JP2017103380A - インテリジェントパワーモジュール、および電気自動車またはハイブリッドカー - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱特性に優れ、モジュール化が容易であり、小型化にとって好適なインテリジェントパワーモジュール、およびインテリジェントパワーモジュールを搭載する電気自動車またはハイブリッドカーを提供する。【解決手段】ＩＰＭ１０は、半導体デバイスの外囲がパッケージ２１によって封止されたパワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃと、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃのパッケージ２１上に共通に搭載される駆動回路部４０と、パッケージ２１を介して装着されるパワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃの発熱を放熱する放熱板５０とを備える。【選択図】図１

Description

本実施の形態は、インテリジェントパワーモジュール、および電気自動車またはハイブリッドカーに関する。
従来から、半導体モジュールの１つとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のような半導体デバイスを含むパワー素子（チップ）の外囲が樹脂でモールドされたパワー半導体モジュールが知られている。動作状態において、半導体デバイスは発熱するため、裏面側にヒートシンクやフィンなどの放熱器を配置して放熱させ、半導体デバイスを冷却するのが一般的である。
また、放熱効果をより高めるために、冷却器を備え、冷却液を用いて冷却するようにしたパワー半導体モジュールも知られている。
特開２０１４−１８３０５８号公報 特開２０１３−４６００４号公報 特開２００９−１７７０３８号公報
本実施の形態は、放熱特性に優れ、モジュール化が容易であり、小型化にとって好適なインテリジェントパワーモジュール、および電気自動車またはハイブリッドカーを提供する。
本実施の形態の一態様によれば、半導体デバイスと、前記半導体デバイスの外囲を封止する封止体とを有するパワー半導体モジュールと、前記封止体上に搭載され、前記パワー半導体モジュールを駆動する駆動回路部と、前記封止体が装着されて、前記パワー半導体モジュールを冷却する冷却部とを備えるインテリジェントパワーモジュールが提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、半導体デバイスと、前記半導体デバイスの外囲を封止する封止体とを有するパワー半導体モジュールと、前記封止体上に搭載され、前記パワー半導体モジュールを駆動する駆動回路部と、前記封止体が装着されて、前記パワー半導体モジュールを冷却する冷却部とを備え、前記パワー半導体モジュールがツーインワンモジュールを構成するように複数個配置されて、シックスインワンモジュールタイプのインバータまたはコンバータを構成するインテリジェントパワーモジュールが提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、上記のインテリジェントパワーモジュールを搭載する電気自動車またはハイブリッドカーが提供される。
本実施の形態によれば、放熱特性に優れ、モジュール化が容易であり、小型化にとって好適なインテリジェントパワーモジュール、および電気自動車またはハイブリッドカーを提供することができる。
第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールの概略構成を示す平面図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールの構成の要部を示すもので、（ａ）図１のＩａ−Ｉａ線に沿う模式的断面構造図、（ｂ）図１のＩｂ−Ｉｂ線に沿う模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールの構成の要部を示すもので、（ａ）図１のＩｃ−Ｉｃ線に沿う模式的断面構造図、（ｂ）図１のＩｄ−Ｉｄ線に沿う模式的断面構造図、（ｃ）図１のＩｅ−Ｉｅ線に沿う模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールに適用可能な放熱板の概略構成を示す平面図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールに適用可能なパワー半導体モジュールの概略構成を示す平面図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールのパワー半導体モジュールに適用可能な駆動回路部の構成例を示すブロック図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールのパワー半導体モジュールに適用可能な駆動回路部の構成例であって、（ａ）表側の平面パターン構成を示す概略図、（ｂ）裏側の平面パターン構成を透過して示す概略図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールを用いて構成される３相交流インバータの概略構成図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールを用いて構成される３相交流インバータの回路構成図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールに適用可能なパワー半導体モジュールの例であって、（ａ）ツーインワンモジュールのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの回路表現図、（ｂ）ツーインワンモジュールのＩＧＢＴの回路表現図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールに適用可能なパワー半導体モジュールの例であって、（ａ）ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図、（ｂ）ＩＧＢＴの模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールに適用可能なパワー半導体モジュールの例であって、ソースパッド電極ＳＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールに適用可能なパワー半導体モジュールの例であって、エミッタパッド電極ＥＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＩＧＢＴの模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールに適用可能なパワー半導体モジュールの例であって、ＳｉＣ ＤＩ ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールに適用可能なパワー半導体モジュールの例であって、ＳｉＣ Ｔ ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールを用いて構成した３相交流インバータの回路構成において、（ａ）ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを適用し、電源端子ＰＬ・接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサを接続した回路構成例、（ｂ）ＩＧＢＴを適用し、電源端子ＰＬ・接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサを接続した回路構成例。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールを用いて構成した３相交流インバータの回路構成において、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを適用した３相交流インバータの回路構成図。 第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールを用いて構成した３相交流インバータの回路構成において、ＩＧＢＴを適用した３相交流インバータの回路構成図。 第２の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュールを電気自動車またはハイブリッドカーのパワーコントロールユニットに適用した場合を例に示す概略ブロック構成図。
