CN102859682A - 功率模块和功率模块制造方法 - Google Patents
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Abstract
功率模块包括:密封体,包括具有多个电极面的半导体元件、与半导体元件的一方的电极面通过软钎焊连接的第一导体板、用于密封半导体元件和第一导体板的密封材料,至少具有第一面和与第一面相反的一侧的第二面;和用于收纳密封体的外壳,外壳由与密封体的第一面相对的第一散热板、与密封体的第二面相对的第二散热板和连接第一散热板与第二散热板的中间部件构成,在中间部件,具有形成为厚度小于第一散热板的厚度、比第一散热板更易于弹性变形、并且包围第一散热板的第一薄壁部,密封体利用第一薄壁部产生的弹性力通过第一散热板被按压在第二散热板上而被固定。
Description
技术领域
本发明涉及电力转换装置中使用的功率模块,特别涉及混合动力车和电动车中搭载的功率模块和功率模块制造方法。
背景技术
耐高压、大电流用的半导体芯片使用时的发热很大,所以需要用于提高芯片的散热性的结构。作为该结构的一例,可以考虑在芯片的两面接合一对散热板,根据该结构,能够从芯片两面散热,所以散热性提高。然后,上述两面散热型的半导体装置整体被树脂成型(专利文献1)。
在将该成型(模塑)的半导体装置收纳在外壳中,进而搭载到电力转换装置中的情况下,要求生产效率的提高、端子的连接可靠性、小型化、散热性的进一步改善。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-53295号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明要解决的问题在于,改善将树脂成型的半导体装置收纳到外壳中时的生产效率。
此外,本发明要解决的另一问题在于,改善收纳在外壳中的树脂成型的半导体装置的端子的连接可靠性。
此外,本发明要解决的另一问题在于,改善收纳在外壳中的树脂成型的半导体装置的小型化和散热性。
解决问题的技术手段
根据本发明的第一方式,提供一种功率模块,包括:密封体,包 括具有多个电极面的半导体元件、与半导体元件的一方的电极面通过软钎焊连接的第一导体板、用于密封半导体元件和第一导体板的密封材料,至少具有第一面和与第一面相反的一侧的第二面;和用于收纳密封体的外壳,其中,外壳由与密封体的第一面相对的第一散热板、与密封体的第二面相对的第二散热板和连接第一散热板与第二散热板的中间部件构成,在中间部件,具有形成为厚度小于第一散热板的厚度、比第一散热板更易于弹性变形、并且包围第一散热板的第一薄壁部,密封体利用第一薄壁部产生的弹性力通过第一散热板被按压在第二散热板上而被固定。
根据本发明的第二方式,在第一方式的功率模块中优选的是,与密封体的第一面相对的第一散热板的面,形成为与第一薄壁部的外壳内部一侧的面为同一面。
根据本发明的第三方式,在第一方式的功率模块中优选的是,在第一散热板和第二散热板上形成有针状翅片。
根据本发明的第四方式,在第一方式的功率模块中优选的是,在第一散热板和第二散热板上形成有直线型的翅片。
根据本发明的第五方式,在第一方式的功率模块中优选的是,在中间部件,具有形成为厚度小于第二散热板的厚度、比第二散热板更易于弹性变形、并且包围第二散热板的第二薄壁部,密封体利用第一薄壁部产生的弹性力通过第一散热板被按压在第二散热板上,并且利用第二薄壁部产生的弹性力通过第二散热板被按压在第二散热板上而被固定。
根据本发明的第六方式,在第一方式的功率模块中优选的是,在中间部件形成有保持部,其形成为厚度大于第一薄壁部的厚度、包围第二散热板,并且具有即使受到通过第一散热板和密封体产生的第一薄壁部的弹性力也不变形的刚性。
根据本发明的第七方式,在第六方式的功率模块中优选的是,在配置了第二散热板一侧的外壳的内壁,形成有与密封体的侧部接触的第一突起部。
根据本发明的第八方式,在第一方式的功率模块中优选的是,密封体,包括与半导体元件的另一方的电极面通过软钎焊连接的第二导 体板,在该密封体的第一面上形成有第一凹部,使第一导体板露出于该第一凹部的底部,并且在该密封体的第二面上形成有第二凹部,使第二导体板露出于该第二凹部的底部,第一散热板与第一凹部嵌合,并且第二散热板与第一凹部嵌合。
根据本发明的第九方式,在第八方式的功率模块中优选的是,第一绝缘膜,与第一导体板的露出面相对,并且被收纳在第一凹部内;和第二绝缘膜,与第二导体板的露出面相对,并且被收纳在第二凹部内。
根据本发明的第十方式,在第八方式的功率模块中优选的是,在外壳,形成有用于插入密封体的开口部,在从与半导体元件的电极面垂直的方向投影的情况下,第一凹部形成为该第一凹部中投影部接近外壳的开口部一侧的第一边的长度比与该第一边相对的第二边的长度长,第一散热板形成为该第一散热板的投影部与第一凹部的投影部重合。
根据本发明的第十一方式,在第十方式的功率模块中优选的是,第一散热板形成为该第一散热板中投影部接近外壳的开口部一侧的第一边的长度比与该第一边相对的第二边的长度长。
根据本发明的第十二方式,提供一种功率模块的制造方法,功率模块包括:密封体,包括半导体元件、与半导体元件的电极面通过软钎焊连接的导体板、用于密封半导体元件和导体板的密封材料,至少具有第一面和与第一面相反的一侧的第二面;和外壳,包括与密封体的第一面相对的第一散热板、与密封体的第二面相对的第二散热板、连接第一散热板与第二散热板并且形成用于插入密封体的开口的中间部件,在将第一散热板的相对面与第二散热板的相对面的距离定义为D,并且将密封体的厚度定义为T的情况下,功率模块的制造方法包括:第一步骤,对于形成为D小于T的外壳,使该外壳的中间部件的一部分弹性变形,以使得D成为大于T的D1;第二步骤,从外壳的开口插入密封体;和第三步骤,解除第一步骤中用于使中间部件的一部分弹性变形的加压力以使得D从D1接近T。
根据本发明的第十三方式,提供一种功率模块的制造方法,功率模块包括:密封体,包括半导体元件,与半导体元件的电极面通过软 钎焊连接的导体板,和用于密封半导体元件和导体板、并且在一方的面上形成第一凹部、在与一方的面相反一侧的另一方的面上形成第二凹部的密封材料,至少具有第一面和与第一面相反的一侧的第二面;和外壳,包括与密封体的第一面相对并且与第一凹部嵌合的第一散热板、与密封体的第二面相对并且与第二凹部嵌合的第二散热板、连接第一散热板与第二散热板并且形成用于插入密封体的开口的中间部件,将第一散热板的相对面与第二散热板的相对面的距离定义为D,并且将密封体的第一凹部的底部与第二凹部的底部的距离定义为T1,将密封体的厚度定义为T2的情况下,功率模块的制造方法包括:第一步骤,对于形成为D小于T1的外壳,通过从外壳的开口插入的密封体的推压力,使该外壳的中间部件的一部分弹性变形,以使得D成为大于T2的D1;和第二步骤,使第一散热板与密封体的第一凹部嵌合,并且使第二散热板与密封体的第二凹部嵌合。
发明效果
根据本发明,能够实现功率模块的生产效率的进一步提高。
附图说明
图1是表示混合动力车的控制模块的图。
图2是应用于混合动力车的情况下的控制结构图和电路结构图。
图3是用于说明本实施方式的电力转换装置200的设置场所的分解立体图。
图4是将本实施方式的电力转换装置的整体结构分解为各构成元件的立体图。
图5是具有流路19的冷却罩12的底视图。
图6(a)是本实施方式的功率模块300a的立体图。(b)是本实施方式的功率模块300a的截面图。
图7(a)是为了有助于理解而除去了模块外壳304、绝缘膜333和第二密封树脂351的内部截面图。(b)是从(a)中除去了第一密封树脂348的内部立体图。
图8(a)是模块一次密封体302的立体图。(b)是从图6(a)的截面A观看的模块外壳304的截面图。
图9(a)至(d)是表示将模块一次密封体302插入模块外壳304的工序的工序图。
图10(a)是辅助模塑体600的立体图,(b)是辅助模塑体600的透视图。
图11是本实施方式的电容器模块500的分解立体图。
图12是在流路形成体12上组装了功率模块300、电容器模块500和汇流条组件800的外观立体图。
图13是图12的部分A的放大图。
图14是组装了功率模块300和电容器模块500的流路形成体12与汇流条组件800的分解立体图。
图15是除去了保持部件803后的汇流条组件800的外观立体图。
图16是将功率模块、电容器模块、汇流条组件800和辅助设备用功率模块350组装在流路形成体12上的状态的外观立体图。
图17是为了有助于理解而将控制电路基板20与金属底板11分离的状态的立体图。
图18是从图17的C方向观看虚线B所示的面的电力转换装置200的截面图。
图19是通过了图17的入口配管13和出口配管14的电力转换装置200的截面图。
图20(a)是第二实施方式的模块外壳370的立体图。(b)是从(a)的截面A观看的模块外壳370的截面图。
图21是表示将模块一次密封体302插入模块外壳370的工序的工序图。
图22(a)是第三实施方式的模块外壳371的立体图。(b)是从(a)的截面A观看的模块外壳371的截面图。
图23是表示将模块一次密封体302插入模块外壳371的工序的工序图。
图24(a)是第四实施方式的模块外壳372的立体图。(b)是表示从箭头B方向观看的模块外壳372的内部的图。(c)是从(a)的截面A观看的模块外壳371的截面图。
图25(a)是第五实施方式的模块一次密封体380的立体图。(b) 是通过(a)的线A的模块一次密封体380的截面图。
图26(a)是第五实施方式的模块外壳374的立体图。(b)是从(a)的截面A观看的模块外壳374的截面图。
图27是表示将模块一次密封体380插入模块外壳374的工序的工序图。
图28(a)是第六实施方式的模块一次密封体381的立体图。(b)是通过(a)的线A的模块一次密封体381的截面图。
图29(a)是第六实施方式的模块外壳375的立体图。(b)是从模块外壳375的翅片305的形成面观看的正视图。(c)是从(a)的截面A观看的模块外壳375的截面图。
图30是表示将模块一次密封体381插入模块外壳375的工序的工序图。
具体实施方式
以下用附图说明本发明的实施方式。
图1是表示混合动力车(以下记作“HEV”)的控制模块的图。发动机EGN和电动发电机MG1、电动发电机MG2产生车辆的行驶用转矩。此外,电动发电机MG1和电动发电机MG2不仅产生转矩,还具有将从外部对电动发电机MG1或电动发电机MG2施加的机械能转换为电力的功能。
电动发电机MG1或MG2,例如是同步电机或感应电机,如上所述按照运转方法的不同而作为电动机或发电机工作。电动发电机MG1或MG2,在搭载于机动车上的情况下,优选小型但能获得高输出功率,适用使用了钕等磁铁的永磁铁型的同步电动机。此外,永磁铁型的同步电动机,与感应电动机相比转子的发热较少,在该观点上来看也适于在机动车上使用。
