CN102549744A - 半导体装置、功率半导体模块及具备功率半导体模块的电力转换装置 - Google Patents

半导体装置、功率半导体模块及具备功率半导体模块的电力转换装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体装置，其中，具备：具有开口部的箱体；收容在箱体内的半导体元件；第一导体板，其收容在箱体内，并配置于半导体元件的一面侧；第二导体板，其收容在箱体内，并配置于半导体元件的另一面侧；正极汇流条，其用于与第一导体板电连接并供给直流电力；负极汇流条，其用于与第二导体板电连接并供给直流电力；第一树脂件，其用于闭塞箱体的开口部；第二树脂件，其用于密封半导体元件、第一导体板及所述第二导体板，并由与第一树脂件不同的材料构成。

Description

半导体装置、功率半导体模块及具备功率半导体模块的电力转换装置
技术领域
本发明涉及内置半导体元件的半导体装置、用于逆变器电路中使用的功率半导体模块、及具备逆变器电路的电力转换装置。
背景技术
在半导体用箱体内内置有半导体元件的半导体装置中，为了保护上述半导体元件不受水分等影响，在上述箱体的内部填充绝缘性的树脂件料。在此种半导体装置中，在上述箱体之外设置将内置的半导体元件与其他电气部件连接的连接端子，且设有连接导体，该连接导体用于将半导体用箱体的外侧所设置的所述连接端子与框体内的上述半导体元件电连接。例如日本国特开2007-53295号公报(专利文献1)或日本国特开2008-193867号公报(专利文献2)公开了此种半导体装置。
【专利文献】
【专利文献1】日本国特开2007-53295号公报
【专利文献2】日本国特开2008-193867号公报
在半导体用箱体内内置上述半导体元件及上述连接导体，且在上述箱体内填充绝缘性树脂的构造的半导体装置中，期望易填充树脂的构造或者树脂的填充方法。通过将半导体装置形成为树脂更易填充的构造，由此提高半导体装置的生产率。
尤其是在箱体内内置有功率半导体元件的功率半导体模块中，由于流过功率半导体元件的电流大，因此连接功率半导体元件与端子的连接导体有可能成为板状、即剖面为大致角型的形状。在向收纳有上述连接导体和功率半导体元件的功率半导体模块中填充绝缘性树脂的情况下，期望更易填充的构造，由此可以实现生产率的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供生产率优良的半导体装置或者功率半导体模块。
本发明的第1方式涉及的半导体装置，具备：具有开口部的箱体；收容在箱体内的半导体元件；第一导体板，其收容在箱体内，并配置于半导体元件的一面侧；第二导体板，其收容在箱体内，并配置于半导体元件的另一面侧；正极汇流条，其用于与第一导体板电连接并供给直流电力；负极汇流条，其用于与第二导体板电连接并供给直流电力；第一树脂件，其用于闭塞箱体的开口部；第二树脂件，其用于密封半导体元件、第一导体板及第二导体板，并由与第一树脂件不同的材料构成，正极汇流条与负极汇流条呈从箱体内经由开口部而向箱体外伸出的形状，第一树脂件将正极汇流条及负极汇流条之间填埋，半导体元件与第一树脂件之间被第二树脂件填埋。
本发明的第2方式涉及的半导体装置具备：具有开口部的箱体；收容在箱体内的半导体元件；第一导体板，其收容在箱体内，并配置于半导体元件的一面侧；第二导体板，其收容在箱体内，并配置于半导体元件的另一面侧；正极汇流条，其用于与第一导体板电连接并供给直流电力；负极汇流条，其用于与第二导体板电连接并供给直流电力；信号线，其用于传送控制半导体元件的控制信号，正极汇流条、负极汇流条和信号线从箱体内部经由箱体的开口部向箱体外延伸，在箱体的开口部还设有用于闭塞开口部的第一树脂件，并由第一树脂件支承正极汇流条、负极汇流条和信号线，还填充有由与第一树脂件不同的材料构成的第二树脂件，且该第二树脂件用于填埋箱体内的半导体元件与第一树脂件之间。
本发明的第3方式是第1或第2方式涉及的半导体装置中，优选正极汇流条与负极汇流条以相互对置的方式来排列配置，正极汇流条与负极汇流条之间由第一树脂件闭塞，闭塞开口部的第一树脂件具备突起部，且该突起部朝向形成有开口部的开口的箱体突出。
本发明的第4方式是在第3方式的半导体装置中，第一树脂件上设置的突起部的前端与箱体内表面紧贴，并呈现被压溃的形状。
本发明的第5方式是在第1至第4的任一方式所记载的半导体装置中，优选半导体元件与第一导体板、或者半导体元件与第二导体板经由焊料层电连接，第一树脂件是熔融温度比钎焊材料的熔融温度高的材料。
本发明的第6方式是在第1至第5的任一方式所记载的半导体装置中，优选在第一树脂件的配置有半导体元件的一侧设有用于与第二树脂件嵌合的嵌合部，嵌合部具备孔或凹凸形状。
本发明的第7方式的功率半导体模块具备：功率模块箱体，其具有对置的宽幅的第一面和第二面，在第一面和第二面之间的面上具有开口；上臂开关元件和下臂开关元件，其收容在箱体内，分别构成逆变器的上臂电路和下臂电路；第一导体板，其收容在箱体内，并配置在上臂开关元件的一面侧，与上臂开关元件的一面电连接；第二导体板，其收容在箱体内，并配置在下臂开关元件的另一面侧，与下臂开关元件的另一面电连接；第一导体，其用于通过使上臂开关元件的另一面与下臂开关元件的一面电连接而使上臂开关元件和下臂开关元件串联连接；正极汇流条及负极汇流条，其用于向串联连接的上臂开关元件和下臂开关元件供给直流电力；多个信号线，其用于传送对上臂开关元件和下臂开关元件进行控制的控制信号，正极汇流条、负极汇流条和多个信号线呈从功率模块箱体的内部经由功率模块箱体的开口而向功率模块箱体外伸出的形状，由用于闭塞开口的第一树脂件所形成的第一模制体进一步设置于开口部，并利用第一模制体来固定多个信号线，进而利用第一模制体，以将正极汇流条与负极汇流条以相互对置的状态排列配置的方式来进行支承，利用与第一树脂件不同的材料构成的第二树脂件来填埋上臂开关元件、下臂开关元件、第一导体板、第二导体板和第一导体之间。
本发明的第8方式是在第7方式的功率半导体模块中，在功率模块箱体的第一面和第二面的外侧分别设有用于散热的散热片，在第一面与第二面的内侧，以与第一面和第二面对置的方式而分别配置第一导体板和第二导体板，且经由绝缘片将第一导体板和第二导体板与功率模块箱体的第一面和第二面的内侧分别固接。
本发明的第9方式是在第7或第8方式的功率半导体模块中，优选在与功率模块箱体的内表面对置的第一模制体的外侧面，形成有朝向功率模块箱体的内表面突出的突起。
本发明的第10方式是在第7至第9任一方式的功率半导体模块中，优选功率半导体模块还设有交流汇流条，该交流汇流条从功率模块箱体的内部通过开口并向功率模块箱体的外部伸出，交流汇流条与用于将上臂开关元件和下臂开关元件串联连接的第一导体电连接，第一导体板与正极汇流条位于功率模块箱体的第一面侧，第二导体板与负极汇流条位于功率模块箱体的第二面侧，功率半导体模块还设有第三导体板和第四导体板，第一导体板与第三导体板配置为隔着上臂开关元件而对置，第二导体板与第四导体板配置为隔着下臂开关元件而对置，第一导体板与第四导体板经由绝缘片而固接于功率模块箱体的第一面的内侧，第二导体板与第三导体板经由绝缘片而固接于功率模块箱体的第二面的内侧，第三导体板与第四导体板经由第一导体而电连接。
本发明的第11方式是在第10方式的功率半导体模块中，相对于正极汇流条或者负极汇流条从功率模块箱体内向外延伸的第一方向，沿着横切该第一方向的第二方向而排列配置有第一导体板和第四导体板，第三导体板与第二导体板沿第二方向排列配置。
本发明的第12方式是在第11方式的功率半导体模块中，上臂电路具有并联连接的多个上臂开关元件，下臂电路具有并联连接的多个下臂开关元件，在第一导体板与第三导体板之间，沿着第二方向而排列配置有多个上臂开关元件，在第四导体板与第二导体板之间，沿着第二方向而排列配置有多个下臂开关元件。
本发明的第13方式的电力转换装置中，具备：形成有用于冷却介质流动的流路的冷却部；设置在冷却部的流路上的多个功率半导体模块；平滑用的电容器模块，各功率半导体模块具备：功率模块箱体，其具有对置的宽幅的第一面和第二面，在第一面和第二面之间的面上具有开口；上臂开关元件和下臂开关元件，其收容在箱体内，分别构成逆变器的上臂电路和下臂电路；第一导体板，其收容在箱体内，并配置在上臂开关元件的一面侧，与上臂开关元件的一面电连接；第二导体板，其收容在箱体内，并配置在下臂开关元件的另一面侧，与下臂开关元件的另一面电连接；第一导体，其用于通过使上臂开关元件的另一面与下臂开关元件的一面电连接而使上臂开关元件和下臂开关元件串联连接；正极汇流条及负极汇流条，其用于向串联连接的上臂开关元件和下臂开关元件供给直流电力；多个信号线，其用于传送对上臂开关元件和下臂开关元件进行控制的控制信号，正极汇流条、负极汇流条和多个信号线呈从功率模块箱体的内部经由功率模块箱体的开口而向功率模块箱体外伸出的形状，由用于闭塞开口的第一树脂件所形成的第一模制体进一步设置于开口部，并利用第一模制体来固定多个信号线，进而利用第一模制体，以将正极汇流条与负极汇流条以相互对置的状态排列配置的方式来进行支承，利用与第一树脂件不同的材料构成的第二树脂件来填埋上臂开关元件、下臂开关元件、第一导体板、第二导体板和第一导体之间。
