれかによって構成され、ベース金属板７７、高電圧端子７８、低電圧端子７９、出力端子８０等を有している。
【０１１５】
ここで、インバータ装置７６は、例えばベース金属板７７が熱伝導性の高い絶縁材（図示せず）等を介してハウジング７２の仕切板７２Ｃに取付けられている。また、高電圧端子７８と低電圧端子７９とは、モータケース７２Ａの開口端に設けられた切欠き溝８１等を介してハウジング７２の外部に引出され、これらは車両のバッテリ等に接続されている。この場合、モータケース７２Ａの切欠き溝８１には、ケースの内，外をシールするシール部材８２が設けられている。
【０１１６】
そして、インバータ装置７６は、その出力端子８０がモータケース７２Ａ内で電動モータ７５と接続され、バッテリ等の電力を用いて電動モータ７５を交流電流により駆動するものである。
【０１１７】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１ないし第５の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、インバータ装置７６の裏面側に位置するベース金属板７７をハウジング７２の仕切板７２Ｃに取付ける構成としている。
【０１１８】
この場合、インバータ装置７６は、その側面のうちベース金属板７７に近い部位から高電圧端子７８と低電圧端子７９とが突出しているので、モータケース７２Ａの開口端に切欠き溝８１を形成するだけで、これらの端子７８，７９を仕切板７２Ｃに沿ってハウジング７２の外部へと容易に引出すことができる。これにより、従来のモータケース７２Ａに対して貫通孔等を形成する必要がなくなり、簡単な溝加工を施すだけで、インバータ装置７６をハウジング７２内に容易に配置できると共に、シール部材８２等の装着も円滑に行うことができる。
【０１１９】
また、例えば４２Ｖ程度の高電圧を有するバッテリ等を車両に搭載する場合でも、インバータ装置７６のベース金属板７７とハウジング７２の仕切板７２Ｃとの間に絶縁材等を介在させることにより、サージ電圧等に対する絶縁対策を確実に行うことができ、高電圧仕様の車両にも容易に適用することができる。
【０１２０】
なお、前記各実施の形態では、高電圧側素子として３個のＩＧＢＴ１０，３０及びダイオード１１，３１を実装し、低電圧側素子として３個のＩＧＢＴ１２，３２及びダイオード１３，３３を実装した場合を例に挙げて述べた。しかし、本発明は、高電圧側素子と低電圧側素子の個数が実施例に限定されるものではなく、例えば２個の高電圧側素子と２個の低電圧側素子とを並行に並べる構成としてもよく、また４個以上の高電圧側素子と４個以上の低電圧側素子とを並行に並べる構成としてもよい。
【０１２１】
また、実施の形態では、高電圧側素子と低電圧側素子とをＩＧＢＴ１０，１２，３０，３２、ダイオード１１，１３，３１，３３等により構成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば高電圧側素子や低電圧側素子としてＭＯＳＦＥＴ等を用いる構成としてもよい。
【０１２２】
特に、高電圧側素子及び低電圧側素子としてＭＯＳＦＥＴを用い、これらのＭＯＳＦＥＴ内に存在する寄生ダイオードをダイオード１１，１３，３１，３３に代えて利用することにより、ダイオード１１，１３，３１，３３を廃止することができ、このような回路構成によっても、第１ないし第６の実施の形態で述べた作用効果を得ることができる。
【０１２３】
また、実施の形態では、金属板２，５，８，２２，２５，２８，４３，４６，５４，５７，７７と、端子３，７，９，２３，２７，２９，４４，４７，５５，５８，７８，７９，８０の一部を必要に応じて一体に形成した。しかし、本発明はこれに限らず、これら全ての金属板と端子とを別個の金属部品として形成したり、一部の金属板と端子とを別個の金属部品として形成し、両者を半田付け、ワイヤボンディング等の手段により接続する構成としてもよい。これにより、外部から端子に応力等が加わる場合でも、この応力がインバータ装置内に伝わるのを防止でき、外力等による装置の損傷を防止することができる。
【０１２４】
さらに、実施の形態では、半導体装置としてインバータ装置１，２１，４１，５１，６１，７６を例に挙げて述べた。しかし、本発明はこれに限らず、大電流を通電する各種の半導体装置に適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるインバータ装置を示す斜視図である。
【図２】図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみたインバータ装置の断面図である。
【図３】図２中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみたインバータ装置の断面図である。
【図４】インバータ装置を含めたインバータ回路全体を示す回路図である。
【図５】インバータ装置の金属板等により生じる寄生インダクタンスを示す等価回路図である。
【図６】低電圧側の寄生インダクタンスにより負のサージ電圧が発生する状態を示す特性線図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるインバータ装置を示す断面図である。
【図８】図７中の矢示ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向からみたインバータ装置の断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態によるインバータ装置を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態によるインバータ装置を示す断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態によるインバータ装置を示す断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態によるインバータ装置を電気機械に搭載した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１′，１″，２１，４１，５１，６１，７６　インバータ装置（半導体装置）
２，２２，７７　ベース金属板（第１の金属板）
３，２７，５５，７９　低電圧端子
４，２４　樹脂ケース
５，２５，４３，５４　積層金属板（第２の金属板）
６，２６　絶縁材
７，２３，４４，７８　高電圧端子
８，２８，４６，５７　積層金属板（第３の金属板）
９，９′，９″，２９，４７，５８，８０　出力端子
１０，３０　ＩＧＢＴ（高電圧側素子）
１１，３１　ダイオード（高電圧側素子）
１２，３２　ＩＧＢＴ（低電圧側素子）
１３，３３　ダイオード（低電圧側素子）
１４，３４，６２　制御回路基板
１６　バッテリ（電源）
４２，４５，５２，５３，５６　セラミックス基板
４２Ａ，４５Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５６Ａ　セラミックス層（絶縁材）
４２Ｂ，４５Ｂ，５２Ｂ，５３Ｂ，５６Ｂ　金属層
６３，６４，６５　基板
７１　インバータ付き電気機械
７２　ハウジング
７５　電動モータ
Ｅ　エミッタ（表面電極）
Ｃ　コレクタ（裏面電極）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device suitably used for outputting a large current by a semiconductor element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a MOS transistor (MOSFET).
[0002]
[Prior art]
In general, as a semiconductor device, for example, a three-phase AC inverter device that converts a DC power supply such as a battery into AC and drives an electric motor or the like with AC current is known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-229680). etc).
[0003]
In this type of conventional inverter device, for example, each phase (U-phase, V-phase, W-phase) of three-phase AC is constituted by a high-voltage side circuit unit and a low-voltage side circuit unit, respectively. The unit is configured by connecting a plurality of semiconductor elements in parallel.
[0004]
In this case, for example, in the circuit unit on the high voltage side, U-shaped metal fins are erected vertically on a base plate serving as a main body thereof, and each semiconductor element is attached to the metal fins by means such as screwing. It is installed vertically. The circuit units on the high voltage side constituting each of the three phases are connected in parallel to each other using a substantially L-shaped high voltage terminal plate connected to a positive electrode such as a battery.
