JP4803068B2

JP4803068B2 - 半導体モジュール

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Publication number: JP4803068B2
Application number: JP2007042413A
Authority: JP
Inventors: 誠今井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: JP2008205380A

Description

本発明は半導体モジュールに関する。特に、バスバーを介して電源とスイッチング素子とを接続する半導体モジュールに関する。

ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子により、直流電圧を交流電圧に変換する半導体モジュールが知られている。例えば、ハイブリッド自動車では、バッテリの電圧を利用してモータを駆動するために、バッテリの直流電圧を交流電圧に変換する必要がある。そのため、バッテリの直流電圧をインバータに入力し、インバータに備えられた半導体モジュールによって交流電圧に変換する。

半導体モジュールは、スイッチング素子の他に、外部電源の正極と接続されてスイッチング素子に電圧を供給する第１バスバーと、外部電源の負極と接続されてスイッチング素子に電圧を供給する第２バスバーを備えている。この半導体モジュールでは、第１バスバーと第２バスバーとの間に絶縁関係が維持されていなければならないため、両者は互いに接触しないように配置されている。
この半導体モジュールでは、第１バスバーと第２バスバーの配線インダクタンスによって、スイッチング時にサージ電圧が発生する。特に、ハイブリッド自動車等の大電圧下で使用される半導体モジュールでは、発生するサージ電圧も大きくなる。大きなサージ電圧がスイッチング素子に印加されると、スイッチング素子の破壊等の要因となる。そこで、スイッチング時に発生するサージ電圧を低減する方法が開発されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の半導体モジュールは、半導体素子と、半導体素子に直流高電圧バッテリの負極の電圧を供給する負極側配線導体と、半導体素子に直流高電圧バッテリの正極の電圧を供給する正極側配線導体とを備えている。負極側配線導体は、Ｎバスバー（第２バスバー）を介して高電圧バッテリと接続されている。正極側配線導体は、Ｐバスバー（第１バスバー）を介して高電圧バッテリと接続されている。負極側配線導体と正極側配線導体は、薄板形状に形成され、所定の間隔を空けて平行に配置されている。負極側配線導体と正極側配線導体の間には、板状の誘電体が配置されている。誘電体には、誘電性を有するセラミックス体が用いられている。この構成では、正極側配線導体と負極側配線導体との間に誘電体を配置することで、両者の間にコンデンサが形成される。スイッチング時に発生するサージ電圧は、誘電体に放電されることで低減される。
なお、セラミックス体は、高温下に置かれると、膨張や反り等の熱変形が発生する。セラミックス体の変形が正極側配線導体及び負極側配線導体によって拘束されると、熱変形によってセラミックス体が破損する虞がある。セラミックス体が破損すると、その割れ目に埃や水分が付着しやすくなる。これにより、正極側配線導体と負極側配線導体とが短絡してしまう。また、負極側配線導体と正極側配線導体が熱変形する場合がある。この場合も、セラミックス体に応力が作用し、セラミックス体が破損する虞が生じる。
そこで、特許文献１の正極側配線導体と負極側配線導体は、セラミックス体の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材料で作製されている。また、正極側配線導体と負極側配線導体は、板厚の薄い薄板形状とされる。そのため、セラミックス体が熱変形すると、その変形に伴って正極側配線導体と負極側配線導体も容易に変形することができる。また、正極側配線導体と負極側配線導体が熱変形しても、セラミックス体に作用する応力は小さい。これらによって、セラミックス体が破損することが防止されている。