本发明的第14方式是在第13方式的电力转换装置中，在功率模块箱体的第一面和第二面的外侧分别设有用于散热的散热片，在第一面与第二面的内侧，以与第一面和第二面对置的方式而分别配置第一导体板和第二导体板，且经由绝缘片将第一导体板和第二导体板与功率模块箱体的第一面和第二面的内侧分别固接。
本发明的第15方式是在第13或第14方式的电力转换装置中，优选在与功率模块箱体的内表面对置的第一模制体的外侧面，形成有朝向功率模块箱体的内表面突出的突起。
本发明的第16方式是在从第7至第9任一方式的电力转换装置中，优选电力转换装置还设有交流汇流条，该交流汇流条从功率模块箱体的内部通过开口并向功率模块箱体的外部伸出，交流汇流条与用于将上臂开关元件和下臂开关元件串联连接的第一导体电连接，第一导体板与正极汇流条位于功率模块箱体的第一面侧，第二导体板与负极汇流条位于功率模块箱体的第二面侧，电力转换装置还设有第三导体板和第四导体板，第一导体板与第三导体板配置为隔着上臂开关元件而对置，第二导体板与第四导体板配置为隔着下臂开关元件而对置，第一导体板与第四导体板经由绝缘片而固接于功率模块箱体的第一面的内侧，第二导体板与第三导体板经由绝缘片而固接于功率模块箱体的第二面的内侧，第三导体板与第四导体板经由第一导体而电连接。
本发明的第17方式是在第16方式的电力转换装置中，优选相对于正极汇流条或者负极汇流条从功率模块箱体内向外延伸的第一方向，沿着横切该第一方向的第二方向而排列配置有第一导体板和第四导体板，第三导体板与第二导体板沿第二方向排列配置。
本发明的第18方式是在第17方式的电力转换装置中，上臂电路具有并联连接的多个上臂开关元件，下臂电路具有并联连接的多个下臂开关元件，在第一导体板与第三导体板之间，沿着第二方向而排列配置有多个上臂开关元件，在第四导体板与第二导体板之间，沿着第二方向而排列配置有多个下臂开关元件。
根据本发明，能够提供更容易填充绝缘性树脂，且生产率优良的半导体装置或者功率半导体模块。
附图说明
图1是安装有本实施方式涉及的半导体装置的车辆的控制框图。
图2是本实施方式涉及的半导体装置的电力转换电路。
图3(a)(b)是本实施方式涉及的半导体装置的两面冷却型功率模块。
图4(a)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的除了模制件后的图。
图4(b)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的除了模制件后的情况的立体图。
图4(c)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的除了模制件后的情况的分解立体图。
图4(d)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的电路图。
图5(a)(b)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的电流路径的说明图。
图6(a)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的辅助模制体的说明图。
图6(b)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的辅助模制体的侧视图。
图6(c)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的辅助模制体的侧视图，是沿图6(b)的A-A剖面切断后的切断面的图。
图6(d)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的辅助模制体的侧视图，是图6(b)的透视图。
图7(a)～(c)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的成形方法。
图8(a)(b)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的分解图。
图9(a)～(d)是用于说明本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的组装方法的图。
图10(a)(b)是用于说明本发明涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块与水路的组装的图。
图11(a)(b)是表示本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的其他实施例的图。
图12(a)(b)是本实施方式涉及的半导体装置中的两面冷却型功率模块的其他实施例中的辅助模制体。
图13是本实施方式涉及的半导体装置的整体构造。
图14是本实施方式涉及的半导体装置的整体构造的剖面图。
图15是本实施方式涉及的半导体装置中的水路的构造。
图16是本实施方式涉及的半导体装置的整体构造中，安装有两面冷却型功率模块的图。
具体实施方式
关于本发明的实施方式涉及的两面冷却型功率模块和使用该两面冷却型功率模块的电力转换装置，以下结合附图进行详细的说明。本发明的实施方式涉及的电力转换装置可以应用于混合动力用的机动车或纯粹的电机动车。在此，作为代表例，使用图1、图2，对于将本发明的实施方式涉及的电力转换装置应用于混合动力机动车时的控制结构与电力转换装置的电路结构进行说明。
对于本发明的实施方式涉及的功率模块和使用其的电力转换装置中，以机动车上搭载的旋转电机驱动系统的车载用电力转换装置，尤其是用于车辆驱动用电机系统、且搭载环境和工作环境等非常严格的车辆驱动用逆变器装置为例进行说明。车辆驱动用逆变器装置作为对车辆驱动用电动机的驱动进行控制的控制装置而设置于车辆驱动用电机系统，将从构成车载电源的车载蓄电池或者车载发电装置供给的直流电力转换为规定的交流电力，并将得到的交流电力向车辆驱动用电动机供给，从而控制车辆驱动用电动机的驱动。此外，车辆驱动用电动机也具有作为发电机的功能，因此车辆驱动用逆变器装置也具有根据运转模式而将车辆驱动用电动机产生的交流电力转换为直流电力的功能。转换后的直流电力向车载蓄电池供给。
应予说明，本实施方式的结构最适用于作为机动车或卡车等车辆驱动用电力转换装置，但也可应用于上述以外的电力转换装置。例如，还可应用于电车或船舶、飞机等电力转换装置、用作驱动工厂设备的电动机的控制装置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等家庭用电力转换装置。
第一实施方式
图1表示混合动力机动车的控制框图。混合动力机动车(以下标记为HEV)110具备两个车辆驱动用系统。其中一个车辆驱动用系统为以内燃机即发动机120作为动力源的发动机驱动系统。另一个车辆驱动用系统为以电动发电机192、194作为动力源的旋转电机驱动系统。在旋转电机驱动系统中，具备电动发电机192、194作为驱动源。作为电动发电机192、194使用同步机或者感应机，电动发电机192、194通过控制可以作为电动机工作，或者也可作为发电机工作。根据上述功能，在本说明书中标记为电动发电机，但其为代表性的使用例，也可将电动发电机192或者电动发电机194仅用作电动机或者仅用作发电机。利用以下说明的逆变器140或逆变器142来控制电动发电机192或者电动发电机194，在该控制中，或者作为电动机工作，或者作为发电机工作。
本发明当然可以用于图1所示的HEV，但当然也可用于不使用发动机驱动系统的纯粹的电动汽车。HEV的旋转电机驱动系统和纯粹的电动汽车的驱动系统中与本发明相关的部分，基本的动作或结构都共用，为了避免繁琐，以下以HEV作为代表例进行说明。
在车体的前部轴支承有设有一对前轮112的前轮车轴114并使前轮车轴114能够旋转。在本实施方式中，由动力驱动的主轮为前轮112，连带旋转的从轮为后轮，即采用所谓的前轮驱动方式。相反，也可采用所谓的后轮驱动方式。
在前轮车轴114上设有差动齿轮(以下标记为DEF)116，前轮车轴114与DEF116的输出侧机械连接。变速器118的输出轴机械连接于前轮侧DEF116的输入侧，前轮侧DEF116接受由变速器118变速后的转矩，并向左右前轮车轴114分配。电动发电机192的输出侧机械连接于变速器118的输入侧。发动机120的输出侧或者电动发电机194的输出侧通过动力分配机构122而机械连接于电动发电机192的输入侧。应予说明，电动发电机192、194及动力分配机构122收容在变速器118的框体的内部。
