CN103023279B - 半导体控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体控制装置，该半导体控制装置设有：多个半导体模块，所述多个半导体模块均具有冷却构件和半导体元件；安装有控制元件的电路板，所述控制元件控制所述多个半导体模块；和壳体，所述多个半导体模块和所述电路板分别安装在所述壳体中。所述壳体设有形成该壳体内的内部空间的筒状侧壁，并且在所述壳体的两端上，对应地形成彼此相对的第一开口和第二开口。所述多个半导体模块包括第一半导体模块和第二半导体模块，所述第一半导体模块在所述第一开口侧安装在所述侧壁上，所述第二半导体模块所述第二开口侧安装在所述侧壁上。所述电路板在所述内部空间中定位在所述第一半导体模块和所述第二半导体模块之间。

Description

半导体控制装置
技术领域
本发明涉及一种半导体控制装置，更具体地，涉及一种电力电子单元，该电力电子单元具有半导体模块并控制向电动马达的驱动电力供应，所述半导体模块具有安装在冷却构件上的半导体元件。
背景技术
近年来，设有作为其驱动力源的电动马达的电动车辆正变得普及。电动车辆设有诸如PEU(电力电子单元)的半导体控制装置，该半导体控制装置将从电池供应的直流电转化为交流电，并且控制向电动马达的电力供应，而且还根据需要进行控制，使得由再生机构生成的交流电被转化为直流电，并且在例如制动时在电池中储存电力。
电力电子单元设有功率模块，该功率模块将从电池供应的直流电转化为交流电，并且还根据需要将由再生机构生成的交流电转化为直流电。由于这样的功率模块常常使用多个，因此在将多个功率模块定位成彼此相对地靠近时，将多个功率模块彼此电连接的电线以及将多个功率模块与其它组成构件和外部装置电连接的电线在功率模块附近被布线。而且，功率模块借助结合多个开关元件来转化电力，因此它们常常设有多个电路板，这些电路板或者操作多个开关元件或者控制多个开关元件的操作。此外，在功率模块中，由于使用相对高的电流，因此常常结合作为开关元件的诸如功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管)的功率半导体元件。由于这样的功率半导体元件的操作伴随有产生大量的热，因此在功率模块上安装散热器，以便确保散热路径。
日本专利申请特开公报No.2009-159704涉及一种功率驱动单元，并且公开了设有散热器以及以交错的形状布置在散热器上的多个功率模块的构造。在该功率驱动单元中，当控制向电动马达的三相交流电供应时，结合了总计六个功率模块，即，三个功率模块作为用于连接到电池的正端子的高侧开关元件，三个功率模块作为用于连接到电池的负端子的低侧开关元件。
日本专利申请特开公报No.2000-92888涉及一种马达控制装置，并且公开了这样一种构造，其中，控制马达所施加的电压(电流)的主印刷电路板经由转换端子布置和端子位置的转换接线板连接到结合有多个功率系统元件的功率模块，同时主印刷电路板经由间隔件附接到散热器，在散热器上附接有功率模块。
发明内容
然而，根据本发明人的研究，按照日本专利申请特开公报No.2009-159704中公开的构造，虽然将多个功率模块以交错的形状布置在散热器上而有效地使用了散热器上方的区域，但定位在散热器上的多个功率模块必须适当地离开相邻模块以防止干扰，并且因而往往在每个相邻功率模块之间需要一定的空间。结果，功率驱动单元的构造在平面方向上展开，从而在减小针对其宽度和深度的尺寸方面造成困难。这些组成构件必须单独地附接到散热器或壳体，因而这些组成构件的附接往往会导致组装功率驱动单元所需步骤数量的增加。
