功率模块

技术领域

本发明涉及功率模块。

背景技术

基于功率半导体元件的开关的功率变换装置因变换效率高而广泛用于民用、车载用、铁道用、变电设备等。该功率半导体元件会因通电而发热，因此要求高散热性。作为构成功率变换装置的功率模块，有的具有如下结构：利用一对金属板将IGBT(绝缘栅双极晶体管)和二极管夹住，并利用模塑树脂加以密封。连接于IGBT或二极管的端子从模塑树脂露出，IGBT和二极管构成上臂电路或下臂电路中的一方。在具有上臂电路或下臂电路中的一方的2in1结构的功率模块中，已知有集电极引线及集电极感测与金属板形成为一体的结构(例如参考专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007-73743号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1中没有关于上臂电路和下臂电路一体化的2in1结构的功率模块中的集电极感测的连接的记载。

解决问题的技术手段

本发明的一形态的功率模块具有俯视下为多边形状的模块主体，该功率模块具备：多个第1有源元件，它们构成上臂电路和下臂电路中的一方；多个第2有源元件，它们构成上臂电路和下臂电路中的另一方；第1导体，其供所述多个各第1有源元件的集电极连接；第2导体，其供所述多个第2有源元件的发射极连接；正极侧端子及负极侧端子，它们从所述模块主体的一边突出；交流侧端子，其从所述模块主体的不同于所述一边的另一边突出；中间电极部，其连接所述第1导体与所述第2导体；以及第1集电极感测线路，其具有第1感测连接部，通过所述第1感测连接部连接所述第1有源元件的所述集电极与所述第1导体，所述中间电极部配置在所述多个第1有源元件当中离所述交流侧端子最近的所述第1有源元件附近，所述第1感测连接部配置在所述多个第1有源元件当中离所述交流侧端子最远的所述第1有源元件附近。

发明的效果

根据本发明，能够提高集电极感测的电压的检测精度。

附图说明

图1为本发明的功率模块的一实施方式的外观立体图。

图2为图1所示的功率模块的II-II线截面图。

图3为表示图1所示的功率模块的电路的一例的电路图。

图4的(a)～图4的(c)为用于说明图1所示的功率模块的制造方法的各工序的截面图。

图5的(a)～图5的(b)为用于说明接着图4的(a)～图4的(c)的功率模块的制造方法的各工序的截面图。

图6的(a)～图6的(c)分别为与图4的(a)～图4的(c)相对应的工序的立体图。

图7的(a)～图7的(b)分别为与图5的(a)～图5的(b)相对应的工序的立体图。

图8的(a)为将密封前模块构成体设置在模具内来进行树脂模塑的工序的截面图，图8的(b)为图8的(a)的区域VIIIb的放大图。

图9的(a)为表示本发明的功率模块中的电流的流通的俯视图，图9的(b)为图9的(a)的IXb-IXb线截面图。

图10为表示本发明的功率模块中的功率端子与感测连接部的配置关系的俯视图。

图11的(a)为表示本发明的功率模块中的有源元件配置区域与感测连接部及交流侧电极的位置关系的俯视图，图11的(b)为本发明的功率模块的截面图。

图12为作为与图10所示的本发明的功率模块的对比而示出的比较例的功率模块的俯视图。

图13为使用本发明的功率模块的功率变换装置的电路图。

图14为表示图13所示的功率变换装置的一例的外观立体图。

图15为图14所示的功率变换装置的XV-XV线剖视图。

图16表示图15中图示的带冷却流路的功率模块，图16的(a)为从上方侧观察的立体图，图16的(b)为从下方侧观察的立体图。

图17为图16的(a)的XVII-XVII线截面图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明的实施方式进行说明。以下的记载及附图是用于说明本发明的示例，为了使说明变得明确，酌情进行了省略及简化。本发明也能以其他各种形态加以实施。只要无特别限定，各构成要素可为单数也可为复数。

为了使发明的理解变得容易，附图中展示的各构成要素的位置、大小、形状、范围等有时不表示实际的位置、大小、形状、范围等。因此，本发明并非一定限定于附图中揭示的位置、大小、形状、范围等。

图1为本发明的流量传感器的一实施方式的从上表面侧观察的俯视图，图2为从背面侧观察图1所示的流量传感器的俯视图，图3为图1所示的流量传感器的III-III线截面图，图4为图1所示的流量传感器的IV-IV线截面图。

再者，在以下的说明中，X方向、Y方向、Z方向采用图示的设定。

图1为本发明的功率模块的一实施方式的外观立体图。

功率模块300具备利用树脂850将内部的电子零件密封得到的树脂封装件即功率模块主体301、翅片基座800、以及输入输出大电流的多个功率端子、输入输出信号的多个信号端子。功率模块主体301具有大致长方体形状，换句话说，在从垂直方向观察面积最大的主面302的俯视下具有大致矩形形状。多个功率端子及多个信号端子从功率模块主体301的长度方向(X方向)的一边301a以及与这一边相对的另一边301b突出。在功率模块主体301的主面302以及该主面302的对置面即背面303各方设置有具有大量翅片的翅片基座800。在各翅片基座800的外周缘形成有环状的槽802。

从功率模块主体301的另一边301b突出有正极侧端子315B及负极侧端子319B等功率端子。从功率模块主体301的一边301a突出有交流侧端子320B作为功率端子。