[0005]
Similarly, the circuit unit on the low voltage side is mounted with each semiconductor element standing on a metal fin on the base plate, and the circuit unit for each phase is substantially L-shaped connected to a negative electrode such as a battery. Are connected in parallel with each other by using the low-voltage terminal plates. A substantially L-shaped connection plate is provided between the high-voltage side and the low-voltage side circuit units to connect them.
[0006]
Here, each semiconductor element is mounted on a metal fin in an upright state, and terminals such as a source and a gate protrude upward. For this reason, the connection plate is connected to the source at a position where one end of the connection plate covers each of the semiconductor elements on the high voltage side, and the other end is bent in a substantially L-shape downward to be connected to the circuit unit on the low voltage side. It is connected. Similarly, for each semiconductor element on the low voltage side, a source or the like protruding upward is connected to another connection plate, and this connection plate is bent downward and connected to the low voltage terminal plate.
[0007]
The high-voltage terminal plate and the low-voltage terminal plate are formed of, for example, a metal plate extending along the back surface of the base plate of each circuit unit. It is arranged so as to sandwich it below. One end of each terminal plate is bent upward in a substantially L-shape from the rear surface of the base plate, and is drawn to the upper surface of a power supply capacitor or the like provided in the inverter device.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described prior art, a metal fin is provided upright on a base plate, and each semiconductor element is mounted on the metal fin in an upright state. However, in this case, for example, it is necessary to route the source of each semiconductor element on the low voltage side from the upper side to the lower side of the semiconductor element in a substantially U-shape by the connection plate and the low voltage terminal plate.
[0009]
For this reason, in the prior art, the wiring structure on the low voltage side including the connection plate and the low voltage terminal plate becomes complicated and long, and the parasitic inductance increases. A large surge voltage or the like may be generated in the wiring, and the operation of the device may become unstable, which causes a problem that reliability is reduced.
[0010]
Further, in the conventional inverter device, a connection plate for connecting between the high-voltage side and the low-voltage side semiconductor elements, a low-voltage terminal plate, a high-voltage terminal plate, and the like are also formed by bending in an L-shape. Therefore, even at these portions, the wiring becomes complicated and long, and the parasitic inductance of the wiring increases, so that a surge voltage is easily generated.
[0011]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and an object of the present invention is to simplify the wiring structure of the entire device to reduce the parasitic inductance even when a large number of semiconductor elements are mounted, and to reduce the parasitic inductance. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of stably operating an element and improving reliability.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 includes a first metal plate provided with a low voltage terminal connected to a low voltage side of a power supply, and an insulating material provided on a surface side of the first metal plate. A second metal plate provided with a high-voltage terminal that is laminated via a high-voltage terminal connected to the high-voltage side of the power supply, and is insulated on a surface side of the first metal plate at a position different from the second metal plate A third metal plate laminated with a material and provided with an output terminal for outputting a current to the outside, and a semiconductor element having a front electrode and a back electrode, and the back electrode is formed on the second metal plate. A plurality of high-voltage elements connected side by side and the third metal plate connected to the third metal plate; and a semiconductor element having a front electrode and a back electrode, wherein the back electrode is formed of the third metal plate. The first metal plate is arranged side by side on the first metal plate. A plurality of low-voltage-side elements connected to each other, and a control circuit board for controlling an energized state of each of the high-voltage-side elements and each of the low-voltage-side elements, and a second metal plate on the first metal plate And a plurality of low-voltage elements arranged on the third metal plate are arranged side by side in a parallel positional relationship to each other.
[0013]
With this configuration, for example, the width dimension and the like of each metal plate are formed to be large, and each high-voltage element and low-voltage element can be arranged in parallel in the width direction and in parallel, and the high-voltage side and the low-voltage side The elements can be brought close to each other. As a result, the path of the current flowing through each metal plate can be formed wide, and the low-voltage current path formed by the first metal plate and the high-voltage current path formed by the second metal plate are stacked on top and bottom. can do.
[0014]
As a result, the parasitic inductance can be reduced according to the width dimension of each metal plate, the distance between the high-voltage side element and the low-voltage side element, and it is possible to prevent a large surge voltage due to the parasitic inductance from damaging the element. Can be prevented. In addition, since the amount of current supplied to each element can be evenly distributed and uniformized, each element can be protected from damage due to current concentration and the like, even when a large current is controlled in the semiconductor device. Can be realized. Furthermore, since the elements can be mounted by laminating the respective metal plates, the wiring structure can be simplified, the entire device can be formed compact, and the heat radiation of the elements can be improved.
[0015]
According to the second aspect of the invention, the low voltage terminal is formed integrally with the first metal plate, the high voltage terminal is formed integrally with the second metal plate, and the output terminal is formed integrally with the third metal plate. Is formed.
[0016]
Thus, individual terminals can be easily formed together with the first, second, and third metal plates, and the number of components of the semiconductor device can be reduced. Further, since the flat terminal can be drawn out from the side surface of the semiconductor device, it is not necessary to bend the terminal into an L-shape in order to draw out each terminal from the upper surface side of the device, which can promote a reduction in parasitic inductance. .
[0017]
Further, in the invention according to claim 3, the first metal plate provided with a high voltage terminal connected to the high voltage side of the power supply, and the first metal plate is laminated on the surface side of the first metal plate with an insulating material interposed therebetween. A second metal plate provided with a low-voltage terminal connected to the low-voltage side of the power supply, and a second metal plate laminated at a position different from the second metal plate on a surface side of the first metal plate via an insulating material; A third metal plate provided with an output terminal for outputting a current to the outside, and a semiconductor element having a front electrode and a back electrode, the back electrode being arranged side by side on the first metal plate, A front electrode is formed of a plurality of high-voltage-side elements connected to the third metal plate, and a semiconductor element having a front electrode and a back electrode, and the back electrodes are arranged side by side on the third metal plate. And a plurality of low electrodes connected to the second metal plate with the surface electrode. A plurality of high-voltage-side elements, the plurality of high-voltage-side elements disposed on the first metal plate, and a plurality of high-voltage-side elements arranged on the first metal plate. A plurality of low-voltage-side elements arranged on the third metal plate are arranged in parallel with each other on the metal plate.
[0018]
As a result, for example, the width dimension of the metal plate is formed large, and the high voltage side and low voltage side elements can be arranged side by side in the width direction and arranged in parallel, and these elements can be damaged by surge voltage due to parasitic inductance or current concentration. Can be protected from In addition, the entire device can be formed compactly, and the heat radiation of the element can be improved.
[0019]
In addition, since the second metal plate connected to the low voltage side of the power supply can be formed with a smaller area, the parasitic inductance of the current path on the low voltage side can be further reduced. Thereby, the surge voltage generated on the second metal plate side can be further reduced. Therefore, for example, even when the potential of the second metal plate is used as the reference potential of the control circuit board, the control circuit board can be operated stably.
[0020]
According to the invention of claim 4, the high voltage terminal is formed integrally with the first metal plate, the low voltage terminal is formed integrally with the second metal plate, and the output terminal is connected to the third metal plate. Configuration.
[0021]
Thereby, the first and second metal plates can be formed together with the individual terminals, and the number of components can be reduced. Further, since the flat terminal can be drawn out from the side surface of the semiconductor device, the reduction of the parasitic inductance can be promoted.