次に、図面を参照して、本実施の形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、平面図、側面図、底面図、断面図などは模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置などを特定するものではない。実施の形態は、特許請求の範囲内において、種々の変更を加えることができる。
［第１の実施の形態］
（全体構成）
第１の実施の形態に係るインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ；Intelligent Power Module）１０の平面構造は、図１に示すように表わされる。なお、図１では、一部（駆動回路部４０など）を透過して示している。
図１に示すように、ＩＰＭ１０は、放熱板（例えば、アルミニウム（Ａｌ）製のヒートシンクまたはウォータージャケット（ＷＪ）などの冷却器であっても良い）５０と、放熱板５０上に装着された複数個分のパワー半導体モジュール２０（２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ）と、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ上に共通に搭載された駆動回路部（例えば、ＦＲ−４、６層）４０とで構成される。パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃは、放熱板５０の上面（装着面）に配置された位置決め用の凸部５２によって、装着する位置が予め規定される（図２〜図４参照）。
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０は、例えば、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃにツーインワン（２ in １）タイプを採用することにより、シックスインワン（６ in １）タイプのスイッチングモジュールを構成できる（詳細については、後述する）。スイッチングモジュールを構成するＩＰＭ１０においては、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃを効率よく冷却でき、過熱による劣化を抑えることが可能である。
ここで、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０としては、図示を省略しているが、放熱板５０と、放熱板５０上に装着されたパワー半導体モジュール２０と、パワー半導体モジュール２０上に搭載された駆動回路部４０とで構成されても良い。
すなわち、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０は、図示を省略している半導体デバイスの外囲を封止するパッケージ（封止体）２１を有する、少なくとも１個のパワー半導体モジュール２０と、パッケージ２１上に配置され、パワー半導体モジュール２０を駆動する駆動回路部４０と、パッケージ２１が装着されて、パワー半導体モジュール２０の発熱を放熱する放熱板（冷却部）５０とを備える。このような構成において、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０は、放熱特性に優れ、モジュール化が容易であり、小型化にとって好適なものとすることができる。
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０において、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃの模式的断面構造は、図２（ａ）、図２（ｂ）および図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように表わされる。なお、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃは同一構造なので、ここでは、パワー半導体モジュール２０Ｂを例に説明する。
すなわち、図２（ａ）は、図１のＩａ−Ｉａ線に沿うＩＰＭ１０の模式的断面構造図を、図２（ｂ）は、図１のＩｂ−Ｉｂ線に沿うＩＰＭ１０の模式的断面構造図を示し、図３（ａ）は、図１のＩｃ−Ｉｃ線に沿うＩＰＭ１０の模式的断面構造図を、図３（ｂ）は、図１のＩｄ−Ｉｄ線に沿うＩＰＭ１０の模式的断面構造図を、図３（ｃ）は、図１のＩｅ−Ｉｅ線に沿うＩＰＭ１０の模式的断面構造図を、それぞれ示すもので、パワー半導体モジュール２０Ｂは、接合材２６を介して、パッケージ２１が放熱板５０の上面の凸部５２によって規定された枠内に接合される。
接合材２６としては、例えばサーマルコンパウンドまたは銀（Ａｇ）ペーストなどの接合ペーストなどを用いることができる。特には、接合材２６として、０．５Ｗ／ｍＫ〜３００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するものが好ましく、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、もしくはポリイミドなどのいずれかの有機物を単体で用いることができる。また、上記のいずれかの有機物に、金属粉または各種のセラミックス粉が混合された合成樹脂であっても良い。もしくは、加熱硬化させて使用する各種の半田や焼成銀などを、接合材２６として用いても良い。
パワー半導体モジュール２０Ｂの上面には、放熱性を有するグリスやシリコン樹脂などの放熱性樹脂２２を介して、金属（例えば、銅（Ｃｕ）またはＡｌ）製の放熱プレート３０が接合される。放熱プレート３０は、図１および図３（ｃ）に示すように、その両端部が金属や樹脂からなるネジ３２によって放熱板５０の上面にネジ止め固定される。この放熱プレート３０の固定によって、パワー半導体モジュール２０Ｂが放熱板５０の上面に、より強固に接合される。
また、放熱プレート３０と放熱板５０とが強固に接合されることにより、パワー半導体モジュール２０Ｂおよび駆動回路部４０の高い放熱性が確保される。すなわち、パワー半導体モジュール２０Ｂおよび駆動回路部４０で発生した熱の一部は、放熱プレート３０によって吸収された後、放熱板５０より放熱される。
なお、放熱プレート３０をネジ３２によって固定させる際には、例えば接合材２６などにより、放熱プレート３０の両端部を放熱板５０の上面に接合させるようにしても良い。
駆動回路部４０は、２ｍｍ〜５ｍｍ程度の厚さを有するアルミナ（無機フィラー入り）などの樹脂製の放熱シート（または、放熱性を有するシリコン樹脂など）２４を介して、放熱プレート３０上に接合される。駆動回路部４０は、図３（ｃ）に示すパワー半導体モジュール２０Ｂのリード端子Ｓ２のように、上方に折り曲げられた状態で挿通孔４１内に挿通されることにより、リード端子（ゲート信号端子電極Ｇ１〜Ｇ６、ソース信号端子電極Ｓ１〜Ｓ６、ソースセンス端子ＳＳ１〜ＳＳ６）との接続が行われる。
