CN101946395A - 功率模块、电力转换装置以及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率模块以及使用该功率模块的电力转换装置。所述功率模块具备：两张基体板，所述两张基体板的各自的主面对置；半导体电路部，所述半导体电路部配置在所述两张基体板之间；连结部件，所述连结部件与所述两张基体板连接，并且形成用于收容所述半导体电路部的收容区域；以及绝缘性部件，所述绝缘性部件夹装在所述基体板和所述半导体电路部之间，并且用于确保该基体板和该半导体电路部的电绝缘。所述连结部件的刚性或者厚度小于所述基体板的刚性或者厚度。

Description

功率模块、电力转换装置以及电动车辆
技术领域
本发明涉及一种相互转换直流电和交流电的功率模块(パワ一モジユ一ル)、具备该功率模块的电力转换装置(電力変换装置)以及具备该电力转换装置的电动车辆。
背景技术
现有的电力转换装置具有功率模块，该功率模块具备功率半导体，通过该功率半导体的开关动作来相互地转换直流电和交流电。功率模块还具备散热用的基体板，功率半导体配置在该基体板上。功率半导体产生的热量通过该功率半导体一方的主面向前述的基体板散热。另外，在前述的基体板上，在与功率半导体的配置面相反一侧的面上形成有风扇，冷却介质与该风扇直接接触。
这种电力转换装置例如在专利文献1中公开。
但是，为了进一步提高冷却性能，要求扩大功率半导体的散热面积。扩大功率半导体的散热面积会导致功率模块的构造的复杂化，引起该功率模块的生产率的下降。进而成为电力转换装置的成本上升的主要原因。
专利文献1：日本特开2008-29117号公报
发明内容
本发明要解决的问题是提高功率模块以及电力转换装置的生产率。
为了解决上述问题，本发明的功率模块以及使用该功率模块的电力转换装置在筒形的壳体内收容具有半导体元件的半导体电路部，进而该半导体电路部隔着用于确保电绝缘的绝缘性部件被所述壳体的内壁夹着而被支承。
发明效果
根据本发明，能够提高功率模块以及电力转换装置的生产率。
附图说明
图1是表示混合动力汽车的控制框图；
图2是说明电力转换装置的电路构成的图；
图3是本发明的实施方式的电力转换装置的外观立体图；
图4是本发明的实施方式的电力转换装置的剖面图；
图5是本发明的实施方式的第一功率模块的立体图；
图6(a)是作为关于本实施方式的功率模块的构成零件的树脂模制型双面电极模块的剖面图，图6(b)是树脂模制型双面电极模块的立体图；
图7是表示功率模块的内置电路构成的图；
图8(a)是功率模块的剖面图；图8(b)是功率模块的侧视图；
图9(a)是CAN状散热基体和树脂模制型双面电极模块的组装图；
图9(b)是CAN状散热基体和树脂模制型双面电极模块的组装图；
图9(c)是CAN状散热基体和树脂模制型双面电极模块的组装图；
图10(a)是在具有冷却水流路的框体的铸铝件上安装冷却水入口配管和出口配管的框体的立体图；
图10(b)是在具有冷却水流路的框体的铸铝件上安装冷却水入口配管和出口配管的框体的俯视图；
图10(c)是在具有冷却水流路的框体的铸铝件上安装冷却水入口配管和出口配管的框体的剖面图；
图11是本发明的实施方式的电力转换装置的冷却套和功率模块的密封构造图；
图12(a)是本发明的实施方式的第二功率模块的剖面图，图12(b)是第二功率模块的侧视图；
图13(a)是本发明的实施方式的第三功率模块的剖面图，图13(b)是第三功率模块的侧视图；
图14(a)是本发明的实施方式的第四功率模块的剖面图，图14(b)是第四功率模块的侧视图；
图15(a)是本发明的实施方式的第五功率模块的剖面图，图15(b)是第五功率模块的侧视图；
图16(a)是本发明的实施方式的第六功率模块的剖面图，图16(b)是第六功率模块的侧视图；
图17是本发明的实施方式的电力转换装置的冷却套和功率模块的密封构造图；
图18是表示本发明的实施方式的电力转换装置的功率模块的输入输出端子的连接构造的剖面图；
图19是表示本发明的实施方式的电力转换装置的功率模块的输入输出端子的连接构造的剖面图；
图20是表示本发明的实施方式的电力转换装置的功率模块的输入输出端子的连接构造的剖面图；
图21是表示本发明的实施方式的电力转换装置的功率模块和电容器的构造的剖面图；
图22是表示本发明的实施方式的电力转换装置的功率模块和电容器的构造的剖面图；
图23是表示本发明的实施方式的电力转换装置的功率模块的固定方法和电容器构造的剖面图；
图24是表示本实施方式的功率模块300的CAN状散热基体304的制造方法的工序流程图。
具体实施方式
研究后述的本发明的实施方式以适用于为了产品化而需求的多种需要。上述的发明要解决的技术问题记载的内容对应于多种需要中的一种，关于其他需要的改进之处在下面说明。
本发明的功率模块以及电力转换装置的一种需要是：在提高功率模块以及电力转换装置的冷却性能的同时，提高生产率。
因此，本发明的功率模块以及采用该功率模块的电力转换装置的特征在于，具有：各自的主面对置的两张基体板、配置在所述两张基体板之间的半导体电路、连接于所述两张基体板并且形成用于收容所述半导体电路部的收容区域的连结部件以及夹装在所述基体板和所述半导体电路部之间并且用于确保该基体板和该半导体电路部之间电绝缘的绝缘性部件，所述连结部件的刚性小于所述基体板的刚性。
由此，能够通过两张基体板分别冷却半导体电路部的两面，能够增大散热面积。进而由于连结部件的刚性被设定得小于基体板的刚性，通过对两张基体板加压来夹着半导体电路部，能够容易成形功率模块的壳体，并且半导体电路部、绝缘性部件和基体板被连接起来，能够容易形成可相互进行热交换的热传递路径。
本发明的功率模块以及电力转换装置的其他需要是：在确保功率模块以及电力转换装置的绝缘性的同时，提高冷却性能。
因此，本发明的功率模块以及采用该功率模块的电力转换装置的特征在于，具有筒形的壳体、被收容在形成于所述壳体内的收容区域中的半导体电路部以及用于确保所述壳体的内壁和该半导体电路部之间电绝缘的绝缘性部件，所述半导体电路部被所述壳体的内壁夹着而被所述壳体的内壁支承，所述绝缘性部件夹装在所述壳体的内壁和所述半导体电路部之间，并且该绝缘性部件是通过热处理而提高该半导体电路部和该壳体内壁的粘接力的材料。
由此，能够确保半导体电路部和壳体内壁的绝缘性。进而，提高半导体电路部和壳体内壁的粘接力，抑制在半导体电路部和壳体内壁之间产生剥离，不会使从半导体电路部到壳体的热传递路径的导热率下降。
另外，在具体说明本发明的实施方式的电力转换装置之前，说明本实施方式的功率模块以及电力转换装置的概略。
本实施方式的功率模块在设置于板状的功率半导体的两侧侧面上的两电极上固定安装板状的电气配线板，从而能够从功率半导体的两侧实现电流通以及将热能释放出来，进而用树脂包覆电气配线板的一部分和功率半导体，使功率半导体附近的两电气配线板的两散热面从树脂的一部分露出，该两散热面和树脂面形成平坦的平面，在形成的两平面上形成具有粘接性的绝缘层。进而，在“CAN”状的散热基体中内置功率半导体、电气配线板以及树脂的一部分以及粘接性的两绝缘层，其中所述“CAN”状的散热基体具有与形成的粘接性的绝缘层粘接的两个平面，在“CAN”状的散热基体的外侧形成散热用的风扇部，从而能够从功率半导体的两侧通过风扇部散热。
本实施方式的电力转换装置在电力转换装置的壳体具有可收容风扇部的冷却水路，在冷却水路的侧面设有插入口，在该插入口中可以插入前述的功率模块，插入口的周围与设置于功率模块上的凸缘相配合而形成冷却介质的密封构造。
另外，本实施方式的电力转换装置在与插入口相反一侧的冷却水路的开口部准备对水路整体进行密闭的水路盖，利用功率模块和水路盖构成冷却介质流动的冷却套，使功率模块没入冷却水路之中而对其进行冷却。在功率模块的电气配线板突出的区域收容控制功率半导体并控制对负载的供电的电路，在水冷却套的下方的区域具备使电力平滑用的电容器或输入电压升压的电路。
参考附图对本发明的实施方式的电力转换装置以下进行详细说明。本发明的实施方式的电力转换装置可适用于混合动力用汽车或纯粹的电动汽车。在此，作为代表例，结合图1和图2对于将本发明的实施方式的电力转换装置适用于混合动力汽车的情况下的、控制构成和电力转换装置的电路构成进行说明。
在本发明的实施方式的电力转换装置中，以搭载在汽车上的车载电机系统的车载用电力转换装置为例，尤其以用于车辆驱动用电机系统且搭载环境和动作环境等都十分严格的车辆驱动用转换器(inverter)装置为例进行说明。车辆驱动用转换器装置作为控制车辆驱动用电动机的驱动的控制装置而被装备在车辆驱动用电机系统上，将从构成车载电源的车载蓄电池或车载发电装置供应的直流电转换为规定的交流电，并将得到的交流电供应给车辆驱动用电动机来控制车辆驱动用电动机的驱动。另外，车辆驱动用电动机还具有作为发电机的功能，因此车辆驱动用转换器装置还具有根据运转模式将车辆驱动用电动机产生的交流电转换为直流电的功能。被转换后的直流电供应给车载蓄电池。