[0022]
According to the invention of claim 5, at least one of the second and third metal plates is formed by a metal layer fixed to an insulating ceramic layer, and the ceramic layer and the metal layer are formed of ceramics. It is configured as a substrate. As a result, since the semiconductor device can be configured using a general-purpose ceramic substrate, the number of components such as an insulating material can be reduced and the assembly operation can be performed efficiently.
[0023]
According to the invention of claim 6, the high-voltage side element and the low-voltage side element are arranged together with the electric motor in the housing of the electric machine and constitute an inverter device for driving the electric motor with an alternating current. .
[0024]
Thus, the inverter device can be made compact using the first to third metal plates, and the electric motor can be driven stably with a large current. Further, the low-voltage terminal, high-voltage terminal, output terminal, and the like of the inverter device can be pulled out from the side of the device in parallel with the metal plate, so that these terminals can be easily extended to the outside of the housing of the electric machine. .
[0025]
Furthermore, according to the invention of claim 7, the high-voltage side element and the low-voltage side element are constituted by an insulated gate bipolar transistor, a MOS transistor or a bipolar transistor. Thus, the semiconductor element can control a large current by using a semiconductor element such as an IGBT, a MOSFET, or a bipolar transistor.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0027]
Here, FIGS. 1 to 6 show the first embodiment, and in this embodiment, an inverter device will be described as an example of a semiconductor device.
[0028]
Reference numeral 1 denotes an inverter device for driving a load 17, which will be described later. The inverter device 1 includes a base metal plate 2, a resin case 4, laminated metal plates 5, 8, IGBTs 10, 12, diodes 11, 13, and a control circuit board 14, which will be described later. And so on.
[0029]
In addition, the inverter device 1 constitutes a circuit for one phase among three phases composed of, for example, a U phase, a V phase, and a W phase in a three-phase AC type inverter circuit 15 shown in FIG. is there.
[0030]
Reference numeral 2 denotes a base metal plate as a first metal plate constituting the inverter device 1. The base metal plate 2 is formed as a substantially rectangular flat plate, and is directed to the left, right (X-axis direction) and front in FIG. , And extends rearward (Y-axis direction).
[0031]
Reference numeral 3 denotes a low-voltage terminal formed integrally with the base metal plate 2. The low-voltage terminal 3 is formed as a flat terminal protruding from the base metal plate 2 and protrudes from, for example, the left side of the inverter device 1. The protruding end is connected to a negative pole side of a battery 16 described later. In this case, the low-voltage terminal 3 and the later-described high-voltage terminal 7 and output terminal 9 are pulled out to the outside from a portion of the side surface of the inverter device 1 on the back surface side near the base metal plate 2, and are substantially connected to the metal plate 2 and the like. Extend in parallel.
[0032]
Reference numeral 4 denotes an insulating resin case fixed to the surface side of the base metal plate 2 by means of, for example, bonding, resin molding, or the like. The resin case 4 holds the laminated metal plates 5, 8, the control circuit board 14, and the like. It is formed as a surrounding frame-like body and is closed by a cover plate (not shown) or the like.
[0033]
Reference numeral 5 denotes a high-voltage-side laminated metal plate as a second metal plate laminated on the base metal plate 2 with an insulating material 6 interposed therebetween. As shown in FIGS. It is formed as a substantially rectangular flat plate smaller than the plate 2, and is arranged, for example, on one side (left side) of the base metal plate 2 in the X-axis direction, and has a width W1 in the Y-axis direction.
[0034]
Reference numeral 7 denotes a high-voltage terminal integrally formed with the high-voltage-side laminated metal plate 5. The high-voltage terminal 7 is formed as a plate-like terminal protruding from the laminated metal plate 5. And is arranged in a position not overlapping with the low-voltage terminal 3 in the same direction as the low-voltage terminal 3. The high voltage terminal 7 is connected to the positive pole side of the battery 16.
[0035]
Reference numeral 8 denotes an output-side laminated metal plate as a third metal plate laminated on the base metal plate 2 with an insulating material 6 interposed therebetween. As shown in FIG. Similarly, it is formed as a substantially rectangular flat plate having a width dimension W2 in the Y-axis direction. The laminated metal plate 8 is disposed, for example, on the other side (right side) of the base metal plate 2 in the X-axis direction, and faces the laminated metal plate 5 with a gap in the X-axis direction.
[0036]
Reference numeral 9 denotes an output terminal formed integrally with the output-side laminated metal plate 8. The output terminal 9 is formed as a flat terminal protruding from the laminated metal plate 8. , 7 project in the opposite direction. The output terminal 9 is connected to a load 17 described later.
[0037]
Reference numeral 10 denotes, for example, three IGBTs as high-voltage-side elements surface-mounted on the high-voltage-side laminated metal plate 5. Each of the IGBTs 10 is formed of, for example, a square-plate, bare-chip semiconductor element or the like. Are arranged in a straight line at a constant pitch (interval) in the Y-axis direction together with the diodes 11 of FIG.
[0038]
As shown in FIG. 4, an emitter E as a surface electrode and a gate G for controlling power supply are provided on the front side of each IGBT 10, and a collector C as a back electrode is disposed on the back side of the IGBT 10. ing. The IGBT 10 is fixed to the laminated metal plate 5 using solder or the like, and the collector C is connected to the high voltage terminal 7 of the laminated metal plate 5. The emitter E of the IGBT 10 is connected to the output-side laminated metal plate 8 using metal wires 10A and 10B by, for example, wire bonding, and the gate G is connected to a control circuit described later using another metal wire 10C. It is connected to the substrate 14.
[0039]
Reference numeral 11 denotes, for example, three diodes constituting a high-voltage element together with the IGBT 10. Each of the diodes 11 is surface-mounted on the laminated metal plate 5, and is connected between the collector C and the emitter E of each IGBT 10 using a metal wire 10 A or the like. Are connected in parallel.
[0040]
Reference numeral 12 denotes, for example, three IGBTs as low-voltage-side devices surface-mounted on the output-side laminated metal plate 8. Each of the IGBTs 12 is composed of substantially the same semiconductor device as the IGBT 10, and has a collector C connected to the laminated metal plate 8. Is connected to The emitter E of the IGBT 12 is connected to the base metal plate 2 on the low voltage side using a metal line 12A, and connected to a diode 13 described later using a metal line 12B, and the gate G uses a metal line 12C. Connected to the control circuit board 14.
[0041]
Reference numeral 13 denotes, for example, three diodes that constitute a low-voltage element together with the IGBT 12. Each of the diodes 13 is surface-mounted on the laminated metal plate 8, and is connected between the collector C and the emitter E of each IGBT 12 by using a metal wire 12 B or the like. Are connected in parallel.
[0042]
Here, the inverter device 1 connects three high-voltage IGBTs 10 and three low-voltage IGBTs 12 in parallel, thereby increasing the amount of current that can be supplied as a whole, and increasing the IGBTs 10, 12. The configuration is such that loss due to internal resistance and the like is suppressed to a small value.
[0043]
In this case, the IGBTs 10 and 12 on the high voltage side and the low voltage side are arranged in rows along the Y-axis direction at a pitch substantially equal to each other, and are parallel to each other over substantially the entire width dimensions W1 and W2 of the laminated metal plates 5 and 8. The IGBTs 10 and 12 face each other with an interval in the X-axis direction while being arranged side by side so as to have a positional relationship. Similarly, the diodes 11 and 13 on the high voltage side and the low voltage side are also arranged side by side so as to have a parallel positional relationship to each other.