从功率模块主体301的另一边301b突出有下臂栅极端子325L、镜像发射极信号端子325M、开尔文发射极信号端子325K、集电极感测信号端子325C等信号端子。从功率模块主体301的一边301a突出有上臂栅极端子325U、温度感测信号端子325S、镜像发射极信号端子325M、开尔文发射极信号端子325K、集电极感测信号端子325C等信号端子等。

来自开尔文发射极信号端子325K的信号表示栅极信号的基准。来自集电极感测信号端子325C的信号用于短路保护。如后文所述，功率模块300具有上臂电路和下臂电路，短路的保护是在上臂电路和下臂电路中的任一方短路的情况下通过将未短路那一侧的臂电路设为开路而使电流变为切断状态来进行。短路保护的检测中，可以在利用各臂电路的集电极感测的同时还利用镜像发射极。通过并用多种检测，可以具有冗余性。来自温度感测信号端子325S的信号用于监测后文叙述的有源元件的温度，用于在有源元件的温度变得比规定温度高的情况下抑制温度上升、保护有源元件。

在本说明书中，多个功率端子、输入输出信号的多个信号端子包含包括正极侧端子315B及负极侧端子319B和交流侧端子320B的功率端子。此外，还包含镜像发射极信号端子325M、开尔文发射极信号端子325K、集电极感测信号端子325C等信号端子。

像图1中图示的那样，作为功率端子的正极侧端子315B及负极侧端子319B与交流侧端子320B以相对的方式设置在功率模块主体301的另一边301b与一边301a。并且，正极侧端子315B、负极侧端子319B与交流侧端子320B配置在对角线上。

此外，从功率模块主体301的一边301a突出的集电极感测信号端子325C与交流侧端子320B隔开配置在一边301a的一端附近和其相反侧即另一端附近。从功率模块主体301的另一边301b突出的集电极感测信号端子325C与正极侧端子315B及负极侧端子319B隔开配置在另一边301b的一端附近和其相反侧即另一端附近。因而，从功率模块主体301的一边301a突出的集电极感测信号端子325C与从功率模块主体301的另一边301b突出的集电极感测信号端子325C配置在呈矩形形状的功率模块主体301的另一条对角线上。

多个功率端子及多个信号端子从长度方向(X方向)朝高度方向(Z方向)垂直地弯曲而朝同一方向延伸出去。通过将多个信号端子朝向同一方向，向控制电路或驱动电路的连接变得容易。此外，通过从功率模块主体301的一边301a和另一边301b这两边分开突出控制端子，确保了端子间的沿面距离和空间距离。

正极侧端子315B与负极侧端子319B沿Y方向相邻配置在功率模块主体301的另一边301b侧。此外，正极侧端子315B与负极侧端子319B是以使弯折成L字形状的小面积的侧面相对的方式加以排列的，获得了使输入输出的电流接近并减少电感的效果。此外，作为直流端子的正极侧端子315B和负极侧端子319B要连接至与电池连结在一起的电容器模块500(参考图13)，因此，通过都从同一侧即另一边301b侧突出，有能够简化逆变器布局的效果。交流侧端子320B从与直流侧端子突出那一面相对的对面突出。交流侧端子320B连接到电流传感器180(参考图13)，之后从逆变器输出并连接至电动发电机192、194(参考图13)。因此，通过使其朝区别于与电容器模块500连接的直流端子的另一方向突出，有能够简化逆变器布局的效果。

图2为图1所示的功率模块的II-II线截面图，图3为表示图1所示的功率模块的电路的一例的电路图。

功率模块300具备上臂电路和下臂电路，所述上臂电路具有由有源元件155和二极管156构成的开关元件，所述下臂电路具有由有源元件157和二极管158构成的开关元件。作为有源元件155、157，使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等晶体管。作为二极管156、158，使用SBD(Schottky Diode)、FRD(Fast Recovery Diode)等。像图3中图示的那样，正极侧端子315B连接至第3导体412。构成上臂电路的开关元件的有源元件155的集电极与二极管156的阴电极通过第3导体412电性连接。有源元件155的发射极与二极管156的阳电极通过第2导体411电性连接。

负极侧端子319B电性连接至第4导体413。构成下臂电路的开关元件的有源元件157的发射极与二极管158的阳电极通过第4导体413电性连接。有源元件157的集电极与二极管158的阴电极通过第1导体410电性连接。第1导体410与第2导体411经由中间电极部414电性连接。交流侧端子320B电性连接至第1导体410。开尔文发射极信号端子325K连接至上臂电路及下臂电路各自的发射极及集电极。上臂电路的集电极感测信号端子325C电性连接至第3导体412，下臂电路的集电极感测信号端子325C连接至第1导体410。

例如根据图9可知，一个有源元件155是具备多个有源元件155而构成的。如图2所示，多个有源元件155的集电极、多个二极管156的阳电极通过焊料、烧结金属等金属接合构件51接合到第3导体412。多个有源元件155的发射极、多个二极管156的阴电极通过焊料、烧结金属等金属接合构件51接合到第2导体411。多个有源元件157的集电极、多个二极管158的阳电极(图2中未图示)通过焊料、烧结金属等金属接合构件51接合到第1导体410。多个有源元件157的发射极、多个二极管158的阴电极(图2中未图示)通过焊料、烧结金属等金属接合构件51接合到第4导体413。第1导体410通过金属接合构件51接合到一体地形成于第2导体411上的中间电极部414(也参考图6的(a))。由此，第1导体410与第2导体411电性连接在一起。再者，有源元件155、157的整个下表面为集电极，二极管156、158的整个下表面为阳电极，上表面的有源区域为阴电极。