根据本发明人的进一步研究，在半导体控制装置中，安装了各种电路板，例如，在控制半导体开关元件的开关操作中使用的控制电路板。然而，优选的是，这些电路板中的一些进一步远离热源和高电流路径放置。就这一点而言，虽然日本专利申请特开公报No.2009-159704公开了多个功率模块以交错的形状布置在散热器上的构造，但不存在用于使这些电路板离开热源和高电流路径的具体构造的教导。
根据本发明人的进一步研究，当组装半导体控制装置时，如果诸如电池、电容器和将电容器与外部装置连接到半导体开关元件的连接导体之类的组成构件在制造另一组成构件时预先精确地定位和附接到另一个单个的坚固组成构件，则是优选的，因为组装整个装置所需的步骤数大大减少。就这一点而言，虽然日本专利申请特开公报No.2009-159704公开了多个功率模块以交错的形状布置在散热器上的构造，同时连接对应功率模块的母线在功率模块之间的空间内布线，并且在功率模块之间的剩余空间中布置电容器，但不存在通过将组成构件在制造时预先精密地定位和附接到另一个单个的坚固组成构件而减少组装整个装置所需步骤数的具体构造的教导。
根据本发明人的研究，虽然日本专利申请特开公报No.2000-92888公开了将主印刷电路板经由转换端子布置和端子位置的转换接线板连接到功率模块的构造，并且在使用具有不同形式的多个功率模块时被设计成共用主印刷电路板，但需要将转换接线板上的连接器与主印刷电路板连接。也就是说，在这样的构造中，这些元件的定位仅需要通过将转换接线板上的连接器相对于主印刷电路板视觉定位来进行，因此在将转换接线板连接到主印刷电路板的过程中使组装复杂化。
根据本发明人的进一步研究，在电力电子单元中常常安装有多个电路板以操作或控制多个开关元件的操作。在这种情况下，优选的是这些电路板的定位不仅仅依赖于视觉定位，并且使用高度精确定位的定位销，以便将电路板相对于彼此精确定位。就这一点而言，虽然日本专利申请特开公报No.2000-92888公开了将主印刷电路板经由改变端子布置和端子位置的转换接线板连接到功率模块的构造，但不存在使用高度精确地定位的定位销以使多个电路板相对于彼此精确定位的具体构造的教导。
鉴于上述研究实现了本发明，并且本发明的目的是提供一种半导体控制装置，该半导体控制装置通过有效地使用允许布置在壳体中的内部空间，因减小了整个装置在宽度和深度方面的尺寸而能够减小尺寸，同时改善由热源产生的热的发散，使需要离开热源和高电流路径的电路板可靠地离开这样的元件。
本发明的另一个目的是提供一种半导体控制装置，该半导体控制装置能够提高定位销自身的定位精度，而不使多个电路板的构造复杂化，同时也能够通过有效地使用这样的高度精确定位的定位销而使多个电路板相对于彼此精确地定位。
本发明的又一个目的是提供一种半导体控制装置，在该半导体控制装置中，各种组成构件附接到在制造时预先精确地定位和固定的另一个单个的坚固组成构件，并且能够减少整个装置的组装步骤数。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种半导体控制装置，该半导体控制装置包括：多个半导体模块，所述多个半导体模块均具有冷却构件和半导体元件；安装有控制元件的电路板，所述控制元件控制所述多个半导体模块；和壳体，所述多个半导体模块和所述电路板分别安装在所述壳体中。在该方面，所述壳体设有形成该壳体内的内部空间的筒状侧壁，并且在所述侧壁的两端上，与所述两端对应地连通地形成彼此相对的第一开口和第二开口，由此，所述壳体的所述内部空间通过所述第一开口和所述第二开口而向外部敞开。所述多个半导体模块包括第一半导体模块和第二半导体模块，所述第一半导体模块在所述第一开口侧安装在所述侧壁上，所述第二半导体模块在所述第二开口侧安装在所述侧壁上。所述电路板在所述内部空间中定位在所述第一半导体模块和所述第二半导体模块之间。