电动发电机192、194可以是感应机，但本实施方式中，使用效率提高更加优良的、转子具备永久磁体的同步机。通过逆变器电路部140、142来控制向感应机或同步机的定子所具有的定子绕组供给的交流电力，由此控制电动发电机192、194作为电动机或者作为发电机的工作和其特性。逆变器电路部140、142上连接有蓄电池136，在蓄电池136与逆变器电路部140、142之间能够收受电力。
在本实施方式中，HEV110具备：由电动发电机192及逆变器电路部140构成的第一电动发电单元、和由电动发电机194及逆变器电路部142构成的第二电动发电单元这两个电动发电单元，并根据运转状态而将其分开使用。即、在利用来自发动机120的动力来驱动车辆的状况下，当辅助车辆的驱动转矩时，利用发动机120的动力，使第二电动发电单元作为发电单元工作并进行发电，并利用由该发电而得到的电力而使第一电动发电单元作为电动单元工作。此外，在同样的状况下，当辅助车辆的车速时，利用发动机120的动力，使第一电动发电单元作为发电单元工作并进行发电，利用该发电而得到的电力而使第二电动发电单元作为电动单元工作。
此外，在本实施方式中，利用蓄电池136的电力而使第一电动发电单元作为电动单元工作，由此可以仅利用电动发电机192的动力来驱动车辆。进而，在本实施方式中，利用发动机120的动力或者来自车轮的动力而使第一电动发电单元或第二电动发电单元作为发电单元工作并进行发电，由此能够对蓄电池136进行充电。
蓄电池136还可以用作驱动辅机用的电动机195的电源。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向逆变器装置43供给的直流电力通过辅机用转换机43而转换为交流电力，并向电动机195供给。辅机用转换机43具有与逆变器电路部140、142同样的功能，控制向电动机195供给的交流的相位或频率、功率。例如，相对于电动机195的转子的旋转，通过供给超前相位的交流电力，电动机195产生转矩。而通过产生滞后相位的交流电力，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。此种辅机用转换机43的控制功能与逆变器电路部140、142的控制功能相同。由于电动机195的负载量比电动发电机192、194的负载量小，辅机用转换机43的最大转换电力比逆变器电路部140、142小，但辅机用转换机43的电路结构基本上与逆变器电路部140、142的电路结构相同。
在图1的实施方式中，省略了恒定电压电源。各控制电路和各种传感器利用未图示的来自恒定电压电源的电力进行工作。该恒定电压电源例如为14伏特系电源，如铅蓄电池等14伏特系，根据情况具备24伏特系的蓄电池，且正极或者负极的一方与车体连接，车体作为恒定电压电源的电力供给用导体来使用。
逆变器电路部140、142及43与电容器模块500之间存在电性密接的关系。进而在需要应对发热这一方面上是共同的。此外，期望尽量减小装置的体积。根据上述方面，以下详述的电力转换装置200中，将逆变器电路部140、142及43与电容器模块500内置在电力转换装置200的框体内。通过该结构，能够小型化。进而能够实现如减少电气配线的数量、或者能够降低放射噪声等效果。该效果有助于小型化，或者有助于可靠性提高。此外，也有助于生产率提高。此外，电容器模块500与逆变器电路部140、142及43的连接电路变短，或者能够实现以下说明的构造，并能够降低电感，作为其结果，能够降低峰值电压。进而，利用以下说明的构造，能够实现发热的降低和散热效率的提高。
〔电力转换装置的结构〕
结合图2，对电力转换装置200的电路结构进行说明。如图1所示，电力转换装置200具备：逆变器电路部140、142、辅机用转换装置43、电容器模块500。此外，辅机用转换机43是对用于驱动车所具备的辅机类的辅机用驱动电动机进行控制的逆变器装置。此外，辅机用转换机43也可是例如使图1的蓄电池136的供给电压进一步升压或者从高的电压降压至蓄电池136的供给电压的升压或者降压电路即DC-DC转换器。
逆变器电路部140、142具备多台具有两面冷却构造的功率半导体模块300，在该实施方式中具备3个，通过连接该功率半导体模块300而构成3相桥式电路。在容许电流大的情况下，进而将功率半导体模块300并联连接，通过与3相逆变器电路的各相对应地进行上述并联连接，能够应对容许电流的增大。此外，如以下说明，通过将内置于功率半导体模块300的半导体元件并联连接，即使不将功率半导体模块300并联连接，也可应对功率的增大。
如下述，各功率半导体模块300将功率半导体元件和其连接配线收纳在图3(a)(b)所示的模块箱体304的内部。在本实施方式中，图3(a)(b)所示的模块箱体304具备罐状的散热金属的基底等，该基底具有形成开口的开口部。该模块箱体304具有对置的散热基底307，在该实施方式中，覆盖除了具有开口部的面以外的5个面。为了覆盖上述5个面，以与具有最大面积的两散热基底307连续并连接上述两面之间的方式而形成有无接缝的由同一材质构成的外壁。呈接近长方体形状的上述罐状的模块箱体304的一面上形成开口，功率半导体元件从所述开口插入到内部，并保持于内部。
利用设置于控制部的2个驱动器电路而分别驱动控制各逆变器电路部140、142。应予说明，图2中2个驱动器电路合并表示为驱动器电路174。各驱动器电路利用控制电路172进行控制，所述控制电路172生成用于控制功率半导体元件的开关时序的开关信号。
逆变器电路部140与逆变器电路部142的基本电路结构相同，控制方法和动作也基本相同，以逆变器电路部140作为代表例进行说明。逆变器电路部140具备3相桥式电路作为其基本结构，具体来说，作为U相(由符号U1表示)、V相(由符号V1表示)、W相(由符号W1表示)动作的各个臂电路分别与输送直流电力的正极侧及负极侧的导体并联连接。应予说明，逆变器电路部142中作为U相、V相、W相动作的各个臂电路与逆变器电路部140相对应而表示为U2、V2、W2。
所述各相的臂电路由将上臂电路和下臂电路串联连接而成的上下臂串联电路构成，各相的上臂电路分别与所述正极侧的导体连接，各相的下臂电路分别与所述负极侧的导体连接。在上臂电路和下臂电路的连接部分别产生交流电力，各上下臂串联电路的上臂电路与下臂电路的连接部连接于各功率半导体模块300的交流端子321。所述各相的各功率半导体模块300的交流端子321分别与电力转换装置200的交流输出端子连接，产生的交流电力向电动发电机192、194的定子绕组供给。各相的各功率半导体模块300为基本相同的构造，动作也基本相同，因此以U相的功率半导体模块300即功率模块U1为代表来说明。
在本实施方式中，作为开关用的功率半导体元件，所述上臂电路具备：上臂IGBT155(绝缘栅极型双极晶体管)和上臂二极管156。此外在本实施方式中，作为开关用的功率半导体元件，所述下臂电路具备：下臂IGBT157和下臂二极管158。各上下臂串联电路的直流正极端子315B和直流负极端子319B分别与电容器模块500的电容器连接用的直流端子连接，交流端子321中产生的交流电力向电动发电机192或电动发电机194电供给。
IGBT155、157接受从构成驱动器电路174的驱动器电路中的一方或者另一方的驱动器电路输出的驱动信号而进行开关动作，将从蓄电池136供给的直流电力转换为三相交流电力。转换后的电力向电动发电机192的定子绕组供给。应予说明，对于V相及W相具有与U相大致相同的电路结构，因此省略符号155、157、156、158的表示。逆变器电路部142的功率半导体模块300为与逆变器电路部140时相同的结构，此外，辅机用转换机43具有与逆变器电路部142相同的结构，在此省略说明。
在本实施方式中，作为开关用的功率半导体元件使用上臂IGBT155及下臂IGBT157作为例示。上臂IGBT155和下臂IGBT157具备：集电极、发射极(信号用发射极端子)、栅极电极(栅极电极端子)。如图所示，上臂IGBT155、下臂IGBT157的集电极与发射极之间电连接有上臂二极管156、下臂二极管166。上臂二极管156、下臂二极管158具备：阴极电极及阳极电极这2个电极。以从上臂IGBT155、下臂IGBT157的发射极朝向集电极的方向为顺方向的方式，阴极电极与上臂IGBT155、下臂IGBT157的集电极电连接，阳极电极与上臂IGBT155、下臂IGBT157的发射极电连接。作为功率半导体元件可以使用MOSFET(金属氧化物半导体型场效应晶体管)，在该情况下，不需要上臂二极管156、下臂二极管158。