而且，本实施方式的结构作为汽车或卡车等的车辆驱动用电力转换装置是最佳的，但也可以用于除此以外的电力转换装置。例如，用于电车或船舶、航空器等的电力转换装置，用于作为驱动工厂的设备的电动机的控制装置使用的产业用电力转换装置，或者用于驱动家庭的太阳能发电系统或家庭的电气化产品的电动机的控制装置，也可以用于家庭用电力转换装置。
图1是表示混合动力汽车的控制框图。在图1中，混合动力电气汽车(以下记为“HEV”)110是一个电动车辆，并具有两个车辆驱动用系统。其一是以内燃机即发动机120为动力源的发动机系统。发动机系统主要用作HEV110的驱动源。另一个是以电动发电机(motor-generator)MG1 192和电动发电机MG2 194为动力源的车载电机系统。车载电机系统主要用作HEV110的驱动源以及HEV110的电力产生源。电动发电机MG1 192以及电动发电机MG2 194例如是同步机或者是感应机，根据运转方法的不同可以作为电动机动作，也可以作为发电机动作，因此，在此记为电动电动发电机。
在车身的前部对前轮车轴114进行轴支承，使前轮车轴114能够旋转。在前轮车轴114的两端设有一对前轮112。在车身的后部对后轮车轴(图示省略)进行轴支承，使后轮车轴能够旋转。在后轮车轴的两端设有一对后轮。在本实施方式的HEV110中，将由动力驱动的主轮设为前轮112，将连动旋转的从轮设为后轮，即采用所谓的前轮驱动方式，但也可以相反而采用所谓的后轮驱动方式。
在前轮车轴114的中央部设有前轮侧差动齿轮(以下记为“前轮侧DEF”)116。前轮车轴114以机械方式连接于前轮侧DEF116的输出侧。在前轮侧DEF116的输入侧，以机械方式连接有变速器118的输出轴。前轮侧DEF116是将由变速器118变速并传递的旋转驱动力分配给左右的前轮车轴114的差动式动力分配机构。在变速器118的输入侧以机械方式连接着电动发电机192的输出侧。在电动发电机192的输入侧通过动力分配机构122以机械方式连接着发动机120的输出侧以及电动发电机194的输出侧。而且，电动发电机192、194以及动力分配机构122被收容在变速器118的框体的内部。
电动发电机192、194是在转子上具备永磁铁的同步机，供应给定子的电枢绕组的交流电由转换器装置140、142控制，由此控制电动发电机192、194的驱动。转换器140、142与蓄电池136连接，在蓄电池136和转换器装置140、142之间可以进行电力的授受。
在本实施方式中，HEV110具有第一电动发电单元和第二电动发电单元这两个单元，第一电动发电单元由电动发电机192以及转换器装置140构成，第二电动发电单元由电动发电机194以及转换器装置142构成，根据运转状态而对上述两个电动发电单元区分使用。即，在通过来自发动机120的动力驱动车辆的状况下，对车辆的驱动转矩进行辅助时，将第二电动发电单元作为发电单元并利用发动机120的动力使其工作而发电，利用通过其发电得到的电力使第一电动发电单元作为电动单元工作。另外，在同样的状况下对车辆的车速进行辅助时，将第一电动发电单元作为发电单元并利用发动机120的动力使其工作而发电，利用通过其发电得到的电力使第二电动发电单元作为电动单元工作。
另外，在本实施方式中，利用蓄电池136的电力使第一电动发电单元作为电动单元工作，从而能够仅利用电动发电机192的动力驱动车辆。进而，在本实施方式中，通过将第一电动发电单元或者第二电动发电单元作为发电单元并由来自发动机120的动力或者车轮的动力使其工作而发电，从而能够对蓄电池136进行充电。
蓄电池136还进一步作为用于驱动辅机用电动机195的电源使用。作为辅机，例如有驱动空调的压缩机的电动机，或者驱动控制用的液压泵的电动机，从蓄电池136供应给转换器装置43的直流电被辅机用的转换器43转换为直流电，并供应给电动机195。辅机用的转换器43具有与转换器装置140、142同样的功能，控制供应给电动机195的交流的相位、频率、电力。例如通过对电动机195的转子的旋转供应超前相位的交流电，电动机195产生转矩。另一方面，通过产生滞后相位的交流电，电动机195作为发电机起作用，电动机195成为再生制动状态的运转。这样的辅机用的转换器43的控制功能与转换器装置140、142的控制功能相同。由于电动机195的容量小于电动发电机192、194的容量，所以辅机用的转换器43的最大转换功率小于转换器装置140、142，但是辅机用的转换器43的电路构成基本上与转换器装置140、142的电路构成相同。
转换器装置140、142以及43和电容器模块500是电性密接的关系。进而需要对发热的对策，在这一点上是共同的。另外，希望尽可能小地制作装置的体积。从这些点出发，以下详细叙述的电力转换装置200将转换器装置140、142以及43和电容器模块500内置在电力转换装置200的框体内。根据该结构，能够减少电线数量，并且在降低放射噪音等的同时，能够实现小型的可靠性高的电力转换装置。
另外，通过将转换器装置140、142以及43和电容器模块500内置在一个框体内，在配线的简化、噪音对策方面具有效果。另外，能够降低电容器模块500和转换器装置140、142以及43的连接电路的电感，能够降低峰值电压，同时能够实现发热的降低和散热效率的提高。
下面结合图2说明电力转换装置200的电路构成。如图1所示，电力转换装置200具有转换器装置140、142；辅机用的转换装置43以及电容器模块500。
转换器装置140、142将多台双面冷却型功率模块300连接而构成，构成三相桥电路。如后所述，各功率模块具有：功率半导体元件和其连接配线、图6的304所示那样的开口部、除开口面外围成的罐状的散热基体(base)304(以下称为“CAN状散热基体”)等。该CAN状散热基体304是一种冷却机，其具有外壁，所述外壁以覆盖对置的散热基体的周围的方式与两散热基体连续并由没有接缝的同一材质构成，在外壁的一部分准备开口部，在开口部收容功率半导体。另外，辅机用的转换器43构成转换器装置、升压及降压电路。
各转换器装置140、142由设置于控制部的两个驱动电路驱动控制。在图2中，将两个驱动电路合起来表示为驱动电路174。各驱动电路由控制电路172控制。控制电路172生成用于控制开关用功率半导体元件的开关时刻的开关信号。
转换器装置140由三相桥电路构成，分别对于U相(用符号U1表示)、V相(用符号V1表示)、W相(用符合W1表示)，具备与正极侧连接的正极侧半导体开关部以及与负极侧连接的负极侧半导体开关部。由正极侧半导体开关部和负极侧半导体开关部构成上下臂串联电路。正极侧半导体开关部具备：开关用功率半导体元件即上臂用IGBT328(绝缘门型双极晶体管)以及二极管156。负极侧半导体开关部具备下臂用IGBT330和二极管166。各上下臂串联电路以并联方式电连接在直流正极配线板314和直流负极配线板316之间。
上臂用IGBT328以及下臂用IGBT330以下记为IGBT328、330。
IGBT328、IGBT330接收从驱动电路174的一个驱动电路输出的驱动信号而动作，将由蓄电池136供应的直流电转换为三相交流电。该转换的电力被供应给电动发电机192的电枢绕组。另外，对于V相以及W相，省略了符号328、330、156、166的表示。转换器142的功率模块300的结构与转换器140的情况相同，另外，辅机用的转换器43具有与转换器装置142同样的构成，在此省略说明。
在本实施方式中，作为开关用功率半导体模块采用IGBT328、330做了例示。IGBT328、330具有集电极、发射极(信号用发射极端子)、门极(门电极端子)。在IGBT328、330的集电极和发射极之间，如图所示那样电连接有二极管156、166。二极管156、166具有阴电极以及阳电极这两个电极，以从IGBT328、330的发射极朝向集电极的方向为顺方向的方式，阴电极电连接于IGBT328、330的集电极，阳电极电连接于IGBT328、330的发射极。作为开关用功率半导体元件还可以使用MOSFET(金属氧化物半导体型场效应晶体管)。此时，不需要二极管156或二极管166。
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，生成用于控制IGBT328、330的开关时刻的开关信号。驱动电路174根据从控制电路172输出的时刻信号，生成用于使IGBT328、330进行开关动作的驱动信号。