第1导体410～第4导体413由铜或铝形成，但只要是导电性高的材料，则也可为其他材料。在第1导体410及第3导体412下方(-Z方向)配置有集电极侧线路板423。集电极侧线路板423通过焊料、烧结金属等金属接合构件51接合到第1导体410及第3导体412。集电极侧线路板423是在陶瓷等的绝缘板451的表面及背面形成由铜或铝构成的线路452来构成的。第1导体410及第3导体412通过金属接合构件51接合到线路452。为了增大接合强度，也可对作金属接合的导体或线路实施镀敷或者设置微细的凹凸。各有源元件155、157的各电极通过导线840连接到形成于集电极侧线路板423上的线路。各有源元件155、157的各电极与线路的连接于后文叙述。

在第2导体411及第4导体413上方(Z方向)配置有发射极侧线路板422。发射极侧线路板422通过焊料、烧结金属等金属接合构件51接合到第2导体411及第4导体413。发射极侧线路板422是在陶瓷等的绝缘板453的表面及背面形成由铜或铝构成的线路454来构成的。第2导体411及第4导体413通过金属接合构件51接合到形成于发射极侧线路板422上的线路454。

在集电极侧线路板423的下表面以及发射极侧线路板422的上表面分别接合有翅片基座800。集电极侧线路板423或发射极侧线路板422与翅片基座800通过焊料、烧结金属等金属接合构件51相接合。

上下的翅片基座800之间由树脂850加以密封。树脂850例如通过传递模塑来形成。

图4的(a)～图4的(c)为用于说明图1所示的功率模块的制造方法的各工序的截面图，图5的(a)～图5的(b)为用于说明接着图4的(a)～图4的(c)的功率模块的制造方法的各工序的截面图。此外，图6的(a)～图6的(c)分别为与图4的(a)～图4的(c)相对应的工序的立体图，图7的(a)～图7的(b)分别为与图5的(a)～图5的(b)相对应的工序的立体图。

参考图4的(a)～图4的(c)、图5的(a)～图5的(b)、图6的(a)～图6的(c)以及图7的(a)～图7的(b)，对图1所示的功率模块300的制造方法进行说明。

像图4的(a)、图6的(a)中图示的那样，通过金属接合构件51将多个有源元件155的集电极以及多个二极管156的阴电极接合至第3导体412。同样地，通过金属接合构件51将多个有源元件157的集电极以及多个二极管158的阴电极接合至第1导体410。

此外，通过金属接合构件51将多个有源元件155的上表面以及多个二极管156的阳电极接合至第2导体411。同样地，通过金属接合构件51将多个有源元件155的上表面以及多个二极管156的阳电极接合至第4导体413。

如图9等图示的那样，在第3导体412与第2导体411之间配置多个(实施例中例示为4个)有源元件155及二极管156。同样地，在第1导体410与第4导体413之间配置多个(实施例中为4个)有源元件157及二极管158。通过利用多个有源元件155、157及二极管156、158来构成上臂电路及下臂电路，可以向马达等负载供给大电流。

再者，如图4的(a)～(c)、图5的(a)、(b)所示，在第1导体410上一体地形成有厚度比该第1导体410薄的交流侧端子320B。交流侧端子320B中，供有源元件157、二极管158接合的上表面与第1导体410的上表面为同一面，其下表面侧具有从第1导体410的下表面凹陷(图中位于Z方向上方)的高低差。此外，正极侧端子315B一体地形成于第3导体412上，负极侧端子319B例如通过金属接合构件接合到形成于第4导体413上的中间电极414A(参考图6、图9)。

接着，像图4的(b)、图6的(b)中图示的那样，通过金属接合构件51将集电极侧线路板423接合至第1导体410及第3导体412的下表面，通过导线840将各有源元件155、157的各电极电性连接至集电极侧线路板423的线路452。此外，通过导线841来连接各线路452与图1中图示的所有信号端子。图4的(b)、图6的(b)中，导线840、841仅图示了1条，但像图9的(a)中图示的那样，导线840、841分别设置有多条。像图6的(b)中图示的那样，线路452中包含集电极感测线路452a，该集电极感测线路452a通过导线841a连接至集电极感测信号端子325C。

接着，像图4的(c)、图6的(c)中图示的那样，通过金属接合构件51将发射极侧线路板422的下侧(-Z方向侧)的线路454接合至第2导体411及第4导体413的上表面。

将图4的(c)、图6的(c)中图示的功率模块构成体作为密封前模块构成体304。

在本实施方式中，具有作为集电极侧导体的第1导体410及第3导体412与集电极侧线路板423被设为不同个体的结构。集电极侧线路板423的线路452的厚度较薄，而第1导体410及第3导体412的厚度较厚，因此能使热沿平面方向扩散。通过减薄集电极侧线路板423的线路452的厚度，能使集电极侧线路板423变得廉价，此外，由于线路452的厚度较薄，因此能将线路的图案微细化，集电极侧线路板423的面积得以缩小，能够实现小型化。

发射极侧也是一样的，作为发射极侧导体的第2导体411及第4导体413与发射极侧线路板422设为不同个体，由此，可以通过第2导体411和第4导体413使热沿平面方向扩散，此外，能使发射极侧线路板422变得廉价并实现小型化。