发动机EGN的输出侧和电动发电机MG2的输出转矩通过动力分配机构TSM传递到电动发电机MG1,来自动力分配机构TSM的转矩或电动发电机MG1产生的转矩,通过变速器TM和差动齿轮DEF传递到车轮。另一方面,在再生制动运转时,转矩从车轮传递到电动发电机MG1,基于供给的转矩产生交流电力。产生的交流电力如后所 述被电力转换装置200转换为直流电力,对高压用的电池(蓄电池)136充电,充入的电力被再次作为行驶能使用。此外,在高压用的电池136中蓄积的电力变得较少的情况下,利用电动发电机MG2将发动机EGN产生的旋转能转换为交流电力,接着用电力转换装置200将交流电力转换为直流电力,对电池136充电。从发动机EGN到电动发电机MG2的机械能的传递由动力分配机构TSM进行。
接着说明电力转换装置200。逆变器电路140和142,与电池136通过直流连接器138电连接,在电池136与逆变器电路140或142相互之间进行电力的授受。在使电动发电机MG1作为电动机工作的情况下,逆变器电路140基于经直流连接器138从电池136供给的直流电力产生交流电力,通过交流端子188供给到电动发电机MG1。包括电动发电机MG1和逆变器电路140构成的结构作为第一电动发电单元工作。同样的,在使电动发电机MG2作为电动机工作的情况下,逆变器电路142基于经直流连接器138从电池136供给的直流电力产生交流电力,通过交流端子159供给到电动发电机MG2。包括电动发电机MG2和逆变器电路142构成的结构作为第二电动发电单元工作。关于第一电动发电单元和第二电动发电单元,根据运转状态存在使两者作为电动机或作为发电机运转的情况,或者将它们区分开运转的情况。此外,也能够使单方停止而不运转。其中,本实施方式中,利用电池136的电力使第一电动发电单元作为电动单元工作,因而能够仅利用电动发电机MG1的动力驱动车辆。进而,本实施方式中,通过将第一电动发电单元或第二电动发电单元作为发电单元,使其在发动机120的动力或来自车轮的动力下工作而发电,能够对电池136充电。
电池136进而也作为用于驱动辅助设备用的电动机195的电源使用。辅助设备用的电动机195例如是驱动空调的压缩机的电动机、或者驱动控制用的油压泵的电动机。从电池136对辅助设备用功率模块350供给直流电力,在辅助设备用功率模块350中产生交流电力,经交流端子120供给到辅助设备用的电动机195。辅助设备用功率模块350与逆变器140和142具有基本同样的电路结构和功能,控制对辅助设备用电动机195供给的交流的相位和频率、电力。辅助设备用电动机195的容量比电动发电机MG1和MG2的容量更小,所以辅助设 备用功率模块350的最大转换电力比逆变器电路140和142小。但如上所述,辅助设备用功率模块350的基本结构和基本动作与逆变器电路140和142大致相同。另外,电力转换装置200具备用于使对逆变器电路140和逆变器电路142、逆变器电路350B供给的直流电力平滑化的电容器模块500。
电力转换装置200具备通信用的连接器21,用于从上级的控制装置接受指令或者对上级的控制装置发送表示状态的数据。基于来自连接器21的指令,控制电路172计算电动发电机MG1、电动发电机MG2、辅助设备用电动机195的控制量,进而对是作为电动机运转还是作为发电机运转进行运算。并且,控制电路172基于运算结果产生控制脉冲,对驱动电路174和辅助设备用功率模块350的驱动电路350A供给上述控制脉冲。辅助设备用功率模块350也可以具有专用的控制电路,该情况下基于来自连接器21的指令由上述专用的控制电路产生控制脉冲,对辅助设备用功率模块350的驱动电路350A供给。驱动电路174基于上述控制脉冲产生用于控制逆变器电路140和逆变器电路142的驱动脉冲。此外,驱动电路350A产生用于驱动辅助设备用功率模块350的逆变器电路350B的控制脉冲。
接着,用图2说明逆变器电路140和逆变器电路142的电路结构。图1所示的辅助设备用功率模块350的逆变器350B的电路结构基本上与逆变器电路140的电路结构类似,所以图2中省略逆变器350B的具体电路结构的说明,以逆变器电路140作为代表例进行说明。但是,因为辅助设备用功率模块350输出电力较小,所以以下说明的构成各相的上臂和下臂的半导体芯片和连接该芯片的电路在辅助设备用功率模块350中被集中配置。
进而,因为逆变器电路140和逆变器电路142的电路结构和动作都非常类似,所以以逆变器电路140为代表进行说明。
其中,以下使用绝缘栅双极型晶体管作为半导体元件,以下简记作IGBT。逆变器电路140中,与要输出的交流电力的由U相、V相、W相构成的3相对应地,具备上下臂的串联电路150。上下臂的串联电路150由作为上臂工作的IGBT328与二极管156和作为下臂工作的IGBT330与二极管166构成。这3相在该实施方式中,与电动发 电机MG1的电枢绕组的3相的各相绕组对应。3相各自的上下臂的串联电路150,从上述串联电路的中点部分即中间电极169输出交流电流,该交流电流通过交流端子159和交流端子188,向作为通向电动发电机MG1的交流电力线的以下说明的交流汇流条802、804输出。
上臂的IGBT328的集电极153通过正极端子157与电容器模块500的正极侧的电容器端子506电连接,下臂的IGBT330的发射极通过负极端子158与电容器模块500的负极侧的电容器端子504电连接。
如上所述,控制电路172通过连接器21从上级的控制装置接受控制指令,基于它产生控制脉冲供给到驱动电路174。控制脉冲是用于控制构成逆变器电路140中包括的各相串联电路150的上臂或下臂的IGBT328和IGBT330的控制信号。驱动电路174基于上述控制脉冲,将用于控制构成各相串联电路150的上臂或下臂的IGBT328和IGBT330的驱动脉冲供给到各相的IGBT328和IGBT330。IGBT328和IGBT330基于来自驱动电路174的驱动脉冲,进行导通或切断动作,将从电池136供给的直流电力转换为三相交流电力,并将该转换后的电力供给到电动发电机MG1。
IGBT328具备集电极153、信号用发射极155和栅极154。IGBT330具备集电极163、信号用发射极165和栅极164。二极管156电连接在集电极153与发射极155之间。此外,二极管166电连接在集电极163与发射极165之间。作为开关用功率半导体元件,也可以使用金属氧化物半导体型场效应晶体管(以下简记作MOSFET)。该情况下不需要二极管156和二极管166。作为开关用功率半导体元件,IGBT适合直流电压比较高的情况,MOSFET适合直流电压比较低的情况。
电容器模块500具备多个正极侧的电容器端子506、多个负极侧的电容器端子504、正极侧的电源端子509和负极侧的电源端子508。来自电池136的高压的直流电力,经直流连接器138供给到正极侧的电源端子509和负极侧的电源端子508,从电容器模块500的多个正极侧的电容器端子506和多个负极侧的电容器端子504,对逆变器电路140、逆变器电路142、辅助设备用功率模块350供给。另一方面,通过逆变器电路140和逆变器电路142而从交流电力转换得到的直流 电力,从正极侧的电容器端子506和负极侧的电容器端子504供给到电容器模块500,从正极侧的电源端子509和负极侧的电源端子508经直流连接器138对电池136供给,蓄积在电池136中。
控制电路172,具备用于对IGBT328和IGBT330的开关时序进行运算处理的微型计算机(以下记作“微机”)。对微机输入的信息,包括对电动发电机MG1要求的目标转矩值,从上下臂串联电路150对电动发电机MG1供给的电流值,和电动发电机MG1的转子的磁极位置。目标转矩值基于从未图示的上级控制装置输出的指令信号而得到。电流值基于电流传感器180的检测信号而检测出。磁极位置基于从设置在电动发电机MG1上的分析器(resolver)等旋转磁极传感器(未图示)输出的检测信号而检测出。本实施方式中,列举了电流传感器180检测3相的电流值的情况作为例子,但也可以检测2相的电流值,并通过运算来求出3相的电流。
控制电路172内的微机,基于目标转矩值计算电动发电机MG1的d、q轴的电流指令值,基于该计算出的d、q轴的电流指令值与检测出的d、q轴的电流值的差值计算d、q轴的电压指令值,将该计算出的d、q轴的电压指令值基于检测出的磁极位置转换为U相、V相、W相的电压指令值。然后,根据基于U相、V相、W相的电压指令值的基本波(正弦波)与载波(锯齿波)的比较而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)信号输出到驱动电路174。驱动电路174在驱动下臂的情况下,将由PWM信号放大而得的驱动信号输出到对应的下臂的IGBT330的栅极。此外,驱动电路174在驱动上臂的情况下,将PWM信号的基准电位的电平偏移至上臂的基准电位电平后对PWM信号放大,将其作为驱动信号,分别输出到对应的上臂的IGBT328的栅极。
此外,控制电路172内的微机进行异常检测(过电流,过电压,过热等),保护上下臂串联电路150。因此,对控制电路172输入传感信息。例如,从各臂的信号用发射极155和信号用发射极165对对应的驱动部(IC)输入各IGBT328和IGBT330的发射极流过的电流的信息。由此,各驱动部(IC)进行过电流检测,在检测到过电流的情况下使对应的IGBT328、IGBT330的开关动作停止,保护对应的 IGBT328、IGBT330以避免过电流。从设置在上下臂串联电路150上的温度传感器(未图示)对微机输入上下臂串联电路150的温度信息。此外,上下臂串联电路150的直流电极侧的电压信息被输入微机。微机基于这些信息进行过热检测和过电压检测,检测到过热或过电压的情况下使所有IGBT328、IGBT330的开关动作停止。
图3表示作为本发明的实施方式的电力转换装置200的分解立体图。电力转换装置200具有固定在变速器TM上的用于收纳电力转换装置200的电路部件的具有铝制的底的壳体10和盖8。电力转换装置200的底面和上表面的形状呈大致长方形,因而容易安装到车辆上,此外具有容易生产的效果。流路形成体12,保持后述的功率模块300和电容器模块500,并且用冷却介质将它们冷却。此外,流路形成体12固定在壳体10上,并且在壳体10的底部设置有入口配管13和出口配管14。作为冷却介质的水从入口配管13流入流路形成体12,在被用于冷却之后从出口配管14流出。