控制电路172具有用于对IGBT328、330的开关时刻进行运算处理的微型计算机(以下记为微机)。作为输入信息给微机输入：对电动发电机192要求的目标转矩值、从上下臂串联电路供应给电动发电机192的电枢绕组的电流值以及电动发电机192的转子的磁极位置。目标转矩值是根据未图示的从上位的控制装置输出的指令信号的值。电流值是根据从电流传感器180输出的检测信号而检测到的值。磁极位置是根据从设置于电动发电机192的旋转磁极传感器(未图示)输出的检测信号而检测到的位置。在本实施方式中，以检测三相电流值的情况为例进行说明，但也可以检测两相的电流值。
控制电路172内的微机根据目标转矩值计算电动发电机192的d、q轴的电流指令值，根据该计算的d、q轴的电流指令值和检测到的d、q轴的电流值的差值计算d、q轴的电压指令值。进而，微机根据检测到的磁极位置将计算的d、q轴的电压指令值转换为U相、V相、W相的电压指令值。然后，微机根据基于U相、V相、W相的电压指令值的基本波(正弦波)和载波(三角波)的比较，生成脉冲状的调制波，将该生成的调制波作为PWM(脉冲宽度调制)信号输出给驱动电路174。
驱动电路174在驱动下臂时，将PWM信号放大，并将其作为驱动信号，输出给对应的下臂的IGBT330的门极。另一方面，在驱动上臂时，驱动电路174将PWM信号的基准电位的电平转换为上臂的基准电位的电平后，将PWM信号放大，并将其作为驱动信号分别输出给对应的上臂的IGBT328的门极。由此，各IGBT328、330根据输入的驱动信号进行开关动作。
另外，控制部进行异常检测(过电流、过电压、过温度等)，保护上下臂串联电路。为此，向控制部输入有传感信息。例如，从各臂的信号用发射极端子向对应的驱动电路174输入在各IGBT328、330的发射极流动的电流的信息。由此，驱动电路174进行过电流检测，在检测到过电流时，使对应的IGBT328、330的开关动作停止，保护IGBT328、330不受过电流影响。从在上下臂串联电路上设置的温度传感器(未图示)向微机中输入上下臂串联电路的温度的信息。另外，向微机中输入有上下臂串联电路的直流正极侧的电压的信息。微机根据这些信息进行过温度检测以及过电压检测，在检测到过温度或过电压时，使所有IGBT328、330的开关动作停止，保护上下臂串联电路不受过温度或过电压的影响。
转换器装置140的上下臂的IGBT328、330的导通以及断开动作是按一定顺次进行切换，在该切换时在电动发电机192的定子绕组产生的电流流动在包括二极管156、166在内的电路中。而且，在本实施方式的电力转换装置200中，虽然在转换器装置140的各相设有一个上下臂串联电路，但作为产生向电动发电机输出的三相交流的各相的输出的电路，也可以是在各相并联连接两个上下臂串联电路的电路结构的电力转换装置。
在各转换器装置140、142设置的直流端子313连接于共同的层叠导体板700。层叠导体板700构成三层构造的层叠配线板，即，用在功率模块排列方向宽幅的导电性板材构成的正极侧导体板702和负极侧导体板704夹持绝缘片706(未图示)。层叠导体板700的正极侧导体板702以及负极侧导体板704分别连接于在电容器模块500上设置的层叠配线板501的正极导体板507以及负极导体板505。正极导体板507以及负极导体板505也由在功率模块排列方向宽幅的导电性板材构成，构成夹持绝缘片517(未图示)的三层构造的层叠配线板。
在电容器模块500上并联连接有多个电容器胞元(condenser cell)514，电容器胞元514的正极侧连接于正极导体板507，负极侧连接于负极导体板505。电容器模块500构成平滑电路，其用于抑制因IGBT328、330的开关动作而产生的直流电压的变动。
电容器模块500的层叠配线板501连接于输入层叠配线板230，输入层叠配线板230连接于电力转换装置200的直流连接器。在输入层叠配线板230还连接有位于辅机用的转换器43的转换器装置。在输入层叠配线板230和层叠配线板501之间设有噪音过滤器。噪音过滤器具有将框体12的接地端子和各直流电线连接起来的两个电容器，构成共态噪声对策用的Y电容器。
如图10(a)所示，19A是形成有冷却水流路的冷却套，从冷却水入口配管13流入的冷却水如箭头所示呈U字形状流动并往返，从冷却水出口配管14流出。转换器电路140、142配置在冷却水的往复路径上，不管是在哪一个转换器电路中，上臂侧的IGBT以及二极管都配置于冷却水路的去路侧，下臂侧的IGBT以及二极管配置于冷却水路的回路侧。
在图3～图6中，200是电力转换装置，10是上部壳体，11是金属基体板，12是框体，13是冷却水入口配管，14是冷却水出口配管，420是水路里盖，16是下部壳体，17是交流接线柱壳体，18是交流输出配线，19是冷却水流路，20是用于保持控制电路172的控制电路基板。21是用于与外部连接的连接器，22是用于保持驱动电路174的驱动电路基板。这样由控制电路基板20、控制电路172、驱动电路基板22以及驱动电路174构成控制部。300是功率模块(双面电极模块)，在各转换器设有三个功率模块，在一方的功率模块300构成转换器装置142，在另一方的功率模块300构成转换器装置140。700是层叠导体板，800是液体密封，304是CAN状散热基体，314是直流正极配线板，316是直流负极配线板，500是电容器模块，505是负极导体板，507是正极导体板，514是电容器胞元。
图3表示本发明的实施方式的电力转换装置200的外观立体图。作为本实施方式的电力转换装置200的外观零件，具备：上表面或底面为大致长方形的框体12；在框体12的一个短边侧的外周设置的冷却水入口配管13以及冷却水出口配管14；用于堵塞框体12的上部开口的上部壳体19；以及用于堵塞所述框体12的下部开口的下部壳体16。通过使框体12的底面侧或者上面侧的形状形成为大致长方形，容易向车辆上安装，另外还具有制造容易尤其量产容易的效果。
在电力转换装置200的长边侧的外周设有用于与各电动发电机192、194连接的交流接线柱壳体17。交流输出配线18用于电连接功率模块300和电动发电机192、194。从功率模块300输出的交流电流通过交流输出配线18传递给电动发电机192、194。
连接器21连接于在框体12内置的控制电路基板20。来自外部的各种信号通过连接器21传送给控制电路基板20。直流(蓄电池)负极侧连接端子部510和直流(蓄电池)正极侧连接端子部512将蓄电池136和电容器模块500电连接起来。在此，在本实施方式中，连接器21设置于框体12的短边侧的外周面的一方侧。另一方面，直流(蓄电池)负极侧连接端子部510和直流(蓄电池)正极侧连接端子部512设置于：与设有连接器21的面相反一侧的短边侧的外周面，即，连接器21和直流(蓄电池)负极侧连接端子部510分开配置。由此，能够降低从直流(蓄电池)负极侧连接端子部510侵入到框体12、进而传播到连接器21的噪音，能够提高基于控制电路基板20的电动机的控制性。在图2的直流连接器138有这些端子部510、512。
图4是本发明的实施方式的电力转换装置的剖面图。
如图4所示，在框体12中设有冷却套19A，冷却套19A在内部形成冷却水流路19，在冷却套19A的上部，在流动方向上排列有两组开口400和开口402，两组开口400和开口402形成为三列构成六个开口部(参考图10(b))。各功率模块300通过液状密封800固定在冷却套19A的上表面。在各功率模块300的CAN状散热基体304上以对置方式设有散热用的翅(fin)305，各功率模块300的翅305分别从冷却套19A的开口400、402突出到冷却水流路19中。突出的CAN状散热基体304和冷却套19A的柱状的一部分将冷却水路19左右分离，使冷却介质分流，分开流向对置的翅305部。进而冷却水路19呈S字状以蛇行方式设置在冷却套19A内，使得能够将六个功率模块串联排列并能够对它们进行冷却。
在冷却套19A的下表面沿冷却水路19形成有开口404，开口404由下水路里盖420堵塞。另外在冷却套19A的下表面安装辅机用的转换器43而对转换器43进行冷却。辅机用的转换器43以内置的功率模块等(未图示)的散热金属面与冷却套19A的下表面对置的方式，被固定在下水路里盖420的下表面。在下水路里盖420和框体12之间设有液体密封800。在本实施方式中，密封件是液体密封，但是也可以取代液体密封而用树脂件、橡胶制O形环或垫片(パツキン)等替代，尤其在使用液状密封的情况下，能够提高电力转换装置200的组装性。
进而在冷却套19A的下方设有下部壳体16，在下部壳体16设有电容器模块500。电容器模块500以其金属制壳体的散热面与下部壳体16的底板内表面相接的方式被固定于下部壳体16的底板内表面。根据该结构，可以利用冷却套19A的上表面和下表面有效地冷却功率模块300以及辅机用的转换器43，带来电力转换装置整体的小型化。
进而通过冷却设有冷却套19A的框体12，从而冷却在框体12的下部设置的下部壳体16。结果是，电容器模块500的热量通过下部壳体16以及框体12被热传导给冷却水，从而冷却电容器模块500。