すなわち、駆動回路部４０は、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃを駆動するための駆動回路が実装された駆動回路基板を、例えばモールド樹脂によってパッケージングしたものであって、リード端子が上方に折り曲げられた状態で挿通される挿通孔４１を有する。
なお、図示を省略しているが、挿通孔４１に挿通されるリード端子としては、例えば、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃが内蔵するサーミスタなどの温度測定用端子を含むものであっても良い。
駆動回路部４０は、図１および図３（ａ）に示すように、例えば対角線の一方の線分上の２点において、金属や樹脂からなるネジ４２によって、パッケージ２１上の取付部２８にネジ止め固定される。
ここで、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃの各パッケージ２１の上面の対角線上の２点には、例えばモールド樹脂からなる取付部２８が設けられ、その取付部２８には、駆動回路部４０をネジ４２によって固定するための回路部取付穴４４が設けられる。
放熱板５０は、図４に示すように、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃに対して共通に設けられる。放熱板５０は、例えば、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃの各パッケージ２１の裏面側に露出する、ヒートスプレッダとしての銅プレート層（図示省略）に接合される。
放熱板５０上の、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃが装着される個所には、それぞれ位置決め用の凸部５２が設けられる。凸部５２は、パッケージ２１の各辺に沿うようにして周囲を囲む枠形状に配置される。
凸部５２は、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃの位置決めのみでなく、放熱板５０の剛性を高め、放熱板５０のねじれを抑えると共に、接合時に接合材２６の流出を防ぐ効果もある。
また、放熱板５０上の、凸部５２の枠外には、放熱プレート３０の両端部をネジ３２によってネジ止めするための取付穴（プレート取付穴）５４が設けられる。
ここで、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用されるパワー半導体モジュール２０（２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ）は、図５に示すように、図示を省略したパワー素子（半導体デバイス）の外囲がパッケージ２１によって方形状にモールドされた半導体パッケージ装置であって、ここでは一例として、３つの端子電極（Ｐ・Ｎ・Ｏ）を１本ずつ備えた３端子型構造を示している。
パワー半導体モジュール２０Ｂの場合、例えばモールド樹脂からなるパッケージ２１の、第１の辺に沿って設けられたドレイン端子電極Ｐおよび接地電位端子電極Ｎと、パッケージ２１の第１の辺に対向する第３の辺に設けられた出力端子電極Ｏとを備える。
また、パッケージ２１の第１、第３の辺と直交する第２の辺に沿って設けられたリード端子（Ｇ２・Ｓ２・ＳＳ２）と、第４の辺に沿って設けられたリード端子（Ｇ５・Ｓ５・ＳＳ５）とが、それぞれパッケージ２１の外部に延出されている。すなわち、このパワー半導体モジュール２０Ｂは、半導体デバイスＱ２・Ｑ５を内蔵した２ in １タイプとなっている。
なお、図１に示したように、パワー半導体モジュール２０Ａの場合は、半導体デバイスＱ１・Ｑ４を内蔵した２ in １タイプとなっており、ドレイン端子電極Ｐと接地電位端子電極Ｎと出力端子電極Ｏと、リード端子（Ｇ１・Ｓ１・ＳＳ１、Ｇ４・Ｓ４・ＳＳ４）とを備える。同様に、パワー半導体モジュール２０Ｃの場合は、半導体デバイスＱ３・Ｑ６を内蔵した２ in １タイプとなっており、ドレイン端子電極Ｐと接地電位端子電極Ｎと出力端子電極Ｏと、リード端子（Ｇ３・Ｓ３・ＳＳ３、Ｇ６・Ｓ６・ＳＳ６）とを備える。
また、詳細については後述するが、パワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃとしては、半導体デバイスが１チップから構成されるものに限定されないことは勿論であり、半導体デバイスの他にダイオードやサーミスタなどの電子部品を含むものであっても良い。
（適用例）
次に、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０の適用例について説明する。
図６は、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０を、例えば、電気自動車またはハイブリッドカーのパワーコントロールユニットに搭載した場合を例示するものであって、駆動回路部４０は、１次側回路部４０ａと２次側回路部４０ｂとから構成される。
１次側回路部４０ａには、絶縁トランス１０５（１０５1 ・１０５2 ・１０５3 ・１０５4 ・１０５5 ・１０５6 ）の１次コイル（Ｌ１）、スイッチレギュレータ１０１、ＬＤＯ（Low Drop Out）１０２、温度モニタ回路１０６、短絡保護回路１０７、電圧降下検出回路１０８、および絶縁カプラ（フォトカプラ）１０９（１０９1 ・１０９2 ・１０９3 ・１０９4 ・１０９5 ・１０９6 ）の受光部側が設けられる。絶縁トランス１０５の１次コイル（Ｌ１）は、スイッチレギュレータ１０１に共通に接続され、スイッチレギュレータ１０１およびＬＤＯ１０２は、例えば、電気自動車またはハイブリッドカーのバッテリ５０４に接続される。絶縁カプラ１０９の受光部側には、温度モニタ回路１０６、短絡保護回路１０７、および電圧降下検出回路１０８が共通に接続される。
２次側回路部４０ｂには、絶縁トランス１０５の２次コイル（Ｌ２）、ゲートドライバ１０４、および絶縁カプラ１０９の発光部側が設けられる。絶縁トランス１０５の２次コイル（Ｌ２）は、ゲートドライバ１０４、温度モニタ回路１０６、短絡保護回路１０７、および電圧降下検出回路１０８に共通に接続される。絶縁カプラ１０９の発光部側には、ゲートドライバ１０４が接続される。
ゲートドライバ１０４および温度モニタ回路１０６は、ＬＤＯ１０２とパワー半導体モジュール２０（２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ）との間に接続される。また、ゲートドライバ１０４、温度モニタ回路１０６、短絡保護回路１０７、および電圧降下検出回路１０８は、電気自動車またはハイブリッドカーのＥＣＵ（Engine Control Unit）５０２に接続される。
なお、ゲートドライバ１０４は、複数の高圧側のドライブ回路ＨＳ１・ＨＳ２・ＨＳ３と複数の低圧側のドライブ回路ＬＳ４・ＬＳ５・ＬＳ６とを有し、後述する電源回路から正負の電源が供給される。
このような構成を有する駆動回路部４０の平面パターン構成（基板構成）は、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように表わされる。なお、図７（ａ）は、駆動回路部４０の表側（上面）４３Ｓの平面パターン構成を示す概略図であり、図７（ｂ）は、表側４３Ｓの平面パターン構成を透過した状態で裏側（下面）４３Ｂの平面パターン構成を示す概略図である。
すなわち、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ上に搭載される駆動回路部４０は、複数個のパワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃに対して共通に設けられる。駆動回路部４０は矩形形状を有し、長手方向に沿って配置された１次側回路部４０ａと、１次側回路部４０ａに隣接配置された２次側回路部４０ｂとを備える。