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，控制电路172生成用于控制上臂IGBT155、下臂IGBT157的开关时序的时序信号。驱动器电路174根据从控制电路172输出的时序信号，生成用于使上臂IGBT155、下臂IGBT157开关动作的驱动信号。
控制电路172具备用于对上臂IGBT155或下臂IGBT157的开关时序进行运算处理的微型计算机(以下，标记为“微机”)。作为输入信息向微机输入：对电动发电机192所要求的目标转矩值、从上下臂串联电路向电动发电机192的定子绕组供给的电流值及电动发电机192的转子的磁极位置。目标转矩值是基于从未图示的上位的控制装置输出的指令信号的转矩值。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电流值。磁极位置是根据从设置在电动发电机192上的旋转磁极传感器(未图示)输出的检测信号而检测到的磁极位置。在本实施方式中，以检测3相电流值的情况为例进行说明，但也可检测2个相的电流值。
控制电路172内的微机根据目标转矩值来运算电动发电机192的d轴、q轴的电流指令值，并根据该运算得到的d轴、q轴的电流指令值与检测到的d轴、q轴的电流值之间的差分来运算d轴、q轴的电压指令值。进而，微机根据检测得到的磁极位置而将该运算得到的d轴、q轴的电压指令值转换为U相、V相、W相的各电压指令值。另外，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)与输送波(三角波)的比较而生成脉冲状的调制波，并将该生成的调制波作为PWM(脉冲宽度调制)信号向驱动器电路174输出。
驱动器电路174在驱动下臂的情况下，将PWM信号放大，并将其作为驱动信号，向对应的下臂IGBT157的栅极电极输出。另一方面，在驱动上臂的情况下，驱动器电路174将PWM信号的基准电位的电平移动到上臂的基准电位的电平之后将PWM信号放大，并将其作为驱动信号，向对应的上臂IGBT155的栅极电极分别输出。由此，上臂IGBT155、下臂IGBT157根据输入的驱动信号进行开关动作。
此外，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，向控制部输入传感信息。例如，从各臂的信号用发射极端子向上臂IGBT155、下臂IGBT157的发射极流动的电流的信息被输入对应的驱动器电路174。由此，驱动器电路174进行过电流检测，在检测到过电流的情况下，停止对应的上臂IGBT155、下臂IGBT157的开关动作，保护对应的上臂IGBT155、下臂IGBT157不受过电流影响。从设置于上下臂串联电路的温度传感器(未图示)得大的上下臂串联电路的温度信息输入到微机。此外，向微机输入上下臂串联电路的直流正极侧的电压信息。微机根据上述信息进行过温度检测及过电压检测，在检测出过温度或者过电压的情况下，使全部的上臂IGBT155、下臂IGBT157的开关动作停止，保护上下臂串联电路不受过温度或者过电压影响。
逆变器电路部140的上臂IGBT155或下臂IGBT157的导通及截止动作以一定的顺序进行切换，在该切换时，在电动发电机192的定子绕组中产生的电流流过包括二极管156、158的电路。应予说明，在本实施方式的电力转换装置200中，在逆变器电路部140的各相上设有1个上下臂串联电路，但如上所述，作为产生向电动发电机输出的3相交流的各相输出的电路，在各相上并联连接2个上下臂串联电路而成的电路结构的电力转换装置也可。
各逆变器电路部140或142上设置的直流端子138(参照图1)与由正极导体板和负极导体板构成的层叠导体板700(参照图2、图14)连接。层叠导体板700是通过由沿功率模块的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(未图示)而构成3层构造的层叠配线板。层叠导体板700的正极侧导体板702及负极侧导体板704分别与电容器模块500上设置的层叠配线板501所具有的正极导体板507及负极导体板505连接。正极导体板507及负极导体板505也由沿功率模块排列方向宽幅的导电性板材构成，构成夹持有绝缘片517(未图示)的3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单元514，电容器单元514的正极侧与正极导体板507连接，电容器单元514的负极侧与负极导体板505连接。电容器模块500构成用于抑制由于上臂IGBT155、下臂IGBT157的开关动作而产生的直流电压的变动的平滑电路。
电容器模块500的层叠配线板501与电力转换装置200的直流连接器138上连接的输入层叠配线板230相连接。输入层叠配线板230上也连接有辅机用转换机43所具备的逆变器装置。在输入层叠配线板230与层叠配线板501之间，设有噪声过滤器。噪声过滤器中具备将框体12的接地端子与各直流电力线连接的2个电容器，构成共同模式噪声应对用的Y电容器。
在图2所示的电力转换装置的结构中，电容器模块500分别具有：为了从直流电源136接受直流电力而与直流连接器138连接的端子(省略符号)、与逆变器电路140或者逆变器电路142连接的端子，因此能够降低逆变器电路140或者逆变器电路142产生的噪声对直流电源136造成的不良影响。该结构进而提高平滑作用的效果。
此外，如上所述，电容器模块500与各功率半导体模块300的连接使用层叠状态的导体板，因此能够降低相对于流过各功率半导体模块300的上下臂串联电路的电流的电感，并能够降低伴随上述电流的急剧变化而导致跃升的电压。
〔功率半导体模块300的说明〕
结合图3至图10，对逆变器电路部140及逆变器电路部142中使用的功率半导体模块300的详细结构进行说明。图3(a)是本实施方式的功率半导体模块300的剖面图，图3(b)是本实施方式的功率半导体模块300的立体图。
如图4(b)、图4(c)或者图5(b)所示，构成上下臂串联电路的功率半导体元件通过导体板315、318或者导体板316、319而从两面夹持并固接。将信号配线一体成形而成的辅助模制体600安装于导体板。以使导体板的散热面露出的方式通过第一密封树脂350来密封上述部件，并在其上热压接绝缘片333。将整体插入模块箱体304之中，并将绝缘片333与罐(CAN)型冷却器即模块箱体304的内表面热压接。在模块箱体304的内部残存的空隙中填充第二密封树脂351。此外，作为用于与电容器模块500连接的直流汇流条，设有直流正极配线315A及直流负极配线319A，并在其前端部形成有直流正极端子315B与直流负极端子319B。作为用于向电动发电机192或者194供给交流电力的交流汇流条，设有交流配线320，并在其前端形成有交流端子321。在本实施方式中，上述各配线315A及319A、320设置于各导体板315、319、316，并一体成形，与驱动器电路174连接的外部信号端子325U、325L插嵌成形于辅助模制体600。
如上所述，通过形成将利用绝缘片333来支承元件的导体板与模块箱体304的内侧固接的构造，能够实现结合附图后述的制造方法，提高生产率。此外能够有效地将功率半导体元件产生的热向散热片305传递，功率半导体元件的冷却效果提高。进而能够抑制由于温度变化等导致热应力的产生，适用于温度变化急剧的车辆用的逆变器。
模块箱体304由铝合金材料，例如AL、ALSi、ALSiC、AL-C等构成，且无接缝地一体成形并呈罐形的形状。在此，罐形是指在规定的一面具备插入口306，且有底的大致长方体形状。此外，模块箱体304是除了插入口306以外未设置开口的构造，插入口306的外周被凸缘304B包围。从其他方面来看，如图3(a)(b)所示，具有比其他面更大面的第一、第二散热面以对置的状态进行配置，上述对置的第一、第二散热面的3边构成以比上述散热面窄的宽度密闭的面，其余的一边的面上形成有开口。上述构造不需要完整的长方体，如图3所示，角部形成曲面也可。通过具有上述形状的金属性的箱体，即使将模块箱体304插入水或油等冷却介质流动的流路内，也能够由凸缘304B来确保相对于冷却介质的密封，因此能够以简单的结构来防止冷却介质侵入模块箱体304的内部及端子部分。此外，在模块箱体304外壁上，在对置的散热基底307上均匀地形成有散热片305，且在该同一面的外周形成有厚度变得极薄的弯曲部304A。弯曲部304A的厚度薄到通过对散热片305进行加压就能够容易变形的程度，因此，插入模块一次密封体300A之后的生产率提高。
功率半导体模块300中，功率半导体元件工作时发出的热通过导体板从两面扩散并传递到绝缘片333，从形成在模块箱体304上的散热基底307和所述散热基底307上设置的散热片305向冷却介质散热，因此能够实现高的冷却性能。