盖8收纳构成电力转换装置200的电路部件,固定在壳体10上。在盖8的内侧的上部,配置有安装了控制电路172的控制电路基板20。在盖8上设置有与外部连接的第一开口202和第二开口204,上述连接器21通过第一开口202与外部的控制装置连接,在设置于控制电路基板20上的控制电路172与上级的控制装置等外部控制装置之间进行信号传输。使电力转换装置200内的控制电路工作的低压的直流电力从上述连接器21供给。在第二开口204中,设置有用于与电池136之间授受直流电力的直流连接器138。用于对电力转换装置200内部供给高电压直流电力的负极侧电力线510和正极侧电力线512,将与电池136进行直流电力的授受的直流连接器138与电容器模块500等电连接。
连接器21和负极侧电力线510、正极侧电力线512,向盖8的底面延伸。连接器21从第一开口202突出。负极侧电力线510和正极侧电力线512的前端部从第二开口204突出,构成直流连接器138的端子。盖8上,在其内壁的第一开口202和第二开口204的周围设置有密封部件(未图示)。连接器21等端子的嵌合面的朝向,因车型的不同而为各种方向,但特别搭载在小型车辆的情况下,因为发动机室 内的大小的制约和组装性的观点而优选使嵌合面向上露出。特别是,如本实施方式所述,在电力转换装置200配置在变速器TM的上方的情况下,通过使嵌合面向与变速器TM的配置侧相反的一侧突出,可以提高作业性。此外,连接器21需要对外部气氛密封。本实施方式中,通过对于连接器21从上方向安装盖8,在将盖8安装在壳体10上时,与盖8接触的密封部件能够压紧连接器21,气密性提高。
图4是表示收纳在电力转换装置200的壳体10内部的结构的图,此处表示为了帮助理解而进行了分解的立体图。在流路形成体12上,图5所述的流路19沿着两边形成。在该流路19的一侧的上表面,沿着冷却介质流动方向418形成有开口部400a~400c,并且在该流路19的另一侧的上表面,沿着冷却介质流动方向422形成有开口部402a~402c。开口部400a~400c被插入其中的功率模块300a~300c堵塞,并且开口部402a~402c被插入其中的功率模块301a~301c堵塞。
在流路形成体12形成的一方与另一方的流路之间,形成用于收纳电容器模块500的收纳空间405。电容器模块500收纳在收纳空间405中,由此利用流路19内流动的冷却介质对电容器模块500进行冷却。此外,因为沿着电容器模块500的外侧面形成流通冷却介质的流路,所以冷却效率提高,并且流路、电容器模块500、功率模块300和301的配置井然有条,整体更加小型。此外,流路19沿着电容器模块500的长边配置,流路19与插入固定在流路19中的功率模块300和301的距离大致恒定。所以平滑电容器与功率模块电路的电路常数在3相的各层中容易平衡,形成为容易降低尖峰电压的电路结构。本实施方式中,水最适合作为冷却介质。但是,也能够利用水以外的冷却介质,以下记作冷却介质(冷媒)。
流路形成体12上,在与入口配管13和出口配管14相对的位置上设置有内部具备改变冷却介质的流向(流动)的空间的冷却部407。冷却部407与流路形成体12一体地形成,在本实施方式中,用于对辅助设备用功率模块350进行冷却。辅助设备用功率模块350固定在冷却部407外周面的冷却面上,冷却介质蓄积在形成于上述冷却面的内侧的空间中。用该冷却介质对冷却部407冷却,抑制辅助设备用功率 模块350的温度上升。上述冷却介质是上述流路19内流过的冷却介质,辅助设备用模块350与功率模块300和301、电容器模块500一同被冷却。在辅助设备用功率模块350的两侧部,配置后述的汇流条组件800。汇流条组件800具备交流汇流条186和保持部件,保持并固定电流传感器180。详情后文叙述。
这样在流路形成体12的中央部设置有电容器模块500的收纳空间405,以夹着该收纳空间405的方式设置流路19。并且,在各流路19中配置车辆驱动用的功率模块300a~300c和功率模块301a~301c,进而,在流路形成体12的上表面配置辅助设备用功率模块350,由此能够用较小的空间高效地进行冷却,能够实现电力转换装置整体的小型化。
此外,通过使流路形成体12的流路19的主结构与流路形成体12一体地用铝材铸造制成,流路19除冷却效果外还具有增强机械强度的效果。此外,通过用铝铸造制成,使流路形成体12与流路19成为一体结构,热传导变好,冷却效率提高。此外,通过将功率模块300a~300c和功率模块301a~301c固定在流路19上而完成流路19,进行水路的漏水试验。漏水试验合格的情况下,能够接着进行安装电容器模块500、辅助设备用功率模块350和基板的作业。这样,能够在电力转换装置200的底部配置流路形成体12,接着从上方依次进行固定电容器模块500、辅助设备用功率模块350、汇流条组件800、基板等必要的部件的作业,生产效率和可靠性提高。
驱动电路基板22配置在辅助设备用功率模块350和汇流条组件800的上方、即盖一侧。驱动电路基板22与控制电路基板20之间配置有金属底板11。金属底板11的作用在于,实现搭载在驱动电路基板22和控制电路基板20上的电路组的电磁屏蔽的功能,并且使驱动电路基板22和控制电路基板20产生的热发散、冷却。进而,金属底板11具有提高控制电路基板20的机械共振频率的作用。即,能够在金属底板11上以短间隔配置用于固定控制电路基板20的螺合部,能够缩短产生机械振动的情况下的支承点之间的距离,能够提高共振频率。对于从变速器传导的振动频率,能够提高控制电路基板20的共振频率,所以不容易受到振动的影响,可靠性提高。
图5是用于说明流路形成体12的说明图,是从下方观看图4所示的流路形成体12的图。流路形成体12与在该流路形成体12的内部沿着电容器模块500的收纳空间405(参照图4)形成的流路19一体地铸造。在流路形成体12的下表面,形成有连为一体的开口部404,该开口部404被中央部具有开口的下盖420堵塞。在下盖420与流路形成体12之间,设置有密封部件409a和密封部件409b保持气密性。
在下盖420上,在一方的端边附近沿着该端边形成了用于插入入口配管13(参照图4)的入口孔401、和用于插入出口配管14(参照图4)的出口孔403。此外,在下盖420上,形成有向变速器TM的配置方向突出的凸部406。凸部406与功率模块300a~300c和功率模块301a~301c对应地设置。冷却介质在虚线表示的流动方向417的方向上,通过入口孔401向沿着流路形成体12的短边方向的边形成的第一流路部19a流动。第一流路部19a中形成使冷却介质的流向改变的空间,在该空间中冷却介质与冷却部407的内表面碰撞,改变流动的方向。在该碰撞时起到吸收冷却部407的热量的作用。然后,冷却介质如流动方向418所示,在沿着流路形成体12的长边方向的边形成的第二流路部19b中流动。接着,冷却介质如流动方向421所示,在沿着流路形成体12的短边方向的边形成的第三流路部19c中流动。第三流路部19c形成折返流路。然后,冷却介质如流动方向422所示,在沿着流路形成体12的长边方向的边形成的第四流路部19d中流动。第四流路部19d设置在夹着(隔着)电容器模块500与第二流路部19b相对的位置上。进而,冷却介质如流动方向423所示,通过沿着流路形成体12的短边方向的边形成的第五流路部19e和出口孔403从出口配管14流出。
第一流路部19a、第二流路部19b、第三流路部19c、第四流路部19d和第五流路部19e,都形成为深度方向比宽度方向大。功率模块300a~300c,从形成在流路形成体12的上表面一侧的开口部400a~400c插入(参照图4),收纳在第二流路部19b内的收纳空间中。其中,在功率模块300a的收纳空间与功率模块300b的收纳空间之间,形成有用于使冷却介质流不会停滞的中间部件408a。同样的,在功率模块300b的收纳空间与功率模块300c的收纳空间之间,形成有用于使冷 却介质流不会停滞的中间部件408b。中间部件408a和中间部件408b的主面沿着冷却介质流的方向形成。第四流路部19d也与第二流路部19b同样形成了功率模块301a~301c的收纳空间和中间部件。此外,流路形成体12中,开口部404与开口部400a~400c和402a~402c相对地形成,所以是容易用铝铸造制成的结构。
在下盖420上,设置与壳体10抵接、用于支承电力转换装置200的支承部410a和支承部410b。支承部410a设置于下盖420的接近一方的端边的位置,支承部410b设置于下盖420的接近另一方的端边的位置。由此,能够将电力转换装置200的流路形成体12牢固地固定在与变速器TM和电动发电机MG1的圆柱形状相应形成的壳体10的内壁上。
支承部410b支承电阻器450。该电阻器450是考虑保护乘用人员和维护时的安全性而用于对电容器单元中所带的电荷进行放电的。电阻器450构成为能够持续高压放电,但需要考虑到万一电阻器或放电机构发生异常的情况下,使得对车辆的损害为最小限度。即,电阻器450配置在功率模块、电容器模块和驱动电路基板等的周边的情况下,要考虑万一电阻器450产生发热、燃烧等问题的情况下火势蔓延到主要部件附近的可能性。
于是,本实施方式中,功率模块300a~300c、功率模块301a~301c和电容器模块500,隔着流路形成体12配置在收纳变速器TM的壳体10的相反一侧,并且电阻器450配置在流路形成体12与壳体10之间的空间中。由此,电阻器450配置在被由金属形成的流路形成体12和壳体10包围的封闭空间中。此外,电容器模块500内的电容器单元中蓄积的电荷,通过搭载在图4所示的驱动电路基板22上的开关单元的开关动作,经通过流路形成体12的侧部的配线被控制放电至电阻器450。本实施方式中,利用开关单元控制以高速进行放电。因为在控制放电的驱动电路基板22与电阻器450之间,设置了流路形成体12,所以能够保护驱动电路基板22不受电阻器450影响。此外,电阻器450固定在下盖420上。因此,其设置在非常接近流路19的位置,能够抑制电阻器450的异常发热。
用图6至图7说明逆变器电路140和逆变器电路142中使用的功 率模块300a~300c和功率模块301a~301c的详细结构。上述功率模块300a~300c和功率模块301a~301c都是相同的结构,代表性地说明功率模块300a的结构。其中,图6至图7中,信号端子325U对应于图2所示的栅极154和信号用发射极155,信号端子325L对应于图2所示的栅极164和发射极165。此外,直流正极端子315B与图2所示的正极端子157相同,直流负极端子319B与图2所示的负极端子158相同。此外,交流端子321与图2所示的交流端子159相同。
图6(a)是本实施方式的功率模块300a的立体图。图6(b)是本实施方式的功率模块300a的截面图。