[0044]
In this way, the inverter device 1 can be used when a large current flows between the laminated metal plates 5 and 8 via the high voltage side IGBTs 10 or when the base metal plate 2 and the laminated metal plate 8 When a large current flows between them, these current paths are formed uniformly over substantially the entire width of the metal plates 2, 5, and 8, and the current paths on the high voltage side and the low voltage side are formed on the metal plates 2, 5, 8 For example, the upper and lower layers are stacked. That is, the current paths on the high voltage side and the low voltage side are formed to be wide and can be extended to the immediate vicinity of the IGBTs 10 and 12, and these current paths are stacked so that the directions of the currents are opposite to each other. Can be. Therefore, in the present embodiment, the configuration is such that the parasitic inductance of the metal plates 2, 5, 8 and the like can be suppressed small according to the width dimensions W1, W2 and the like, and a large current can be stably dispersed to the individual IGBTs 10 and 12. Has become.
[0045]
Reference numeral 14 denotes a control circuit board mounted in the resin case 4. As shown in FIG. 3, the control circuit board 14 is arranged above the metal plates 2, 5, and 8 with a gap. Further, the control circuit board 14 is provided with a control circuit (not shown) for controlling the energized state of each of the IGBTs 10 and 12, and this control circuit uses the metal wires 10C and 12C near the end of the board 14. Are connected to the individual IGBTs 10 and 12.
[0046]
Then, the inverter device 1 controls the IGBTs 10 and 12 to be turned on and off using the control circuit board 14, thereby converting a DC power supply such as the battery 16 into an AC. In this case, as shown in FIG. 4, the inverter device 1 is connected in parallel to the battery 16 together with other inverter devices 1 'and 1 "having substantially the same configuration as the inverter device 1, for example. A three-phase AC type inverter circuit 15 having the devices 1, 1 ', 1 "as U, V, and W phases is constructed. Each output terminal 9, 9 ', 9 "of the inverter circuit 15 outputs, for example, a three-phase alternating current to drive a load 17 such as an electric motor.
[0047]
The inverter device 1 according to the present embodiment has the above-described configuration, and its operation will be described next.
[0048]
First, when the IGBTs 10 and 12 are turned ON and OFF, a large current flows in the X-axis direction between the high-voltage laminated metal plate 5 and the output-side laminated metal plate 8 via the IGBTs 10. A large current also flows between the low-voltage-side base metal plate 2 and the laminated metal plate 8 via the IGBTs 12 in the X-axis direction.
[0049]
In this case, the IGBTs 10 and 12 are arranged side by side over the widths W1 and W2 of the laminated metal plates 5 and 8 so as to face each other with a parallel positional relationship. 5, 8 are formed evenly over substantially the entire width, and the current paths on the high voltage side and the low voltage side are stacked up and down.
[0050]
The current paths of the metal plates 2 and 5 are wide and the current directions are opposite to each other, and the current paths of the metal plates 5 and 8 are also wide and opposite to each other. Inductance can be reduced. Thereby, the parasitic inductance of the metal plates 2, 5, 8 can be reduced according to the width dimensions W1, W2 and the like.
[0051]
In each of the IGBTs 10 and 12, the length of the current path from the high voltage terminal 7 to the output terminal 9 via the IGBT 10 and the length of the current path from the output terminal 9 to the low voltage terminal 3 via the IGBT 12 are individually determined. Of the IGBTs 10 and 12 are substantially the same. Therefore, the current density of some IGBTs having a short current path among the IGBTs increases, and it is possible to prevent the current from concentrating on the IGBTs and the like. That is, since a large current is distributed to the individual IGBTs 10 and 12 almost uniformly and energized, it is possible to prevent some of the IGBTs 10 and 12 from being damaged due to concentration of current.
[0052]
Also, when the IGBTs 10 and 12 are energized, a large amount of heat is generated according to the amount of current. However, since each of the IGBTs 10 and 12 is surface-mounted on the laminated metal plates 5 and 8 and these metal plates 5 and 8 are laminated on the base metal plate 2 with a large area, the heat of the IGBTs 10 and 12 is Efficient escape can be achieved via 5,8.
[0053]
Thus, in the present embodiment, the laminated metal plates 5 and 8 are laminated on the base metal plate 2, and the IGBTs 10 and 12 on the high voltage side and the low voltage side are arranged in parallel on these laminated metal plates 5 and 8. Since it is configured to be mounted, a uniform current path can be formed over almost the entire width of the metal plates 2, 5, and 8. While forming this current path as wide as possible, the current path on the high voltage side and the current path on the low voltage side can be formed. The current path and the current path can be stacked above and below.
[0054]
In this case, even if a plurality of IGBTs and the like are simply arranged in a plane using a metal plate, a wide and uniform current path between the IGBTs is provided unless the area of the metal plate is increased and the inverter device is enlarged. It is difficult to form or shorten the connection distance between the high voltage side and the low voltage side IGBT.
[0055]
However, in the present embodiment, by laminating the metal plates 2, 5, and 8, the base metal plate 2 is formed to the minimum size necessary for mounting the IGBTs 10 and 12, and the width dimensions W1 and By securing W2 and the like, the parasitic inductance can be easily reduced. In addition, the IGBTs 10 and 12 on the high voltage side and the low voltage side are brought close to each other, so that the parasitic inductance between them can be reduced, and a surge voltage or the like generated at the time of energization can be reduced. Therefore, it is possible to reliably prevent the IGBTs 10 and 12 from being damaged by a surge voltage or the like, and to prevent the operation of the inverter device 1 from becoming unstable.
[0056]
In addition, since the amount of current flowing through each of the IGBTs 10 and 12 can be evenly distributed and reduced, the IGBTs 10 and 12 are protected from damage due to current concentration and the like even when a large current is controlled by the inverter device 1. It is possible to realize the inverter device 1 having a large allowable current.
[0057]
Furthermore, since it is not necessary to use a connection plate, a terminal plate, or the like bent in an L shape as in the related art, the inverter device 1 can be formed thin and compact, and the parasitic inductance can be more reliably reduced. Further, since a large contact area can be secured between the laminated metal plates 5 and 8 and the base metal plate 2, the heat dissipation of the IGBTs 10 and 12 can be enhanced.
[0058]
Therefore, according to the present embodiment, the wiring structure of the entire device can be simplified using the metal plates 2, 5, and 8, the operations of the IGBTs 10, 12, and the like can be stabilized, and the performance and reliability of the inverter device 1 can be improved. Can be improved. Further, for example, even when a large number of IGBTs 10 and 12 such as four or more are mounted on the inverter device 1, the widths W 1 and W 2 of the metal plates 2, 5, and 8 are simply increased according to the number of IGBTs 10 and 12. And the degree of freedom in design can be increased.
[0059]
Further, since the low-voltage terminal 3, the high-voltage terminal 7, and the output terminal 9 are formed integrally with the metal plates 2, 5, and 8, respectively, these terminals 3, 7, and 9 can be easily formed. Points can be reduced. In this case, since the flat terminals 3, 7, and 9 can be pulled out from the side surface of the inverter device 1, for example, it is not necessary to bend the terminal into an L-shape in order to draw out each terminal from the upper surface side of the resin case 4. The reduction of inductance can be promoted.