在本发明的第二方面，除了第一方面之外，所述第一半导体模块安装有位于第一冷却构件的一个表面上的第一半导体元件，并且所述第二半导体模块在第二冷却构件的一个表面上安装有第二半导体元件，所述第二冷却构件的所述一个表面与所述第一冷却构件的所述一个表面相对。而且，所述电路板为用所述控制元件实施的控制电路板，所述控制元件控制所述第一半导体元件和所述第二半导体元件各自的开关操作。
在本发明的第三方面，除了第二方面之外，所述半导体控制装置还包括：用于所述第一半导体元件和所述第二半导体元件的输入侧连接导体；和用于所述第一半导体元件和所述第二半导体元件的输出侧连接导体。在该方面，所述内部空间具有间隙部，所述间隙部不位于所述内部空间中的被所述第一半导体模块、所术第二半导体模块和所述控制电路板占用的已占用区域内。所述输入侧连接导体和所述输出侧连接导体分别沿着所述间隙部形成且穿透侧壁而延伸到所述壳体的外部。
在本发明的第四方面，除了第二方面或第三方面之外，所述第一半导体模块以使得所述第一半导体元件穿过所述第一开口定位在所述内部空间内的状态安装在所述壳体中，并且通过将所述第一冷却构件的另一表面暴露到所述壳体的外部而使所述第一开口由所述第一冷却构件封闭。所述第二半导体模块以使得所述第二半导体元件穿过所述第二开口定位在所述内部空间内的状态安装在所述壳体中，并且通过将所述第二冷却构件的另一表面暴露到所述壳体的外部而使所述第二开口由所述第二冷却构件封闭。
在本发明的第五方面，除了第二方面至第四方面中的任一方面之外，所述第一半导体元件和所述第二半导体元件分别具有能够实现高侧开关功能和低侧开关功能的相同的构造。所述第一冷却构件和所述第二冷却构件具有相同构造，即：所述第一冷却构件和所述第二冷却构件由相同类型的材料制成并且提供彼此相同的形状。
在本发明的第六方面，除了第一方面至第五方面中的任一方面之外，所述第一半导体模块除了所述半导体元件之外还包括操作所述半导体元件的驱动电路板以及供附接所述半导体元件和所述驱动电路板的框架；而所述第二半导体模块除了所述半导体元件之外还包括操作所述半导体元件的驱动电路板以及供附接所述半导体元件和所述驱动电路板的框架。所述电路板为控制电路板，所述控制电路板控制所述第一半导体模块的所述半导体元件和所述第二半导体模块的所述半导体元件各自的操作。所述框架包括多个定位销，所述多个定位销插入并定位所述第一半导体模块的所述驱动电路板、所述第二半导体模块的所述驱动电路板以及所述控制电路板。
在本发明的第七方面，除了第六方面之外，所述第一半导体模块和所述第二半导体模块定位成彼此相对。
在本发明的第八方面，除了第六方面或第七方面之外，所述多个定位销包括设置成对应于所述框架的对角相对的角部的定位销。
在本发明的第九方面，除了第六方面至第八方面中的任一方面之外，所述多个定位销包括对应于所述控制电路板的四个角部且穿过所述四个角部插入的定位销。
在本发明的第十方面，除了第一方面至第九方面中的任一方面之外，所述半导体控制装置还包括：电容器，所述电容器电连接到所述第一半导体模块的所述半导体元件和所述第二半导体模块的所述半导体元件；树脂壳体，所述第一半导体模块、所述第二半导体模块和所述电容器分别安装在所述树脂壳体中；输入侧连接导体，所述输入侧连接导体电连接所述半导体元件的输入端子和所述电容器的连接端子；和输出侧连接导体，所述输出侧连接导体电连接外端子和所述半导体元件的输出端子。在该方面，所述输入侧连接导体和所述输出侧连接导体均与所述壳体一体地形成并固定到所述壳体。
在本发明的第十一方面，除了第十方面之外，所述电容器与所述壳体一体地形成并固定到所述壳体。
在本发明的第十二方面，除了第十方面或第十一方面之外，所述半导体控制装置还包括：电路板，所述电路板与所述半导体元件相关；和连接器，所述连接器电连接到所述电路板。在该方面，所述连接器与所述壳体一体地形成并固定到所述壳体。
在本发明的第十三方面，除了第十方面至第十二方面中的任一方面之外，所述输入侧连接导体和所述输出侧连接导体均为块体结构。