接着，像图5的(a)、图7的(a)中图示的那样，通过金属接合构件51将翅片基座800分别接合至集电极侧线路板423的下表面以及发射极侧线路板422的上表面。翅片基座800例如由铝形成。若以铜来形成集电极侧线路板423的线路452以及发射极侧线路板422的线路454，则铝与铜的热膨胀差会导致翅片基座800发生翘曲。但在本实施方式中，是通过金属接合构件51将翅片基座800分别接合至接合于第1导体410和第3导体412的集电极侧线路板423以及接合于第2导体411和第4导体413的发射极侧线路板422。因此，能够减少接合翅片基座800时的翘曲。因而，翅片基座800的接合工序可以采用低加压或无加压的接合工艺而不是加压接合工艺。由此，能够谋求生产设备的低成本化。

再者，也可对翅片基座800的接合面实施镀镍。

此外，也可通过金属接合构件51等将集电极侧线路板423、发射极侧线路板422预先接合到翅片基座800上。

接着，像图5的(b)、图7的(b)中图示的那样，利用树脂850将设置在上下一对翅片基座800之间的密封前模块构成体304密封。树脂850的密封例如通过传递模塑等树脂模塑来进行。也可在树脂模塑之前在密封前模块构成体304上被覆树脂薄膜。

图8的(a)为将密封前模块构成体设置在模具内来进行树脂模塑的工序的截面图。

像图8的(a)中图示的那样，以在该密封前模块构成体304的上下表面接合有翅片基座800的状态将密封前模块构成体304设置在由下模852a及上模852b构成的模具852的模腔内。在各翅片基座800上，在外周缘形成有槽802，将槽802的外周侧的部分即外周部806抵接至下模852a的阶部855a或者上模852b的阶部855b。

图8的(b)为图8的(a)的区域VIIIb的放大图。其中，图8的(b)中省略了集电极侧线路板423的图示。

上下的翅片基座800的外周部806下表面之间的长度比下模852a的阶部855a与上模852b的阶部855b之间的长度大。此外，下模852a的底部内面起到阶部855a的上表面为止的长度比翅片基座800的下表面起到翅片基座800的外周部806的下表面为止的长度大。因此，当将模具852合模时，翅片基座800的外周部806被按压至阶部855a的上表面，在槽802的位置上弯曲。由此，注入到配置在一对翅片基座800之间的密封前模块构成体304周围的树脂材料850S不会从翅片基座800的外周部806与阶部855a的抵接部漏出至翅片基座800侧。

当通过模具852用力地夹紧接合有一对翅片基座800的密封前模块构成体304时，有源元件155、157等会产生过度的应力。但是，由于在翅片基座800上设置有槽802而形成为翅片基座800在槽802的位置上在较小荷重下弯曲的构成，因此能缓和作用于有源元件155、157等的应力。

此外，在模具852内设置有弹簧机构854。弹簧机构854具有防止经由第1导体410～第4导体413、集电极侧线路板423、发射极侧线路板422作用于有源元件155、157等的剥离的功能。也就是说，由于设置在模具852的模腔内的密封前模块构成体304周围所填充的树脂材料850S，导致扩张该翅片基座800之间的空间的压力作用于上下翅片基座800。因此，剥离力经由第1导体410～第4导体413、集电极侧线路板423、发射极侧线路板422作用于有源元件155、157等。通过使弹簧机构854对密封前模块构成体304的加压力大于因上模852b、下模852a的合模力而产生的对密封前模块构成体304的加压力，可以消除作用于有源元件155、157等的剥离力。

有源元件155、157等对加压力的耐性较强，但对剥离力的耐性较弱，成为破损或故障的因素。通过使弹簧机构854对密封前模块构成体304的加压力大于因树脂材料850S的压力而产生的剥离力，能够防止树脂模塑时的有源元件155、157等的破损或故障。

再者，虽未图示，但第1导体410～第4导体413、功率端子、信号端子的封装到树脂模塑工序为止是在利用系杆将第1导体410～第4导体413、功率端子以及信号端子连结在一起的状态下进行。在树脂模塑后将系杆切掉，并将功率端子、信号端子加工为规定形状，由此，能获得图1中图示的功率模块300。

图9的(a)为表示本发明的功率模块中的电流的流通的俯视图。

像图3中也有展示的那样，本实施方式的功率模块300设为上臂电路与下臂电路一体化的2in1结构。

图9的(a)中，翅片基座800、树脂850、发射极侧线路板422不作表示，作为发射极侧导体的第2导体411、第4导体413以半透表示，树脂850的外形以虚线表示。此外，经由有源元件155、157的电流的流通以箭头表示。电流当中，流过集电极侧的电流以实线表示，流过发射极侧的电流以虚线表示。

电流从电容器侧集中进入与电容器模块500(参考图13)的正极连结的作为功率端子的正极侧端子315B。从正极侧端子315B进入的电流经由上臂电路的集电极侧导体即第3导体412而分支进入多个有源元件155的各集电极。进入到各有源元件155的集电极的电流从各有源元件155的发射极输出，经由上臂电路的发射极侧导体即第2导体411流至中间电极部414而集中至该中间电极部414。

集中到中间电极部414的电流流至下臂电路的集电极侧导体即第1导体410。电流从第1导体410分支为2个电流路径。1个是流至作为功率端子的交流侧电极406的电流路径，另1个是分支到多个有源元件157的电流路径。再者，交流侧电极406是连接于交流侧端子320B的树脂850内侧的区域。交流电流经由交流侧电极406及交流侧端子320B供给至电动发电机192、194(参考图13)。