[0060]
Further, since the control circuit board 14 is arranged above the metal plates 2, 5, 8 with a gap, for example, it is not necessary to provide the board 14 on the same plane as the metal plates 2, 5, 8 so that the inverter device 1 can be made compact. The IGBTs 10 and 12 on the high voltage side and the low voltage side can be easily brought close to each other.
[0061]
In this case, the gates G of the respective IGBTs 10 and 12 are connected to the control circuit board 14 by means such as wire bonding, so that the terminals and the like of the semiconductor elements are inserted into the through holes of the control circuit board as in the prior art. Therefore, it is not necessary to align the control circuit board 14 with each of the IGBTs 10 and 12 with high accuracy, and these assembling and connecting operations can be performed efficiently.
[0062]
In the present embodiment, each IGBT 10 on the high voltage side and each IGBT 12 on the low voltage side are arranged so as to be parallel to each other, and terminals 3, 7, 9 (bus bar electrodes) are attached between IGBTs 10 and 12. No part is provided. For this reason, the plurality of IGBTs 10 and the plurality of IGBTs 12 can be connected to each other at the same short distance, and the parasitic impedance at these connection portions can be sufficiently reduced.
[0063]
As a result, when the IGBTs 10 and 12 perform the switching operation, a negative surge voltage or ringing of the voltage occurs due to, for example, the parasitic inductance of the metal plates 2, 5, 8, and the like, and the potential of the base metal plate 2 becomes higher than the ground potential. The control circuit board 14 can be prevented from fluctuating to the minus side, and the control circuit board 14 can be operated stably even when, for example, the potential of the base metal plate 2 is used as the reference potential of the control circuit board 14.
[0064]
Here, a negative surge voltage generated by the switching operation of the IGBTs 10 and 12 will be described with reference to an equivalent circuit of the inverter device 1 shown in FIG. In this case, L1 in FIG. 5 indicates the parasitic inductance of the laminated metal plate 5 or the like on the high voltage side, L2 and L3 indicate the parasitic inductance of the laminated metal plate 8 or the like on the output side, and L4 indicates the base metal plate 2 on the low voltage side. , Respectively.
[0065]
First, when the high-voltage IGBT 10 is turned on and the low-voltage IGBT 12 is turned off, the load current Ia flows from the battery 16 to the load 17 via the IGBT 10.
[0066]
Next, when the IGBT 10 is switched from ON to OFF, the load current Ia changes instantaneously due to the energy stored in the load 17, and changes to a transition current Ib flowing through the diode 13 on the low voltage side. Since the current change rate (di / dt) at this time is a large value, even if the parasitic inductances L4 and L3 of the metal plates 2 and 8 are minute, for example, the low voltage terminal 3 and the output terminal 9 are not connected. A large back electromotive force defined as, for example, (L3 + L4) × di / dt is generated between them.
[0067]
Further, since a voltage drop occurs between the low voltage terminal 3 and the output terminal 9 due to the IGBT 10 being turned off, the voltage drop and the back electromotive force are added, so that the low voltage terminal 3 and the output terminal 9 are output. As shown in FIG. 6, a negative surge voltage Vs fluctuating to the minus side with respect to the ground potential may be generated in the voltage V between the terminal 9 and the terminal.
[0068]
However, in the present embodiment, since the parasitic inductances L1 to L4 can be reduced by reducing the area of the metal plates 2, 5, 8, and the like, the negative surge voltage Vs can be suppressed low. The potential can be used as a reference potential of the control circuit board 14, and the control circuit board 14 can be prevented from malfunctioning due to a negative surge voltage Vs or ringing of the voltage.
[0069]
7 and 8 show a second embodiment according to the present invention. The feature of this embodiment is that a high voltage terminal is provided on a first metal plate and a low voltage terminal is provided on a second metal plate. Is provided. Note that, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0070]
An inverter device 21 includes a base metal plate 22, a resin case 24, laminated metal plates 25 and 28, IGBTs 30 and 32, diodes 31, 33, a control circuit board 34, and the like, which will be described later. For example, it constitutes a circuit for one phase among three-phase AC type inverter circuits.
[0071]
Reference numeral 22 denotes a base metal plate as a first metal plate constituting the inverter device 21. The base metal plate 22 is formed as a substantially rectangular flat plate and extends in the X-axis direction and the Y-axis direction in FIG. I have. A flat high-voltage terminal 23 is integrally formed on the base metal plate 22, and the high-voltage terminal 23 protrudes from, for example, a portion of the right side surface of the inverter device 21 on the back surface side close to the base metal plate 22. I have.
[0072]
Here, in the inverter device 21, the base metal plate 22 is connected to the positive electrode side of the battery 16 via the high voltage terminal 23, and the laminated metal plate 25 described later is connected to the negative electrode side of the battery 16 via the low voltage terminal 27. Is connected. Thus, the inverter device 21 has a smaller conductor area on the low-voltage side (the laminated metal plate 25) than in the first embodiment.
[0073]
Reference numeral 24 denotes an insulating resin case fixed to the front side of the base metal plate 22. The resin case 24 includes the laminated metal plates 25 and 28, the control circuit board 34, and the like, as in the first embodiment. It is formed as a surrounding frame.
[0074]
Reference numeral 25 denotes a low-voltage-side laminated metal plate as a second metal plate laminated on the base metal plate 22 with an insulating material 26 interposed therebetween. As shown in FIGS. It is formed as a substantially rectangular flat plate smaller than the plate 22. Further, a flat low-voltage terminal 27 is formed integrally with the laminated metal plate 25, and the low-voltage terminal 27 protrudes from, for example, a right side surface of the resin case 24.
[0075]
Reference numeral 28 denotes an output-side laminated metal plate as a third metal plate laminated on the base metal plate 22 via an insulating material 26. The laminated metal plate 28 is a substantially rectangular flat plate smaller than the base metal plate 22. It is formed as.
[0076]
Here, the laminated metal plate 28 is arranged near the center of the base metal plate 22 in the X-axis direction. In the base metal plate 22, an IGBT 30 and a diode 31, which will be described later, are arranged on one side (left side) in the X-axis direction of the laminated metal plate 28, and on the other side (right side) in the X-axis direction of the laminated metal plate 28, Are disposed.
[0077]
Reference numeral 29 denotes a flat output terminal provided by being connected to the output-side laminated metal plate 28 using a metal wire 29A. The output terminal 29 is formed of an elongated metal piece or the like. It is attached to the left side surface of the case 24 and protrudes inside and outside the resin case 24. The output terminal 29 is connected to the load 17 such as an electric motor.
[0078]
Reference numeral 30 denotes, for example, three IGBTs as high-voltage-side elements. Each of the IGBTs 30 is formed of, for example, a bare-chip type semiconductor element or the like in the same manner as in the first embodiment. And are linearly arranged at a constant pitch along the Y-axis direction.