图4(a)是为了助于理解而将模块箱体304、绝缘片333、第一密封树脂350和第二密封树脂351除去后的功率半导体模块300的内部剖面图。图4(b)是功率半导体模块300的内部立体图。图4(c)是用于助于理解图4(a)的构造的分解图。图4(d)是功率半导体模块300的电路图。此外，图5(a)是说明电感的降低效果的电路图，图5(b)是表示用于说明电感的降低作用的电流流动的立体图。
首先，与电路相关联地说明功率半导体元件和导体板的配置。在本实施方式中，功率半导体元件有IGBT和二极管。直流正极导体板315与第一交流导体板316配置为大致同一平面状，在直流正极导体板315上固接有上臂IGBT155的集电极和上臂二极管156的阴极电极，在第一交流导体板316上固接有下臂IGBT157的集电极和下臂二极管158的阴极电极。第二交流导体板318与直流负极导体板319配置为大致同一平面状。在第二交流导体板318上固接有上臂IGBT155的发射极和上臂二极管156的阳极电极。在直流负极导体板319上固接有下臂IGBT157的发射极和下臂二极管158的阳极电极。各功率半导体元件分别固接在上述各导体板所设有元件固接部上。各功率半导体元件为板状的扁平构造，各电极形成在表背面，因此如图4(b)所示，直流正极导体板315与第二交流导体板318、及第一交流导体板316与直流负极导体板319配置为以隔着各IGBT及二极管，即以夹着功率半导体元件的方式而大致平行地对置，形成夹着上述功率半导体元件的层叠配置。第一交流导体板316与第二交流导体板318经由中间电极159连接。通过该连接，上臂电路与下臂电路电连接，形成上下臂串联电路。
各电极与相关的各导体板之间的固接使用钎焊材料或包含银片及微小的金属粒子的低温烧结接合材料等金属接合材料337(参照图8(a))，而电结合及热接合。对于各配线与端子，直流正极配线315A与直流正极导体板315一体形成，在其前端形成有直流正极端子315B。直流负极配线319A的基本构造也相同，并与直流负极导体板319一体形成，并在前端形成有直流负极端子319B。
在直流正极配线315A与直流负极配线319A之间，设有由树脂件料成形的辅助模制体600，上述直流正极配线315A与直流负极配线319A呈以对置的状态、大致平行地沿相当于功率半导体的位置向相反方向延伸的形状。此外外部信号端子325L、325U与辅助模制体600一体成形，且朝向与上述直流正极配线315A、直流负极配线319A相同的方向即模块外延伸。
辅助模制体600所使用的树脂件料适用具有绝缘性的热硬化性树脂、或者热可塑性树脂。将信号用配线插嵌成形于上述辅助模制体600。通过此种构造，能够确保直流正极配线315A与直流负极配线319A间的绝缘性和信号用配线与各配线板之间的绝缘性。通过该构造，能够进行高密度配线。
进而，将直流正极配线315A与直流负极配线319A以大致平行地对置的方式进行配置。通过形成如下构造，即功率半导体元件的开关动作时瞬间流过的电流在以对置的方式配置的上述直流正极配线315A和上述直流负极配线319A中沿逆向流动，能够起到相互逆向流动的电流产生的磁场相互抵消的作用。利用该作用可以实现低电感化。对于低电感化所起的作用，结合图5(a)进行说明。图5(a)中，当前下臂二极管158为以顺向偏压状态而导通的状态。在该状态下，当上臂IGBT155变为ON状态时，下臂二极管158变为逆向偏压，载流子移动所导致的恢复电流贯通上下臂。此时，各导体板315、316、318、319中流有图5(b)所示的恢复电流100。上述恢复电流100首先如虚线所示，通过与直流负极端子319B并联配置的直流正极端子315B，接着流过由各导体板315、316、318、319形成的环状的路径，再次经由与直流负极端子319B并联配置的直流正极端子315B而如实线所示地流动。通过使电流流过上述环状路径，散热基底307中流过涡电流101。利用该涡电流101所产生的磁场抵消效果，降低环状路径中的配线电感102。应予说明，电流路径越接近环状，电感降低作用越增大。在本实施方式中，环状的电流路径如虚线所示流过靠近导体板315的端子侧的路径，通过半导体元件内，如实线所示，流过远离导体板318的端子侧的路径，然后，如虚线所示，流过远离导体板316的端子侧的路径，再次通过半导体元件内，流过实线所示的靠近导体板319的端子侧的路径。如此，经过接近直流正极端子315B、直流负极端子319B一侧和远离直流正极端子315B、直流负极端子319B一侧的路径，从而形成环状的电路，利用流过该环状的电路的恢复电流100，在散热基底307中流有涡电流101。利用该涡电流101的磁场与恢复电流100的磁场所形成的抵消而降低电感。
〔辅助模制体600的说明〕
图6(a)是辅助模制体600的立体图，图6(b)是辅助模制体600的侧视图，图6(c)是图6(b)所示的辅助模制体600的A-A剖面图，图6(d)是辅助模制体600的透过图。图7(a)～(c)是表示在功率半导体模块300的一次密封模具内设置辅助模制体600，并填充树脂的状态的说明图，为易于理解，以剖面图来表示。
参照上述附图，对辅助模制体600的构造进行说明。辅助模制体600中将信号导体324插嵌成形而一体化。所述信号导体324从辅助模制体600的密封部601的一侧起相对于功率半导体元件向相反方向延伸，形成用于与控制功率半导体元件的驱动器电路174等连接的外部信号端子325U、325L。所述信号导体324的相反侧形成内部信号端子326U、326L，该内部信号端子326U、326L例如通过金属线等用于与功率半导体元件的表面电极上设置的信号焊盘连接。密封部601呈相对于直流正极配线315A、直流负极配线319A或者交流配线320的形状的长轴，沿将它们横切的方向、在本实施方式中沿大致正交的方向延伸的形状。如图4(b)、图4(c)、图5(b)所示，辅助模制体600与导体板315、316、318、319同样地沿横切上述配线315A或319A，320的长边方向的轴的方向延伸，辅助模制体600的长度比横向排列的导体板315和316的整体长度长、或者比横向排列的导体板318和319的整体长度长，上述横向排列的导体板315和316或者横向排列的导体板318和319进入辅助模制体600的横向的长度范围内。
此外，如图5(b)、图6(a)、(b)所示，在用于固定各配线315A、319A、320的辅助模制体600的配线对合部602A～602C上分别形成有用于与各配线315A、319A、320即汇流条对合的凹处。向该各凹处插入各配线，由此能够将各配线定位。由此，能够将各配线315A、319A、320对合组装，提高量产性。进而，配线绝缘部608设置在直流正极配线315A与直流负极配线319A之间，确保绝缘性，并能够可靠地平行对置配置。该对置配置若存在偏移，则无法有效实现磁场抵消效果，因此妨碍低电感化。此外，密封部601上形成有模具按压面604，此处，沿长边方向的外周一周形成多根树脂防漏突起605。为了充分确保直流正极配线315A与直流负极配线319A之间的绝缘距离，配线绝缘部608形成为板状。
此外，如图3(a)、图8(b)所示，期望利用第一密封树脂350来密封功率半导体模块300的各功率半导体元件及各导体板。该密封工序中，如图7(a)～(c)所示，首先将支承有各配线315A、319A、320及信号配线324的辅助模制体600如图7(a)那样插入加热到150～180℃左右的模具900中。本实施方式中各导体板315、316、318、319和各配线315A、319A、320分别牢固地相连，因此通过将辅助模制体600设置在规定的位置，主要电路及功率半导体元件被设置在规定的位置。从而生产率提高，并且可靠性提高。
接下来，如图7(b)所示，从浇口904加压注入第一密封树脂原材料910，向上述各配线315A、319A、320、功率半导体元件、以及各导体板315、316、318、319之间填充第一密封树脂原材料910，由下模901和上模902及辅助模制体600闭塞的空间被第一密封树脂素材910注满。即、当第一密封树脂素材910从流槽905向腔体903注入时，辅助模制体600的树脂防漏突起605在下模901与上模902的合模力的作用下与上模和下模密接，树脂防漏突起605的前端部被压瘪，与模具900更紧密地紧贴，能够与密封部601一起作用来防止第一密封树脂原材料910向各端子部泄漏。通过在辅助模制体600上设置这样朝向模具面突出的突起605的构造，能够进一步防止树脂泄漏，能够提高量产性。突起605的形状在图6(v)中详述。如该图这样，利用配线绝缘部608来维持直流正极配线315A与直流负极配线319A之间的绝缘，并且将上述配线315A、319A维持成大致平行，因此在注入第一密封树脂素材910之后，能够保持在优选的配置关系。此外，辅助模制体600的配线对合部602A、602B与配线315A、319A之间也设有突起605，因此能够防止树脂剂从配线315A、319A的周围泄漏。