在根据本发明的第一方面的半导体控制装置中，对于其中安装有均具有冷却构件和半导体元件的多个半导体模块以及用控制所述多个半导体模块的控制装置实施的电路板的壳体来说，该壳体设有形成该壳体内的内部空间的筒状侧壁，并且在所述侧壁的两端上，形成彼此相对的第一开口和第二开口，并且所述多个半导体模块包括第一半导体模块和第二半导体模块，所述第一半导体模块在所述第一开口侧安装在所述侧壁上，所述第二半导体模块在所述第二开口侧安装在所述侧壁上，同时所述电路板通过定位在所述内部空间中的所述第一半导体模块和所述第二半导体模块之间而有效地使用了允许布置在所述壳体中的内部空间，从而通过减小其在宽度和深度方面的尺寸而减小整个装置的尺寸，而且改善了由热源产生的热的发散，同时使需要离开热源和高电流路径的电路板可靠地离开这样的元件。
在根据本发明的第二方面的半导体控制装置中，第一半导体模块在第一冷却构件的一个表面上安装有第一半导体元件，并且第二半导体模块在第二冷却构件的一个表面上安装有第二半导体元件，所述第二冷却构件的所述一个表面与所述第一冷却构件的所述一个表面相对，同时作为用控制第一半导体元件和第二半导体元件中各自的开关操作的控制装置实施的控制电路板，该电路板有效地使用了壳体的内部空间，从而实现整个装置的尺寸减小，以及整个装置的散热改善，同时使控制电路板可靠地离开热源和高电流路径。
在根据本发明的第三方面的半导体控制装置中，半导体控制装置还包括对应于第一半导体元件和第二半导体元件的输入侧连接导体以及对应于第一半导体元件和第二半导体元件的输出侧连接导体，并且内部空间具有间隙部，该间隙部不位于内部空间中的被第一半导体模块、第二半导体模块和控制电路板占用的已占用区域内，而且输入侧连接导体和输出侧连接导体中的每一方均分别沿着间隙部形成且穿透侧壁而延伸到壳体外部，因而可以确保壳体的内部空间中的间隙部，并可以有效地使用间隙部来实现整个装置的尺寸减小，以及整个装置的散热改善，同时使控制电路板可靠地离开热源和高电流路径。
在根据本发明的第四方面的半导体控制装置中，由于第一半导体模块以使得第一半导体元件穿过第一开口定位在内部空间内的方式安装在壳体中，并且通过将第一冷却构件的另一表面暴露到壳体外部而使第一开口由第一冷却构件封闭；而且第二半导体模块以使得第二半导体元件穿过第二开口定位在内部空间内的方式安装在壳体中，并且通过将第二冷却构件的另一表面暴露到壳体外部而使第二开口由第二冷却构件封闭，因此可以用简单的构造可靠地密封壳体的内侧。
在根据本发明的第五方面的半导体控制装置中，由于第一半导体元件和第二半导体元件分别具有能够实现高侧开关功能和低侧开关功能的相同构造，并且第一冷却构件和第二冷却构件具有相同构造，即：所述第一冷却构件和所述第二冷却构件由相同类型的材料制成并提供彼此相同的形状，因此，通过使第一半导体模块和第二半导体模块在组装过程中可互换，能够简化组装，并且实现组成构件的类型的减少。
在根据本发明的第六方面的半导体控制装置中，通过在供附接半导体元件和被构造成操作半导体元件的驱动电路板的框架上布置多个定位销，其中多个定位销插入并定位驱动电路板和控制半导体元件操作的控制电路板，可以改善每个定位销自身的定位精度，而不使多个电路板的构造复杂化；并且通过有效地使用这样的高度精确地定位的定位销，驱动电路板和控制电路板能够相对于彼此精确地定位。
在根据本发明的第七方面的半导体控制装置中，由于半导体模块由第一半导体模块和对应于第一半导体模块的第二半导体模块构成，并且控制电路板定位在第一半导体模块和第二半导体模块之间，因此，允许布置在保持半导体元件、驱动电路板、控制电路板和框架的壳体中的内部空间能够被有效地使用，并且通过减小其宽度和深度方面的尺寸而实现整个装置的尺寸减小，且实现驱动电路板和控制电路板相对于彼此的精确定位，同时使需要离开热源和高电流路径的控制电路板可靠地离开这样的元件。