在功率模块300的上方配置有层叠导体板700，层叠导体板700用于将功率模块300和电容器模块500电连接起来。该层叠导体板700跨各个功率模块300的输入端子313而将各个功率模块300并联连接。进而，层叠导体板700由与电容器模块500的正极导体板507连接的正极侧导体板702(参考图20)、与电容器模块500的负极导体板505连接的负极侧导体板704(参考图20)以及配置在导体板702和导体板704之间的绝缘片7000构成。该导体板505、507被配置成贯穿通过冷却套19A的冷却水路19蛇行(蛇行する)而形成的水路隔壁内，从而能够缩短配线长度，因此能够实现从功率模块300到电容器模块500的寄生电感的降低。
在层叠导体板700的上方配置有控制电路基板20和驱动电路基板22。在驱动电路基板22上搭载有图2所示的驱动电路174，在控制电路基板20上搭载有图2所示的具有CPU的控制电路172。另外，在驱动电路基板22和控制电路基板20之间配置有金属基体板11。金属基体板11起到搭载在两基板22、20上的电路组的电磁屏蔽的功能，并且还具有将驱动电路基板22和控制电路基板20产生的热量释放掉而进行冷却的作用。如此在框体12的中央部设置冷却套19A，在其一方侧配置电动发电机192、194驱动用的功率模块300，另外在另一方侧配置辅机用的转换器装置(功率模块)43，从而能够以小空间有效地进行冷却，能够实现电力转换装置整体的小型化。通过将冷却套19A与框体12通过铝铸造(アルミ鋳造)来一体制作，冷却套19A除了冷却效果外，还具有增强机械强度的效果。另外，由于通过铝铸造将框体12和冷却套19A形成一体成形构造，因此导热良好，对位于远离冷却套19A的位置上的驱动电路基板22、控制电路基板20以及电容器模块500的冷却效率提高。
在驱动电路基板22和控制电路基板20设有穿过金属基体板11而进行各电路基板20、22的电路组的连接的软性配线23。该软性配线23是一种预先层叠在配线基板之中的构造和利用焊料等接合材料固定安装在配线基板的上部的配线图案上的构造，进而是使软性配线23的电极贯穿预先设置在配线基板上的通孔并用焊料等接合材料固定安装的构造，通过软性配线23从控制电路基板20将转换器电路的开关时刻信号传递给驱动电路基板22，驱动电路基板22生成门驱动信号并施加给功率模块的各自的门极。如此，通过使用软性配线23，就不需要目前为止使用的连接器的头部，能够改善配线基板的安装效率，削减零件数量，可以实现转换器的小型化。另外，控制电路基板20与进行与外部之间的电连接的连接器21连接。利用连接器21，在与设置于电力转换装置外部的车载蓄电池136、即与锂电池模块之间进行信号的传送。表示电池状态的信号或锂电池的充电状态等的信号从锂电池模块被发送给控制电路基板20。
在框体12的上端部和下端部形成有开口。这些开口是通过将各个上部壳体10和下部壳体16利用用螺钉或螺栓等紧固部件固定在框体12上而被堵塞的。在框体12的高度方向的大致中央形成有冷却套19A，冷却套19A在内部设有冷却水流路19。用各功率模块300覆盖冷却套19A的上表面开口，用下水路里盖420覆盖下表面开口，从而在冷却套19A的内部形成冷却水流路19。在组装途中进行冷却水流路19的漏水试验。然后，在漏水试验合格后，从框体12的上部和下部的开口进行安装基板、电容器模块500的作业。如此在框体12的中央配置冷却套19A，接下来进行从框体12的上端部和下端部的开口固定必要的零件的作业，通过采用这种构造，生产率提高。另外，可以最初完成冷却水流路19，可在漏水试验后安装其他零件，生产率和可靠性两方面都得到提高。
在图5中，304是无接缝CAN状的散热基体，并具有外壁，外壁以覆盖对置的散热基体的周围的方式与两散热基体连续并由无接缝的同一材质构成，在外壁的一部分开有开口部，在开口部收容功率半导体。314是直流正极配线板连接部，316是直流负极配线板连接部，320U/320L是功率模块的控制端子。
本实施方式的功率模块300由如下部分构成：由金属材料例如Cu、Al、AlSiC、Cu-C、Al-C等构成的无接缝的CAN状散热基体304；由外部连接端子314、316、320U、320L构成的电气配线板334；由树脂材料302对功率半导体进行模制的双面电极模块300A(参考图6(a))，功率模块300具有用于与作为负载的电动机连接的U或者V或者W相的交流端子705。
本实施方式的功率模块300的特征在于：在与冷却介质直接相接的无接缝CAN状散热基体304中内置有缺少耐水性能的电子零件即双面电极模块300A。由此，水或油等冷却介质不会直接与双面电极模块300A接触。另外，散热基体构造采用无接缝CAN状散热基体304，其不使用金属接合部或树脂等的粘接材料，从而能够消除从散热基体一侧贯穿流入的冷却介质，可实现功率半导体的高可靠性。进而，在功率半导体破坏时，能够消除由散热基体的二次破坏引起的漏水的原因而产生的电力转换装置的可靠性的下降，可以提供高可靠性的电力转换装置。
图6(a)是作为功率模块300构成零件的树脂模制型双面电极模块300A的剖面图，图6(b)是树脂模制型双面电极模块300A的立体图。在图6(a)中，在双面电极模块300A上，在一组电气配线板334之间配置上下臂的IGBT328、330、二极管156/166等。通过焊料或银片等金属接合材料337将IGBT328、330的集电极侧固定安装在直流正极配线板314上，IGBT328、330的发射极侧由金属接合材料337固定安装热扩散板338。热扩散板338由直流负极配线板316和金属接合材料337固定安装。图7表示内置于功率模块300中的转换器电路的单相部分的电路构成。准备电气配线板334的配线布局，以用IGBT328、330、二极管156/166构成单相部分的转换器电路，利用连接直流正极配线板314和直流负极配线板316的上下臂配线板370连接上下臂。此外，作为内置于功率模块300内的电路，还可以搭载构成转换器电路的三相部分，或仅仅是单相的上臂也可以。如图6(a)所示，利用各电气配线板334夹着上下臂的IGBT328、330、二极管156/166，并由树脂材料302形成一体。使功率半导体附近的两电气配线板334的散热面334B从树脂材料302的局部露出，利用散热面334B和树脂材料302形成平坦的平面334C，通过在形成的两平面334C上形成具有粘接性的绝缘层334A，从而可以提高绝缘性，改善导热性。电气配线板334可以是Cu、Al。具有粘接性的绝缘层334A可以是在环氧树脂中混合了导热性的填料后的薄的绝缘片，通过做成片状，与润滑脂或粘接剂等相比能够正确决定厚度，此外还可以降低气穴的产生，可以大幅度降低热阻、绝缘性能的偏差。另外，作为绝缘层，也可以是陶瓷板或者在陶瓷板的两侧涂敷粘接材料的粘接基板。通过粘接该具有粘接性的绝缘层334A和CAN状散热基体304，可以从功率半导体的两侧构成散热性优越的散热路径。
内置于本实施方式的功率模块300中的树脂模制型双面电极模块300A的特征在于：具有在无接缝CAN状散热基体304的内部侧壁通过具有粘接性的绝缘层334A固定安装两电气配线板334的散热面334B的连接构造。由此，独立形成功率半导体周边部即树脂模制型双面电极模块300A，由于不用通过散热基体就能够实施功率半导体的动作验证以及功率半导体和电气配线板334的接合部的检查，因此可实现功率半导体的高可靠化，可实现电力转换装置的高可靠化。
另外，换言之，本实施方式的CAN状散热基体304是在一面具有开口部的有底的筒形形状的壳体。而且，在形成于CAN状散热基体304内的收容区域收容构成半导体电路部的双面电极模块300A。为了确保CAN状散热基体304的内壁和双面电极模块300A的电绝缘，具有绝缘性部件即绝缘层334A。双面电极模块300A被CAN状散热基体304的内壁夹着而被支承。进而，绝缘层334A是由如下材料构成的：所述材料是夹装在CAN状散热基体304的内壁和双面电极模块300A之间，并且如后所述通过热处理提高双面电极模块300A和CAN状散热基体304内壁之间的粘接力的材料。
由此，可以确保双面电极模块300A和CAN状散热基体内壁的绝缘性。进而，使双面电极模块300A和CAN状散热基体内壁的粘接力提高，还抑制双面电极模块300A和CAN状散热基体内壁之间产生剥离，不会使从双面电极模块300A到CAN状散热基体的导热路径的导热率下降。
另外，换言之，本实施方式的CAN状散热基体304的形成散热面的两张基体板对置配置，它们由外周弯曲部304A连结。即，外周弯曲部304A作为两张基体板的连结部件起作用。进而，绝缘层334A夹装在由两张基体板和外周弯曲部304A形成的收容区域的内壁与双面电极模块300A之间。在此，前述的外周弯曲部304A的刚性被设定成小于所述两张基体板的刚性。或者，前述的外周弯曲部304A的厚度被设定成小于所述两张基体板的厚度。