[0079]
In each IGBT 30, a collector C as a back electrode is connected to the base metal plate 22 on the high voltage side, and an emitter E as a front electrode is connected to the laminated metal plate 28 on the output side using metal wires 30A and 30B. In addition, the gate G is connected to a control circuit board 34 described later using another metal line 30C. Each diode 31 is arranged in line with each IGBT 30, and is connected in parallel between the collector C and the emitter E of each IGBT 30 using a metal wire 30A or the like.
[0080]
Reference numeral 32 denotes, for example, three IGBTs as low-voltage-side elements. Each of the IGBTs 32 is surface-mounted together with the diode 33 on the output-side laminated metal plate 28, and the collector C is connected to the laminated metal plate 28. Further, the emitter E of the IGBT 32 is connected to the low voltage side laminated metal plate 25 using a metal line 32A, connected to the diode 33 using a metal line 32B, and the gate G is controlled using a metal line 32C. It is connected to a circuit board 34. The diode 33 is connected in parallel between the collector C and the emitter E of each IGBT 32.
[0081]
Here, the IGBTs 30 and 32 on the high voltage side and the low voltage side are arranged in the Y-axis direction at substantially the same pitch as in the first embodiment, and the individual IGBTs 30 and 32 are They are opposed to each other with an interval in the axial direction, and are arranged in parallel over substantially the entire width of the laminated metal plates 25 and 28. Similarly, the diodes 31 and 33 on the high voltage side and the low voltage side are also arranged in parallel with each other.
[0082]
In this way, the inverter device 21 is configured such that when a large current flows between the base metal plate 22 and the laminated metal plate 28 in the X-axis direction via each of the IGBTs 30 on the high voltage side, or via each of the IGBTs 32 on the low voltage side. When a large current flows between the laminated metal plates 25, 28 in the X-axis direction, a wide current path is formed over almost the entire width of the metal plates 22, 25, 28 in the Y-axis direction, and the high-voltage side and the low-voltage side are formed. The current paths are stacked by the metal plates 22 and 25 on the upper and lower sides. Therefore, in the present embodiment, the parasitic inductance of the metal plates 22, 25, 28 and the like can be suppressed to be small according to these width dimensions, and a large current can be stably dispersed to the individual IGBTs 30, 32.
[0083]
Reference numeral 34 denotes a control circuit board mounted in the resin case 24. The control circuit board 34 is disposed above the metal plates 22, 25, and 28 with a gap therebetween in substantially the same manner as in the first embodiment. The IGBTs are connected to the individual IGBTs 30 and 32 using the wires 30C and 32C.
[0084]
Thus, in the present embodiment configured as described above, substantially the same operation and effect as those in the first embodiment can be obtained. In particular, in the present embodiment, the high-voltage terminal 23 is provided on the base metal plate 22 and the low-voltage terminal 27 is provided on the laminated metal plate 25. Therefore, the conductor area of the low-voltage side composed of the laminated metal plate 25 is reduced. It can be formed small, and the parasitic inductance on the low voltage side can be further reduced.
[0085]
Thus, when the IGBTs 30 and 32 perform the switching operation, a negative surge voltage or ringing of the voltage occurs due to the parasitic inductance on the side of the laminated metal plate 25, and the potential of the laminated metal plate 25 fluctuates to a minus side from the ground potential. The control circuit board 34 can be operated stably even when the potential of the laminated metal plate 25 is used as a reference potential of the control circuit board 34, for example.
[0086]
Here, similarly to the case described with reference to FIGS. 5 and 6 in the first embodiment, a negative surge voltage generated by the switching operation of the IGBTs 30 and 32 will be described. In this case, first, when the high voltage side IGBT 30 is turned on and the low voltage side IGBT 32 is turned off, the load current Ia flows from the battery 16 to the load 17 via the IGBT 30.
[0087]
Next, when the IGBT 30 is switched from ON to OFF, the load current Ia changes instantaneously due to the energy stored in the load 17, and changes to a transition current Ib flowing through the diode 33 on the low voltage side. Since the current change rate (di / dt) at this time is a large value, for example, even if the parasitic inductances L4 and L3 of the laminated metal plates 25 and 28 are minute, the low voltage terminal 27 and the output terminal 29 A large back electromotive force defined as, for example, (L3 + L4) × di / dt is generated between them.
[0088]
Further, since a voltage drop occurs between the low voltage terminal 27 and the output terminal 29 due to the IGBT 30 being turned off, the voltage drop and the back electromotive force are added, so that the low voltage terminal 27 and the output terminal are output. In the voltage V between the terminal 29 and the terminal 29, a negative surge voltage Vs fluctuating to the minus side with respect to the ground potential may be generated.
[0089]
However, in the present embodiment, since the area of the laminated metal plate 25 can be made smaller and the parasitic inductance L4 on the low voltage side can be reduced, the negative surge voltage Vs can be kept low. Can be used as a reference potential of the control circuit board 34, and the control circuit board 34 can be prevented from malfunctioning due to a negative surge voltage Vs or ringing of the voltage.
[0090]
Next, FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention. The feature of this embodiment lies in that the first embodiment uses a ceramic substrate. Note that, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0091]
Reference numeral 41 denotes an inverter device. The inverter device 41 includes a base metal plate 2, a resin case 4, IGBTs 10, 12, diodes 11, 13, a control circuit board 14, and a laminating layer, which will be described later, in substantially the same manner as in the first embodiment. It is configured to include metal plates 43 and 46 and the like. However, the laminated metal plates 43 and 46 are configured as a part of ceramic substrates 42 and 45 described later.
[0092]
Reference numeral 42 denotes a ceramic substrate provided on the base metal plate 2 by means of, for example, soldering, bonding, or the like. The ceramic substrate 42 is formed of, for example, a general-purpose laminated substrate and the like. It is used in place of the laminated metal plate 5 and the insulating material 6 on the side. The ceramic substrate 42 has a metal layer 42B laminated on both sides of a ceramic layer 42A serving as an insulating material.
[0093]
Reference numeral 43 denotes a laminated metal plate as a second metal plate formed by using the metal layer 42B on the front surface side of the ceramic substrate 42. The high voltage IGBT 10 and the diode 11 are mounted on the laminated metal plate 43. ing. A high voltage terminal 44 is joined to the laminated metal plate 43 by means of, for example, soldering or ultrasonic bonding, and the high voltage terminal 44 projects outside the resin case 4.
[0094]
Reference numeral 45 denotes another ceramic substrate provided on the base metal plate 2. The ceramic substrate 45 is formed of a general-purpose laminated substrate or the like substantially similar to the ceramic substrate 42, and includes an output-side laminated substrate according to the first embodiment. It is used in place of the metal plate 8 and the insulating material 6. In the ceramic substrate 45, metal layers 45B are laminated on both sides of a ceramic layer 45A serving as an insulating material.
[0095]
Reference numeral 46 denotes a laminated metal plate as a third metal plate formed by using the metal layer 45B on the front surface side of the ceramic substrate 45. The IGBT 12 and the diode 13 on the low voltage side are mounted on the laminated metal plate 46. , Output terminal 47 are joined.
[0096]
Thus, also in the present embodiment configured as described above, it is possible to obtain substantially the same operation and effect as in the first embodiment. In particular, in the present embodiment, since the inverter device 41 can be configured using the general-purpose ceramic substrates 42 and 45, the number of components such as the insulating material 6 can be reduced and the assembling operation can be performed efficiently.