集中到中间电极部414的电流从中间电极部414经由第1导体410分支进入构成下臂电路的多个有源元件157的各集电极。进入到各有源元件157的集电极的电流从各有源元件157的发射极输出，经由下臂电路的发射极侧导体即第4导体413以及中间电极414A再次集中至作为功率端子的负极侧端子319B。

也就是说，从电容器模块500侧流至功率模块300的电流集中流至中间电极部414、作为功率端子的正极侧端子315B、负极侧端子319B、交流侧端子320B。因此，呈电流集中至上臂电路的多个有源元件155和下臂电路的多个有源元件157当中离正极侧端子315B、负极侧端子319B、交流侧端子320B及中间电极部414较近的有源元件155、157的倾向。另一方面，呈电流不易集中至远离这些端子的有源元件155、157的倾向。

图9的(b)为图9的(a)的IXb-IXb线截面图。

在有源元件157的上表面侧通过金属接合构件51接合有第4导体413，在第4导体413的上表面通过金属接合构件51接合有发射极侧线路板422。在发射极侧线路板422的上表面通过金属接合构件51接合有翅片基座800。发射极侧线路板422具有在绝缘板453的上下各面形成有线路454的结构。第4导体413接合于发射极侧线路板422下表面侧的线路454，翅片基座800接合于发射极侧线路板422上表面侧的线路454。

在有源元件157的下表面侧通过金属接合构件51接合有第1导体410，在第1导体410的下表面通过金属接合构件51接合有集电极侧线路板423。在集电极侧线路板423的下表面通过金属接合构件51接合有翅片基座800。集电极侧线路板423具有在绝缘板451的上下各面形成有线路452的结构。第1导体410接合于集电极侧线路板423上表面侧的线路452，翅片基座800接合于集电极侧线路板423下表面侧的线路452。

集电极侧线路板423上表面侧的线路452包含集电极感测线路452a(也参考图6的(b))。集电极感测线路452a通过金属接合构件51接合于第1导体410的下表面，电性连接到第1导体410。集电极感测线路452a中，与第1导体410的侧边410a交叉的部分为感测连接部415。上述内容为下臂侧的集电极感测区域的结构，而上臂侧的集电极感测区域的结构也是一样的。

下臂侧的感测连接部415配置在第1导体410的侧边410a上的在Y方向上与配置有交流侧端子320B的端部相反那一侧的端部。此外，上臂侧的感测连接部415配置在第3导体412的侧边412a(参考图9的(a))上的与配置有正极侧端子315B的端部在Y方向上相反那一侧的端部。交流侧端子320B与正极侧端子315B配置在功率模块300的对角线上。

通常而言，电压在有电流变化的情况下会受到自感L、电流I以及时间t的影响而产生-L(dI/dt)的感应电动势V。该感应电动势会加到希望通过集电极感测加以检测的电压中，因此会降低电压的检测精度。电流集中流通的位置上，开关所引起的电流变化较大，因此感应电动势V增大。也就是说，通过使利用集电极感测来检测电压的感测连接部415离开电流集中部，有电压的检测精度提高的效果。内置有上臂电路和下臂电路的2in1结构的功率模块300具有中间电极部414。中间电极部414在不将上臂电路与下臂电路一体化的1in1结构中见不到。中间电极部414成为电流集中部，因此，通过将集电极感测的感测连接部415设置在远离中间电极部414及正极侧端子315B、负极侧端子319B及交流侧端子320B的位置，可以实现电压检测的高精度化。

如图9的(b)所示，感测连接部415配置在第1导体410的在厚度方向上与接合有有源元件157的上表面相反那一侧(-Z方向)的下表面。此外，也如图4、图5等所示那样，交流侧端子320B的壁厚比第1导体410小，交流侧端子320B的下表面相较于第1导体410的下表面而言配置在接合有有源元件157的上表面侧。也就是说，第1导体410在厚度方向上具有设置在有源元件155、157侧的元件侧区域部和设置于在厚度方向上与有源元件155、157侧相反那一侧的线路侧区域部，感测连接部415通过金属接合构件51连接于线路侧区域部，交流侧端子320B接合于元件侧区域部。由于感测连接部415配置于在第1导体410的厚度方向上远离电流集中的第1导体410的接合有有源元件155、157的上表面的位置，因此能实现集电极感测的电压检测的高精度化。

图10为表示本发明的功率模块中的功率端子与感测连接部的配置关系的俯视图。

图10中，翅片基座800、树脂850、发射极侧线路板422不作表示，作为发射极侧导体的第2导体411、第4导体413以半透表示，树脂850的外形以虚线表示。此外，记载有连结正极侧端子315B与交流侧端子320B的第1线段417、连结负极侧端子319B与交流侧端子320B的第2线段418、以及连结下臂电路的感测连接部415与上臂电路的感测连接部415的第3线段419。

如图10所示，连结正极侧端子315B和交流侧端子320B的第1线段417与连结下臂电路的感测连接部415和上臂电路的感测连接部415的第3线段419相交叉。此外，连结负极侧端子319B和交流侧端子320B的第2线段418与连结下臂电路的感测连接部415和上臂电路的感测连接部415的第3线段419相交叉。

正极侧端子315B、负极侧端子319B、交流侧端子320B等功率端子在壁厚、宽度上比信号端子大，因此重量较重。通过第1线段417与第3线段419交叉、第2线段418与第3线段419交叉，使得重量较重的端子位于对角线上。