由此，可以通过两张基体板分别冷却半导体电路部的两面，可以增大散热面积。进而，由于连结部件的刚性被设定得小于基体板的刚性，所以通过以夹着半导体电路部的方式对两张基体板进行加压，从而可以容易成形功率模块的壳体，同时半导体电路部和绝缘性部件和基体板连接，能够容易形成可进行相互热交换的导热路径。
而且，在本实施方式中，作为两张基体板的连结部件起作用的外周弯曲部304A虽然与基体板一体形成，但也可以是通过焊接等作为其他部件而接合到两张基体板上。此时，外周弯曲部304A的刚性或者厚度也被设定得小于所述两张基体板的刚性或厚度。
图8(a)是该功率模块300的剖面图；图8(b)表示该功率模块300的侧视图。在图8(a)中，双面电极模块300A被内置于无接缝CAN状散热基体304中，并由具有粘接性的绝缘层334A固定安装在CAN状散热基体304内，构成一体构成。如图8(b)所示，在CAN状散热基体304的外侧侧面，与双面电极模块300A的两电气配线板334的散热面334B对置形成销状的翅305，以覆盖CAN状散热基体304的外周的方式配置销状的翅305。CAN状散热基体304和销状的翅305由同一材料一体成型，为了提高CAN状散热基体304的耐蚀性、提高树脂粘接性能而对表面整体进行了铝阳极化处理。通过各翅305与在冷却水路内流动的冷却介质接触，可以从功率半导体的两侧面散热，通过使从功率半导体到冷却介质的导热路径并列化，可以大幅度降低热阻。结果是可以实现功率半导体的小型化和电力转换装置的小型化。
图9(a)表示将CAN状散热基体304和树脂模制型双面电极模块300A一体化的组装流程以及剖面图。在图9(a)中，CAN状散热基体304采用的构造是与散热面334B粘接的CAN状散热基体304的粘接部的厚度比外周弯曲部304A厚。首先，(1)从CAN状散热基体304的开口部在内部配置双面电极模块300A。接着，(2)从CAN状散热基体304的外侧加压，以将覆盖双面电极模块300A的散热面334B的、具有粘接性的绝缘层334A固定安装于CAN状散热基体304的内侧侧壁，使CAN状散热基体304的外周弯曲部304A变形。由此，可以消除具有粘接性的绝缘层334A和CAN状散热基体304的间隙，并且可以粘接固定与散热面334B连接的CAN状散热基体304。将功率半导体产生的热量通过设置于双面电极模块300A两侧面的具有粘接性的绝缘层334A热传递给CAN状散热基体304，由此，能够从功率半导体的两侧散热。从功率半导体到冷却介质的导热路径被分割为并列的两个路径，由此可以大幅度降低热阻，可以实现功率半导体的小型化和电力转换装置的小型。
图9(b)表示将双面电极模块300A和无接缝CAN状散热基体304连接为一体的组装流程以及剖面图。在图9(b)中，CAN状散热基体304采用的构造是与散热面334B粘接的CAN状散热基体304的粘接部的厚度比外周弯曲部304A厚。首先，(1)使CAN状散热基体304的内侧在与双面电极模块300A的散热面334B连接的面上并行移动，以使其变形以扩大内部空间，使CAN状散热基体304的外周弯曲部304A变形，并且扩开CAN状散热基体304的开口部。接着，(2)从CAN状散热基体304的开口部向内部配置双面电极模块300A。最后，(3)从CAN状散热基体304的外侧加压，以将覆盖双面电极模块300A的散热面334B的、具有粘接性的绝缘层334A固定安装于CAN状散热基体304的内侧侧壁，使CAN状散热基体304的外周弯曲部304A变形。由此，可以消除具有粘接性的绝缘层334A和CAN状散热基体304的间隙，并且可以充分减小与散热面334B连接的CAN状散热基体304的散热翅部的变形而进行粘接固定。将功率半导体产生的热量通过设置于双面电极模块300A两侧面的具有粘接性的绝缘层334A热传递给CAN状散热基体304，由此，能够从功率半导体的两侧散热。从功率半导体到冷却介质的导热路径被分割为并列的两个路径，由此可以大幅度降低热阻，可以实现功率半导体的小型化和电力转换装置的小型。
图9(c)是将双面电极模块300A和无接缝CAN状散热基体304连接为一体的组装流程，是相对于图9(b)的剖面图。图9(c)表示固定安装具有粘接性的绝缘层334A和CAN状散热基体304的内侧侧壁的组装工序。用内置有过热加热器306等的冲压机307对CAN状散热基体304的翅305部分进行加压粘接。此时，通过使双面电极模块300A周围形成真空，可以排出在具有粘接性的绝缘层334A的界面产生的气穴等空气储存部。进而通过在高温下烧制数小时可以促进粘接剂硬化。由此，可以改善绝缘层334A的绝缘寿命等的可靠性，可以提供小型、可靠性高的电力转换装置。
另外，如本实施方式的功率模块300那样，在通过从功率模块300的两侧侧壁进行加压，来接合CAN状散热基体304的内侧侧壁和双面电极模块300A的情况下，绝缘层334A优选具有粘接性。另外，绝缘层334A优选采用利用前述的过热加热器306引起的温度变化而热硬化的材料。由此，可以同时或者迅速地进行用冲压机307成形CAN状散热基体304的成形工序以及利用绝缘层334A进行的粘接工序。
在此，对于适合于本实施方式的功率模块300的绝缘层334A进行说明。本实施方式的绝缘层334A要求确保CAN状散热基体304的内侧侧壁和双面电极模块300A之间的电绝缘性，并且要求确保它们之间的粘接性。但是，如图6(b)所示，双面电极模块300A的散热面334B由电气配线、树脂材料302等形成。因此，在电气配线和树脂材料302的边界出现凹凸，存在与绝缘层334A的粘接性下降的顾虑。结果是空气等侵入到绝缘层334A和双面电极模块300A之间，有可能导致功率模块300的导热率大大降低。
因此，绝缘层334A优选采用在电气配线和树脂材料302的边界埋住凹凸那样的、柔软的、即扬氏模量低的绝缘材料。
另一方面，扬氏模量低的绝缘材料由于含有较多的与用于确保电绝缘性的材料不同的杂质，所以存在无法充分确保电绝缘性的顾虑。因此，本实施方式的绝缘层334A还在前述的扬氏模量低的绝缘材料与CAN状散热基体304的内侧侧壁之间具备杂质少的、即扬氏模量高的绝缘材料。即，绝缘层334A呈扬氏模量不同的绝缘材料的多层形状。由此，可以抑制导热率的下降，并且还确保电绝缘性。
进而，因在图12后述的理由，CAN状散热基体304的内侧侧壁要求形成凹凸形状。此时，为了抑制CAN状散热基体304的内侧侧壁与绝缘层334的导热率的下降，在CAN状散热基体304的内侧侧壁一侧具备前述的扬氏模量低的绝缘材料。即，绝缘层334A在上层和下层采用扬氏模量低的绝缘材料，在中间层采用扬氏模量高的绝缘材料。由此，即使是图12那种实施方式，也可以抑制导热率的下降，并且还可以确保电绝缘性。
图10(a)～(c)是在具有冷却套19A的框体12的铸铝件上安装冷却水入口配管和出口配管的图。图10(a)是冷却套19A的立体图，图10(b)是框体12的俯视图，图10(c)是框体12的剖面图。如图10(a)～(c)所示，在框体12上一体铸造有内部形成冷却水流路19的冷却套19A。在俯视时呈大致长方形的框体12的短边的一方侧侧面设有用于取入冷却水的冷却水入口配管13和冷却水入口配管14。
在图10(a)中，从冷却水入口配管13流入冷却水流路19的冷却水沿箭头418的方向即长方形的长边分成两部分流动。冷却水在长方形短边的另一方侧的侧面的前面附近的拐角部19C如箭头421a那样折返，再次沿长方形长边向箭头422的方向分成两部分流动。冷却水进一步沿长方形长边流动，如箭头421b那样折返，流入在下冷却水路盖420上设置的出口配管，折返并从出口孔流出向冷却水入口配管14(参考图10(b))。在冷却套19A的上表面开有六个开口400。各功率模块300的CAN状散热基体304从各个开口突出到冷却水流中。在CAN状散热基体304和冷却套19A的柱状的分流边界19B将冷却水分成两份，从而可以降低压力损失。即使将CAN状散热基体304的外周弯曲部304A形成为曲面，将冷却水分成两部分也可以降低压力损失。另外，通过使流路呈S字状蛇行配置以将六个功率模块串联排列来冷却，也可以降低压力损失的上升，可以改善冷却效率。各功率模块300被固定成例如通过液体密封800等密封件水密地堵塞冷却套19A的开口。