特開２００５−１９１２３３号

しかしながら、半導体モジュールを小型化、簡素化するために、薄板形状の正極側配線導体及び負極側配線導体を使用しない場合がある。かかる構成では、例えば、第１バスバーと第２バスバーが、スイッチング素子の近傍に配置される。そして、第１バスバーと第２バスバーが、それぞれ短いワイヤを介してスイッチング素子に接続される。このような半導体モジュールでは、スイッチング時のサージ電圧を低減するために、第１バスバーと第２バスバーとの間にセラミックス体を配置しなければならない。しかしながら、第１バスバー及び第２バスバーは、薄板形状の配線導体とは異なり、ある程度の剛性を有している。したがって、板状のセラミックス体を第１バスバーと第２バスバーとの間に配置すると、各バスバーとセラミックス体の熱変形によってセラミックス体が破損してしまう。このため、薄板形状の配線導体を用いない半導体モジュールでは、第１バスバーと第２バスバーの間に充分な容量のコンデンサを形成することができず、スイッチング時のサージ電圧を充分に低減することができないという問題があった。

本発明は上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、正極側の第１バスバーと負極側の第２バスバーとの間に充分な容量のコンデンサを形成することができ、これによって、スイッチング時に発生するサージ電圧を低減することができる半導体モジュールを提案することである。

本発明の半導体モジュールは、一対のスイッチング部と、一方のスイッチング部と接続されると共に電源の正極側に接続される第１バスバーと、他方のスイッチング部と接続されると共に電源の負極側に接続される第２バスバーと、各スイッチング部と接続されると共に外部装置に接続される第３バスバーと、第１バスバーと第２バスバーとの間に配置された絶縁体と、を備えており、絶縁体内には、複数の誘電性の平板状のセラミックス体が、少なくとも絶縁体の長手方向に並んで配置されており、各セラミックス体は、隣接するセラミックス体と離間して配置されている半導体モジュール。
また、本明細書で開示される半導体モジュールは、一対のスイッチング部と、一方のスイッチング部と接続されると共に電源の正極側に接続される第１バスバーと、他方のスイッチング部と接続されると共に電源の負極側に接続される第２バスバーと、各スイッチング部と接続されると共に外部装置に接続される第３バスバーと、第１バスバーと第２バスバーとの間に配置された絶縁体と、を備えている。そして、絶縁体内には、少なくともその長手方向に間隔を空けて複数の誘電性の平板状セラミックス体が配置されている。

この半導体モジュールでは、正極側の第１バスバーと負極側の第２バスバーとの間に、絶縁体が配されている。少なくとも絶縁体の長手方向に、間隔を空けて複数の誘電性の平板状セラミックス体を配置することで、第１バスバーと第２バスバーの間に充分な容量のコンデンサが形成される。これにより、第１バスバーと第２バスバーの配線インダクタンスによって発生したサージ電圧を充分に低減することができる。
また、複数のセラミックス体を用いることで、各セラミックス体の、絶縁体の長手方向の長さとそれに直交する方向の長さの比率（アスペクト比）を小さくすることができる。このため、各セラミックス体が熱変形しても、その変形量は小さく、また、剛性も上がるため、セラミックス体が破損することが防止される。また、複数のセラミックス体は、絶縁体の長手方向に間隔を空けて配列されている。そのため、第１バスバー及び第２バスバーが熱変形して、長手方向に沿って大きく変形しても、隣り合うセラミックス体の位置関係が変わることによって、セラミックス体自体に高い応力が作用することが抑えられる。これらによって、セラミックス体の破損を防止することができる。
なお、絶縁体は、その長手方向及び第１バスバーと第２バスバーとの隙間方向に直行する方向にも、所定の間隔を空けて複数のセラミックス体を配置してもよい。

この半導体モジュールでは、絶縁体は、各セラミックス体と第１バスバーの間に配置された第１樹脂層と、各セラミックス体と第２バスバーの間に配置された第２樹脂層をさらに有していることが好ましい。この構成によれば、第１バスバーや第２バスバーが熱変形すると、それに応じて樹脂層が変形することで、セラミックス体に作用する応力を低減することができる。また、セラミックス体が熱変形すると、それに応じて樹脂層が変形することで、セラミックス体に作用する応力を低減することができる。
なお、誘電性のセラミックス体と第１樹脂層と第２樹脂層は、インサート成形によって一体化して形成することができる。あるいは、誘電性のセラミックス体の一方の面に樹脂シート（樹脂層）を貼着し、他方の面に樹脂シート（樹脂層）を貼着するようにしてもよい。