在此，作为密封部601的材料，当考虑到设置在150～180℃左右的模具900中时，期望可实现高耐热性的热可塑性树脂的液晶聚合物或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚苯硫醚树脂(PPS)。应予说明，第一密封树脂350、第二密封树脂351由与辅助模制体600不同的材料构成。
除此以外，在辅助模制体600的短边方向的功率半导体芯片侧，沿长边方向设有多个图6(b)所示的贯通孔606。在密封后，第一密封树脂350流入贯通孔606并硬化，由此实现锚固效果，辅助模制体600牢固保持在第一密封树脂350中，即使由于温度变化或机械振动而施加应力，两者也不会剥离。代替贯通孔，即使凹凸的形状也难以剥离。此外，通过在辅助模制体600上涂敷聚酰亚胺系的涂敷剂，或者将表面粗化也可实现某种程度的效果。
〔功率半导体模块300的组装〕
图8(a)是利用第一密封树脂350对由图4(b)所示的多个功率半导体元件和导体板构成的上下臂串联电路进行一次密封而得的模块一次密封体300A的立体图。图8(b)是功率半导体模块300的剖面分解图。模块一次密封体300A可以由图7(a)～(c)所示的方法来制作。模块一次密封体300A的各导体板在与功率半导体元件的元件固接部322(参照图4(a)、图4(c))相反一侧的面上具有传热面323(参照图4(b))。在由第一密封树脂350密封之后，如图8(a)所示，元件固接部322从模块一次密封体300A表面露出。各导体板与第一密封树脂表面337(参照图8(a))一同构成绝缘片压接面338。绝缘片压接面338形成在模块一次密封体300A的两面上。由此，由于功率半导体元件的发热而产生的热流不会被第一密封树脂350阻挡而扩散到绝缘片333上，能够降低从功率半导体元件至绝缘片333的热阻。
图9(a)～(d)是说明将具备绝缘片333的模块一次密封体300A粘接于模块箱体304的热压接工序的图。
如图9(a)所示，在将绝缘片压接面338半硬化状态的状态下，在真空环境下将绝缘片333暂时压接于绝缘片压接面338，并无空隙地紧贴保持。
接下来，如图9(b)所示，模块一次密封体300A从插入口306插入模块箱体304，将绝缘片333与耐氧化处理后的内部平面308对置地配置。
接下来，如图9(c)所示，在真空高温下，模块箱体304从形成有散热片305的一侧朝向插入模块箱体304内的模块一次密封体300A侧加压。利用该加压力，弯曲部304A稍微变形，绝缘片333与实施了高粘接化表面处理的内部平面308接触。如上所述，由于模块箱体304放置在真空高温下，因此在绝缘片333与内部平面308的接触界面上产生粘接力。应予说明，在本实施方式中，如上所述，模块箱体304为罐形状的罐形冷却器。
接下来，如图9(d)所示，利用第二密封树脂351来填充未被模块箱体304内的模块一次密封体300A和绝缘片333占据的剩余空间。如图3(b)所示，从辅助模制体600的长边方向的端部与模块箱体304的开口的横向端部之间的空隙进行第二密封树脂351的填充。由此，辅助模制体600的侧部、模块箱体304的开口的侧部、及与所述开口部相连的模块箱体304的收容室的两肋的空间及底部空间被第二密封树脂351填埋。
〔功率半导体模块300向水路的组装〕
图10(a)(b)是说明将功率半导体模块300的电力转换装置向框体12(参照图13)组装的工序的图。框体12具备作为冷却部的冷却套19A，该冷却部中形成有冷却介质流动的流路19。冷却套19A的上部形成有开口，且与该开口对置的一侧形成有开口。从上部开口插入功率半导体模块300，利用密封件800、801和模块箱体304的凸缘304B来防止制冷剂的泄漏。作为制冷剂例如使用水，相对于配置有上臂电路和下臂电路的轴向即功率半导体模块300的插入方向，上述制冷剂沿横切上述方向的方向流动。
在上述说明的构造中，由导体板315、318夹持的上臂电路、和由导体板316、319夹持的下臂电路沿制冷剂的流动方向并列地配置，能够实现模块的更小型化。此外，厚度变薄，抑制相对于制冷剂流动的流体阻力。
进而，如图5(b)所示，上臂电路或者下臂电路由分别并联连接的2个功率半导体元件制作而得。上述并联连接的2个功率半导体元件在上述导体板315与导体板318之间、或者上述导体板316与导体板319之间，沿制冷剂流动的方向并列地配置。利用该构造，模块整体变得更小型。
根据如上说明的本实施方式，功率半导体模块300将内置有上下臂电路的模块一次密封体300A和树脂绝缘层333收容在无接缝的全闭的模块箱体304内，从而能够防止内置的上下臂电路和树脂绝缘层333免受冷却介质的浸透。
此外，功率半导体元件工作时的发热从两面通过导体板扩散并传递至绝缘片333，从模块箱体304的散热基底307和散热片305散热，因此能够实现高的冷却性能，是能够实现高可靠性且高电流密度的构造。
在直流正极配线315A与直流负极配线319A之间设有由绝缘性树脂件料构成的辅助模制体600，并将两者对合，确保绝缘性，同时将直流正极配线315A与直流负极配线319A在高可靠性的基础上大致平行地对置配置。由此，能够确保绝缘可靠性及低电感化，能够应对电力转换装置的高速开关动作，增加控制自由度，并且得到良好的电流平衡。由此，功率半导体模块300能够并联连接，能够实现具备容许电流增设性的电力转换装置。
此外，辅助模制体600上设有树脂防漏突起605和贯通孔606，防止密封时的树脂泄漏并提高量产性，第一密封树脂350牢固保持辅助模制体600，从而确保构造可靠性。
第二实施方式
图11(a)是第二实施方式涉及的功率半导体模块300的立体图，图11(b)是省略了模块箱体304、绝缘片333、第一密封树脂350和第二密封树脂351的内部立体图。以下，对于与第一实施方式不同的部分进行说明，但与第一实施方式标注同一符号的结构具有同样的功能。在本实施方式中，内置的功率半导体元件表示上下臂各1个的构造。此时，各导体板的元件固接部的面积减少，长边方向的长度比第一实施方式即图3(b)更短。此时，辅助模制体600也相应地构成为较短，从而得到与第一实施方式时同样的效果。
此外，在本实施方式中，使用形成有用于确保信号配线板324的绝缘性并延长的配线延长部609的辅助模制体600。穿过强电配线之间而进行与驱动器电路174的配线时，保护信号配线板324，以便即使暴露于高电压也能够正常地传送开关控制信号。由此，能够确保各端子从凸缘304B的方向汇聚突出的功率半导体模块300的电可靠性。
结合图13至图15，对使用了功率半导体模块300的电力转换装置进行说明。在图13至图15中，200为电力转换装置、10为上部箱体、11为金属基底板、12为框体、13为冷却水入口配管、14为冷却水出口配管、420为流路背盖、16为下部箱体、17为交流端子箱体、18为交流输出配线、19为冷却水流路、20为控制电路基板。21为用于与外部连接的连接器、22为驱动电路基板并保持驱动器电路174。如此，由控制电路基板20、控制电路172、驱动电路基板22及驱动器电路174构成控制部。300为功率半导体模块(双面电极模块)，在各逆变器电路部设有3个，由一组功率半导体模块300构成逆变器电路部142，由另一组功率半导体模块300构成逆变器电路部140。700为层叠导体板、800为密封件、304为罐状散热基底、314为直流正极配线板、317为直流负极配线板、500为电容器模块，504为正极侧电容器端子，506为负极侧电容器端子，514为电容器单元。
图13是表示本发明的实施方式涉及的电力转换装置200的外观立体图。电力转换装置200的外观部件包括：上表面或者底面为大致长方形的框体12、设置于框体12的短边侧的外周之一的冷却水入口配管13及冷却水出口配管14、用于闭塞框体12的上部开口的上部箱体10、用于闭塞所述框体12的下部开口的下部箱体16。框体12的底面侧或者上表面侧的形状为大致长方形，从而向车辆的安装变得容易，此外具有易于制造、尤其是易于量产的效果。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连接的交流端子箱体17。交流输出配线将功率半导体模块300与电动发电机192、194电连接。