在图10(b)中，冷却套19A横截框体周壁12W的中段并与可以12一体成形。在冷却套19A的上表面设有六个开口400、402，在下表面设有一个开口404。在开口400以及402的各自的周围设有功率模块安装面410S。螺纹孔412是用于将模块固定夹具304C固定到冷却套19A上的螺纹孔，其中模块固定夹具304C用于将功率模块加压到安装面410S上(参考图11)。可以用该模块固定夹具304C将多个功率模块300加压到冷却套19A上。由此，可以减少用于将功率模块300加压固定在冷却套上的螺钉的个数，可以改善组装性。进而，由于可以实现冷却套19A的小型化并减小功率模块的CAN状散热基体304的凸缘的尺寸，因此，可以将冷却套19A和框体12以及功率模块300小型化，极大地有利于电力转换装置200的小型化。内置于功率模块300内的功率半导体可以由分流的冷却水从两侧进行冷却，具有能够降低热阻的优点。另外，在模块固定夹具304C上设有固定控制电路20、21和散热基体11的基座304D。
冷却塔起19A具有用于构成冷却水流路19的隔壁部。在各功率模块300的侧部的隔壁部上分别形成有多个贯通孔406。具体地说，在构成U相的功率模块300和框体12的外壁之间的隔壁部上形成有两个与U相对应的贯通孔406。另外，在构成U相的功率模块300和构成V相的功率模块300之间的隔壁部上形成有两个与V相对应的贯通孔406。另外，在构成V相的功率模块300和构成W相的功率模块300之间的隔壁部上形成有两个与W相对应的贯通孔406。如图4所示，电容器模块500配置在功率模块300的下方。另一方面，功率模块300的直流端子朝向功率模块300的上方突出。并且，从电容器模块500延伸的正极导体板507以及负极导体板505穿过各个贯通孔406，为了与功率模块300的直流端子分别连接而从贯通孔406突出。由此，可以使从电容器模块500到功率模块300的每相的配线距离的平衡匹配，因此能够使配线电感的平衡在每个相都尽可能均匀。另外，贯通孔406分别形成于各功率模块300的侧部，并且从正极导体板507以及负极导体板505的贯通孔406突出的方向与功率模块300的直流端子的突出方向相同，因此用于连接功率模块300的直流端子和正极导体板507以及负极导体板505的距离缩短，并且连接变容易，因此能够降低配线电感。
图11是表示与本实施方式相关的功率模块300和冷却套19A的密封部的剖面图。
在图11中，冷却套19A横截框体周壁12W的中段并与可以12一体成形，在冷却套19A的上表面设有开口400，在下表面设有冷却水路的开口404。在开口400的周围设有功率模块安装面410S。在开口部404的周围设有与下冷却水路盖420配合(勘合する)的配合部420A，并被液状密封件800密封。螺纹孔412是用于将模块固定夹具304C固定到冷却套19A上的螺纹孔，其中模块固定夹具304C用于将功率模块300的凸缘300B加压到安装面410S上。由于可以用该模块固定夹具304C将多个功率模块300加压到冷却套19A上，因此可以阻止将预先涂敷在安装面410S和功率模块300的凸缘300B之间的液状密封件弄碎并且加压，冷却介质穿过安装面410S和功率模块300之间而漏出。进而，可以减少用于将功率模块300加压固定在冷却套19A上的螺钉的个数，可以改善组装性。另外，由于可以实现冷却套19A的小型化并减小功率模块300的CAN状散热基体304的凸缘300B的尺寸，因此，可以将冷却套19A和框体12以及功率模块300小型化，也极大地有利于电力转换装置200的小型化。内置于功率模块300内的功率半导体可以由分流的冷却水从两侧进行冷却，具有能够降低热阻的优点。另外，液状密封件即便是橡胶O形环等也可以得到同样的效果。
图12(a)是与本实施方式相关的第二功率模块300的剖面图，图12(b)是第二功率模块300的侧视图。
与所述实施例不同点在于如下两点，第一点：在CAN状散热基体304的外侧的冷却面设置的翅305并不是在形成CAN状散热基体304时由同质材料同时形成在其中的，而是之后将导热性优越的树脂翅305A粘接在CAN状散热基体304的外侧而形成翅；第二点：在CAN状散热基体304的表面设置凹凸305B使得树脂制的翅305A不脱落，凹凸305B与树脂制的翅305A机械配合。
根据本实施例，由于可以另外形成翅305，所以能够像果汁罐那样形成CAN状散热基体304，可以改善生产率。另外，通过设置凹凸305B，可以改善树脂制的翅305A和CAN状散热基体304的粘接性能，能够避免脱落等的可靠性下降。进而能够增加与树脂制的翅305A和CAN状散热基体304的热传递相关的面积，可以实现功率模块300的热阻的降低，可以实现功率模块的小型化以及电力转换装置的小型化。
图13(a)是与本实施方式相关的第三功率模块300的剖面图，图13(b)是第三功率模块300的侧视图。
与所述实施例的不同点在于：在CAN状散热基体304的外侧的冷却面设置的翅305并不是在形成CAN状散热基体304时由同质材料同时形成在其中的，而是之后将预先形成有多个翅305的板状的翅基体305C用钎料等金属连接材料或者树脂粘接剂固定安装在CAN状散热基体304的外侧，从而在CAN状散热基体304上设置翅。
根据本实施例，由于可以另外形成翅305，所以能够像果汁罐那样形成CAN状散热基体304，可以改善生产率。另外，翅基体305C可以是通过锻造等方法制造的Cu、Al、AlSiC、Cu-C、Al-C等金属制成，也可以是由高导热树脂等有机材料形成，因此，可以将翅305部分的形状从同心圆的翅形状做成椭圆等的形状。由此，能够增大翅305部分的表面积，可以增加与热传递相关的面积，可以实现功率模块300的热阻的降低。结果是可以实现功率模块的小型化以及电力转换装置的小型化。
图14(a)是与本实施方式相关的第四功率模块300的剖面图，图14(b)是第四功率模块300的侧视图。
与所述实施例不同的点在于：第一，将在CAN状散热基体304的外侧的冷却面设置的翅305做成直翅305D，第二，由与CAN状散热基体304相同的部件一体成型。
根据本实施例，通过将翅305做成直的形状，制造容易，并且可以降低在冷却流路产生的压力损失。由此，可以实现功率模块300的热阻的降低，可以实现功率模块的小型化以及电力转换装置的小型化。
图15(a)是与本实施方式相关的第五功率模块300的剖面图，图15(b)是第五功率模块300的侧视图。
与所述实施例的不同点在于，给在CAN状散热基体304的外侧的冷却面上设置的销形状的翅305的布局设置疏密，缩小远离功率半导体的翅305的间隔，扩大功率半导体附近的翅305的间隔进行配置，使得流过位于功率半导体附近的翅305的冷却介质的流速上升。
根据本实施例，由于可以提高流过功率半导体附近的翅305的冷却介质的流速，因此能够提高功率半导体附近的导热率。由此，可以实现冷却介质和功率半导体的热阻的降低，可以实现功率模块的小型化以及电力转换装置的小型化。
图16(a)是与本实施方式相关的第六功率模块300的剖面图，图16(b)是第六功率模块300的侧视图。
与所述实施例的不同点在于：给在CAN状散热基体304的外侧的冷却面上设置的销形状的翅305的布局设置疏密，缩小远离功率半导体的翅305的间隔，扩大功率半导体附近的翅305的间隔，使得流过位于功率半导体附近的翅305的冷却介质的流速上升，进一步将功率半导体附近的翅305的形状做成椭圆状的椭圆翅305E。
根据本实施例，由于可以提高流过功率半导体附近的翅305的冷却介质的流速，因此能够提高功率半导体附近的导热率。进而通过将功率半导体附近的翅305的形状做成椭圆状，翅305的表面面积增加，能够提高导热率。由此，可以实现冷却介质和功率半导体的热阻的降低，可以实现功率模块的小型化以及电力转换装置的小型化。
图17是表示与本实施方式相关的功率模块300和冷却套19A的密封部的剖面图。
在图17中，冷却套19A横截框体周壁12W的中段并与可以12一体成形，在冷却套19A的上表面设有开口400，在下表面设有冷却水路的开口404。在开口400的周围设有功率模块安装面410S。在开口部404的周围设有与下冷却水路盖420配合(勘合する)的配合部420A，并被液状密封件800密封。螺纹孔412是用于将模块固定夹具304C固定到冷却套19A上的螺纹孔，其中模块固定夹具304C用于将功率模块300的凸缘300B加压到安装面410S上。由于可以用该模块固定夹具304C将多个功率模块300加压到冷却套19A上，因此可以阻止将预先涂敷在安装面410S和功率模块300的凸缘300B之间的液状密封件弄碎并且加压，冷却介质穿过安装面410S和功率模块300之间而漏出。进而，可以减少用于将功率模块300加压固定在冷却套上的螺钉的个数，可以改善组装性。另外，通过将功率模块300的凸缘300B部分设置锥状倾斜，从而可以在维持屏蔽面积的同时还可以减小凸缘300B的幅度，由于可以实现冷却套19A的小型化并减小功率模块的CAN状散热基体304的凸缘300B的尺寸，因此，可以将冷却套19A和框体12以及功率模块300小型化，也极大地有利于电力转换装置200的小型化。内置于功率模块300内的功率半导体可以由分流的冷却水从两侧进行冷却，具有能够降低热阻的优点。另外，液状密封件800即便是橡胶制O形环等也可以得到同样的效果。