下記の実施例に記載の技術の主要な特徴について列記する。
（形態１）第１バスバー、第２バスバー及び第３バスバーは、インサート成形によってハウジングに一体化される。
（形態２）絶縁体（セラミックス体と樹脂層）は、インサート成形によってハウジングに一体化される。
（形態３）絶縁体（セラミックス体と樹脂層）は、インサート成形によってハウジングに一体化された第１バスバーと第２バスバーとの間に挿入される。
（形態４）セラミックス体は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）又はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）で作製されている。

本発明を具現化した実施例に係る半導体モジュールを図面に基づいて説明する。図１は本実施例の半導体モジュール１０の側面図である。図２は半導体モジュール１０から第１バスバー３０、第２バスバー２０、第３バスバー２４及び絶縁体１４を抜粋した上面図である。図３は第１バスバー３０、第２バスバー２０、第３バスバー２４及び絶縁体１４の位置関係を示す分解斜視図である。
図１〜３に示すように、半導体モジュール１０は、ハウジング４０に一体化された第１バスバー３０、第２バスバー２０及び第３バスバー２４と、絶縁体１４を備えている。
図３によく示されるように、第１バスバー３０は、その長手方向が前後方向に伸びる第１支持板部３０ａと、第１支持板部３０ａと平行に伸びる第１上板部３０ｃと、第１上板部３０ｃに垂直に立設された第１挟持板部３０ｄと、第１支持板部３０ａと第１上板部３０ｃとを連接する第１連接板部３０ｂを有している。第１挟持板部３０ｄは、第１支持板部３０ａの長手方向の全長と略同一の長さを有している。第１挟持板部３０ｄは、第１上板部３０ｃの右端（図３の右側）に立設されている。第１連接板部３０ｂは、第１支持板部３０ａの後端から側方（図３の右側）に伸びてから垂直上方（図３の上方）に向かって折れ曲がっており、その上端が第１上板部３０ｃに接続されている。第１支持板部３０ａ、第１連接板部３０ｂ、第１上板部３０ｃ及び第１挟持板部３０ｄは、導電性の金属によって一体で作製されている。

第３バスバー２４は、その長手方向が前後方向に伸びる第３支持板部２４ａと、第３支持板部２４ａと平行に伸びる第３上板部２４ｃと、第３支持板部２４ａと第３上板部２４ｃを連接する第３連接板部２４ｂを有している。第３連接板部２４ｂは、第３支持板部２４ａの前端から側方（図３の左側）に伸びてから垂直上方に折れ曲がっており、その上端が第３上板部２４ｃに接続されている。第３支持板部２４ａ、第３連接板部２４ｂ及び第３上板部２４ｃは、導電性の金属によって一体で作製されている。

第１バスバー３０と第３バスバー２４がハウジング４０にインサートされた状態では、ハウジング４０の台座４０ａ上に第１バスバー３０の第１支持板部３０ａと第３バスバー２４の第３支持板部２４ａが配置される。また、第１支持板部３０ａの上方には、第３バスバー２４の第３上板部２４ｃが第1支持板部３０ａと平行に配置される。第３バスバー２４の第３連接板部２４ｂの上方には、第１バスバー３０の第１上板部３０ｃが第３連接板部２４ｂと平行に配置されている。図１に示すように、第１支持板部３０ａと第３上板部２４ｃの間には樹脂製の絶縁部４０ｄが形成される。絶縁部４０ｄは、第１支持板部３０ａと第３連接板部２４ｂの間にも形成される。また、第１上板部３０ｃと第３連接板部２４ｂの間には絶縁部４０ｂが形成される。第１上板部３０ｃと第３上板部２４ｃの間には絶縁部４０ｃが形成される。絶縁部４０ｃは、第３上板部２４ｃの上面にも配置されている。これにより、第１バスバー３０と第３バスバー２４が互いに接触することなく絶縁されている。