连接器21与内至于框体12内的控制电路基板20连接。来自外部的各种信号经由连接器21向控制电路基板20传送。直流负极侧连接端子部510与直流正极侧连接端子部512将蓄电池136与电容器模块500电连接。在此，在本实施方式中，连接器21设置在框体12的短边侧的外周面的一侧。另一方面，直流负极侧连接端子部510与直流正极侧连接端子部512设置在与设有连接器21的面相反侧的短边侧的外周面上。也就是说，连接器21与直流负极侧连接端子部510背离地配置。由此，能够降低从直流负极侧连接端子部510侵入框体12进而传播到连接器21的噪声，能够提高由控制电路基板20所形成的电动机的控制性。图2的直流连接器138对应于上述直流负极侧连接端子部510和直流正极侧连接端子部512。
图14是本发明的实施方式涉及的电力转换装置的剖面图。在电力转换装置的框体12的大致中央，设有内部形成有流路19的冷却套19A，在冷却套19A的上部，2组开口400、402沿流动方向排列，并形成3列，构成6个开口部。各功率半导体模块300隔着密封件800而固定在冷却套19A的上表面。各功率半导体模块300的散热片305与冷却套19A的流路19中流动的冷却介质直接接触。
在冷却套19A的下表面沿流路19形成有开口404，开口404由流路背盖420闭塞。此外，在冷却套19A的下表面安装有辅机用转换机43，并利用冷却介质冷却。辅机用转换机43以使内置的功率模块等(未图示)散热金属面与冷却套19A的下表面对置的方式，而固定在流路背盖420的下表面。密封件800可以使用液体密封件或树脂件料，橡胶制O型密封环或垫圈，尤其是在使用液状密封件的情况下，能够提高组装性。
进而，在冷却套19A的下方设有下部箱体16。在下部箱体16上设有电容器模块500，以其金属制箱体的散热面与下部箱体16的底板内面相接的方式，固定在下部箱体16的底板内面。利用该构造，利用冷却套19A的上表面和下表面，能够有效地冷却功率半导体模块300及辅机用转换机43，并有利于电力转换装置整体的小型化。进而框体12也被冷却，由此下部箱体16被冷却，电容器模块500的发热可以经由下部箱体16和框体12传递并散热到冷却介质。
在功率半导体模块300的上方配置有层叠导体板700，该层叠导体板700用于将功率半导体模块300与电容器模块500电连接。该层叠导体板700跨越各功率半导体模块300的输入端子313而将各功率半导体模块300并联连接。进而，层叠导体板700包括：与电容器模块500的正极导体板507连接的正极侧导体板702；与电容器模块500的负极导体板505连接的负极侧导体板704；配置在导体板702、704间的绝缘片700。以冷却套19A的流路19蜿蜒贯穿于所形成的水路隔壁内的方式来配置该导体板505、507，由此能够缩短配线长度，从而能够降低从各功率半导体模块300至电容器模块500的配线电感。
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所示的驱动器电路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。此外，在驱动电路基板22与控制电路基板20之间配置有金属基底板11。金属基底板11实现两基板22、20上所搭载的电路群的电磁屏蔽的功能，并具有散逸驱动电路基板22与控制电路基板20的发热并冷却的作用。
如此，框体12的中央部设置冷却套19A，在其一侧配置电动发电机192、194驱动用的功率半导体模块300，此外在另一侧配置辅机用的逆变器装置(功率模块)43，从而能够以小的空间来效率良好地冷却，能够将电力转换装置整体小型化。冷却套19A与框体12一体地由铝铸造来制作，除了冷却效果以外，冷却套19A还具有提高机械强度的效果。此外，利用铝铸造而将框体12与冷却套19A一体成形构造，因此导热变得良好，对于处在远离冷却套19A的位置处的驱动电路基板22、控制电路基板20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上，设有穿过金属基底板11而进行各电路基板20、22的电路群的连接的柔性配线23。该柔性配线23预先层叠在配线基板之中，并通过焊料等接合材而固接于配线基板的上部的配线图案。进而，使柔性配线23的电极贯穿于配线基板上预先设置的通孔中，并通过焊料等接合材固接，从而构成柔性配线23。来自控制电路基板20的逆变器电路的开关时序信号经由柔性配线23而传递至驱动电路基板22，驱动电路基板22产生栅极驱动信号并施加于功率模块的各个栅极电极。如此，通过使用柔性配线23，不需要现在使用的连接器的头，能够改善配线基板的安装效率，并消减部件点数，能够实现逆变器的小型化。此外，控制电路基板20连接于与外部进行电连接的连接器21。利用连接器21，与设置于电力转换装置200的外部的车载蓄电池136即锂电池模块之间进行信号的传送。来自锂电池模块的表示电池状态的信号或表示锂电池的充电状态等的信号被送回至控制电路基板20。
在框体12的上端部和下端部形成有开口。例如通过螺纹件或螺栓等联结部件而将上部箱体10和下部箱体16分别固定在框体12上，由此闭塞上述开口。在框体12的高度方向的大致中央形成有内部设有流路19的冷却套19A。通过各功率半导体模块300覆盖冷却套19A的上表面开口，并通过流路背盖420覆盖下表面开口，由此在冷却套19A的内部形成流路19。在组装中途进行流路19的漏水试验。还有，在漏水试验合格之后，从框体12的上部和下部的开口进行安装基板或电容器模块500的操作。如此，采用如下构造：在框体12的中央配置冷却套19A，接下来从框体12的上端部和下端部的开口进行固定必要部件的操作，从而提高生产率。此外在最初完成流路19且进行漏水试验之后，可以安装其他的部件，生产率和可靠性两方面都提高。
图15是在具有冷却套19A的框体12的铝铸造品上安装有冷却水入口配管和出口配管的剖面立体图。在图15中，从冷却水入口配管13流入流路19的冷却介质沿箭头418的方向即长方形的长边一分为二地流过，在长方形的短边的另一侧的侧面的跟前附近的拐角部19C，如箭头421a那样折返。冷却介质再次沿着长方形的长边在箭头422的方向上一分为二地流过，进而沿长方形的长边流动，并如箭头421b那样折返。进而冷却介质流入设置在下冷却水路盖420上的出口配管并折返，从出口孔向冷却水入口配管14流出。
在冷却套19A的上表面空有6个开口400。各功率半导体模块300从各个开口突出到冷却介质的流动中。利用模块箱体304所具备的弯曲部304A及分流边界部19B，将冷却水分割为二，并能够降低压力损失。通过将模块箱体304的弯曲部304A形成为曲面，并将冷却介质分割为二，能够降低压力损失，因此即使流路以S字状蜿蜒，也能够减少压力损失的上升，并改善冷却效率。
如上所述，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限定于上述内容。在本发明的技术思想的范围内得到的其他方式也包含在本发明的范围内。
本申请以日本国专利申请2009-230136号(2009年10月2日申请)为基础，其内容作为引用文加入到其中。

Claims (18)

1.一种半导体装置，其中，
具备：具有开口部的箱体；
收容在所述箱体内的半导体元件；
第一导体板，其收容在所述箱体内，并配置于所述半导体元件的一面侧；
第二导体板，其收容在所述箱体内，并配置于所述半导体元件的另一面侧；
正极汇流条，其用于与所述第一导体板电连接并供给直流电力；
负极汇流条，其用于与所述第二导体板电连接并供给直流电力；
第一树脂件，其用于闭塞所述箱体的开口部；
第二树脂件，其用于密封所述半导体元件、所述第一导体板及所述第二导体板，并由与所述第一树脂件不同的材料构成，
所述正极汇流条与所述负极汇流条呈从所述箱体内经由所述开口部而向所述箱体外伸出的形状，所述第一树脂件将所述正极汇流条及所述负极汇流条之间填埋，所述半导体元件与所述第一树脂件之间被所述第二树脂件填埋。
2.一种半导体装置，其中，
具备：具有开口部的箱体；
收容在所述箱体内的半导体元件；
第一导体板，其收容在所述箱体内，并配置于所述半导体元件的一面侧；
第二导体板，其收容在所述箱体内，并配置于所述半导体元件的另一面侧；
正极汇流条，其用于与所述第一导体板电连接并供给直流电力；
负极汇流条，其用于与所述第二导体板电连接并供给直流电力；
信号线，其用于传送控制所述半导体元件的控制信号，
所述正极汇流条、所述负极汇流条和所述信号线从所述箱体内部经由所述箱体的开口部向所述箱体外延伸，
在所述箱体的开口部还设有用于闭塞所述开口部的第一树脂件，并由所述第一树脂件支承所述正极汇流条、所述负极汇流条和所述信号线，
还填充有由与所述第一树脂件不同的材料构成的第二树脂件，且该第二树脂件用于填埋所述箱体内的所述半导体元件与所述第一树脂件之间。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述正极汇流条与所述负极汇流条以相互对置的方式来排列配置，所述正极汇流条与所述负极汇流条之间由所述第一树脂件闭塞，