在根据本发明的第八方面的半导体控制装置中，由于多个定位销包括分别形成在框架的对角相对的角部上的多对定位销，因此，可以用简单的构造实现驱动电路板和控制电路板相对于彼此的更精确的定位。
在根据本发明的第九方面的半导体控制装置中，由于多个定位销包括分别穿过控制电路板的四个角部插入的定位销，因此可以用简单的构造实现驱动电路板和控制电路板相对于彼此的更精确的定位。
在根据本发明的第十方面的半导体控制装置中，半导体控制装置包括：半导体模块，该半导体模块包括半导体元件；电容器，该电容器电连接到半导体元件；树脂壳体，半导体模块和电容器安装在该树脂壳体中；输入侧连接导体，该输入侧连接导体电连接半导体元件的输入端子和电容器的连接端子；和输出侧连接导体，该输出侧连接导体电连接外端子和半导体元件的输出端子，并且输入侧连接导体和输出侧连接导体与壳体一体地形成且固定到壳体。因此，连接导体能够附接到作为另一个单个的坚固组成构件的壳体，因为连接导体在形成壳体之前被精确地定位和固定，从而能够减少整个装置的组装步骤数。
在根据本发明的第十一方面的半导体控制装置中，由于电容器与壳体一体地形成并固定到壳体，因此电容器能够附接到作为另一个单个的坚固组成构件的壳体，并因为电容器在形成壳体之前被精确定位和固定，从而能够减少整个装置的组装步骤数。
在根据本发明的第十二方面的半导体控制装置中，半导体控制装置还包括电连接到与半导体元件相关的电路板的连接器和该电路板，并且由于连接器与壳体一体地形成并固定到壳体，因此连接器能够附接到作为另一个单个的坚固组成构件的壳体，因为连接器在形成壳体之前被精确地定位和固定，从而可以减少整个装置的组装步骤数。
在根据本发明的第十三方面的半导体控制装置中，由于连接导体为块体结构，并且由于连接导体与壳体一体地形成以增强壳体，因此能够提高壳体的刚度。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施方式的电力电子单元的分解立体图，该电力电子单元处于其功率模块中的一个功率模块被组装的状态。
图2A是根据第一实施方式的电力电子单元在沿图1的箭头A的方向观察时的前视图；图2B是根据第一实施方式的电力电子单元在沿图1的箭头B的方向观察时的侧视图；图2C是根据第一实施方式的电力电子单元在沿图1的箭头C的方向观察时的后视图。
图3是示出根据第一实施方式的电力电子单元沿图2A和图2C的剖面线S3-S3剖切的详细放大剖面图，其中对于图3的每个紧固构件，为方便起见仅示出其头部。
图4是根据第一实施方式的电力电子单元的放大分解分解图，该电力电子单元处于两个功率模块均被组装的状态。
图5是根据本发明的第二实施方式的电力电子单元的放大分解立体图，该电力电子单元处于两个功率模块彼此相对且控制电路板位于这两个功率模块之间的状态。
图6是示出根据本发明的第三实施方式的电力电子单元的分解立体图，该电力电子单元处于其功率模块中的一个功率模块被组装的状态。
图7是根据第三实施方式的电力电子单元的详细放大剖面图，并且是位置与图3对应的图。
图8是根据第三实施方式的电力电子单元的放大剖面立体图，该电力电子单元处于其连接导体、电容器和连接器一体地形成在壳体中的状态。
具体实施方式
下面将根据需要参照附图并以电力电子单元为例详细地说明根据本发明的半导体控制装置的优选实施方式。在附图中，x轴、y轴和z轴形成三轴正交坐标系，其中z轴在垂直方向上延伸，并且x-y平面水平地延伸。
(第一实施例)
首先，参照图1至图4详细地描述根据本发明的第一实施方式的半导体控制装置。
[控制系统的构造]
首先，详细地说明应用作为根据本实施方式的半导体控制装置的电力电子单元的控制系统的构造。