通过设为这种结构，在焊接翅片基座800时，得以防止功率端子集合在密封前模块构成体304的一边侧造成的重量不平衡。由此，有能接合为均匀的厚度的效果。此外，通过使翅片基座800的接合变得均匀，在传递模塑时设置在模具852的模腔内的状态下，能使翅片基座800的槽802位置上的弯曲的角度变得大致均等。因此，有能可靠地防止树脂材料850S朝翅片基座800侧的漏出的效果。进一步地，通过设为第3线段419与第1线段417及第2线段418交叉的结构，有感测连接部415得以配置在不仅远离正极侧端子315B、负极侧端子319B、交流侧端子320B等功率端子还远离成为电流集中部的中间电极部414的位置的效果。

图11的(a)为表示本发明的功率模块中的有源元件配置区域与感测连接部及交流侧电极的位置关系的俯视图，图11的(b)为本发明的功率模块的截面图。图11的(b)与图2相同，但再次展示的目的是为了易于进行与图11的(a)的对照。

图11的(a)中，翅片基座800、树脂850、发射极侧线路板422不作表示，作为发射极侧导体的第2导体411、第4导体413以半透表示，树脂850的外形以虚线表示。

构成下臂电路的接合于第1导体410的上表面的多个(实施例中例示为4个)有源元件157沿第1导体410的一个侧边410a以规定间隔排列。从最接近配置在第1导体410的侧边410a的Y方向上的一端侧的感测连接部415的有源元件157起到最接近配置在第1导体410的侧边410a的Y方向上的另一端侧的交流侧端子320B的有源元件157为止的区域为元件排列区域416。图11的(a)中，对元件排列区域416划有影线。

从交流侧端子320B观察，下臂电路的感测连接部415配置在元件排列区域416内离得最远的有源元件157的外侧。

如此，从交流侧端子320B观察，下臂电路的感测连接部415配置在元件排列区域416内离得最远的有源元件157的外侧，换句话说，集电极感测的感测连接部415设置在远离电流集中的交流侧端子320B的位置。因此，能够实现集电极感测的电压检测的高精度化。

图12为作为与图10所示的本发明的功率模块的对比而加以表示的比较例的功率模块的俯视图。

图12中，翅片基座800、树脂850、发射极侧线路板422不作表示，作为发射极侧导体的第2导体411、第4导体413以半透表示，树脂850的外形以虚线表示。此外，记载有连结正极侧端子315B与交流侧端子320B的第1线段417、连结负极侧端子319B与交流侧端子320B的第2线段418、以及连结下臂电路的感测连接部415与上臂电路的集电极感测的感测连接部415的第3线段419。

像图12中图示的那样，制作了第3线段419与第1线段417及第2线段418都不交叉的结构的功率模块300R作为比较例。也就是说，在比较例的功率模块300R中，交流侧端子320B不是配置在与正极侧端子315B和负极侧端子319B相对的边的对角线上而是配置在相对的边的大致相同端部侧。此外，上臂及下臂的感测连接部415配置在相对的边的与功率端子侧相反那一侧的端部。

如上所述，正极侧端子315B、负极侧端子319B、交流侧端子320B等功率端子在壁厚、宽度上比信号端子大，因此重量较重。重量较重的功率端子配置在相对的边的大致相同端部侧。因此，在焊接翅片基座800时，发生功率端子集中在一侧造成的重量不平衡，导致翅片基座800的接合厚度变得不均匀。此外，由于是第3线段419与第1线段417及第2线段418都不交叉的结构，因此如图12所示，成为下臂电路的集电极感测的感测连接部415接近成为电流集中部的中间电极部414的结构。因此，集电极感测所检测的电压中会重叠较大的感应电动势，导致集电极感测的电压检测的精度降低。

图13为使用本发明的功率模块的功率变换装置的电路图。

功率变换装置200具备逆变电路部140、142、辅机用逆变电路部43以及电容器模块500。逆变电路部140及142具备多个功率模块300，通过连接这些功率模块300来构成了三相桥式电路。在电流容量较大的情况下，可以通过对应于三相逆变电路的各相而进一步并联功率模块300来应对电流容量的增大。此外，通过进行功率模块300中内置的功率半导体元件即有源元件155、157和二极管156、158的并联，也能应对电流容量的增大。

逆变电路部140与逆变电路部142的基本电路构成相同，控制方法、动作也基本相同。逆变电路部140等的电路上的动作的概要是众所周知的，所以此处省略详细说明。

如上所述，上臂电路具备上臂用有源元件155和上臂用二极管156作为开关用功率半导体元件，下臂电路具备下臂用有源元件157和下臂用二极管158作为开关用功率半导体元件。有源元件155、157接收从构成驱动电路174的2个驱动电路中的一方或另一方输出的驱动信号来进行开关动作，将从电池136供给的直流电变换为三相交流电。

如上所述，上臂用有源元件155及下臂用有源元件157具备集电极、发射极、栅极。上臂用二极管156及下臂用二极管158具备阴电极及阳电极这2个电极。如图3所示，二极管156、158的阴电极电性连接到IGBT155、157的集电极，阳电极电性连接到有源元件155、157的发射极。由此，从上臂用有源元件155及下臂用有源元件157的发射极去往集电极的电流的流通呈正向。

再者，作为有源元件，也可使用MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，在该情况下，不需要上臂用二极管156、下臂用二极管158。