第２バスバー２０は、その長手方向が前後方向に伸びる第２支持板部２０ａと、第２支持板部２０ａに垂直に立設された第２挟持板部２０ｂを有している。第２挟持板部２０ｂは、第１挟持板部３０ｄの長手方向の全長と略同一の長さを有している。第２挟持板部２０ｂは、第２支持板部２０ａの左端（図３の左側）に立設されている。第２支持板部２０ａと第２挟持板部２０ｂは、導電性の金属によって一体で作製されている。第２バスバー２０は、第３バスバー２４の第３支持板部２４ａの上方で、かつ、第２支持板部２０ａが第３支持板部２４ａと平行となるように配置されている。第２支持板部２０ａは、第３支持板部２４ａより幅が狭く形成されている。図１に示すように、第３支持板部２４ａと第２支持板部２０ａの間には、絶縁部４０ｂが形成されている。これにより、第２バスバー２０と第３バスバー２４が互いに接触することなく絶縁されている。

第２バスバー２０の第２挟持板部２０ｂは、第１バスバー３０の第１挟持板部３０ｄに対して一定の間隔（例えば０．５ｍｍ）空けて平行に配置されている。第２挟持板部２０ｂは、第１挟持板部３０ｄとその長手方向が略同一の長さを有している。第２挟持板部２０ｂの上下方向の長さは、第１挟持板部３０ｄの上下方向に長さと略同一である。第２挟持板部２０ｂと第１挟持板部３０ｄとの間には、絶縁体１４が配置されている。絶縁体１４は、第２挟持板部２０ｂの長手方向の長さ（第１挟持板部３０ｄの長手方向の長さ）と略同一の長さを有している。また、絶縁体１４は、第２挟持板部２０ｂの上下方向の長さ（第１挟持板部３０ｄの上下方向の長さ）よりも長く形成されている。詳しくは、絶縁体１４の下端は、第２挟持板部２０ｂ（第１挟持板部３０ｄ）の下端と略同一平面上に配置されており、絶縁体１４の上端は、第２挟持板部２０（第１挟持板部３０ｄ）の上端よりも上方に突出している。絶縁体１４の左右方向（図３の左右方向）の幅は、第２挟持板部２０ｂと第１挟持板部３０の間隔と略同一である。絶縁体１４は、第１挟持板部３０ｄと第２挟持板部２０ｂで挟持されている。絶縁体１４の上端には、樹脂製の絶縁部４０ｅが形成されている。

絶縁体１４は、複数の誘電性のセラミックス体１４ａと、セラミックス体１４ａの周囲に配された樹脂製の樹脂部１４ｂを有している。各セラミックス体１４ａは、絶縁体１４の長手方向、即ち、第２挟持板部２０ｂ及び第１挟持板部３０ｄの長手方向に所定の間隔を空けて配置されている。セラミックス体１４ａは平板形状を有しており、全てが同一の形状を有している。セラミックス体１４ａは、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）又はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）等、比誘電率が高いセラミックスで作製されている。なお、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）又はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）は、高温下や高電界下で使用しても比誘電率が低下しにくい性質を有している。セラミックス体１４ａの上下方向の長さは、絶縁体１４の上下方向の長さと略同一であってもよいし、短くてもよい。また、セラミックス体１４ａは、絶縁体１４の上下方向に間隔を空けて複数配置されていてもよい。
樹脂部１４ｂは、隣接するセラミックス体１４ａの間、セラミックス体１４ａと第１挟持板部３０ｄとの間、及び、セラミックス体１４ａと第２挟持板部２０ｂとの間に配されている。複数のセラミックス体１４ａは、インサート成形によって樹脂部１４ｂに一体化されている。