构成上下臂串联电路150的功率半导体元件(IGBT328、IGBT330、二极管156、二极管166),如图6至图7所示,被导体板315和导体板318、或者被导体板316和导体板319从两面夹着固定。这些导体板上,安装了使作为信号端子325U和信号端子325L的信号配线一体成型而形成的辅助模塑体600。导体板315等在其散热面露出的状态下被第一密封树脂348密封,在该散热面上热压接绝缘膜333。被第一密封树脂348密封的模块一次密封体302,被插入模块外壳304中,夹着绝缘膜333与作为CAN型冷却器的模块外壳304的内表面热压接。此处,CAN型冷却器指的是一面具有插入口306、另一面具有底的呈筒形状的冷却器。
模块外壳304由铝合金材料例如Al、AlSi、AlSiC、Al-C等构成,并且一体成型为没有接缝的状态。模块外壳304呈除插入口306以外不设置开口的结构,插入口306被凸缘304B包围其外周。此外,如图6(a)所示,具有比其他面更宽的面的第一散热体307A和第二散热体307B以彼此相对的状态配置。与该相对的第一散热体307A和第二散热体307B连接的3个面,构成宽度比该第一散热体307A和第二散热体307B更窄的密闭的面,在剩余一边的面上形成插入口306。模块外壳304的形状不需要是完全的长方体,其角部也可以图6(a)所示形成曲面。
通过使用这样形状的金属制的外壳,即使将模块外壳304插入水和油等冷却介质流过的流路19内,也能够利用凸缘304B确保对冷却介质的密封。因此,能够用简单的结构防止冷却介质进入模块外壳304 的内部。此外,在相对的第一散热体307A和第二散热体307B上,分别均匀地形成散热片(fin,翅片)305。进而,在第一散热体307A和第二散热体307B的外周,形成有厚度非常薄的薄壁部304A。薄壁部304A因为厚度薄至简单通过对散热片305加压即可变形的程度,所以插入模块一次密封体302后的生产效率得到提高。
在残存于模块外壳304内部的空隙中,填充第二密封树脂351。此外,如图8和图9所示,设置有用于与电容器模块500电连接的直流正极配线315A和直流负极配线319A,在其前端部形成直流正极端子315B(157)和直流负极端子319B(158)。并设置有用于对电动发电机MG1或MG2供给交流电力的交流配线320,在其前端形成交流端子321(159)。本实施方式中,直流正极配线315A与导体板315一体成型,直流负极配线319A与导体板319一体成型,交流配线320与导体板316一体成型。
如上所述,通过使导体板315等隔着绝缘膜333与模块外壳304的内壁热压接,能够减少导体板与模块外壳304的内壁之间的空隙,能够使功率半导体元件发出的热高效地传导至散热片305。进而,通过使绝缘膜333具有一定程度的厚度和柔软性,能够利用绝缘膜333吸收热应力的产生,适用于温度变化激烈的车辆用的电力转换装置。
图7(a)是为了有助于理解而除去了模块外壳304、绝缘膜333和第二密封树脂351的内部截面图。图7(b)是从图7(a)中除去了第一密封树脂348的内部立体图。
各功率半导体元件,通过金属接合材料160分别固定在设置于各导体板上的元件固定部322上。金属接合材料160,例如是焊料或包括银膜和金属微粒的低温烧结接合材料等。
各功率半导体元件呈板状的扁平结构,该功率半导体元件的各电极在正反面上形成。如图7所示,功率半导体元件的各电极,被导体板315和导体板318、或者导体板316和导体板319夹着。即,导体板315和导体板318,成为隔着IGBT328和二极管156大致平行相对的层叠配置。同样,导体板316和导体板319,成为隔着IGBT330和二极管166大致平行相对的层叠配置。此外,导体板316和导体板318通过中间电极329连接。通过该连接使上臂电路与下臂电路电连 接,形成上下臂串联电路。散热面323从第一密封树脂348露出,被图6所示的绝缘膜覆盖。
直流正极配线315A与直流负极配线319A,形成为在隔着由树脂材料成型的辅助模塑体600相对的状态下大致平行地延伸的形状。信号端子325U和信号端子325L一体成型于辅助模塑体600,并且在与直流正极配线315A和直流负极配线319A同样的方向上延伸。辅助模塑体600所使用的树脂材料,适用具有绝缘性的热硬化性树脂或者热塑性树脂。由此,能够确保直流正极配线315A、直流负极配线319A、信号端子325U与信号端子325L之间的绝缘性,能够进行高密度配线。进而,通过使直流正极配线315A与直流负极配线319A以大致平行相对的方式配置,而使功率半导体元件开关动作时瞬间流过的电流在相对且相反的方向上流动。由此,具有使电流产生的磁场相互抵消的作用,通过该作用能够降低电感。
图8(a)是模块一次密封体302的立体图。图8(b)是从6(a)的截面A观看的模块外壳304的截面图。
为了高效地冷却半导体元件,重要的在于使与半导体元件连接的导体板315、316、318、319与第一散热体307A和第二散热体307B之间不产生空隙。但是,因为模块一次密封体302的厚度303存在误差,所以在模块一次密封体302与第一散热体307A和第二散热体307B之间容易产生间隙,冷却性能会降低。另一方面,若为了减小厚度303的误差而使用高精度的部件、或者进行高精度的组装和加工,则会妨碍生产效率提高和成本降低。
如图8(b)所示,模块外壳304具有连接凸缘304B与上述第一散热体307A和第二散热体307B的薄壁部304A。此外,模块外壳304具有连接框体308与上述第一散热体307A和第二散热体307B的薄壁部304A。即,薄壁部304A起到连接凸缘304B、第一散热体307A、第二散热体307B与框体308的中间部件的作用。其中,对于框体308,为了提高模块外壳304的强度,而使其厚度大于薄壁部304A的厚度。
309表示第一散热体307A的内壁与第二散热体307B的内壁之间的距离(以下记作内壁间距离309)。模块外壳304形成为内壁间距离309小于模块一次密封体302的厚度303。
图9(a)至(d)是表示将模块一次密封体302插入模块外壳304的工序的工序图。
如图9(a)所示,在模块外壳304内,插入与内壁间距离309大致相同厚度的夹具(jig,治具)900。夹具900在其上表面与第一散热体307A接触、下表面与第二散热体307B接触的状态下,固定在模块外壳304内。此外,夹具900中形成用于使夹具902插入的空间901。该空间901的高度,在模块外壳304的插入口306一侧形成为比图9(a)的框体308一侧更大,并且形成为向框体308一侧去而逐渐变小。
接着,如图9(b)所示,夹具902被插入夹具900的空间901中,并且夹具902在加压方向B上被加压。另外,夹具902形成为前端逐渐变细的形状,以与夹具900的空间901嵌合。通过对夹具902在加压方向B上加压,使夹具900向位移方向C变形,通过夹具900使模块外壳304扩张。夹具902的加压力设定为,使得模块外壳304被扩张后的内壁间距离310大于模块一次密封体302的厚度303。
此时,由于薄壁部304A与形成第一散热体307A和第二散热体307B的冷却体、凸缘部304B、框体308相比形成得非常薄,仅该薄壁部304A发生弹性变形。
接着,如图9(c)所示,模块一次密封体302被插入模块外壳304内。
接着,如图9(d)所示,夹具900和夹具902被从模块外壳304内拔出,用于使薄壁部304A弹性变形的加压力被解除。此时,弹性变形的薄壁部304A中,使模块外壳304的内壁间距离309恢复的弹性力起作用,模块一次密封体302被第一散热体307A和第二散热体307B支持和固定。模块一次密封体302上,来自薄壁部304A的弹性力从上表面和下表面两侧作用,所以被更加牢固地支持和固定。模块外壳304的内壁间距离成为与模块一次密封体302的厚度303相同的大小。
由此,能够容易地吸收模块一次密封体302的厚度303的尺寸误差。
其中,第一散热体307A和第二散热体307B的与模块一次密封体 302相对一侧的面,形成为与薄壁部304A的模块外壳304内部一侧的面是同一面。由此,能够将夹具900平滑地插入模块外壳304内部。
其中,本实施方式中表示了薄壁部304A发生弹性变形的例子。但是,也可以设定模块外壳304的内壁间距离309和薄壁部304A的厚度,使得在将模块一次密封体302插入模块外壳304的情况下,薄壁部304A发生塑性变形。此外,在使薄壁部304A塑性变形的情况下,优选通过使绝缘膜333具有接合性,而提高模块外壳304与模块一次密封体302的接合力。
图10(a)是辅助模塑体600的立体图,图10(b)是辅助模塑体600的透视图。其中,以下说明的图10的辅助模塑体600,与图8和图9所示的辅助模塑体600形状不同,但能够根据使用环境区分使用。例如,为了提高信号配线325U和325L的耐振动性,适用以下说明的图10的辅助模塑体600。
辅助模塑体600中,通过嵌入成型使信号导体324一体化。此处,信号导体324包括上臂侧的栅极端子154、发射极端子155和上臂侧的栅极端子164、发射极端子165(参照图2),进而包括用于传输功率半导体元件的温度信息的端子。本实施方式的说明中,将这些端子总称为信号端子325U、325L。
信号导体324中,在一方的端部形成信号端子325U和325L,在另一方的端部形成元件侧信号端子326U和326L。元件侧信号端子326U和326L,与设置在功率半导体元件的表面电极上的信号焊盘例如通过导线连接。第一密封部601A,相对于图8(a)所示的直流正极配线315A、直流负极配线319A或者交流配线320的形状的长轴,呈在横穿它的方向上延伸的形状。另一方面,第二密封部601B,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,呈在大致平行的方向上延伸的形状。此外,第二密封部601B包括用于密封上臂侧的信号端子325U的密封部和用于密封下臂侧的信号端子325L的密封部。
辅助模塑体600的长度形成为比横向排列的导体板315和316的整体的长度、或者横向排列的导体板319和320的整体的长度更长。即,横向排列的导体板315和316的长度、或者横向排列的导体板319 和320的长度,在辅助模塑体600的横方向的长度的范围内。
第一密封部601A上,形成有呈凹陷形状并且用于在该凹陷中嵌合直流负极配线319A的配线嵌合部602A。此外,第一密封部601A上,形成有呈凹陷形状并且用于在该凹陷中嵌合直流正极配线315A的配线嵌合部602B。进而,第一密封部601A上,还形成有配置在配线嵌合部602A的侧部的、呈凹陷形状的用于在该凹陷中嵌合交流配线320的配线嵌合部602C。通过在这些配线嵌合部602A~602C中嵌合各配线,而进行各配线的定位。由此,能够在将各配线牢固地固定之后进行树脂密封材料的填充作业,提高量产性。