图18是表示与本实施方式相关的功率模块300的输入输出端子的连接构造的剖面图。
在图18中，在呈S字状往复的冷却水流路19的隔壁部上，贯通孔406与各功率模块300并排形成。电容器模块500相对于功率模块300夹着冷却水流路19配置，功率模块300和电容器模块500通过贯通孔406电连接。电容器模块500的正极导体板507和电容器模块500的负极导体板505隔着功率模块300的附近的贯通孔406配置。从功率模块300延伸的各电气配线板334与正极导体板507和负极导体板505和输出配线705接近配置。在各电气配线板334或者正极导体板507和负极导体板505和输出配线705的一部分预先配置钎料706，隔着配置的钎料706，各电气配线板334和正极导体板507以及负极导体板505和输出配线705对置配置。在夹着钎料的各电气配线板334和正极导体板507以及负极导体板505和输出配线705之间流通电流，将钎料706以及各电气配线板334和正极导体板507以及负极导体板505和输出配线705加热。由此，将钎料706熔融从而连接各电气配线板334和正极导体板507以及负极导体板505以及输出配线705。
根据本实施例，由于不使用螺栓等紧固区而可以实现功率配线的电连接，所以可以使电力配线区域小型化，可以实现电力转换装置的小型化。另外，由于不使用螺栓，所以可以缩短组装时的时间，可以改善组装效率，因此可以有助于削减成本。
图19是表示与本实施方式相关的功率模块300的输入输出端子的连接构造的剖面图。
在图19中，在呈S字状往复的冷却水流路19的隔壁部上，贯通孔406与各功率模块300并排形成。电容器模块500相对于功率模块300夹着冷却水流路19配置，功率模块300和电容器模块500通过贯通孔406电连接。电容器模块500的正极导体板507和电容器模块500的负极导体板505隔着该贯通孔406配置在功率模块300的附近。从功率模块300延伸的各电气配线板334与正极导体板507和负极导体板505和输出配线705接近配置。对各电气配线板334或者正极导体板507和负极导体板505和输出配线705的一部分加压，在规定的连接点通过电弧焊接或者微钨极惰性气体保护焊接(マイクロテイグ溶接)以及激光焊接等固定安装各导体板，构成电连接点707。
根据本实施例，由于不使用螺栓等紧固区而可以实现功率配线的电连接，所以可以使电力配线区域小型化，可以实现电力转换装置的小型化。另外，由于不使用螺栓，所以可以缩短组装时的时间，可以改善组装效率，因此可以有助于削减成本。
图20是表示连接于与本实施方式相关的功率模块300的输入输出端子的电力配线构造的剖面图。
在图20中，在呈S字状往复的冷却水流路19的隔壁部上，贯通孔406与各功率模块300并排形成。电容器模块500相对于功率模块300夹着冷却水流路19配置，功率模块300和电容器模块500可以通过贯通孔406电连接。与电容器模块500的正极导体板507连接的负极侧导体板704以及与电容器模块500的负极导体板505连接的正极侧导体板702隔着准备的该贯通孔406配置在功率模块300的附近。在功率模块300的配置有电气配线板334的上部配置有电力配线单元701，电力配线单元701是隔着树脂层叠电力配线和输出配线705而成的，电力配线和输出配线705分别电连接功率模块300的各电气配线板334和正极侧导体板702和负极侧导体板704。在规定的连接点通过电弧焊接或者微钨极惰性气体保护焊接以及激光焊接等固定安装各导体板，构成电连接点707。进而，将功率模块300固定在冷却套19A上的加压夹具700A与电力配线单元701形成一体，可以将功率模块300加压固定于冷却水路19。另外，由于在电弧焊接等中，产生垃圾，所以也可以在精加工成预先在电力配线单元701上安装布线功率模块300的形态之后，插入框体12而构成转换器装置200。
根据本实施例，用树脂层叠各电力配线而形成一体，因此可以使焊接部附近的热容量增大，可以尽量降低焊接时温度上升引起的功率模块300的温度上升。另外，即使使功率模块300离焊接点的距离变近，也不会导致功率模块300的温度上升。进而，由于利用在框体12上准备焊接点的对位的标准点12A，可以固定电力配线单元和功率模块300的位置，能够减少焊接时的错位，因此可以形成高可靠性的电连接点。在标准点12A形成在冷却套19A从与功率模块300的凸缘部对置的位置突出的突出部。该突出部从冷却套19A穿过在功率模块300的凸缘部上形成的贯通孔，该突出部的前端部到达加压夹具700A。由于该突出部的前端部被加压夹具700A固定，所以确保与正极侧导体板702的绝缘。
在此，还可以是在正极导体板702和负极导体板704之间夹着绝缘片7000的构造。由此，导体板间的距离变短，可以使导体零件小型化。
图21是表示与本实施方式相关的功率模块300的输入输出端子和电容器构造的剖面图。
在图21中，在呈S字状往复的冷却水流路19中，各功率模块300配置在规定位置上。与功率模块300的电气配线板334连接的电力配线单元701被配置在功率模块300的上部，在电力配线单元701和冷却水流路19之间配置有电容器514。将电容器514和电气配线板334的连接部设置在电力配线单元701和冷却水流路19之间，在电气配线板334构成与电容器514的电连接端子配合的引出部314B、316B。在规定的连接点通过电弧焊接或者微钨极惰性气体保护焊接以及激光焊接等固定安装该引出部314B、316B以及功率模块300的各电气配线板334，构成电连接点707。进而，将功率模块300固定在冷却套19A上的加压夹具700A与电力配线单元701形成一体，可以将功率模块300加压固定于冷却水路19。另外，由于在电弧焊接等中，产生垃圾，所以也可以在精加工成预先在电力配线单元701上安装布线功率模块300或电容器514、500的形态之后，插入框体12而构成转换器装置200。
根据本实施例，通过在电力配线单元和冷却水流路19之间配置电容器514，可以大幅度减小功率模块300和电容器514的配线距离。由此，可以降低配线电感，可以降低功率半导体开关时产生的冲击电压，进而可以降低功率半导体的开关损失以及噪音的产生。结果是功率模块可以小型化，可以实现电力转换装置的小型高可靠化。
图22是表示与本实施方式相关的功率模块300的输入输出端子和电容器构造的剖面图。
在图22中，在呈S字状往复的冷却水流路19中，各功率模块300配置在规定位置上。与功率模块300的电气配线板334连接的电力配线单元701被配置在功率模块300的上部，在电力配线单元701和冷却水流路19之间配置有电容器514。图22所示的实施方式是将与内置于电力配线单元701中的功率模块300的负电极和正电极相连接的电力配线和电容器514的电连接端子连接起来，将电容器514和电力配线单元701一体化的构造。在各电力配线的规定的连接点通过电弧焊接或者微钨极惰性气体保护焊接以及激光焊接等固定，构成电连接点707。进而，将功率模块300固定在冷却套19A上的加压夹具700A与电力配线单元701形成一体，可以将功率模块300加压而固定于冷却水路19。另外，由于在电弧焊接等中，产生垃圾，所以也可以在精加工成预先在电力配线单元701上安装布线功率模块300或电容器514的形态之后，插入框体12，从而构成转换器装置200。
根据本实施例，通过使电力配线单元和电容器514一体化，可以大幅度减小功率模块300和电容器514的配线距离。由此，可以降低配线电感，可以降低功率半导体开关时产生的冲击电压，进而可以降低功率半导体的开关损失以及噪音的产生。结果是功率模块可以小型化，可以实现电力转换装置的小型高可靠化。
图23是表示与本实施方式相关的功率模块300的固定方法和电容器构造的剖面图。
在图23中，在呈S字状往复的冷却水流路19中，各功率模块300配置在规定位置上。将功率模块300加压并固定在冷却水路19上的模块固定夹具304C被配置在功率模块300的凸缘300B的上部。在模块固定夹具304C上设有突起304B，以与功率模块300的凸缘300B点接触，该突起304B对凸缘300B的上表面进行加压。因此，对凸缘300B加压的压力均匀分散在冷却套19A上，均匀地压坏液状密封800，可以降低模块固定夹具304C的变形引起的加压力的不均。