闭塞所述开口部的所述第一树脂件具备突起部，且该突起部朝向形成有所述开口部的开口的箱体突出。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，
所述第一树脂件上设置的所述突起部的前端与所述箱体内表面紧贴，并呈现被压溃的形状。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体装置，其中，
所述半导体元件与所述第一导体板、或者所述半导体元件与所述第二导体板经由焊料层电连接，所述第一树脂件是熔融温度比所述钎焊材料的熔融温度高的材料。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体装置，其中，
在所述第一树脂件的配置有所述半导体元件的一侧设有用于与所述第二树脂件嵌合的嵌合部，所述嵌合部具备孔或凹凸形状。
7.一种功率半导体模块，其中，
具备：功率模块箱体，其具有对置的宽幅的第一面和第二面，在所述第一面和第二面之间的面上具有开口；
上臂开关元件和下臂开关元件，其收容在所述箱体内，分别构成逆变器的上臂电路和下臂电路；
第一导体板，其收容在所述箱体内，并配置在所述上臂开关元件的一面侧，与所述上臂开关元件的一面电连接；
第二导体板，其收容在所述箱体内，并配置在所述下臂开关元件的另一面侧，与所述下臂开关元件的另一面电连接；
第一导体，其用于通过使所述上臂开关元件的另一面与所述下臂开关元件的一面电连接而使所述上臂开关元件和所述下臂开关元件串联连接；
正极汇流条及负极汇流条，其用于向串联连接的所述上臂开关元件和所述下臂开关元件供给直流电力；
多个信号线，其用于传送对所述上臂开关元件和所述下臂开关元件进行控制的控制信号，
所述正极汇流条、所述负极汇流条和所述多个信号线呈从所述功率模块箱体的内部经由所述功率模块箱体的开口而向所述功率模块箱体外伸出的形状，
由用于闭塞所述开口的第一树脂件所形成的第一模制体进一步设置于开口部，并利用所述第一模制体来固定所述多个信号线，进而利用所述第一模制体，以将正极汇流条与所述负极汇流条以相互对置的状态排列配置的方式来进行支承，
利用与所述第一树脂件不同的材料构成的第二树脂件来填埋所述上臂开关元件、所述下臂开关元件、所述第一导体板、所述第二导体板和所述第一导体之间。
8.根据权利要求7所述的功率半导体模块，其中，
在所述功率模块箱体的所述第一面和所述第二面的外侧分别设有用于散热的散热片，
在所述第一面与所述第二面的内侧，以与所述第一面和所述第二面对置的方式而分别配置所述第一导体板和所述第二导体板，且经由绝缘片将所述第一导体板和所述第二导体板与所述功率模块箱体的所述第一面和所述第二面的内侧分别固接。
9.根据权利要求7或8所述的功率半导体模块，其中，
在与所述功率模块箱体的内表面对置的所述第一模制体的外侧面，形成有朝向所述功率模块箱体的内表面突出的突起。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的功率半导体模块，其中，
所述功率半导体模块还设有交流汇流条，该交流汇流条从所述功率模块箱体的内部通过所述开口而伸出到所述功率模块箱体的外部，
所述交流汇流条与所述第一导体电连接，且所述第一导体用于将所述上臂开关元件和所述下臂开关元件串联连接，
所述第一导体板与所述正极汇流条位于所述功率模块箱体的所述第一面侧，
所述第二导体板与所述负极汇流条位于所述功率模块箱体的所述第二面侧，
所述功率半导体模块还设有第三导体板和第四导体板，
所述第一导体板与所述第三导体板配置为隔着所述上臂开关元件而对置，
所述第二导体板与所述第四导体板配置为隔着所述下臂开关元件而对置，
所述第一导体板与所述第四导体板经由绝缘片而固接于所述功率模块箱体的所述第一面的内侧，
所述第二导体板与所述第三导体板经由绝缘片而固接于所述功率模块箱体的所述第二面的内侧，
所述第三导体板与所述第四导体板经由所述第一导体而电连接。
11.根据权利要求10所述的功率半导体模块，其中，
相对于所述正极汇流条或者所述负极汇流条从所述功率模块箱体内向外延伸的第一方向，沿着横切该第一方向的第二方向而排列配置有所述第一导体板和所述第四导体板，
所述第三导体板与所述第二导体板沿所述第二方向排列配置。
12.根据权利要求11所述的功率半导体模块，其中，
所述上臂电路具有并联连接的多个上臂开关元件，
所述下臂电路具有并联连接的多个下臂开关元件，
在所述第一导体板与所述第三导体板之间，沿着所述第二方向而排列配置有所述多个上臂开关元件，
在所述第四导体板与所述第二导体板之间，沿着所述第二方向而排列配置有所述多个下臂开关元件。
13.一种电力转换装置，其中，
具备：形成有用于冷却介质流动的流路的冷却部；
设置在所述冷却部的流路上的多个功率半导体模块；
平滑用的电容器模块，
所述各功率半导体模块具备：
功率模块箱体，其具有对置的宽幅的第一面和第二面，在所述第一面和第二面之间的面上具有开口；
上臂开关元件和下臂开关元件，其收容在所述箱体内，分别构成逆变器的上臂电路和下臂电路；
第一导体板，其收容在所述箱体内，并配置在所述上臂开关元件的一面侧，与所述上臂开关元件的一面电连接；
第二导体板，其收容在所述箱体内，并配置在所述下臂开关元件的另一面侧，与所述下臂开关元件的另一面电连接；
第一导体，其用于通过使所述上臂开关元件的另一面与所述下臂开关元件的一面电连接而使所述上臂开关元件和所述下臂开关元件串联连接；
正极汇流条及负极汇流条，其用于向串联连接的所述上臂开关元件和所述下臂开关元件供给直流电力；
多个信号线，其用于传送对所述上臂开关元件和所述下臂开关元件进行控制的控制信号，
所述正极汇流条、所述负极汇流条和所述多个信号线呈从所述功率模块箱体的内部经由所述功率模块箱体的开口而伸出到所述功率模块箱体外的形状，
由用于闭塞所述开口的第一树脂件所形成的第一模制体进一步设置于开口部，并利用所述第一模制体来固定所述多个信号线，进而利用所述第一模制体，以将正极汇流条与所述负极汇流条以相互对置的状态排列配置的方式来进行支承，
利用与所述第一树脂件不同的材料构成的第二树脂件来填埋所述上臂开关元件、所述下臂开关元件、所述第一导体板、所述第二导体板和所述第一导体之间。
14.根据权利要求13所述的电力转换装置，其中，
在所述功率模块箱体的所述第一面和所述第二面的外侧分别设有用于散热的散热片，
在所述第一面与所述第二面的内侧，以与所述第一面和所述第二面对置的方式而分别配置所述第一导体板和所述第二导体板，且经由绝缘片将所述第一导体板和所述第二导体板与所述功率模块箱体的所述第一面和所述第二面的内侧分别固接。
15.根据权利要求13或14所述的电力转换装置，其中，
在与所述功率模块箱体的内表面对置的所述第一模制体的外侧面，形成有朝向所述功率模块箱体的内表面突出的突起。
16.根据权利要求7～9中任一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还设有交流汇流条，该交流汇流条从所述功率模块箱体的内部通过所述开口而伸出到所述功率模块箱体的外部，
所述交流汇流条与所述第一导体电连接，且所述第一导体用于将所述上臂开关元件和所述下臂开关元件串联连接，
所述第一导体板与所述正极汇流条位于所述功率模块箱体的所述第一面侧，
所述第二导体板与所述负极汇流条位于所述功率模块箱体的所述第二面侧，
所述电力转换装置还设有第三导体板和第四导体板，
所述第一导体板与所述第三导体板配置为隔着所述上臂开关元件而对置，
所述第二导体板与所述第四导体板配置为隔着所述下臂开关元件而对置，
所述第一导体板与所述第四导体板经由绝缘片而固接于所述功率模块箱体的所述第一面的内侧，
所述第二导体板与所述第三导体板经由绝缘片而固接于所述功率模块箱体的所述第二面的内侧，
所述第三导体板与所述第四导体板经由所述第一导体而电连接。
17.根据权利要求16所述的电力转换装置，其中，
相对于所述正极汇流条或者所述负极汇流条从所述功率模块箱体内向外延伸的第一方向，沿着横切该第一方向的第二方向而排列配置有所述第一导体板和所述第四导体板，
所述第三导体板与所述第二导体板沿所述第二方向排列配置。
18.根据权利要求17所述的电力转换装置，其中，
所述上臂电路具有并联连接的多个上臂开关元件，
所述下臂电路具有并联连接的多个下臂开关元件，
在所述第一导体板与所述第三导体板之间，沿着所述第二方向而排列配置有所述多个上臂开关元件，
在所述第四导体板与所述第二导体板之间，沿着所述第二方向而排列配置有所述多个下臂开关元件。
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