此外,配线绝缘部608从配线嵌合部602A与配线嵌合部602B之间,向远离第一密封部601A的方向突出。呈板形状的配线绝缘部608夹在直流正极配线315A与直流负极配线319A之间,由此能够在确保绝缘性的同时,实现用于降低电感的相对配置。
此外,在第一密封部601A上,形成与树脂密封时使用的模具接触的模具按压面604,并且模具按压面604上,绕着第一密封部601的长边方向的外周的一周形成有用于防止树脂密封时树脂泄漏的突起部605。为了提高防止树脂泄漏的效果,突起部605设置有多个。进而,因为在该配线嵌合部602A和配线嵌合部602B上也设置有突起部605,所以能够防止树脂密封材料从直流正极配线315A和直流负极配线319A的周围泄漏。此处,作为第一密封部601A、第二密封部601B和突起部605的材料,考虑设置在150~180℃左右的模具中的情况,优选为有望高耐热性的热塑性树脂的液晶聚合物、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚苯硫醚树脂(PPS)。
此外,在第一密封部601A的短边方向的功率半导体元件一侧,在长边方向上设置有多个图10(b)所示的贯通孔606。由此,通过使第一密封树脂348流入贯通孔606并发生硬化,产生锚定效果,使辅助模塑体600被第一密封树脂348牢固地保持,即使因温度变化或机械振动而被施加应力,两者也难以剥离。若用凹凸形状代替贯通孔也不容易剥离。此外,在第一密封部601A上涂布聚酰亚胺类的涂料,或者使表面粗糙化,也可以得到一定程度的效果。
模块一次密封体302的第一密封树脂348的密封工序中,首先将 支承各配线的辅助模塑体600插入具有150~180℃左右的余热的模具。本实施方式中,辅助模塑体600、直流正极配线315A、直流负极配线319A、交流配线320、导体板315、导体板316、导体板318、导体板319分别牢固的连接,所以通过将辅助模塑体600设置在规定的位置上,主要电路和功率半导体元件就被设置在规定的位置上。从而生产效率提高,并且可靠性提高。
此外,第二密封部601B形成为从模块外壳304附近延伸到驱动电路基板22附近。由此,穿过强电配线之间进行与驱动电路基板22的配线时,即使暴露在高电压下也能够正常地传递开关控制信号。此外,直流正极配线315A、直流负极配线319A、交流配线320、信号端子325U和信号端子325L,即使从模块外壳304向同一方向突出,也能够确保电绝缘,能够确保可靠性。
图11是用于说明电容器模块500的内部结构的分解立体图。层叠导体板501包括由板状的宽幅导体形成的负极导体板505和正极导体板507、以及被负极导体板505和正极导体板507夹着的绝缘膜517。层叠导体板501如以下说明所述,对于各相的上下臂的串联电路150中流过的电流使磁通相互抵消,所以对于上下臂的串联电路150中流过的电流能够实现低电感化。层叠导体板501呈大致长方形形状。负极侧的电源端子508和正极侧的电源端子509,形成为从层叠导体板501的短边方向的一个边立起的状态,分别与正极导体板507和负极导体板505连接。对于正极侧的电源端子509和负极侧的电源端子508,如图2所说明的,通过直流连接器138供给直流电力。
电容器端子503a~503c在从层叠导体板501的长边方向的一个边立起的状态下,与各功率模块300的正极端子157(315B)和负极端子158(319B)对应地形成。此外,电容器端子503d~503f,在从层叠导体板501的长边方向的另一个边立起的状态下,与各功率模块301的正极端子157(315B)和负极端子158(319B)对应地形成。其中,电容器端子503a~503f在横穿层叠导体板501的主面的方向上立起。电容器端子503a~503c分别与功率模块300a~300c连接。电容器端子503d~503f分别与功率模块301a~301c连接。在构成电容器端子503a的负极侧电容器端子504a与正极侧电容器端子506a 之间,设置有绝缘膜517的一部分,确保绝缘。其他电容器端子503b~503f也同样。此外,本实施方式中,负极导体板505、正极导体板507、电池负极侧端子508、电池正极侧端子509、电容器端子503a~503f由一体成型的金属制的板构成,对于在上下臂的串联电路150中流过的电流具有降低电感的效果。
电容器单元514在层叠导体板501的下方的电容器模块500的内部一侧设置有多个。本实施方式中,8个电容器单元514沿着层叠导体板501的长边方向的一个边排成一列,并且另外8个电容器单元514沿着层叠导体板501的长边方向的另一个边排成一列,设置有共计16个电容器单元。沿着层叠导体板501的长边方向的各边排列的电容器单元514,以图11所示的虚线AA为分界对称地排列。由此,在将被电容器单元514平滑化的直流电流供给到功率模块300a~300c和功率模块301a~301c的情况下,电容器端子503a~503c与电容器端子503d~503f之间的电流均衡(current balance)变得均匀,能够实现层叠导体板501的电感降低。此外,能够防止电流局部地在层叠导体板501中流过,所以能够使热均衡变得均匀而提高耐热性。
电容器单元514在沿着流路的方向上配置有多个,所以有容易对沿着流路配置的功率模块300和功率模块301的U相、V相、W相的上下臂的串联电路150进行均匀化的趋势。此外,具有能够利用冷却介质均匀地对各电容器单元514进行冷却的效果。此外,能够使电容器端子503a~503c与电容器端子503d~503f之间的电流均衡变得均匀而实现层叠导体板501的电感降低,并且也能够使热均衡变得均匀而提高耐热性。
电容器单元514是电容器模块500的蓄电部的单位结构体,使用将单面蒸镀了铝等金属的薄膜层叠2片进行卷绕、以2片薄膜的金属分别作为正极、负极的薄膜电容器。关于电容器单元514的电极,进行卷绕的轴面分别成为正极、负极电极,通过喷镀锡等导电体而制成。
电容器外壳502具备用于收纳电容器单元514的收纳部511,上述收纳部511的图中记载的上表面和下表面呈大致长方形状。在电容器外壳502上,设置有用于将电容器模块500固定在流路形成体12上的固定单元——例如用于使螺钉贯通的孔520a~520d。收纳部511 的底面部513,与圆筒形的电容器单元514的表面形状相吻合地成为平滑的凹凸形状或者波浪形状。由此,容易将由层叠导体板501和电容器单元514连接而成的模块定位在电容器外壳502上。此外,在层叠导体板501和电容器单元514被收纳到电容器外壳502中之后,除了电容器端子503a~503f、负极侧的电源端子508和正极侧的电源端子509之外,以覆盖层叠导体板501的方式在电容器外壳502内填充填充材料(未图示)。底面部513与电容器单元514的形状相吻合地呈波浪形状,由此在将填充材料填充到电容器外壳502内时,能够防止电容器单元514从规定位置偏移。
由于开关动作时的纹波电流(ripple current),电容器单元514会因内部的薄膜上蒸镀的金属薄膜、内部导体的电阻而发热。于是,为了使电容器单元514的热易于通过电容器外壳502发散,使用填充材料将电容器单元514成型(mold)。此外,通过使用树脂制造的填充材料,也能够提高电容器单元514的耐湿性。本实施方式中,沿着电容器模块500的收纳部511的长边方向设置流路,提高冷却效率。进而,本实施方式中,电容器模块500以使形成收纳部511的长边方向的边的侧壁被流路19夹着的方式配置,所以能够对电容器模块500高效地进行冷却。此外,电容器单元514以该电容器单元514的电极面的一方与形成收纳部511的长边方向的边的内壁相对的方式配置。由此,因为热容易在薄膜的卷绕轴的方向上传导,所以热容易通过电容器单元514的电极面向电容器外壳502逃逸。
以下说明中,直流负极端子315B与图2记载的正极端子157相同。此外,直流正极端子319B与图2记载的负极端子158相同。图12是在流路形成体12上组装了功率模块300、电容器模块500和汇流条组件800的外观立体图。图13是图12的部分A的放大图。图12、图13中,直流负极端子315B(157)、直流正极端子319B(158)、交流端子321(159)和第二密封部601B,在壳体10的纵方向上向盖一侧延伸。直流负极端子315B(157)和直流正极端子319B(158)的电流路径的面积,与层叠导体板501的电流路径的面积相比非常小。因此,电流从层叠导体板501流向直流负极端子315B(157)和直流正极端子319B(158)时,电流路径的面积会有较大的变化。即,电 流在直流负极端子315B(157)和直流正极端子319B(158)上集中。此外,在直流负极端子315B(157)和直流正极端子319B(158)向横穿层叠导体板501的方向突出的情况下,换言之,在直流负极端子315B(157)和直流正极端子319B(158)与层叠导体板501呈异面关系(扭曲关系)的情况下,存在需要新的连接用导体而导致生产效率降低或成本增大的可能性。
本实施方式中,负极侧电容器端子504a(图13中为504b具有从层叠导体板501立起的立起部,其前端部具有连接部542。此外,正极侧电容器端子506a(图13中为506b)具有从层叠导体板501立起的立起部,其前端部具有连接部545。以使功率模块300的直流正极端子319B(158)和直流负极端子315B(157)夹在上述连接部542与上述连接部545之间的方式进行连接。由此,电容器端子504a和506a成为直到连接部542和545之前都隔着绝缘膜的层叠结构,所以能够降低电流集中的该电容器端子504a和506a的配线部分的电感。进而,直流正极端子319B(158)的前端与连接部542的侧边通过焊接(熔焊)连接,同样的,直流负极端子315B(157)的前端与连接部545的侧边通过焊接(熔焊)连接。因此,除了低电感化带来的特性改善外,还能够提高生产效率。
功率模块300的交流端子321(159)的前端与交流汇流条802a(图13中为802b)的前端通过焊接(熔焊)连接。用于进行焊接(熔焊)的生产设备中,若将焊接机械制造成相对于焊接对象能够在多个方向上移动,会导致生产设备复杂化,从生产效率和成本的观点来看不理想。于是,本实施方式中,交流端子321(159)的焊接部位和直流正极端子319B(158)的焊接部位,沿着流路形成体12的长边方向的边配置为一条直线状。由此,在使焊接机械在一个方向上移动的期间,能够进行多处焊接,生产效率提高。