１次側回路部４０ａの表側４３Ｓによって、上述のスイッチレギュレータ１０１およびＬＤＯ１０２を含む電源回路などが構成される。裏側４３Ｂには、温度モニタ回路１０６、短絡保護回路１０７、および電圧降下検出回路１０８などが配置される。
２次側回路部４０ｂでは、ゲートドライバ１０４の複数の高圧側のドライブ回路ＨＳ１・ＨＳ２・ＨＳ３と複数の低圧側のドライブ回路ＬＳ４・ＬＳ５・ＬＳ６とが交互に配置される。
２次側回路部４０ｂの各ドライブ回路ＨＳ１・ＨＳ２・ＨＳ３・ＬＳ４・ＬＳ５・ＬＳ６は、１次側回路部４０ａと２次側回路部４０ｂとにまたがって配置された絶縁トランス１０５1 〜１０５6 をそれぞれに介して、１次側回路部４０ａの表側４３Ｓの電源回路と共通に接続される。また、各ドライブ回路ＨＳ１・ＨＳ２・ＨＳ３・ＬＳ４・ＬＳ５・ＬＳ６は、１次側回路部４０ａと２次側回路部４０ｂとにまたがって配置された絶縁カプラ１０９1 〜１０９6 をそれぞれに介して、１次側回路部４０ａの裏側４３Ｂの温度モニタ回路１０６・短絡保護回路１０７・電圧降下検出回路１０８と共通に接続される。
ここで、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０を適用して構成され、例えば、電気自動車またはハイブリッドカーの３相交流モータ部（図示省略）を駆動するための、３相交流インバータ１０Ａの概略構成について説明する。この３相交流インバータ１０Ａは、半導体デバイスＱ１〜Ｑ６にＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を適用するようにした場合の例である。
図８に示すように、３相交流インバータ１０Ａは、３相交流モータ部のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、Ｕ相のインバータ（ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１・Ｑ４）、Ｖ相のインバータ（ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２・Ｑ５）、Ｗ相のインバータ（ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３・Ｑ６）が接続されている。
Ｕ相のインバータのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１には、高圧側のドライブ回路ＨＳ１が、Ｕ相のインバータのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４には、低圧側のドライブ回路ＬＳ４が、それぞれ接続される。同様に、Ｖ相のインバータのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２には、高圧側のドライブ回路ＨＳ２が、Ｖ相のインバータのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ５には、低圧側のドライブ回路ＬＳ５が、それぞれ接続される。同様に、Ｗ相のインバータのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３には、高圧側のドライブ回路ＨＳ３が、Ｗ相のインバータのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ６には、低圧側のドライブ回路ＬＳ６が、それぞれ接続される。
図９に示す３相交流インバータ１０Ｂは、図８に示した３相交流インバータ１０Ａの回路構成をより詳細に示すもので、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１〜Ｑ６は、ボディダイオードＢＤ１〜ＢＤ６をそれぞれ有する。また、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１〜Ｑ６のソース・ドレイン間には、フリーホイールダイオードＤＩ１〜ＤＩ６がそれぞれ逆並列に接続されている。
なお、フリーホイールダイオードＤＩ１〜ＤＩ６に代えて、例えばショットキーバリアダイオードをそれぞれ逆並列に接続するようにしても良い。
（回路構成）
次に、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０の回路構成例について、より具体的に説明する。
ここでは、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ａであって、２個の半導体デバイスＱ１・Ｑ４が１つのパッケージ２１内にモールドされた半導体パッケージ装置、いわゆる２ in １タイプのモジュールについて説明する。
半導体デバイスＱ１・Ｑ４として、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを適用した２ in １モジュール１２０Ａの回路構成は、例えば図１０（ａ）に示すように表わされる。
すなわち、２ in １モジュール１２０Ａは、図１０（ａ）に示すように、２個のＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１・Ｑ４が１つのモジュールとして内蔵された、ハーフブリッジ内蔵モジュールの構成を備える。
ここで、モジュールは、１つの大きなトランジスタとみなすことができるが、内蔵されているトランジスタが１チップまたは複数チップの場合がある。すなわち、モジュールには、１ in １（ワンインワン）、２ in １、４ in １（フォーインワン）、６ in １などがあり、例えば、１つのモジュール上において、２個分のトランジスタ（チップ）を内蔵したモジュールは２ in １、２ in １を２組み内蔵したモジュールは４ in １、２ in １を３組み内蔵したモジュールは６ in １と呼ばれている。
図１０（ａ）に示すように、２ in １モジュール１２０Ａは、２個のＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１・Ｑ４と、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１・Ｑ４に逆並列接続されるダイオードＤＩ１・ＤＩ４が１つのモジュールとして内蔵されている。図１０（ａ）において、Ｇ１は、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のゲート信号端子電極であり、Ｓ１は、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のソース信号端子電極である。同様に、Ｇ４は、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４のゲート信号端子電極であり、Ｓ４は、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４のソース信号端子電極である。また、Ｐは、正側電源入力端子であり、Ｎは、負側電源入力端子であり、Ｏは、出力端子電極である。
また、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ａであって、半導体デバイスＱ１・Ｑ４として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を適用した２ in １モジュール１２０Ｂの回路構成は、図１０（ｂ）に示すように表わされる。
図１０（ｂ）に示すように、２ in １モジュール１２０Ｂは、２個のＩＧＢＴ Ｑ１・Ｑ４と、ＩＧＢＴ Ｑ１・Ｑ４に逆並列接続されるダイオードＤＩ１・ＤＩ４が１つのモジュールとして内蔵されている。図１０（ｂ）において、Ｇ１は、ＩＧＢＴ Ｑ１のゲート信号端子電極であり、Ｅ１は、ＩＧＢＴ Ｑ１のエミッタ端子電極である。同様に、Ｇ４は、ＩＧＢＴ Ｑ４のゲート信号端子電極であり、Ｅ４は、ＩＧＢＴ Ｑ４のエミッタ端子電極である。また、Ｐは、正側電源入力端子であり、Ｎは、負側電源入力端子であり、Ｏは、出力端子電極である。