[0097]
Next, FIG. 10 shows a fourth embodiment according to the present invention. The feature of this embodiment lies in that a ceramic substrate is used in the second embodiment. Note that, in the present embodiment, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0098]
Reference numeral 51 denotes an inverter device. The inverter device 51 includes a base metal plate 22, a resin case 24, IGBTs 30, 32, diodes 31, 33, a control circuit board 34, and a laminating layer, which will be described later, as in the second embodiment. It is configured to include metal plates 54, 57 and the like. However, the laminated metal plates 54 and 57 are configured as a part of ceramic substrates 53 and 56 described later.
[0099]
Reference numeral 52 denotes a first ceramic substrate provided on the base metal plate 22 by means of, for example, soldering, bonding, or the like. A metal layer 52B is laminated on both surfaces of an insulating ceramic layer 52A. The IGBT 30 and the diode 31 on the high voltage side are mounted on the base metal plate 22 via the ceramic substrate 52, and the collector C of the IGBT 30 is connected to the base metal plate 22 using the metal wire 52C.
[0100]
Reference numeral 53 denotes a second ceramic substrate provided on the base metal plate 22. The ceramic substrate 53 is used in place of the low-voltage laminated metal plate 25 and the insulating material 26 in the second embodiment. Metal layers 53B are laminated on both sides of a ceramic layer 53A serving as an insulating material.
[0101]
Reference numeral 54 denotes a laminated metal plate as a second metal plate formed by using the metal layer 53B on the front surface side of the ceramic substrate 53. The laminated metal plate 54 is low-powed by means such as soldering or ultrasonic bonding. The voltage terminal 55 is joined, and the low voltage terminal 55 projects outside the resin case 24.
[0102]
Reference numeral 56 denotes a third ceramic substrate provided on the base metal plate 22. The ceramic substrate 56 is used in place of the output-side laminated metal plate 28 and the insulating material 26 in the second embodiment, and Metal layers 56B are laminated on both sides of a ceramic layer 56A as a material.
[0103]
Reference numeral 57 denotes a laminated metal plate as a third metal plate formed by using the metal layer 56B on the front surface side of the ceramic substrate 56. The IGBT 32 and the diode 33 on the low voltage side are mounted on the laminated metal plate 57. The output terminal 58 is joined using a metal wire 58A or the like.
[0104]
Thus, also in the present embodiment configured as described above, it is possible to obtain substantially the same operation and effect as the second and third embodiments.
[0105]
Next, FIG. 11 shows a fifth embodiment of the present invention, which is characterized in that the control circuit board is constituted by a plurality of boards. Note that, in the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0106]
Reference numeral 61 denotes an inverter device. The inverter device 61 includes a base metal plate 2, a resin case 4, laminated metal plates 5, 8, IGBTs 10, 12, diodes 11, 13 in substantially the same manner as in the first embodiment. And the like and the control circuit board 62.
[0107]
Reference numeral 62 denotes a control circuit board mounted in the resin case 4. The control circuit board 62 is disposed above the metal plates 2, 5, and 8 with a gap therebetween, substantially in the same manner as in the first embodiment. , 12 are provided with a control circuit (not shown).
[0108]
The control circuit board 62 includes, for example, three boards 63, 64, and 65. The upper substrate 63 formed the largest of the substrates 63 to 65 is disposed so as to overlap the lower substrates 64 and 65 in the upper and lower directions, and these substrates 63 to 65 carry the metal wires 62A and the like. Connected to each other. The gates G of the IGBTs 10 and 12 are connected to the lower substrates 64 and 65 by using metal lines 62B and the like.
[0109]
Thus, also in the present embodiment configured as described above, it is possible to obtain substantially the same operation and effect as in the first embodiment. In particular, in the present embodiment, the control circuit board 62 is constituted by the boards 63, 64, 65 which are separated in the direction perpendicular to the metal plates 2, 5, 8, so that the area of the control circuit board 62 is It can be formed as large. In particular, since the upper substrate 63 can secure a large area equivalent to that of the base metal plate 2, the design flexibility of the inverter device 61 can be increased.
[0110]
Next, FIG. 12 shows a sixth embodiment according to the present invention. The feature of this embodiment lies in that the inverter device is applied to an electric machine.
[0111]
Reference numeral 71 denotes an electric machine with an inverter mounted on a vehicle such as an automobile, for example. The electric machine with an inverter 71 has a stepped cylindrical housing 72 which is an outer shell thereof. , A transmission case 72B that houses the automatic transmission 73, and a partition plate 72C that partitions between the cases 72A and 72B.
[0112]
Reference numeral 73 denotes an automatic transmission housed in a transmission case 72B of a housing 72. The automatic transmission 73 includes an input shaft 74 connected to the engine side of the vehicle and an output shaft connected to the wheel side (not shown). ), And transmits the speed-changed rotation to the output shaft while changing the speed of the engine in response to, for example, a speed change operation of the driver.
[0113]
Reference numeral 75 denotes a polyphase AC electric motor provided in a motor case 72A of the housing 72. The electric motor 75 is fixed to an annular stator 75A fixed in the motor case 72A and to the outer peripheral side of the input shaft 74. And a rotor 75B made of a magnet or the like. The electric motor 75 rotates the input shaft 74 by being supplied with power from an inverter device 76 described later, and causes the vehicle to travel in cooperation with, for example, an engine.
[0114]
An inverter device 76 is provided in the motor case 72A of the housing 72. The inverter device 76 is one of the inverter devices 1, 21, 41, 51, and 61 used in the first to fifth embodiments. And has a base metal plate 77, a high voltage terminal 78, a low voltage terminal 79, an output terminal 80, and the like.
[0115]
Here, in the inverter device 76, for example, a base metal plate 77 is attached to a partition plate 72C of the housing 72 via an insulating material (not shown) having high thermal conductivity. The high-voltage terminal 78 and the low-voltage terminal 79 are drawn out of the housing 72 through a notch groove 81 provided at the open end of the motor case 72A, and these are connected to a battery or the like of the vehicle. I have. In this case, a seal member 82 for sealing the inside and the outside of the case is provided in the notch groove 81 of the motor case 72A.
[0116]
The output terminal 80 of the inverter device 76 is connected to the electric motor 75 in the motor case 72A, and drives the electric motor 75 with an alternating current using electric power from a battery or the like.
[0117]
Thus, also in the present embodiment configured as described above, it is possible to obtain substantially the same operation and effect as those of the first to fifth embodiments. In particular, in the present embodiment, the configuration is such that the base metal plate 77 located on the back side of the inverter device 76 is attached to the partition plate 72C of the housing 72.
[0118]
In this case, since the high-voltage terminal 78 and the low-voltage terminal 79 protrude from a portion of the side surface near the base metal plate 77, the notch groove 81 is formed at the open end of the motor case 72A. Only by these means, these terminals 78 and 79 can be easily drawn out of the housing 72 along the partition plate 72C. This eliminates the necessity of forming a through-hole or the like in the conventional motor case 72A, and allows the inverter device 76 to be easily arranged in the housing 72 by performing a simple groove processing, and to mount the seal member 82 and the like. Can also be performed smoothly.