各上臂串联电路和下臂串联电路的正极侧端子315B和负极侧端子319B分别连接到电容器模块500的电容器连接用直流端子。在上臂电路与下臂电路的连接部分别产生交流电，各上臂串联电路和下臂串联电路的上臂电路与下臂电路的连接部连接到各功率模块300的交流侧端子320B。各相的各功率模块300的交流侧端子320B分别连接至功率变换装置200的交流输出端子，产生的交流电供给至电动发电机192或194的定子绕组。

控制电路172根据来自车辆侧的控制装置或传感器(例如电流传感器180)等的输入信息来生成用于控制上臂用有源元件155、下臂的有源元件157的开关时刻的时刻信号。驱动电路174根据从控制电路172输出的时刻信号来生成用于使上臂用有源元件155、下臂用有源元件157进行开关动作的驱动信号。

再者，181、182、188为连接器。

上臂串联电路和下臂串联电路包含未图示的温度传感器，上臂串联电路和下臂串联电路的温度信息被输入至微电脑。此外，上臂串联电路和下臂串联电路的直流正极侧的电压信息被输入至微电脑。微电脑根据这些信息来进行过温检测及过压检测，在检测到过温或过压的情况下，使所有上臂用有源元件155、下臂用有源元件157的开关动作停止，保护上臂串联电路和下臂串联电路免受过温或过压的伤害。

图14为表示图13所示的功率变换装置的一例的外观立体图，图14为表示图13所示的功率变换装置的一例的外观立体图，图15为图14所示的功率变换装置的XV-XV线剖视图。此外，图16表示图15中图示的带冷却流路的功率模块，图16的(a)为从上方侧观察的立体图，图16的(b)为从下方侧观察的立体图，图17为图16的(a)的XVII-XVII线截面图。

功率变换装置200具备壳体12，所述壳体12由下部罩体11及上部罩体10构成，形成为大致长方体形状。在壳体12内部收纳有图15中图示的带冷却流路的功率模块900、电容器模块500等。带冷却流路的功率模块900具有冷却流路，连通至冷却流路的冷却水流入管13及冷却水流出管14从壳体12的一侧面突出。像图15中图示的那样，下部罩体11是上部侧(Z方向)开口，上部罩体10以将下部罩体11的开口堵住的方式安装在下部罩体11上。上部罩体10和下部罩体11由铝合金等形成，以对外部密封的方式加以固定。也可一体化地构成上部罩体10和下部罩体11。通过将壳体12设为简单的长方体形状，使得在车辆等上面的安装变得容易，此外，还易于生产。

在壳体12的长边方向的一侧面安装有连接器17，该连接器17上连接有交流端子18。此外，在导出冷却水流入管13及冷却水流出管14那一面设置有连接器21。

像图15中图示的那样，在壳体12内收纳有带冷却流路的功率模块900。在带冷却流路的功率模块900的上方(Z方向)配置有控制电路172及驱动电路174，在带冷却流路的功率模块900的下方(-Z方向)收纳有电容器模块500。像图16中图示的那样，带冷却流路的功率模块900具有6in1结构，所述6in1结构具有3个2in1结构的功率模块300。即，包含图13所示的逆变电路部140、142中的一方。再者，图16的(b)中，为了表示功率模块300的配置，是透过流路形成构件604来图示的翅片基座800。

功率模块300的交流侧端子320B贯通电流传感器180而接合到母线361。此外，功率模块300的直流端子即正极侧端子315B及负极侧端子319B分别接合至电容器模块500的正极端子362A、负极端子362B。

再者，在图15所示的功率模块300中，交流侧端子320B未作弯曲而是笔直地延伸出去。此外，正极侧端子315B、负极侧端子319B具有在根部侧被切掉的较短形状。

功率变换装置200以如下方式加以制作：在下部罩体11内收纳电容器模块500，将预先制作好的带冷却流路的功率模块900收纳在电容器模块500上，在带冷却流路的功率模块900上收纳控制电路172、驱动电路174。在收纳带冷却流路的功率模块900时，将各功率模块300的交流侧端子320B接合至母线361，将正极侧端子315B、负极侧端子319B分别接合至电容器模块500的正极端子362A、负极端子362B。在收纳控制电路172、驱动电路174时，将各功率模块300的信号端子与控制电路172、驱动电路174的连接端子(未图示)加以连接。在将带冷却流路的功率模块900、电容器模块500、控制电路172、驱动电路174收纳到下部罩体11内之后，利用上部罩体10进行密封，由此获得图14中图示的功率变换装置200。

像图16的(a)、图16的(b)以及图17中图示的那样，带冷却流路的功率模块900具有细长的长方体形状。带冷却流路的功率模块900具有由铁或铝合金等形成的流路盖601和流路壳体602。

像图17中图示的那样，流路壳体602具有中间流路构件603和流路形成构件604。如图16的(b)所示，在中间流路构件603内收纳有沿长边方向排列的3个功率模块300。中间流路构件603具有分别形成有插通功率模块300的开口的上板611、下板612。在上板611、下板612的开口内插通各功率模块300，配置为将树脂850收纳在上板611与下板612之间设置的收纳空间621内。在该状态下，各功率模块300的上下翅片基座800分别接合至上板611、下板612的接合部622。翅片基座800与上板611或下板612的接合可以使用焊接、基于金属熔融构件的金属接合等。