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ｂに適用される半導体デバイスＱ２・Ｑ５、およびパワー半導体モジュール２０Ｃに適用される半導体デバイスＱ３・Ｑ６についても同様であり、詳しい説明は省略する。
（デバイス構造）
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ａのデバイス構造であって、半導体デバイスＱ１・Ｑ４として適用されるＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ａの模式的断面構造は、図１１（ａ）に示すように表わされ、ＩＧＢＴ ２２０Ｂの模式的断面構造は、図１１（ｂ）に示すように表わされる。
図１１（ａ）に示すように、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ａは、ｎ- 高抵抗層からなる半導体基板２２６と、半導体基板２２６の表面側に形成されたｐボディ領域２２８と、ｐボディ領域２２８の表面に形成されたソース領域２３０と、ｐボディ領域２２８間の半導体基板２２６の表面上に配置されたゲート絶縁膜２３２と、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８と、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４と、半導体基板２２６の表面と反対側の裏面に配置されたｎ+ ドレイン領域２２４と、ｎ+ ドレイン領域２２４に接続されたドレイン電極２３６とを備える。
図１１（ａ）において、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ａは、プレーナゲート型のｎチャネル縦型ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴで構成されているが、後述する図１５に示すように、ｎチャネル縦型ＳｉＣ Ｔ（Trench） ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ｃなどで構成されていても良い。
または、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ａに適用される半導体デバイスＱ１・Ｑ４としては、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ａの代わりに、ＧａＮ系ＦＥＴなどを採用することもできる。
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ｂに適用される半導体デバイスＱ２・Ｑ５、およびパワー半導体モジュール２０Ｃに適用される半導体デバイスＱ３・Ｑ６についても同様である。
さらには、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０に適用される半導体デバイスＱ１〜Ｑ６には、バンドギャップエネルギーが、例えば、１．１ｅＶ〜８ｅＶの半導体を用いることができる。
同様に、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ａであって、半導体デバイスＱ１・Ｑ４として適用されるＩＧＢＴ ２２０Ｂは、図１１（ｂ）に示すように、ｎ- 高抵抗層からなる半導体基板２２６と、半導体基板２２６の表面側に形成されたｐボディ領域２２８と、ｐボディ領域２２８の表面に形成されたエミッタ領域２３０Ｅと、ｐボディ領域２２８間の半導体基板２２６の表面上に配置されたゲート絶縁膜２３２と、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８と、エミッタ領域２３０Ｅおよびｐボディ領域２２８に接続されたエミッタ電極２３４Ｅと、半導体基板２２６の表面と反対側の裏面に配置されたｐ+ コレクタ領域２２４Ｐと、ｐ+ コレクタ領域２２４Ｐに接続されたコレクタ電極２３６Ｃとを備える。
図１１（ｂ）において、ＩＧＢＴ ２２０Ｂは、プレーナゲート型のｎチャネル縦型ＩＧＢＴで構成されているが、トレンチゲート型のｎチャネル縦型ＩＧＢＴなどで構成されていても良い。
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ａに適用される半導体デバイスＱ１・Ｑ４の例であって、ソースパッド電極ＳＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ａの模式的断面構造は、図１２に示すように表わされる。
ゲートパッド電極ＧＰは、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８に接続され、ソースパッド電極ＳＰは、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４に接続される。また、ゲートパッド電極ＧＰおよびソースパッド電極ＳＰは、図１２に示すように、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ａの表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜２４４上に配置される。
なお、ゲートパッド電極ＧＰおよびソースパッド電極ＳＰの下方の半導体基板２２６内には、図示していないが、図１１（ａ）の中央部と同様に、微細構造のトランジスタ構造が形成されていても良い。
さらに、図１２に示すように、中央部のトランジスタ構造においても、パッシベーション用の層間絶縁膜２４４上にソースパッド電極ＳＰが延在して配置されていても良い。
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ａに適用される半導体デバイスＱ１・Ｑ４の例であって、エミッタパッド電極ＥＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＩＧＢＴ ２２０Ｂの模式的断面構造は、図１３に示すように表わされる。
ゲートパッド電極ＧＰは、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８に接続され、エミッタパッド電極ＥＰは、エミッタ領域２３０Ｅおよびｐボディ領域２２８に接続されたエミッタ電極２３４Ｅに接続される。また、ゲートパッド電極ＧＰおよびエミッタパッド電極ＥＰは、図１３に示すように、ＩＧＢＴ ２２０Ｂの表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜２４４上に配置される。
なお、ゲートパッド電極ＧＰおよびエミッタパッド電極ＥＰの下方の半導体基板２２６内には、図示していないが、図１１（ｂ）の中央部と同様に、微細構造のＩＧＢＴ構造が形成されていても良い。
さらに、図１３に示すように、中央部のＩＧＢＴ構造においても、パッシベーション用の層間絶縁膜２４４上にエミッタパッド電極ＥＰが延在して配置されていても良い。
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０Ｂに適用される半導体デバイスＱ２・Ｑ５、およびパワー半導体モジュール２０Ｃに適用される半導体デバイスＱ３・Ｑ６についても同様である。
半導体デバイスＱ１〜Ｑ６としては、ＳｉＣ ＤＩ（Double Implanted） ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ Ｔ ＭＯＳＦＥＴなどのＳｉＣ系パワーデバイス、あるいはＧａＮ系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ: High Electron Mobility Transistor）などのＧａＮ系パワーデバイスを適用可能である。また、場合によっては、Ｓｉ系ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワーデバイスも適用可能である。