半導体モジュール１０では、ハウジング４０の台座４０ａ、絶縁部４０ｂ、絶縁部４０ｃ、絶縁部４０ｄ及び絶縁部４０ｅは、射出成形によって成形されている。第１バスバー３０、第２バスバー２０、第３バスバー２４及び絶縁体１４は、射出成形時に金型にインサートされている。すなわち、第１バスバー３０、第２バスバー２０、第３バスバー２４及び絶縁体１４は、インサート成形によってハウジング４０に一体化されている。そして、インサート成形された成形体は、放熱板４２上に固定され、その成形体の左右両側の放熱板４２の上面に、スイッチング部５０，５２が取り付けられる。
放熱板４２上には、台座４０ａの右側にスイッチング部５０が取り付けられている。スイッチング部５０は、スイッチング素子５１と基板５４を有している。基板５４には、配線（図示省略）が設けられている。基板５４に設けられた配線の一端は、ワイヤ３６を介して第３バスバー２４の第３支持板部２４ａに接続されている。詳しくは、第３バスバー２４の第３支持板部２４ａの露出面に、ワイヤ３６の一端がワイヤボンディングによって接着されている。ワイヤ３６の他端は、基板５４の配線に接続されている。基板５４上には、スイッチング素子５１が取り付けられている。スイッチング素子５１は、基板５４に設けられた配線の他端に接続されている。スイッチング素子５１は、第２バスバー２０の第２支持板部２０ａとワイヤ２６を介して接続されている。詳しくは、第２バスバー２０の第２支持板部２０ａの露出面に、ワイヤ２６の一端がワイヤボンディングによって接着されている。ワイヤ２６の他端は、スイッチング素子５１に接続されている。

放熱板４２上には、台座４０ａの左側にスイッチング部５２が取り付けられている。スイッチング部５２は、スイッチング素子５３と基板５６を有している。基板５６には、配線（図示省略）が設けられている。基板５６に設けられた配線の一端は、ワイヤ３８を介して第１バスバー３０の第１支持板部３０ａと接続されている。詳しくは、第１バスバー３０の第１支持板部３０ａの露出面に、ワイヤ３８の一端がワイヤボンディングによって接着されている。ワイヤ３６の他端は、基板５６の配線に接続されている。基板５６上には、スイッチング素子５３が取り付けられている。スイッチング素子５３は、基板５６に設けられた配線の他端に接続されている。スイッチング素子５３は、第３バスバー２４の第３上板部２４ｃとワイヤ２８を介して接続されている。詳しくは、第３バスバー２４の第３上板部２４ｃの露出面に、ワイヤ２８の一端がワイヤボンディングによって接着されている。ワイヤ２８の他端は、スイッチング素子５３に接続されている。なお、本実施例では、第１バスバー３０、第２バスバー２０及び第３バスバー２４の各ワイヤがワイヤボンディングされる平面が表面に露出している。そのため、ワイヤボンディングを容易に行うことができる。

次に、半導体モジュール１０の電気の流れについて説明する。第１バスバー３０は、バッテリ（図示省略）の正極に接続される。第２バスバー２０は、バッテリの負極に接続される。バッテリから電圧が供給されると、第１バスバー３０は正極の電位を有し、第２バスバー２０は負極の電位を有する。第１バスバー３０に供給された電圧は、ワイヤ３８から基板５６の配線を介してスイッチング素子５３に入力される。第２バスバー２０に供給された電圧は、ワイヤ２６からスイッチング素子５１に入力される。スイッチング素子５１，５３に入力された電圧は、スイッチングされて、交流電圧に変換される。この交流電圧は、第３バスバー２４を介してモータ（図示省略）に供給される。
半導体モジュール１０に直流電圧が供給され、スイッチング素子５１，５３がスイッチングを行うと、第１バスバー３０と第２バスバー２０の配線インダクタンスによって、サージ電圧が発生する。半導体モジュール１０では、第１バスバー３０と第２バスバー２０の間（詳しくは、第１挟持板部３０ｄと第２挟持板部２０ｂの間）に絶縁体１４が配置されている。第１バスバー３０、第２バスバー２０及びこれらの間に配置されている絶縁体１４のセラミックス体１４ａは、コンデンサの役割を有している。発生したサージ電圧は、絶縁体１４に放電される。これにより、サージ電圧を低減することができる。