流路形成构件604具有连通至冷却水流入管13、冷却水流出管14的流路。中间流路构件603上，在收纳空间621外侧设置有连结上板611与下板612的连结部623，在该连结部623中设置有沿上下方向贯通的通孔624。从冷却水流入管13流入的冷却水从一流路流入至中间流路构件603内，对下部侧的翅片基座800进行冷却，且从通孔624流入至上部侧而对上部侧的翅片基座800进行冷却。冷却后，经由流路形成构件604的另一流路流出至冷却水流出管14。

如此，使用3个2in1结构的功率模块300来形成6in1结构的带冷却流路的功率模块900。各功率模块300中，集电极感测的电压的检测精度高，而且在导体间设置有多个有源元件155、157，因此能获得可以供给大功率的功率变换装置。

根据本发明的实施方式，取得下述效果。

(1)功率模块300具备功率模块主体301，所述功率模块主体301具有第1导体410和第2导体411，所述第1导体410连接有构成上臂电路和下臂电路中的一方的多个有源元件157，所述第2导体411连接有构成上臂和下臂中的另一方的多个有源元件155。此外，功率模块300具有：交流侧端子320B，其从功率模块主体301的一边301a突出；正极侧端子315B及负极侧端子319B，它们从功率模块主体301的另一边301b突出；中间电极部414，其连接第1导体410与第2导体411；以及集电极感测线路452a，其通过感测连接部415连接有源元件157的集电极与第1导体410。中间电极部414配置在多个有源元件157当中离交流侧端子320B最近的有源元件157附近，感测连接部415配置在多个有源元件157当中离交流侧端子320B最远的有源元件157附近。

通过上述构成，使得感测连接部415远离电流集中部，因此能实现电压检测的高精度化。此外，对第1导体410及第2导体411各方连接多个有源元件157，因此能获得较大的输出。

(2)功率模块300还具备：第3导体412，其隔着有源元件155与第2导体411相对；第4导体413，其隔着有源元件157与第1导体410相对；以及集电极感测线路452a，其通过感测连接部415连接有源元件155的集电极与第3导体412，感测连接部415配置在多个有源元件155当中离正极侧端子315B及负极侧端子319B最远的有源元件155附近。通过上述构成，使得感测连接部415远离电流集中部，因此能实现电压检测的高精度化。

(3)具有元件排列区域416，在该元件排列区域416中多个有源元件157从感测连接部415侧相互空出间隔而沿1个侧边410a朝交流侧端子320B排列，从交流侧端子320B观察，感测连接部415配置在元件排列区域416内离得最远的有源元件155的外侧。如此，感测连接部415与交流侧端子320B是隔开元件排列区域416的长度以上配置的，远离电流集中部，因此能实现电压检测的高精度化。

(4)第1导体410在厚度方向上具有设置在多个有源元件157侧的元件侧区域部和设置于在厚度方向上与有源元件157侧相反那一侧的线路侧区域部，感测连接部415通过金属接合构件51连接至线路侧区域部，交流侧端子320B连接至元件侧区域部。由于感测连接部415配置于在第1导体410的厚度方向上远离电流集中的第1导体410的接合有有源元件155的上表面的位置，因此能实现集电极感测的电压检测的高精度化。

再者，在上述实施方式中，利用俯视下为大致矩形形状的结构来例示了功率模块主体301。但功率模块主体301可以设为俯视下为三角形状以上的多边形状。

在上述实施方式中，利用上臂电路与下臂电路一体化的2in1结构及6in1结构的功率模块300、900来进行了例示。但功率模块300、900可以运用于3in1结构、4in1结构等其他结构。再者，3in1结构例如具有3个上臂电路封装而成的结构或者3个下臂电路封装而成的结构。可以将3个上臂电路封装而成的上臂封装件与3个下臂电路封装而成的下臂封装件加以组合来形成具有6in1结构的功率模块。

在上述实施方式中，利用将形成有包含集电极感测线路452a的线路452的集电极侧线路板423层叠在第1导体410、第3导体412上的结构来进行了例示。但也可以将集电极感测线路452a一体化地设置在第1导体410上或者采用集电极感测用引线构件来代替集电极感测线路452a。在这样的结构中，通过将集电极感测线路452a以外的其他线路452也设为引线构件，可以不需要集电极侧线路板423。

在上述实施方式中，利用翅片基座800具有环状的槽802的结构来进行了例示。但翅片基座800也可为不具有环状的槽802的结构。此外，也可不具有翅片基座800而是在收纳功率模块的罩体内形成冷却结构。

在上述实施方式中，利用通过金属接合构件来接合导体与线路板的线路、线路板的线路与翅片板的结构来进行了例示。但也可借助导电性粘接剂、焊接、利用离子束照射的熔融接合等其他接合法来代替利用金属接合构件的接合。

本发明不限定于上述实施方式或替代技术。在本发明的技术思想的范围内思索的其他形态也包含在本发明的范围内。

符号说明

155…有源元件(第1有源元件)

156…二极管

157…有源元件(第2有源元件)

158…二极管

200…功率变换装置

300…功率模块

301…功率模块主体

301a…一边

301b…另一边

304…密封前模块构成体

315B…正极侧端子

319B…负极侧端子

320B…交流侧端子

325C…集电极感测信号端子

406…交流侧电极

410…第1导体

411…第2导体

412…第3导体

413…第4导体

414…中间电极部

415…感测连接部

416…元件排列区域

417…第1线段

418…第2线段

419…第3线段

451…绝缘板

452…线路

452a…集电极感测线路

800…翅片基座

850…树脂

900…带冷却流路的功率模块。