―ＳｉＣ ＤＩ ＭＯＳＦＥＴ―
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０に適用される半導体デバイスの例であって、ＳｉＣ ＤＩ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ｄの模式的断面構造は、図１４に示すように表わされる。
図１４に示すように、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０に適用されるＳｉＣ ＤＩ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ｄは、ｎ- 高抵抗層からなる半導体基板２２６と、半導体基板２２６の表面側に形成されたｐボディ領域２２８と、ｐボディ領域２２８の表面に形成されたｎ+ ソース領域２３０と、ｐボディ領域２２８間の半導体基板２２６の表面上に配置されたゲート絶縁膜２３２と、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８と、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４と、半導体基板２２６の表面と反対側の裏面に配置されたｎ+ ドレイン領域２２４と、ｎ+ ドレイン領域２２４に接続されたドレイン電極２３６とを備える。
図１４において、ＳｉＣ ＤＩ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ｄは、ｐボディ領域２２８と、ｐボディ領域２２８の表面に形成されたｎ+ ソース領域２３０が、ダブルイオン注入（ＤＩ）で形成され、ソースパッド電極ＳＰは、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４に接続される。
ゲートパッド電極ＧＰは、図示を省略しているが、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８に接続される。また、ソースパッド電極ＳＰおよびゲートパッド電極ＧＰは、図１４に示すように、ＳｉＣ ＤＩ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ｄの表面を覆うように、パッシベーション用の層間絶縁膜２４４上に配置される。
ＳｉＣ ＤＩ ＭＯＳＦＥＴは、図１４に示すように、ｐボディ領域２２８に挟まれたｎ- 高抵抗層からなる半導体基板２２６内に、破線で示されるような空乏層が形成されるため、接合型ＦＥＴ（ＪＦＥＴ）効果に伴うチャネル抵抗ＲJFETが形成される。また、ｐボディ領域２２８／半導体基板２２６間には、図１４に示すように、ボディダイオードＢＤが形成される。
―ＳｉＣ Ｔ ＭＯＳＦＥＴ―
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０に適用される半導体デバイスの例であって、ＳｉＣ Ｔ ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造は、図１５に示すように表わされる。
図１５に示すように、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０に適用可能なパワー半導体モジュール２０に適用されるＳｉＣ Ｔ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ｃは、ｎ層からなる半導体基板２２６Ｎと、半導体基板２２６Ｎの表面側に形成されたｐボディ領域２２８と、ｐボディ領域２２８の表面に形成されたｎ+ ソース領域２３０と、ｐボディ領域２２８を貫通し、半導体基板２２６Ｎまで形成されたトレンチ内にゲート絶縁膜２３２および層間絶縁膜２４４Ｕ・２４４Ｂを介して形成されたトレンチゲート電極２３８ＴＧと、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４と、半導体基板２２６Ｎの表面と反対側の裏面に配置されたｎ+ ドレイン領域２２４と、ｎ+ ドレイン領域２２４に接続されたドレイン電極２３６とを備える。
図１５において、ＳｉＣ Ｔ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ｃは、ｐボディ領域２２８を貫通し、半導体基板２２６Ｎまで形成されたトレンチ内にゲート絶縁膜２３２および層間絶縁膜２４４Ｕ・２４４Ｂを介してトレンチゲート電極２３８ＴＧが形成され、ソースパッド電極ＳＰは、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４に接続される。
ゲートパッド電極ＧＰは、図示を省略しているが、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたトレンチゲート電極２３８ＴＧに接続される。また、ソースパッド電極ＳＰおよびゲートパッド電極ＧＰは、図１５に示すように、ＳｉＣ Ｔ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ｃの表面を覆うように、パッシベーション用の層間絶縁膜２４４Ｕ上に配置される。
ＳｉＣ Ｔ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ｃでは、ＳｉＣ ＤＩ ＭＯＳＦＥＴ ２２０Ｄのような接合型ＦＥＴ（ＪＦＥＴ）効果に伴うチャネル抵抗ＲJFETは形成されない。また、ｐボディ領域２２８／半導体基板２２６Ｎ間には、図１４と同様に、ボディダイオードＢＤが形成される。
（応用例）
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０を用いて構成される３相交流インバータ３００Ａであって、半導体デバイスとしてＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを適用し、電源端子ＰＬ・接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサＣを接続した回路構成例は、図１６（ａ）に示すように表わされる。
同様に、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０を用いて構成される３相交流インバータ３００Ｂであって、半導体デバイスとしてＩＧＢＴを適用し、電源端子ＰＬ・接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサＣを接続した回路構成例は、図１６（ｂ）に示すように表わされる。
第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０を電源Ｅと接続する際、接続ラインの有するインダクタンスＬによって、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのスイッチング速度が速いため、大きなサージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔを生ずる。例えば、電流変化ｄｉ＝３００Ａとし、スイッチングに伴う時間変化ｄｔ＝１００ｎｓｅｃとすると、ｄｉ／ｄｔ＝３×１０9 （Ａ／ｓ）となる。