与功率模块300的电气配线板334连接的电力配线单元701被配置在功率模块300的上部。冷却套19A设有开口部，开口部可以收容与冷却水路19并排地收容在电力配线单元701的一部分中的电容器514，冷却套19A直接或通过冷却套19A的内壁用冷却水冷却电容器514。另外，将与功率模块300的负电极以及正电极连接的电力配线和电容器514的电连接端子连接起来，将电容器514和电力配线单元701形成一体。然后，在各电力配线的规定的连接点通过电弧焊接或者微钨极惰性气体保护焊接以及激光焊接等固定，构成电连接点707。另外，由于在电弧焊接等中，产生垃圾，所以也可以在精加工成预先在电力配线单元701上完成安装布线功率模块300或电容器514的形态之后，插入框体12而构成转换器装置200。
根据本实施例，通过使电力配线单元701和电容器514一体化，可以有效冷却功率模块300和电容器514。进而，由于能够缩短连接各个部分的配线距离，所以可以降低配线电感，可以改善电容器514的脉动(ripple)电流的允许值。另外，降低功率半导体开关时产生的冲击电压，进而可以降低功率半导体的开关损失以及噪音的产生。结果是功率模块可以小型化，可以实现电容器的小型化，并且可以实现电力转换装置的小型高可靠化。
图24是表示与本实施方式相关的功率模块300的CAN状散热基体304的制造方法的工序流程图。
在图24中，在(1)的第一工序中，是用于将CAN状散热基体304的原材料变形为大致散热基体形状的工序，在模具801上具备的CAN状的孔中放入原材料。原材料是铝或铜等容易变形的金属或者粉末状的金属。在模具800上形成有突出部800B和凹陷部800A，突出部800B形成作为功率半导体的收容部的开口部，凹陷部800A形成与冷却套19A配合的凸缘。当以模具800和模具801相配合的方式进行冲压时，形成一次成型CAN状冷却材料803。接着，在(2)的第二工序中，是在第一工序中制成的一次成型CAN状冷却材料803上形成翅的工序。在翅成形模具802A、802B上设有多个用于形成销状的翅的孔804。将一次成型CAN状冷却材料803插入到形状与模具801相同的模具中，在两侧配置翅成形模具802A、802B，进行冲压，形成CAN状散热基体304的翅305部分和成为薄壁的形状的外周弯曲部304A，残余材料从翅成形模具802A、802B之间突出。最后，将形成的翅305部分的高度和突出的残余材料切掉从而完成。
完成后，也可以清洗CAN状散热基体304的表面，或者进行通过化学抛光等降低表面粗糙度的加工。
根据本实施例，可以通过两次冲压工序简单地制作CAN状散热基体304，CAN状散热基体304具有外壁，所述外壁以覆盖对置的散热基体的周围的方式与两散热基体连续并由没有接缝的同一材质构成，在外壁的一部分准备开口部，在开口部收容功率半导体。通过该方法，与具有焊接等的接缝的CAN状散热基体相比，可以长年保证金属腐蚀或冷却水压力等引起的变形时的可靠性以及强度。另外，不存在焊接时的热应力的产生和该残留应力引起的变形，能够消除内置的功率半导体以及作为粘接性绝缘层的绝缘片334A的厚度的不均化或裂纹等。进而，也不存在焊接用的凸缘等引起的翅的大型化，可以构成高可靠性且小型的双面冷却功率模块300，可以实现电力转换装置的小型高可靠化。
而且，作为连结部件起作用的外周弯曲部304A的端部还可以构成为呈锥状，或者具有规定值以上的曲率。
本申请以日本专利申请特愿2008-280682号(2008年10月31日申请)为基础，其内容作为引用文引入此文。

Claims (18)

1.一种功率模块，其用于电力转换装置，对直流电和交流电相互进行转换，
所述功率模块具备：
两张基体板，所述两张基体板的各自的主面对置；
半导体电路部，所述半导体电路部配置在所述两张基体板之间；
连结部件，所述连结部件与所述两张基体板连接，并且形成用于收容所述半导体电路部的收容区域；以及
绝缘性部件，所述绝缘性部件夹装在所述基体板和所述半导体电路部之间，并且用于确保该基体板和该半导体电路部的电绝缘，
所述连结部件的刚性小于所述基体板的刚性。
2.如权利要求1所述的功率模块，其中，
所述连结部件的厚度小于所述基体板的厚度。
3.一种功率模块，其用于电力转换装置，对直流电和交流电相互进行转换，
所述功率模块具备：
两张基体板，所述两张基体板的各自的主面对置；
半导体电路部，所述半导体电路部配置在所述两张基体板之间；
连结部件，所述连结部件与所述两张基体板连接，并且形成用于收容所述半导体电路部的收容区域；以及
绝缘性部件，所述绝缘性部件夹装在所述基体板和所述半导体电路部之间，并且用于确保该基体板和该半导体电路部的电绝缘，
所述连结部件的厚度小于所述基体板的厚度。
4.如权利要求1或3所述的功率模块，其中，
所述两张基体板是通过所述连结部件弹性变形而隔着所述绝缘性部件夹持所述半导体电路部。
5.如权利要求1或3所述的功率模块，其中，
所述基体板和所述连结部件形成为一体。
6.如权利要求3所述的功率模块，其中，
所述连结部件的刚性小于所述基体板的刚性。
7.如权利要求1或3所述的功率模块，其中，
所述两张基体板在与配置有所述半导体电路部一侧的面相反一侧的面上形成翅，并且形成有该翅的面与冷却介质直接接触。
8.一种功率模块，其用于电力转换装置，对直流电和交流电相互进行转换，
所述功率模块具备：
筒形的壳体；
半导体电路部，其收容于收容区域，所述收容区域形成在所述壳体内；
绝缘性部件，其用于确保所述壳体的内壁和该半导体电路部的电绝缘，
所述半导体电路部被所述壳体的内壁夹着而被支承，
所述绝缘性部件夹装在所述壳体的内壁和所述半导体电路部之间，并且该绝缘性部件是通过热处理来提高该半导体电路部和该壳体内壁的粘接力的材料。
9.如权利要求8所述的功率模块，其中，
所述壳体在其外壁形成有翅，并且该壳体的外壁与冷却介质直接接触。
10.如权利要求8所述的功率模块，其中，
所述绝缘性部件在所述半导体电路部被所述壳体内壁夹着的状态下，通过被热处理从而提高该半导体电路部和该壳体内壁的粘接力。
11.如权利要求8所述的功率模块，其中，
所述壳体的外壁与独立于该壳体的翅连接，
所述壳体以及所述翅的各自的连接面有规定以上的表面粗糙度。
12.如权利要求1、3或8所述的功率模块，其中，
所述半导体电路部具备半导体元件以及与该半导体元件电连接的配线部件，
所述配线部件夹装在所述半导体元件和所述绝缘性部件之间，并且该配线部件的一部分向所述收容区域的外侧延伸，在其前端形成电极。
13.如权利要求1、3或8所述的功率模块，其中，
所述半导体电路部具备与电源的正极侧连接的第一半导体元件部以及与所述电源的负极侧连接的第二半导体元件部，
从所述第一半导体元件部和所述第二半导体元件部的连接部输出多相交流电的任意一相的交流电。
14.如权利要求1、3或8所述的功率模块，其中，
所述半导体电路部具备：
与电源的正极侧连接的第一半导体元件部；
与所述电源的负极侧连接的第二半导体元件部；
与所述第一半导体元件部连接，并且其一部分向所述收容区域的外侧延伸的第一配线部件；以及
与所述第二半导体元件部连接，并且其一部分向所述收容区域的外侧延伸的第二配线部件；
从所述第一半导体元件部和所述第二半导体元件部的连接部输出多相交流电的任意一相的交流电，
进而，所述第一配线部件以及所述第二配线部件形成为平板状，并且被配置成至少一部分形成层叠状态。
15.一种车辆用电力转换装置，其使用权利要求1、3或8所述的功率模块，其中，
所述车辆用电力转换装置具有多个所述功率模块，利用该多个功率模块生成三相的交流电，并将该三相的交流电输出给车辆驱动用的电动机。
16.一种车辆用电力转换装置，其使用权利要求1、3或8所述的功率模块，其中，
所述车辆用电力转换装置具有多个所述功率模块，
所述车辆用电力转换装置具有框体，所述框体具有流路形成体，所述流路形成体在内部形成用于使冷却介质流动的流路，
所述流路形成体具备多个开口部，在该多个开口部中分别插入所述多个功率模块，
该多个功率模块被配置在所述流路内，使得所述绝缘性部件和所述半导体电路部的接触面大致平行于在所述流路内流动的所述冷却介质的流动方向。
17.一种车辆用电力转换装置，其使用权利要求1、3或8所述的功率模块，其中，
所述车辆用电力转换装置具有框体，所述框体具有流路形成体，所述流路形成体在内部形成用于使冷却介质流动的流路，
所述流路形成体具有开口部，在该开口部中插入所述功率模块，
所述功率模块被配置在所述流路内，使得所述连结部件与在所述流路内流动的所述冷却介质的流动方向对置，
所述连结部件的端部呈锥状，或者具有规定值以上的曲率。
18.一种车辆用电力转换装置，其使用权利要求1所述的功率模块，其中，
所述车辆用电力转换装置具备用于使所述直流电平滑化的电容器模块以及内部流动冷却介质的流路形成体，
所述电容器模块被配置成其规定的面与所述两张基体板中任一方的基体板对置，
所述流路形成体被配置在所述电容器模块和所述功率模块之间，
从所述电容器模块延伸的配线板跨所述流路形成体而与从所述半导体电路部延伸的配线板电连接。
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