[0119]
Even when a battery or the like having a high voltage of about 42 V is mounted on a vehicle, the surge voltage can be reduced by interposing an insulating material or the like between the base metal plate 77 of the inverter device 76 and the partition plate 72C of the housing 72. It is possible to reliably take measures against insulation and the like, and it can be easily applied to vehicles with high voltage specifications.
[0120]
In each of the above-described embodiments, a case where three IGBTs 10 and 30 and diodes 11 and 31 are mounted as high-voltage elements, and three IGBTs 12 and 32 and diodes 13 and 33 are mounted as low-voltage elements. It was mentioned in the example. However, in the present invention, the number of the high voltage side elements and the number of the low voltage side elements are not limited to the embodiment, and for example, a configuration in which two high voltage side elements and two low voltage side elements are arranged in parallel. Alternatively, four or more high-voltage elements and four or more low-voltage elements may be arranged in parallel.
[0121]
In the embodiment, the high-voltage side element and the low-voltage side element are configured by the IGBTs 10, 12, 30, 32, the diodes 11, 13, 31, 33, and the like. However, the present invention is not limited to this. For example, a configuration may be used in which a MOSFET or the like is used as the high voltage side element or the low voltage side element.
[0122]
In particular, MOSFETs are used as the high-voltage side element and the low-voltage side element, and the parasitic diodes existing in these MOSFETs are used in place of the diodes 11, 13, 31, 33, so that the diodes 11, 13, 31, 33 are used. Can be abolished, and the effects described in the first to sixth embodiments can also be obtained with such a circuit configuration.
[0123]
Further, in the embodiment, the metal plates 2, 5, 8, 22, 25, 28, 43, 46, 54, 57, 77 and the terminals 3, 7, 9, 23, 27, 29, 44, 47, 55 , 58, 78, 79 and 80 are integrally formed as required. However, the present invention is not limited to this, all of these metal plates and terminals may be formed as separate metal parts, or some of the metal plates and terminals may be formed as separate metal parts, and both are soldered together. The connection may be made by means such as wire bonding. Thus, even when a stress or the like is externally applied to the terminal, the stress can be prevented from being transmitted to the inverter device, and the device can be prevented from being damaged by an external force or the like.
[0124]
Further, in the embodiment, the inverter devices 1, 21, 41, 51, 61, and 76 have been described as examples of the semiconductor device. However, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that the present invention can be applied to various semiconductor devices that conduct a large current.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an inverter device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the inverter device as viewed from the direction of arrows II-II in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the inverter device as viewed from a direction indicated by arrows III-III in FIG. 2;
FIG. 4 is a circuit diagram showing the entire inverter circuit including the inverter device.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing a parasitic inductance generated by a metal plate or the like of the inverter device.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a state in which a negative surge voltage is generated by a parasitic inductance on a low voltage side.
FIG. 7 is a sectional view showing an inverter device according to a second embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of the inverter device as viewed from the direction of arrows VIII-VIII in FIG.
FIG. 9 is a sectional view showing an inverter device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing an inverter device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view showing an inverter device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing a state where an inverter device according to a sixth embodiment of the present invention is mounted on an electric machine.
[Explanation of symbols]
1,1 ', 1 ", 21,41,51,61,76 Inverter device (semiconductor device)
2,22,77 Base metal plate (first metal plate)
3,27,55,79 Low voltage terminal
4,24 resin case
5, 25, 43, 54 laminated metal plate (second metal plate)
6,26 insulation
7,23,44,78 High voltage terminal
8, 28, 46, 57 laminated metal plate (third metal plate)
9, 9 ', 9 ", 29, 47, 58, 80 output terminals
10,30 IGBT (high voltage side element)
11,31 Diode (high voltage side element)
12, 32 IGBT (low voltage side element)
13,33 Diode (low voltage side element)
14, 34, 62 control circuit board
16 Battery (power supply)
42, 45, 52, 53, 56 ceramic substrate
42A, 45A, 52A, 53A, 56A Ceramic layer (insulating material)
42B, 45B, 52B, 53B, 56B Metal layer
63, 64, 65 substrates
71 Electric machine with inverter
72 Housing
75 Electric motor
E Emitter (surface electrode)
C Collector (back electrode)

Claims

A first metal plate provided with a low-voltage terminal connected to a low-voltage side of the power supply;
A second metal plate provided on a surface side of the first metal plate via an insulating material and provided with a high-voltage terminal connected to a high-voltage side of the power supply;
A third metal plate provided with an output terminal that is stacked at a position different from the second metal plate on the surface side of the first metal plate via an insulating material and that outputs current to the outside;
A plurality of high-voltage elements formed by a semiconductor element having a front electrode and a back electrode, wherein the back electrode is arranged side by side on the second metal plate and the front electrode is connected to the third metal plate When,
A plurality of low-voltage elements formed by a semiconductor element having a front electrode and a back electrode, wherein the back electrode is arranged side by side on the third metal plate and the front electrode is connected to the first metal plate; When,
A control circuit board for controlling the energized state of each of the high-voltage elements and each of the low-voltage elements,
A structure in which a plurality of high-voltage elements arranged on a second metal plate and a plurality of low-voltage elements arranged on a third metal plate are arranged on the first metal plate in a parallel positional relationship to each other. Semiconductor device.

The low voltage terminal is formed integrally with the first metal plate, the high voltage terminal is formed integrally with the second metal plate, and the output terminal is formed integrally with the third metal plate. The semiconductor device according to claim 1.

A first metal plate provided with a high-voltage terminal connected to the high-voltage side of the power supply;
A second metal plate laminated on an upper surface of the first metal plate via an insulating material and provided with a low-voltage terminal connected to a low-voltage side of the power supply;
A third metal plate provided with an output terminal that is stacked at a position different from the second metal plate on the surface side of the first metal plate via an insulating material and that outputs current to the outside;
A plurality of high-voltage elements formed by a semiconductor element having a front electrode and a back electrode, wherein the back electrode is arranged side by side on the first metal plate and the front electrode is connected to the third metal plate When,
A plurality of low-voltage elements formed by a semiconductor element having a front electrode and a back electrode, wherein the back electrode is arranged side by side on the third metal plate and the front electrode is connected to the second metal plate When,
A control circuit board for controlling the energized state of each of the high-voltage elements and each of the low-voltage elements,
A configuration in which a plurality of high-voltage elements arranged on the first metal plate and a plurality of low-voltage elements arranged on a third metal plate on the first metal plate are arranged in parallel with each other. Semiconductor device.

The high voltage terminal is formed integrally with the first metal plate, the low voltage terminal is formed integrally with the second metal plate, and the output terminal is connected to the third metal plate. The semiconductor device according to claim 3.

2. The ceramic substrate according to claim 1, wherein at least one of the second and third metal plates is formed of a metal layer fixed to an insulating ceramic layer, and the ceramic layer and the metal layer are configured as a ceramic substrate. , 2, 3 or 4.

5. The inverter according to claim 1, wherein the high-voltage element and the low-voltage element are arranged together with an electric motor in a housing of the electric machine and drive the electric motor with an alternating current. Or the semiconductor device according to 5.

7. The semiconductor device according to claim 1, wherein said high voltage side element and said low voltage side element are an insulated gate bipolar transistor, a MOS transistor or a bipolar transistor.