作为根据本实施方式的半导体控制装置，图1至图4所示的电力电子单元1通常结合有图中未示出的电动马达和电池，并且结合到设有再生机构的电动车辆上，其中电动马达为驱动力源，电池为二次电池，再生机构在减速时产生再生电力。
在电动车辆中，电力电子单元1均单独地或者在总体控制电动马达、电池和再生机构的控制装置(未示出)的控制下能够控制从电池到电动马达的驱动电力的供应，并且能够控制从再生机构到电池的再生电力的供应。例如，当使用三相交流电作为电动马达的驱动电流时，电力电子单元1具有DC/AC转换器的功能，即，将从电池供应的直流电稳定地转换为由U相、V相和W相组成的三相交流电，并将该交流电供应给电动马达；并且该电力电子单元1具有AC/DC转换器的功能，即，将由再生机构产生的再生交流电稳定地转换为直流电，并将该直流电供应给电池。此外，根据需要，电力电子单元1可以仅具有DC/AC转换器功能，即，将从电池供应的直流电稳定地转换为交流电，并将该交流电供应给电动马达。
电动马达例如为利用三相交流电源工作的三相无刷电动马达，并且供应驱动电动车辆的驱动力。
电池为典型的镍金属氢化物型二次电池或锂离子型二次电池，并且在为电动马达和其它辅助装置供应所需电力时储存从再生机构产生的再生电力。
此外，电力电子单元1能应用于混合动力车辆或结合有燃料电池的燃料电池车辆，其中混合动力车辆除电动马达之外结合有诸如内燃机的发动机。在将电力电子单元1应用于混合动力车辆的情况下，电力电子单元1能够控制从电池到电动马达的驱动电力的供应，并且能够控制从再生机构到电池的再生电力的供应和从作为发动机的辅助装置的发电机到电池的发电电力的供应。此外，在将电力电子单元1应用于燃料电池车辆的情况下，电力电子单元1能够控制从燃料电池到电动马达的驱动电力的供应，并且能够控制从再生机构到电池的再生电力的供应。此外，在将电力电子单元1应用于电动车辆、混合动力车辆或燃料电池车辆中的任一种的情况中，根据需要，电力电子单元1能够例如在制动时控制从电动马达到电池的再生电力的供应。
[电力电子单元的总体构造]
接下来，以举例方式详细地说明在主要将来自电池的直流电转换为三相交流电并供给到电动马达的情况下电力电子单元1的总体构造，该电力电子单元1是根据本实施方式的半导体控制装置。
如图1至图4所示，电力电子单元1主要设有：第一半导体模块2，该第一半导体模块2带有具有开关功能的第一半导体元件23(U)、24(V)和25(W)，第一半导体元件23(U)、24(V)和25(W)在x轴方向上彼此相邻地定位，并且安装在作为第一冷却构件21的内侧表面的表面21A上；第二半导体模块3，该第二半导体模块3带有具有开关功能的第二半导体元件33(U)、34(V)和35(W)，第二半导体元件33(U)、34(V)和35(W)在x轴方向上彼此相邻地定位，并且安装在作为第二冷却构件31的内侧表面的表面31A上；壳体7，该壳体7具有在竖直方向上延伸且通常为长方筒状的侧壁71，同时形成由侧壁71围绕的内部空间S，壳体7具有在竖直方向上位于两端处的第一开口7H1和第二开口7H2，第一开口7H1和第二开口7H2在侧壁71上形成在彼此相对的两侧，并且使内部空间S向外部区域敞开；以及电路板55，该电路板55通常具有平坦的矩形形状，并且是安装有控制IC(集成电路)551的控制电路板，控制IC 551控制第一半导体元件23(U)至25(W)和第二半导体元件33(U)至35(W)的开关操作。这些组成构件在竖直方向上大致沿相同轴线分层。
在电力电子单元1中，第一半导体元件23(U)至25(W)容纳在壳体7中，从而穿过壳体7的第一开口7H1插入壳体7的内部空间S中，并且通过将第一冷却构件21的一侧的表面21A与壳体7的底端邻接，同时将作为第一冷却构件21的另一外侧表面的表面21B暴露到壳体7的外部，而在第一开口7H1由第一冷却构件21封闭的状态下将第一半导体模块2安装在壳体7中。