上記した半導体モジュール１０の絶縁体１４は、複数の誘電性の平板形状を有するセラミックス体１４ａを有している。また、セラミックス体１４ａは、樹脂部１４ｂに埋設され、一体化されている。半導体モジュール１０が高温下で使用されると、第１バスバー３０の第１挟持板部３０ｄや第２バスバー２０の第２挟持板部２０ｂが熱膨張等によって変形が生じる場合がある。また、インサート成形時の熱によっても変形が生じる場合がある。本実施例の半導体モジュール１０の絶縁体１４では、セラミックス体１４ａが樹脂部１４ｂを介して第１挟持板部３０ｄと第２挟持板部２０ｂに挟持されている。したがって、第１挟持板部３０ｄや第２挟持板部２０ｂが熱変形しても、それに伴って樹脂部１４ｂが変形することで、セラミックス体１４ａに作用する応力が軽減される。また、セラミックス体１４ａは、第１挟持板部３０ｄと第２挟持板部２０ｂの長手方向に断続的に配置されている。そのため、絶縁体１４は、その長手方向に柔軟性を有している。したがって、第１挟持板部３０ｄや第２挟持板部２０ｂがその長手方向に沿って変形しても、隣り合うセラミックス体１４ａ同士の位置がずれることで、セラミックス体１４ａ自体に作用する応力を低減することができる。これにより、セラミックス体１４ａの破損を防止することができる。
また、半導体モジュール１０が高温下で使用されると、セラミックス体１４ａ自体も変形する。セラミックス体１４ａ自体に変形が生じると、その周りに配置された樹脂部１４ｂが変形する。つまり、セラミックス体１４ａの変形は、樹脂部１４ｂによって許容されており、第１挟持板部３０ｄや第２挟持板部２０ｂによって拘束される程度が軽減されている。これにより、セラミックス体１４ａが破損することを防止することができる。

上述した実施例では、第１バスバー３０、第２バスバー２０及び第３バスバー２４をハウジング４０にインサート成形する際に、同時に絶縁体１４をインサート成形している。しかしながら、絶縁体１４は、第１バスバー３０、第２バスバー２０及び第３バスバー２４をハウジング４０にインサート成形した後、第１バスバー３０と第２バスバー２０の間に絶縁体１４を配置するようにしてもよい。バスバーをインサート成形すると、インサート成形時の溶融樹脂の圧力や熱によりバスバーが変形することがある。本実施例の絶縁体１４は、セラミックス体１４ａの周囲に樹脂部１４ｂが配置されているため、樹脂部１４ｂがバスバー２０，３０の変形に応じて変形することで、絶縁体１４を第１バスバー３０と第２バスバー２０との間に配置することができる。なお、絶縁体１４をインサート成形後に配置する場合には、絶縁体１４と第１挟持板部３０ｄ及び第２挟持板部２０ｂとを接着剤によって接着することができる。