进而,如图4和图12所示,多个功率模块300a~300c沿着流路形成体12的长边方向的边配置为一条直线状。由此,在焊接多个功率模块300a~300c时,能够进一步提高生产效率。
图14是组装了功率模块300和电容器模块500的流路形成体12和汇流条组件800的分解立体图。图15是除去保持部件803后的汇 流条组件800的外观立体图。图14和图15中,汇流条组件800具有用于保持固定分别配置在两侧的第一和第二交流汇流条的保持部件803,和上述设置在两侧的第一交流汇流条802a~802f、第二交流汇流条804a~804f。上述汇流条组件800中还设置有用于检测设置在两侧的第一和第二交流汇流条802和804中流过的交流电流的电流传感器180。设置在两侧的上述第一和第二交流汇流条802、804分别由宽幅导体制造,直到电流传感器180a或者电流传感器180b的设置部位之前,两侧的第一交流汇流条802a~802f都以宽幅面与电容器模块500的层叠导体板501的主面大致垂直的方式配置。第一交流汇流条802a~802f,在电流传感器180a或180b的贯通孔前,分别以大致直角弯折,这些交流汇流条的宽幅面成为与层叠导体板501的主面大致平行的状态。在贯通电流传感器180a和电流传感器180b的孔之后,与第二交流汇流条804a~804f连接。第二交流汇流条804a~804f的大部分呈宽幅面与电容器模块500的层叠导体板501的主面大致垂直的状态、即交流汇流条的窄幅面向着电力转换装置的纵方向的状态。如图15所示,第一交流汇流条802a~802f贯通上述电流传感器180a和电流传感器180b的孔之后,在形成于第一汇流条802a~802f上的连接部805a~805f(连接部805d~805f未图示)与第二交流汇流条804a~804f连接。
如上所述,第二交流汇流条804a~804f,在连接部805a~805f的附近,向电容器模块500一侧以大致直角弯折。由此,第二交流汇流条804a~804f的主面形成为变得与电容器模块500的层叠导体板501的主面大致垂直。进而,第二交流汇流条804a~804f从电流传感器180a或电流传感器180b的附近,如图12和图14、图15所示,向流路形成体12的短边方向的一个边12a延伸,横穿该边12a。即,在多个第二交流汇流条804a~804f的主面相对的状态下,该第二交流汇流条804a~804f横穿边12a。
交流汇流条802a、802b、802d、802e沿着配置在壳体10的内侧的两侧的流路配置在两侧,由此能够减少装置整体的大型化。此外,宽幅导体的窄幅面以向着装置的纵方向的方式对齐配置,所以能够减小第一交流汇流条802和第二交流汇流条804占据的空间,能够减少 装置整体的大型化。进而,通过使多个交流汇流条从流路形成体12的一面侧突出,变得容易在电力转换装置200的外部处理配线,生产效率提高。
如图14所示,第一交流汇流条802a~802f、电流传感器180a~180b和第二交流汇流条804a~804f,被由树脂构成的保持部件803保持和绝缘。利用该保持部件803,使第二交流汇流条804a~804f与金属制的流路形成体12和壳体10之间的绝缘性提高。
汇流条组件800通过保持部件803固定在流路形成体12上。即使热从外部传递至壳体10,形成有冷却介质的流路的流路形成体12也可以抑制温度上升。通过将汇流条组件800固定在该流路形成体12上,不仅能够抑制汇流条组件800的温度上升,也能够抑制保持在汇流条组件800上的电流传感器180的温度上升。电流传感器180具有不耐热的特性,通过采用上述结构,能够提高电流传感器180a~180b的可靠性。进而,在如本实施例所述,将电力转换装置固定在变速器上的情况下,热不仅从变速器TM一侧传递至壳体10,也从电动发电机一侧通过第二交流汇流条804a~804f传递。能够用流路形成体12屏蔽这些热,或者使热逃逸至冷却介质,能够抑制电流传感器180a~180b的温度上升,能够提高可靠性。
如图14所示,保持部件803具备用于支承图4所示的驱动电路基板22的支承部件807a和支承部件807b。支承部件807a设置有多个,沿着流路形成体12的长边方向的一个边形成。此外,支承部件807b设置有多个,沿着流路形成体12的长边方向的另一个边排列形成。在支承部件807a和支承部件807b的前端部,形成有用于固定驱动电路基板22的螺孔。
进而,保持部件803具有从配置了电流传感器180a和电流传感器180b的部位向上方延伸的突起部806a和突起部806b。突起部806a和突起部806b构成为分别贯通电流传感器180a和电流传感器180b。如图15所示,电流传感器180a和电流传感器180b,具有向驱动电路基板22的配置方向延伸的信号线182a和信号线182b。信号线182a和信号线182b,与驱动电路基板22的配线图案通过软钎焊而接合。本实施方式中,保持部件803、支承部件807a~807b和突起部806a~ 806b通过树脂一体地形成。
由此,保持部件803具备传感器180与驱动电路基板22的定位功能,所以容易进行信号线182a与驱动电路基板22之间的组装和软钎焊连接作业。此外,通过将保持电流传感器180和驱动电路基板22的机构设置在保持部件803上,能够削减电力转换装置整体的部件个数。
本实施方式中,电力转换装置200固定在设置于变速器TM上的壳体10中,所以受到来自变速器TM的振动的较大影响。于是,在保持部件803上设置用于支承驱动电路基板22的中央部附近的支承部件808,降低对驱动电路基板22施加的振动的影响。例如,通过利用支承部件808支承驱动电路基板22的中央部,能够使驱动电路基板22的共振频率比从变速器TM传递来的振动的频率更高,能够降低对驱动电路基板22施加的变速器TM的振动的影响。另外,汇流条组件800的保持部件803通过螺钉固定在流路形成体12上。
保持部件803上设置有用于固定辅助设备用功率模块350的一个端部的托架809。此外,如图4所示,辅助设备用功率模块350配置在冷却部407上,因而该辅助设备用功率模块350的另一个端部被固定在该冷却部407上。由此,能够降低对辅助设备用功率模块350施加的振动的影响,并且削减固定用的部件个数。
图16是将功率模块、电容器模块、汇流条组件800和辅助设备用功率模块350组装在流路形成体12上的状态的外观立体图。电流传感器180在达到大约100℃以上的温度时可能不再能够作为传感器使用。车载用的电力转换装置的使用环境非常严苛,可能成为高温,保护电流传感器180不过热是重要问题之一。特别是,本实施方式中,因为电力转换装置200搭载在变速器TM上,所以保护电流传感器180不受从该变速器TM发出的热的影响是重要的问题。
于是,本实施方式中,电流传感器180a和电流传感器180b,夹着流路形成体12配置在与变速器TM相反的一侧。由此,变速器TM发出的热难以传导至电流传感器,能够抑制电流传感器的温度上升。进而,第二交流汇流条804a~804f,以横穿图5所示的第三流路19c的方式形成。并且,电流传感器180a和电流传感器180b,配置在与 横穿第三流路部19c的第二交流汇流条804a~804f的部分相比更靠功率模块的交流端子321(159)的一侧的位置。由此,利用冷却介质对第二交流汇流条804a~804f间接进行冷却,能够缓和从交流汇流条对电流传感器、进而对功率模块内的半导体芯片传导的热,所以可靠性提高。
图16所示的流动方向810表示图5中所示的第三流路19c中流动的冷却介质的流动方向。流动方向811表示图5中所示的第四流路19d中流动的冷却介质的流动方向。同样,流动方向812表示图5中所示的第二流路19b中流动的冷却介质的流动方向。本实施方式中,电流传感器180a和电流传感器180b配置成,在从电力转换装置200的上方投影时,电流传感器180a和电流传感器180b的投影部被流路19的投影部包围。由此,能够进一步保护电流传感器不受来自变速器TM的热的影响。
图17是为了帮助理解而将控制电路基板20与金属底板11分离的状态的立体图。如图16所示,电流传感器180配置在电容器模块500的上方。驱动电路基板22配置在图16的电流传感器180的上方,并被图14所示的设置在汇流条组件800上的支承部件807a和807b支承。金属底板11配置在驱动电路基板22的上方,本实施方式中,被从流路形成体12立起设置的多个支承部15所支承。控制电路基板20配置在金属底板11的上方,固定在上述金属底板11上。
电流传感器180、驱动电路基板22和控制电路基板20在高度方向上分层配置,并且控制电路基板20配置在距离强电类的功率模块300和301最远的部位,所以能够抑制混入开关噪声等。此外,金属底板11与电接地的流路形成体12电连接。通过该金属底板11,能够减少从驱动电路基板22混入控制电路基板20的噪声。
在将电流传感器180与驱动电路基板22电连接时,若使用配线连接器则连接工序变得繁杂,可能出现连接失误,期望能够防止这种情况。图17中,在驱动电路基板22上,形成贯通该驱动电路基板22的第一孔24和第二孔26。在第一孔24中插入功率模块300的信号端子325U和信号端子325L,信号端子325U和信号端子325L与驱动电路基板22的配线图案通过软钎焊而接合。进而,在第二孔26中插 入电流传感器180的信号线182,信号线182与驱动电路基板22的配线图案通过软钎焊接合。其中,软钎焊接合从与流路形成体12相对的面的相反一侧的驱动电路基板22的面一侧进行。
由此,不使用配线连接器就能够连接信号线,所以能够提高生产效率。此外,功率模块300的信号端子325与电流传感器180的信号线182从同一方向通过软钎焊接合,由此能够进一步提高生产效率。此外,在驱动电路基板22上,通过分别设置用于使信号端子325贯通的第一孔24和用于使信号线182贯通的第二孔26,能够减少连接失误的危险性。
本实施方式的驱动电路基板22中,驱动器IC芯片等驱动电路(未图示)安装在与流路形成体12相对的面一侧。由此,抑制软钎焊接合的热传导至驱动器IC芯片等,防止软钎焊接合导致驱动器IC芯片等产生损伤。此外,搭载在驱动电路基板22上的变压器这样的较高(较厚)部件,配置在电容器模块500与驱动电路基板22之间的空间中,所以能够使电力转换装置200整体厚度变低。
本实施方式中,利用流路19中流过的冷却介质,对插入固定于流路19内的功率模块300和301进行冷却,并且对电容器模块500进行冷却。进而,优选利用流路19中流过的冷却介质对辅助设备用功率模块350也进行冷却,以抑制因辅助设备用功率模块350发热而引起的温度上升。因为壳体10内能够冷却的部分受限,所以需要改进冷却方法和冷却结构。