インダクタンスＬの値により、サージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔの値は変化するが、電源Ｅに、このサージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔが重畳される。電源端子ＰＬ・接地端子ＮＬ間に接続されるスナバコンデンサＣによって、このサージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔを吸収することができる。
（具体例）
次に、図１７を参照して、半導体デバイスとしてＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを適用し、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０を用いて構成した３相交流インバータ４００Ａについて説明する。
図１７に示すように、３相交流インバータ４００Ａは、駆動回路部４０を備えたＩＰＭ１０と、３相交流モータ部１５４と、電源もしくは蓄電池（Ｅ）１４６と、コンバータ１４８とを備える。ＩＰＭ１０は、３相交流モータ部１５４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のインバータが接続されている。
ここで、駆動回路部４０は、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１・Ｑ４、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２・Ｑ５、およびＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３・Ｑ６に接続されている。
ＩＰＭ１０は、電源もしくは蓄電池（Ｅ）１４６が接続されたコンバータ１４８のプラス端子（＋）Ｐとマイナス端子（−）Ｎとの間に接続され、インバータ構成のＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１・Ｑ４、Ｑ２・Ｑ５、およびＱ３・Ｑ６を備える。また、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１〜Ｑ６のソース・ドレイン間には、フリーホイールダイオードＤＩ１〜ＤＩ６がそれぞれ逆並列に接続されている。
次に、図１８を参照して、半導体デバイスとしてＩＧＢＴを適用し、第１の実施の形態に係るＩＰＭ１０を用いて構成した３相交流インバータ４００Ｂについて説明する。
図１８に示すように、３相交流インバータ４００Ｂは、駆動回路部４０を備えたＩＰＭ１０と、３相交流モータ部１５４と、電源もしくは蓄電池（Ｅ）１４６と、コンバータ１４８とを備える。ＩＰＭ１０は、３相交流モータ部１５４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のインバータが接続されている。
ここで、駆動回路部４０は、ＩＧＢＴ Ｑ１・Ｑ４、ＩＧＢＴ Ｑ２・Ｑ５、およびＩＧＢＴ Ｑ３・Ｑ６に接続されている。
ＩＰＭ１０は、蓄電池（Ｅ）１４６が接続されたコンバータ１４８のプラス端子（＋）Ｐとマイナス端子（−）Ｎとの間に接続され、インバータ構成のＩＧＢＴ Ｑ１・Ｑ４、Ｑ２・Ｑ５、およびＱ３・Ｑ６を備える。また、ＩＧＢＴ Ｑ１〜Ｑ６のエミッタ・コレクタ間には、フリーホイールダイオードＤＩ１〜ＤＩ６がそれぞれ逆並列に接続されている。
［第２の実施の形態］
（概略構成）
第２の実施の形態に係る電気自動車またはハイブリッドカーのパワーコントロールユニット５００に搭載可能なＩＰＭ１０において、パワーコントロールユニット５００の回路ブロック構成は図１９に示すように表わされる。
図１９に示すように、電気自動車またはハイブリッドカーのパワーコントロールユニット５００に搭載可能なＩＰＭ１０は、例えば、自動車用エンジンとなるモータ（図示省略）に３相の駆動電流を供給する３相交流インバータ５００Ａとして構成される。
３相交流インバータ５００Ａは、電気自動車またはハイブリッドカーのパワーコントロールユニット５００において、モータの駆動などをコントロールするＥＣＵ５０２によって制御される。
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＩＰＭ１０を、放熱特性に優れ、モジュール化が容易であり、小型化にとって好適なものとすることができる。特に、複数のパワー半導体モジュール２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃを効率よく冷却でき、過熱による劣化を抑えることが可能なＩＰＭ１０、およびＩＰＭ１０を搭載した電気自動車またはハイブリッドカーを提供できる。
第２の実施の形態に係る電気自動車またはハイブリッドカーのパワーコントロールユニット５００に搭載可能なＩＰＭとしては、少なくとも１個のパワー半導体モジュール２０を搭載するものであっても良い。
なお、本実施の形態において、パワー半導体モジュールに適用可能な半導体パッケージ装置としては、端子電極Ｐ・Ｎ・Ｏを１本ずつ備える３端子構造の半導体パッケージ装置に限らず、４端子構造の半導体パッケージ装置などであっても良い。
また、本実施の形態に係るＩＰＭのパワー半導体モジュールに適用可能な半導体デバイスとしては、ＳｉＣ系パワーデバイスに限らず、ＧａＮ系やＳｉ系のパワーデバイスも採用可能である。
また、インバータに限らず、コンバータなどにも適用可能である。
[その他の実施の形態]
上記のように、いくつかの実施の形態について記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
このように、本実施の形態は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
本実施の形態のＩＰＭは、ＩＧＢＴモジュール、ダイオードモジュール、ＭＯＳモジュール（Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ）などの各種の半導体モジュール作製技術に利用することができ、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）／ＥＶ（Electric Car）向けのインバータ、産業向けのインバータ、コンバータなど、幅広い応用分野に適用可能である。
１０…ＩＰＭ
１０Ａ・１０Ｂ・３００Ａ・３００Ｂ・４００Ａ・４００Ｂ・５００Ａ…３相交流インバータ
２０（２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ）…パワー半導体モジュール
２１…パッケージ
２２…放熱性樹脂
２４…放熱シート
２６…接合材
２８…取付部
３０…放熱プレート
３２・４２…ネジ
４０…駆動回路部
４０ａ…１次側回路部
４０ｂ…２次側回路部
４１…挿通孔
４４…回路部取付穴
５０…放熱板（冷却部）
５２…位置決め用の凸部
５４…プレート取付穴
１０１…スイッチレギュレータ
１０２…ＬＤＯ
１０４…ゲートドライバ
１０５（１０５1・１０５2・１０５3・１０５4・１０５5・１０５6）…絶縁トランス
１０６…温度モニタ回路
１０７…短絡保護回路
１０８…電圧降下検出回路
１０９（１０９1・１０９2・１０９3・１０９4・１０９5・１０９6）…絶縁カプラ
１２０Ａ…２ in １モジュール（ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ）
１２０Ｂ…２ in １モジュール（ＩＧＢＴ）
１４６…電源もしくは蓄電池（Ｅ）
１４８…コンバータ
１５４…３相交流モータ部
２２０Ａ…ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ
２２０Ｂ…ＩＧＢＴ
２２０Ｃ…ｎチャネル縦型ＳｉＣ Ｔ ＭＯＳＦＥＴ
２２０Ｄ…ＳｉＣ ＤＩ ＭＯＳＦＥＴ
２２４…ｎ+ ドレイン領域
２２４Ｐ…ｐ+ コレクタ領域
２２６・２２６Ｎ…半導体基板
２２８…ｐボディ領域
２３０…ソース領域
２３０Ｅ…エミッタ領域
２３２…ゲート絶縁膜
２３４…ソース電極