上記した絶縁体１４のその他の実施例について図面を参照して説明する。図４は、絶縁体１００の上面図である。図４には、半導体モジュール１０の第１バスバー３０の第１挟持板部３０ｄと、第２バスバー２０の第２挟持板部２０ｂも図示している。ここで、図４では、上記した図２と同一構成の部分については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
絶縁体１００は、第１バスバー３０の第１挟持板部３０ｄと第２バスバー２０の第２挟持板部２０ｂとの間に配置されている。絶縁体１００は、複数の誘電性のセラミックス体１００ａと、複数のセラミックス体１００ａの両側に配置された一対の樹脂シート１００ｂを有している。各セラミックス体１００ａは、絶縁体１００の長手方向、即ち、第２挟持板部２０ｂ及び第１挟持板部３０ｄの長手方向に所定の間隔を空けて配置されている。セラミックス体１００ａは、セラミックス体１４ａと同様に平板形状を有している。各セラミックス体１００ａは、同一の形状を有している。各セラミックス体１００ａの一方の面には樹脂シート１００ｂが貼着（接着）され、各セラミックス体１００ａの他方の面には樹脂シート１００ｂが貼着（接着）されている。一方の樹脂シート１００ｂは、セラミックス体１００ａと第１挟持板部３０ｄとの間に配置され、他方の樹脂シート１００ｂは、セラミックス体１００ａと第２挟持板部２０ｂとの間に配置されている。絶縁体１００を用いても、絶縁体１４と同等の効果を得ることができる。なお、絶縁体１００は、一方の樹脂シート１００ｂにセラミックス体１００ａの一方の面を貼着し、セラミックス体１００ａの一方の面に対向する他方の面に他方の樹脂シート１００ｂを貼着して作製する。また、絶縁体１００は、バスバーをハウジング４０にインサート成形した後、第１挟持板部３０ｄと第２挟持板部２０ｂとの間に配置される。

次に、上記した半導体モジュール１０のその他の実施例について説明する。図５は、その他の実施例の半導体モジュール２００の側面図である。図６は、第１バスバー２３０、第２バスバー２２０、第３バスバー２４及び絶縁体２１４の位置関係を示す分解斜視図である。半導体モジュール２００では、半導体モジュール１０と同一構成の部分については、半導体モジュール１０と同一の符号を付して、その説明を省略する。
図６によく示されるように、第１バスバー２３０は、その長手方向が前後方向に伸びる第１支持板部２３０ａと、第１支持板部２３０ａと平行に伸びる第１挟持板部２３０ｃと、第１支持板部２３０ａと第１挟持板部２３０ｃとを連接する第１連接板部２３０ｂを有している。第１挟持板部２３０ｃは、第３バスバーの第３支持板部２４ａと平行に配置されている。第１連接板部２３０ｂは、第１支持板部２３０ａの後端から側方（図６の右側）に伸びてから垂直上方（図６の上方）に向かって折れ曲がっており、その上端が第１挟持板部２３０ｃに接続されている。第１支持板部２３０ａと第１連接板部２３０ｂと第１挟持板部２３０ｃは、導電性の金属によって一体で作製されている。

第２バスバー２２０は、導電性の金属によって平面視すると矩形の平板形状に形成されている。第２バスバー２２０は、第１挟持板部２３０ｃの下方で、かつ、第３バスバー２４の第３支持板部２４ａの上方に配置されている。第２バスバー２２０は、第１挟持板部２３０ｃ及び第３支持板部２４ａと平行に配置されている。第２バスバー２２０は、第３支持板部２４ａより幅が狭く形成されている。図５に示すように、第３支持板部２４ａと第２バスバー２２０の間には、絶縁部４０ｂが形成されている。また、第２バスバー２２０と第１連接板部２３０ｂとの間には、絶縁部２４０ｆが形成されている。第２バスバー２２０と第１挟持板部２３０ｃの間には、絶縁体２１４が配置されている。

図６によく示されるように、絶縁体２１４は、複数の誘電性のセラミック体２１４ａと、複数のセラミックス体２１４ａの周囲に配置された樹脂部２１４ｂを有している。セラミックス体２１４ａ及び樹脂部２１４ｂは、半導体モジュール１０の絶縁体１４のセラミックス体１４ａと樹脂部１４ｂとそれぞれ同じ構成を有している。