于是,本实施方式中,由辅助设备用功率模块350的金属底形成的散热面,与图4所示的冷却部407相对地配置。图4的冷却部407是为了对辅助设备用功率模块350进行冷却而设置的。冷却部407的背面一侧在图5中表示。此外,冷却部407的部分的截面图在图19中表示。图4、图5、图19中,辅助设备用功率模块350以其散热面与冷却部407的外周面接触的方式固定。上述冷却部407形成在入口配管13的上方,所以从下方流入的冷却介质与冷却部407的内壁碰撞,能够有效地从辅助设备用功率模块350吸收热。从图19的虚线所示的入口配管13流入的冷却介质与形成在冷却部407的内部的冷却介质蓄积部19f的上表面碰撞而使得流动方向被改变,此时吸收冷却部407 的热。改变方向后的冷却介质从流路19a流入图4和图5所示的流路19b,对功率模块300和301进行冷却。冷却了功率模块301之后的冷却介质,流入流路19e,从虚线所示的出口配管14排出。在流路19e的上部形成冷却介质蓄积部19g,利用冷却介质蓄积部19g的冷却介质对冷却部407进行冷却。为了使流路的流体阻力成为适当的状态,使流入侧的冷却介质蓄积部19f比出口侧的冷却介质蓄积部19g更大。通过这样的结构,能够高效地对辅助设备用功率模块350进行冷却。
图18是在图17的虚线B所示的面上从C方向观看电力转换装置200的情况的截面图。设置在模块外壳304上的凸缘304B,被按压在流路形成体12的流路的开口,通过将模块外壳304按压在流路形成体12上,能够提高流路19的气密性。为了提高功率模块300的冷却效率,需要使流路19内的冷却介质在形成了散热片305的区域中流过。模块外壳304为了确保薄壁部304A的空间,在模块外壳304的下部没有形成散热片305。于是,下盖420形成为使得模块外壳304的下部与形成在该下盖420上的凹部430嵌合。由此,能够防止冷却介质流入没有形成散热片的空间。
图20(a)是第二实施方式的模块外壳370的立体图。图20(b)是从图20(a)的截面A观看的模块外壳370的截面图。与上述实施方式(图8(b))标注相同附图标记的结构,具有与上述实施方式的结构同样的功能。
薄壁部304A包围着第一散热体307A形成,并且形成为与第一散热体307A、凸缘部304B和框体308相比非常薄。因此仅有薄壁部304A能够局部地发生弹性变形。另一方面,包围着第二散热体307B形成的固定部件311,形成为比薄壁部304A厚。其中,薄壁部304A起到连接第一散热体307A与框体308的中间部件的作用,固定部件311起到连接第二散热体307B与框体308的中间部件的作用。此外,固定部件311形成为与第二散热体307B的内壁面成为相同的面。
图21(a)和(b)是表示将模块一次密封体302插入模块外壳370的工序的工序图。内壁间距离312形成为比图8(a)所示的模块一次密封体302的厚度303小。
图21(a)所示的工序是与图9(a)同样的工序。不过,在夹具 902的作用下,仅薄壁部304A发生弹性变形,固定部件311不变形。然后,如图21(b)所示,将夹具900和夹具902从模块外壳304内拔出,用于使薄壁部304A弹性变形的加压力被解除。此时,弹性变形的薄壁部304A中,要恢复为模块外壳304的内壁间距离309的弹性力作用,模块一次密封体302被形成第一散热体307A和第二散热体307B的冷却体支承和固定。模块一次密封体302被来自上表面一侧的薄壁部304A的弹性力和保持该弹性力的固定部件311支承和固定。
使功率模块300的信号端子325U和325L与驱动电路基板22连接的情况下,模块一次密封体302与模块外壳370的定位变得重要,为了提高生产效率,要求高精度地组装模块一次密封体302与模块外壳370。于是,通过使用如本实施方式所述的模块外壳370,由第一散热体307A和第二散热体307B的位移(变位)而带来的吸收尺寸误差的效果减半。但是,通过以固定部件311和第二散热体307B具有的接地面作为基准面,能够提高位置精度地将模块一次密封体302安装在模块外壳370上。
其中,本实施方式中,表示了薄壁部304A弹性变形的例子。但是,也可以设定模块外壳304的内壁间距离309和薄壁部304A的厚度,使得在将模块一次密封体302插入模块外壳304的情况下,薄壁部304A发生塑性变形。此外,使薄壁部304A塑性变形的情况下,优选通过使绝缘膜333具有接合性,而提高模块外壳304与模块一次密封体302的接合力。
图22(a)是第三实施方式的模块外壳371的立体图。图22(b)是从图22(a)的截面A观看的模块外壳371的截面图。图23(a)至(d)是表示将模块一次密封体302插入模块外壳371的工序的工序图。与上述实施方式(图20)标注相同附图标记的结构,具有与上述实施方式的结构同样的功能。
在被薄壁部304A包围的第一散热体307A上,形成有凹部313和314。如图23(a)所示,该凹部313和314中插入夹具903、904。该夹具903、904产生向上方的拉伸力,以使薄壁部304A弹性变形并且撑起第一散热体307A。然后,如图23(b)至(d)所示,进行用 于插入模块一次密封体302、将该模块一次密封体302支承和固定在模块外壳371上的工序。
由此,不需要使用如第一和第二实施方式中使用的夹具900和902,所以有助于提高生产效率和削减成本。此外,第一和第二实施方式中,在扩张时将夹具插入外壳中的情况下,需要设置夹具插入部分的空间。但是,本实施方式中,通过在模块外壳371的外部表面一侧设置凹部313和314,不需要在模块外壳371的内部设置用于插入夹具900和902的空间,所以能够使模块外壳371小型化。
其中,凹部314与凹部313在第一散热体307A上形成在对角线上。由此,拉伸第一散热体307A的力均衡地传递,能够提高模块外壳371与模块一次密封体302的平行度。
此外,本实施方式中薄壁部304A仅在第一散热体307A上形成,但也能够应用于在第一散热体307A和第二散热体307B双方上形成薄壁部304A的情况。即,凹部313和314在第一散热体307A和第二散热体307B双方上形成。
图24(a)是第四实施方式的模块外壳372的立体图。图24(b)是从箭头B方向观看的表示模块外壳372的内部的图。图24(c)是从图24(a)的截面A观看的模块外壳371的截面图。
第二和第三实施方式的模块外壳的结构,对于厚度方向的定位是有效的。但是,模块一次密封体302与驱动电路基板22的连接位置,需要进行模块密封体302的厚度方向和与该厚度方向成直角的方向的定位。
于是,如图24(c)所示,在模块外壳372的内壁上形成第一突起部334和第二突起部335。例如第一突起部334和第二突起部335形成在第二散热体307B的模块外壳372的内壁一侧。第一突起部334和第二突起部335,以其间的距离336与模块密封体302的宽度337大致相同的方式形成。此处,距离336与宽度337大致相同,指的是能够将模块密封体302插入第一突起部334和第二突起部335、并且能够使模块密封体302滑动的大小。由此,能够提高模块密封体302的定位的精度,有助于提高生产效率。
此外,在第一突起部334和第二突起部335的端部形成有槽338。 该槽338具有对用于将第二散热体307B向上方推的夹具加以定位的功能。由此,能够期待生产效率进一步提高。
图25(a)是第五实施方式的模块一次密封体380的立体图。图25(b)是通过图25(a)的虚线A的模块一次密封体380的截面图。此外,图26(a)是第五实施方式的模块外壳374的立体图。图26(b)是从图26(a)的截面A观看的模块外壳374的截面图。与上述实施方式(图8(b))标注了相同附图标记的结构,具有与上述实施方式的结构同样的功能。
模块一次密封体380中,在与交流端子321突出的一侧的边相反一侧的端边上,设置第一突出部339和第二突出部340。第一突出部339和第二突出部340构成第一密封树脂348的一部分。此外,第一突出部339和第二突出部340的角342呈具有平滑的R的形状。由此,在与后述的模块外壳374接触时,第一突出部339和第二突出部340的角342不容易出现缺口,防止模块一次密封体380的散热面343的热传导降低。第一突出部339和第二突出部340形成为,第一突出部339的顶点与第二突出部340的顶点的距离341比图26(b)所示的内壁间距离344大。
此外,如图26(b)所示,在模块外壳374的内壁一侧,形成第一突出面345A。并进一步在模块外壳374的内壁一侧与第一突出面345A隔着空间形成第二突出面345B。第一突出面345A与第一散热体307A一体地形成,第二突出面345B与第二散热体307B一体地形成,所以维持较高的热传导性。
图27(a)至(c)是表示将模块一次密封体380插入模块外壳374的工序的工序图。
如图27(a)所示,将夹具902插入夹具900的空间901,并且对夹具902在加压方向B上加压,由此夹具900向位移方向C变形,利用夹具900使模块外壳374扩张。夹具902的加压力设定为,使得模块外壳374被扩张后的内壁间距离310大于第一突出部339的顶点与第二突出部340的顶点的距离341。
接着,如图27(b)所示,模块一次密封体380被插入模块外壳374内。在模块一次密封体380的两面,分别配置绝缘膜333。此处, 第一突出部339和第二突出部340,分别与第一突出面345A和第二突出面345B接触。由此,能够防止模块外壳374与绝缘膜333接触而导致该绝缘膜333的位置发生偏移。
接着,如图27(c)所示,将夹具900和夹具902从模块外壳374内拔出,解除用于使薄壁部304A弹性变形的加压力。此时,弹性变形的薄壁部304A中,要恢复模块外壳304的内壁间距离344的弹性力作用,模块一次密封体380被第一散热体307A和第二散热体307B支承和固定。
其中,本实施方式中,表示了如图27(a)所示使用夹具900和902的工序,但也能够省略该工序。即,第一突出部339和第二突出部340如图25(b)所示形成为前端较细。这样,使第一突出部339和第二突出部340分别与第一突出面345A和第二突出面345B抵接,将模块一次密封体380自身向插入模块外壳374内的方向按压,由此能够推起第一散热体307A和第二散热体307B。由此,不需要使用夹具900和902,有助于提高生产效率、降低成本。
此外,本实施方式的模块外壳374,也可以将包围第二散热体307B的薄壁部304A形成为第二实施方式中说明的固定部件311。该情况下,能够不设置第二突出部340,而仅用第一突出部339达成上述目的。