２３４Ｅ…エミッタ電極
２３６…ドレイン電極
２３６Ｃ…コレクタ電極
２３８…ゲート電極
２３８ＴＧ…トレンチゲート電極
２４４・２４４Ｕ・２４４Ｂ…層間絶縁膜
５００…パワーコントロールユニット
５０２…ＥＣＵ
５０４…バッテリ
ＨＳ１・ＨＳ２・ＨＳ３…高圧側のドライブ回路
ＬＳ４・ＬＳ５・ＬＳ６…低圧側のドライブ回路
Ｑ１〜Ｑ６…半導体デバイス（ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ）
ＤＩ１〜ＤＩ６…フリーホイールダイオード
ＢＤ１〜ＢＤ６…ボディダイオード
Ｃ…スナバコンデンサ
ＧＰ…ゲートパッド電極
ＳＰ…ソースパッド電極
ＥＰ…エミッタパッド電極
Ｇ１〜Ｇ６…ゲート信号端子電極（リード端子）
Ｓ１〜Ｓ６…ソース信号端子電極（リード端子）
ＳＳ１〜ＳＳ６…ソースセンス端子（リード端子）

Claims (23)

  1. 半導体デバイスと、前記半導体デバイスの外囲を封止する封止体とを有するパワー半導体モジュールと、
    前記封止体上に搭載され、前記パワー半導体モジュールを駆動する駆動回路部と、
    前記封止体が装着されて、前記パワー半導体モジュールを冷却する冷却部と
    を備えることを特徴とするインテリジェントパワーモジュール。
  2. 前記封止体は、モールド樹脂からなるパッケージであって、前記駆動回路部が搭載される面に、前記駆動回路部を固定するための回路部取付穴を有することを特徴とする請求項１に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  3. 前記冷却部は、前記封止体が装着される面に、前記パワー半導体モジュールを装着する際の基準となる位置決め用の凸部を有することを特徴とする請求項１に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  4. 前記位置決め用の凸部は、枠形状に配置されることを特徴とする請求項３に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  5. 前記封止体は、前記枠形状の前記位置決め用の凸部内において、接合ペーストまたは半田により接合されることを特徴とする請求項４に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  6. 前記パワー半導体モジュールと前記駆動回路部との間には、放熱プレートがさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  7. 前記放熱プレートは、樹脂製の放熱シートまたは放熱性樹脂を介して前記駆動回路部と接合されることを特徴とする請求項６に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  8. 前記放熱プレートは、放熱性樹脂を介して前記パワー半導体モジュールと接合されることを特徴とする請求項６に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  9. 前記冷却部は、前記封止体が装着される面に、前記放熱プレートを固定するためのプレート取付穴を有することを特徴とする請求項６に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  10. 前記冷却部は、前記放熱プレートを介して、前記パワー半導体モジュールおよび前記駆動回路部を冷却することを特徴とする請求項９に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  11. 前記冷却部は、複数個の前記パワー半導体モジュールに対して共通に設けられることを特徴とする請求項１０に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  12. 前記駆動回路部は、複数個の前記パワー半導体モジュールに対して共通に設けられることを特徴とする請求項１０に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  13. 前記駆動回路部は矩形形状を有し、長手方向に沿って配置された１次側回路部と、前記１次側回路部に隣接配置された２次側回路部とを備えることを特徴とする請求項１２に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  14. 前記１次側回路部は、電源回路と、短絡保護回路と、温度モニタ回路と、電圧降下検出回路とを備えることを特徴とする請求項１３に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  15. 前記２次側回路部は、ゲートドライバを備えることを特徴とする請求項１３に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  16. 前記ゲートドライバは、複数の高圧側のドライブ回路と複数の低圧側のドライブ回路とを有することを特徴とする請求項１５に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  17. 前記ゲートドライバは、前記複数の高圧側のドライブ回路と前記複数の低圧側のドライブ回路とが交互に配置されることを特徴とする請求項１６に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  18. 前記複数の高圧側のドライブ回路および前記複数の低圧側のドライブ回路は、前記１次側回路部と前記２次側回路部とにまたがって配置されたトランスをそれぞれに介して、前記電源回路に共通に接続されることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  19. 前記複数の高圧側のドライブ回路および前記複数の低圧側のドライブ回路は、前記１次側回路部と前記２次側回路部とにまたがって配置された絶縁カプラをそれぞれに介して、前記短絡保護回路、前記温度モニタ回路、および前記電圧降下検出回路に共通に接続されることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  20. 前記パワー半導体モジュールは、ＩＧＢＴ、ダイオード、Ｓｉ系ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ系ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ系ＦＥＴのいずれかの半導体デバイス、または、複数の半導体デバイスを備えることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  21. 前記パワー半導体モジュールは、スイッチングモジュールを構成することを特徴とする請求項２０に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  22. 半導体デバイスと、前記半導体デバイスの外囲を封止する封止体とを有するパワー半導体モジュールと、
    前記封止体上に搭載され、前記パワー半導体モジュールを駆動する駆動回路部と、
    前記封止体が装着されて、前記パワー半導体モジュールを冷却する冷却部と
    を備え、
    前記パワー半導体モジュールがツーインワンモジュールを構成するように複数個配置されて、シックスインワンモジュールタイプのインバータまたはコンバータを構成することを特徴とするインテリジェントパワーモジュール。
  23. 請求項１〜２２のいずれか１項に記載のインテリジェントパワーモジュールを搭載することを特徴とする電気自動車またはハイブリッドカー。
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