半導体モジュール２００では、正極側の第１バスバー２３０と負極側の第２バスバー２２０に直流電圧が供給され、スイッチング素子５１，５３がスイッチングを行うと、第１バスバー２３０と第２バスバー２２０の配線インダクタンスによって、サージ電圧が発生する。半導体モジュール２００では、第１バスバー２３０と第２バスバー２２０の間に絶縁体２１４が配置されている。第１バスバー２３０、第２バスバー２２０及びこれらの間に配置されている絶縁体２１４は、コンデンサの役割を有している。発生したサージ電圧は、絶縁体２１４に放電される。これにより、サージ電圧を低減することができる。
また、セラミックス体２１４ａは樹脂部２１４ｂで覆われている。したがって、半導体モジュール１０の絶縁体１４と同様に、第１バスバー２３０、第２バスバー２２０及びセラミックス体２１４ａの変形は、樹脂部２１４ｂが変形されることによって吸収される。これにより、セラミックス体２１４ａの破損を防止することができる。

最後に、図１に示す半導体モジュール１０において、第１バスバー３０の第１挟持板部３０ｄと第２バスバー２０の第２挟持板部２０ｂとの間に形成されるコンデンサの容量と、発生するサージ電圧との関係について説明する。
図７は、コンデンサ容量を変化させて、半導体モジュール１０に発生するサージ電圧を算出した計算結果を示すグラフである。図７の横軸はコンデンサ容量を示しており、縦軸はサージ電圧を示している。ここで、半導体モジュール１０には、６５０Ｖの直流電圧を付加した。
図７の算出点３００は、コンデンサ容量が０．００１μＦのときに発生するサージ電圧であり、コンデンサ容量０．００１μＦは第１挟持板部３０ｄと第２挟持板部２０ｂとの間にＰＰＳ樹脂を配置した場合のコンデンサ容量に相当する。算出点３０２は、コンデンサ容量０．１５μＦのときに発生するサージ電圧であり、コンデンサ容量０．１５μＦは第１挟持板部３０ｄと第２挟持板部２０ｂとの間に絶縁体１４を配置した場合のコンデンサ容量に相当する。
図７に示すように、コンデンサ容量が増加するに従って、サージ電圧は低くなる。そして、絶縁体１４を配置した（計測点３０２）半導体モジュール１０では、ＰＰＳ樹脂を配置した（計測点３００）場合に比べて、サージ電圧が半分以下に低減している。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

半導体モジュールの側面図。半導体モジュールの各バスバー及び絶縁体を抜粋した上面図。各バスバー及び絶縁体の位置関係を示す分解斜視図。絶縁体のその他の実施例。半導体モジュールのその他の実施例の側面図。半導体モジュールのその他の実施例の各バスバー及び絶縁体の位置関係を示す分解斜視図。コンデンサ容量とサージ電圧の関係を示すグラフ。

符号の説明

１０：半導体モジュール
１４：絶縁体
１４ａ：セラミックス体
１４ｂ：樹脂部
２０：第２バスバー
２４：第３バスバー
２６，２８，３６，３８：ワイヤ
３０：第１バスバー
４０：ハウジング
５０，５２：スイッチング部
５１，５３：スイッチング素子
５４，５６：基板
１００：絶縁体

Claims

一対のスイッチング部と、
一方のスイッチング部と接続されると共に電源の正極側に接続される第１バスバーと、
他方のスイッチング部と接続されると共に電源の負極側に接続される第２バスバーと、
各スイッチング部と接続されると共に外部装置に接続される第３バスバーと、
第１バスバーと第２バスバーとの間に配置された絶縁体と、を備えており、
絶縁体内には、複数の誘電性の平板状のセラミックス体が、少なくとも絶縁体の長手方向に並んで配置されており、
各セラミックス体は、隣接するセラミックス体と離間して配置されている半導体モジュール。
絶縁体は、各セラミックス体と第１バスバーの間に配置された第１樹脂層と、各セラミックス体と第２バスバーの間に配置された第２樹脂層をさらに有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。