图28(a)是第六实施方式的模块一次密封体381的立体图。图28(b)是通过图28(a)的虚线A的模块一次密封体381的截面图。此外,图29(a)是第六实施方式的模块外壳375的立体图。图29(b)是模块外壳375的从翅片305的形成面观看的正视图。图29(c)是从图29(a)的截面A观看的模块外壳375的截面图。与上述实施方式(图25和图26)标注了相同附图标记的结构,具有与上述实施方式的结构同样的功能。
如图28(a)和(b)所示,模块一次密封体381中,在一方的面上形成第一凹部346A,并且在另一方的面上形成第二凹部346B。第一凹部346A和第二凹部346B,通过使模块一次密封体381的端边的第一密封树脂348隆起而形成。该第一密封树脂348隆起的部分是凸部364。凸部364中,以角不会被切削的方式,平滑地形成该角。在 第一凹部346A的底部,露出了导体板318的露出面318A和导体板319的露出面319A。另一方面,如图28(b)所示,在第二凹部346B的底部,露出了导体板315的露出面315B和导体板316的露出面316B。
如图28(a)所示,在从导体板318的与露出面318A垂直的方向投影的情况下,第一凹部346A形成为第一边347的长度比第二边349的长度长。其中,第一边347是第一凹部346A的投影部中接近交流端子321一侧的边,第二边349是与该第一边347相对的边。即,第一凹部346A的投影部成为如图28(a)所示的梯形的形状。第二凹部346B也成同样的结构。
此外,如图28(b)所示,露出面315B和露出面316B被一片绝缘膜333覆盖。露出面318A和露出面319A被一片绝缘膜333覆盖。其中,绝缘膜333为可以收纳在第一凹部346A的底部或第二凹部346B的底部的形状。例如,使其成为与第一凹部346A和第二凹部346B同样的梯形形状,覆盖导体板的露出部,所以能够不在后述的模块外壳375内部设置会产生电弧放电的空隙。
如图29(a)和(b)所示,本实施方式的模块外壳375形成为,接近插入口306一侧的边的长度比形成该模块外壳375的底面的边的长度长。此外,如图29(b)所示,从翅片305的形成面一侧观看的情况下,第一散热板307A和第二散热板307B成为与模块一次密封体381的第一凹部346A和第二凹部346B同样的形状。即,第一散热板307A以接近凸缘304B一侧的第一边352比接近模块外壳375的底面一侧的第二边353更长的方式形成。第二散热板307B也呈同样的形状。此外,如图29(c)所示,模块外壳375构成为内壁间距离344比图28(b)所示的凸部364的高度更小。
图30(a)至(d)是表示将模块一次密封体381插入模块外壳375的工序的工序图。图30(b)是通过图30(a)的虚线A的截面图。图30(d)是通过图30(c)的虚线A的截面图。
如图30(a)和(b)所示,通过将模块一次密封体381插入模块外壳375,而利用凸部364使第一散热体307A与第二散热体307B之间扩张。第一散热体307A与第二散热体307B之间的距离,与凸部 364的高度大致相同。在模块一次密封体381的两面,分别配置绝缘膜333。此处,凸部364与第一突出面345A和第二突出面345B接触。由此,能够防止模块外壳375与绝缘膜333接触而导致该绝缘膜333的位置发生偏移。
此外,如图30(a)和(b)所示,凸部364的第二边353,在与第一散热体307A的第一边352接触的状态下,被插入模块外壳375内。由此,第一散热体307A相对于模块一次密封体381被平行地撑起。由此,在将模块一次密封体381插入模块外壳375的途中,能够防止模块外壳375的第一突出面345A与模块一次密封体381的第一凹部346A接触。此外,能够防止因包围第一散热体307A的薄壁部304A局部变形而导致应力集中,发生薄壁部304A破裂等破坏。对于第二散热体307B也是同样的结构且起到同样的作用效果。
然后,如图30(c)和(d)所示,模块外壳375的第一突出面345A与模块一次密封体381的第一凹部346A嵌合。图30(c)和(d)所示的第一突出面345A与第二突出面345B的距离,和第一凹部346A的底面与第二凹部346B的底面的距离大致相同。由此,第一突出面345A与第二凹部346A接近并且热连接,提高半导体元件的散热性。
通过使用本实施方式的功率模块,能够减少用于制造的夹具,能够提高生产效率。此外,也能够提高信号端子325U等的端子的定位精度。
另外,以上说明的第一至第六实施方式的模块外壳370至375的翅片305是针状翅片。但是,该翅片305也能够使用直线型的翅片。通过使用直线型的翅片,第一散热体307A和第二散热体307B的刚性增加。由此,能够提高本实施方式中使第一散热体307A和第二散热体307B扩张、插入模块一次密封体的情况下的制造工序的可靠性。
以上说明了各种实施方式和变形例,但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内可以想到的其他方式也包括在本发明的范围内。
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日本专利申请2010年第100468号(2010年4月26日递交) 。
Claims (13)
1.一种功率模块,其特征在于,包括:
密封体,包括具有多个电极面的半导体元件、与所述半导体元件的一方的所述电极面通过软钎焊连接的第一导体板、用于密封所述半导体元件和所述第一导体板的密封材料,至少具有第一面和与所述第一面相反的一侧的第二面;和
用于收纳所述密封体的外壳,其中,
所述外壳由与所述密封体的所述第一面相对的第一散热板、与所述密封体的所述第二面相对的第二散热板和连接所述第一散热板与所述第二散热板的中间部件构成,
在所述中间部件,具有形成为厚度小于所述第一散热板的厚度、比所述第一散热板更易于弹性变形、并且包围所述第一散热板的第一薄壁部,
所述密封体利用所述第一薄壁部产生的弹性力通过所述第一散热板被按压在所述第二散热板上而被固定。
2.如权利要求1所述的功率模块,其特征在于:
与所述密封体的所述第一面相对的所述第一散热板的面,形成为与所述第一薄壁部的所述外壳内部一侧的面为同一面。
3.如权利要求1所述的功率模块,其特征在于:
在所述第一散热板和所述第二散热板上形成有针状翅片。
4.如权利要求1所述的功率模块,其特征在于:
在所述第一散热板和所述第二散热板上形成有直线型的翅片。
5.如权利要求1所述的功率模块,其特征在于:
在所述中间部件,具有形成为厚度小于所述第二散热板的厚度、比所述第二散热板更易于弹性变形、并且包围所述第二散热板的第二薄壁部,
所述密封体利用所述第一薄壁部产生的弹性力通过所述第一散热板被按压在所述第二散热板上,并且利用所述第二薄壁部产生的弹性力通过所述第二散热板被按压在所述第二散热板上而被固定。
6.如权利要求1所述的功率模块,其特征在于:
在所述中间部件形成有保持部,其形成为厚度大于所述第一薄壁部的厚度、包围所述第二散热板,并且具有即使受到通过所述第一散热板和所述密封体产生的所述第一薄壁部的弹性力也不变形的刚性。
7.如权利要求6所述的功率模块,其特征在于:
在配置了所述第二散热板一侧的所述外壳的内壁,形成有与所述密封体的侧部接触的第一突起部。
8.如权利要求1所述的功率模块,其特征在于:
所述密封体,
包括与所述半导体元件的另一方的所述电极面通过软钎焊连接的第二导体板,
在该密封体的所述第一面上形成有第一凹部,使所述第一导体板露出于该第一凹部的底部,并且在该密封体的所述第二面上形成有第二凹部,使所述第二导体板露出于该第二凹部的底部,
所述第一散热板与所述第一凹部嵌合,并且所述第二散热板与所述第一凹部嵌合。
9.如权利要求8所述的功率模块,其特征在于,包括:
第一绝缘膜,与所述第一导体板的露出面相对,并且被收纳在所述第一凹部内;和
第二绝缘膜,与所述第二导体板的露出面相对,并且被收纳在所述第二凹部内。
10.如权利要求8所述的功率模块,其特征在于:
在所述外壳,形成有用于插入所述密封体的开口部,
在从与所述半导体元件的电极面垂直的方向投影的情况下,
所述第一凹部形成为该第一凹部中投影部接近所述外壳的所述开口部一侧的第一边的长度比与该第一边相对的第二边的长度长,
所述第一散热板形成为该第一散热板的投影部与所述第一凹部的投影部重合。
11.如权利要求10所述的功率模块,其特征在于:
所述第一散热板形成为该第一散热板中投影部接近所述外壳的所述开口部一侧的第一边的长度比与该第一边相对的第二边的长度长。
12.一种功率模块的制造方法,其特征在于:
所述功率模块包括:
密封体,包括半导体元件、与所述半导体元件的电极面通过软钎焊连接的导体板、用于密封所述半导体元件和所述导体板的密封材料,至少具有第一面和与所述第一面相反的一侧的第二面;和
外壳,包括与所述密封体的所述第一面相对的第一散热板、与所述密封体的所述第二面相对的第二散热板、连接所述第一散热板与所述第二散热板并且形成用于插入所述密封体的开口的中间部件,
在将所述第一散热板的相对面与所述第二散热板的相对面的距离定义为D,并且将所述密封体的厚度定义为T的情况下,
所述制造方法包括:
第一步骤,对于形成为所述D小于所述T的所述外壳,使该外壳的所述中间部件的一部分弹性变形,以使得所述D成为大于所述T的D1;
第二步骤,从所述外壳的开口插入所述密封体;和
第三步骤,解除所述第一步骤中用于使所述中间部件的一部分弹性变形的加压力以使得所述D从所述D1接近所述T。
13.一种功率模块的制造方法,其特征在于:
所述功率模块包括:
密封体,包括半导体元件,与所述半导体元件的电极面通过软钎焊连接的导体板,和用于密封所述半导体元件和所述导体板、并且在一方的面上形成第一凹部、在与一方的面相反一侧的另一方的面上形成第二凹部的密封材料,至少具有第一面和与所述第一面相反的一侧的第二面;和
外壳,包括与所述密封体的所述第一面相对并且与所述第一凹部嵌合的第一散热板、与所述密封体的所述第二面相对并且与所述第二凹部嵌合的第二散热板、连接所述第一散热板与所述第二散热板并且形成用于插入所述密封体的开口的中间部件,
将所述第一散热板的相对面与所述第二散热板的相对面的距离定义为D,并且将所述密封体的所述第一凹部的底部与所述第二凹部的底部的距离定义为T1,将所述密封体的厚度定义为T2的情况下,
所述制造方法包括:
第一步骤,对于形成为所述D小于所述T1的所述外壳,通过从所述外壳的开口插入的所述密封体的推压力,使该外壳的所述中间部件的一部分弹性变形,以使得所述D成为大于所述T2的D1;和
第二步骤,使所述第一散热板与所述密封体的所述第一凹部嵌合,并且使所述第二散热板与所述密封体的所述第二凹部嵌合。
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