相似地，在电力电子单元1中，第二半导体元件33(U)至35(W)容纳在壳体7中，从而穿过壳体7的第二开口7H2插入壳体7的内部空间S中，并且通过将第二冷却构件31的一侧的表面31A与壳体7的上端邻接，同时将作为第二冷却构件31的另一外侧表面的表面31B暴露到壳体7的外部，而在第二开口7H2被第二冷却构件31封闭的状态下将第二半导体模块3安装在壳体7中。
通常为PCB(印刷电路板)的电路板55在电连接到每个印刷线路时，安装有除了控制IC 551之外的各种装置，例如电阻器装置(未示出)或位于正面(上侧表面)上的电容器，并且该电路板55还是这样的控制电路板，在该控制电路板上对应于总计三个突出部553的正面安装有总计三个电流传感器552。控制IC 551对第一半导体元件23(U)至25(W)和第二半导体元件33(U)至35(W)的开关操作进行控制。此外，电流传感器552中的每一个均为非接触式电流传感器，通常为具有霍尔元件的无芯电流传感器，并且对于U相交流电、V相交流电和W相交流电单独地检测所产生的对应磁场并将这些电流转换为电流信号。
在第一半导体模块2和第二半导体模块3之间位于壳体7的内部空间S内的该电路板55被安装在壳体7中而与水平面平行，使得电路板55的第一半导体元件23(U)至25(W)和第二半导体元件33(U)至35(W)中的每一个被适当地分离。
具体地，位于壳体7的第一开口7H1和第二开口7H2之间的电路板55在竖直方向上相对于第一冷却构件21和第二冷却构件31平行地定位和安装，使得电路板55的背面(下侧表面)与第一冷却构件21的一侧的表面21A相对，电路板55的正面与第二冷却构件31的一侧的表面31A相对。利用这样的构造，在有效地使用内部空间S的同时，电路板55被布置有距第一半导体元件23(U)至25(W)和第二半导体元件33(U)至35(W)的所需距离的适当间距。因此，电路板55、控制IC 551及其控制电流路径可以远离第一半导体元件23(U)至25(W)和第二半导体元件33(U)至35(W)本身以及在工作时流过相对高电流的电流路径，从而减小了过热和电磁波对例如电路板55的影响，并且提高了这些构件的耐久性。
当电路板55处于壳体的第一开口7H1和第二开口7H2之间的中点处，或者电路板55定位在第一半导体模块2和第二半导体模块3之间的中点处时，在适当地平衡电路板55距第一半导体元件23(U)至25(W)和第二半导体元件33(U)至35(W)的距离的情况下，电力电子单元1的整个构造能够变得更紧凑，并且是更优选的。
此外，电力电子单元1设有一个第一连接导体81(N)、一个第二连接导体82(P)和总计三个的第三连接导体83(U)、84(V)和85(W)，所有连接导体都安装在壳体7中。
第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)在向电动马达供电时，充当电源输入线(当电连接到电池时)，并且从电池供应电能。特别地，第一连接导体81(N)电连接到电池的负端子，并且第二连接导体82(P)电连接到电池的正端子。此外，当对电池充电时，第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)充当输出线。
当电连接到电动马达并为电动马达供电时，第三连接导体83(U)、84(V)和85(W)充当用于三相交流电的输出线。特别地，第三连接导体83(U)电连接到电动马达的U相驱动电流输入端子，第三连接导体84(V)电连接到电动马达的V相驱动电流输入端子，并且第三连接导体85(W)电连接到电动马达的W相驱动电流输入端子。此外，当从再生机构输入再生电力时，第三连接导体83(U)、84(V)和85(W)充当输入线。
此外，电力电子单元1设有总计两个电容器：第一电容器91和第二电容器92，这两个电容器安装在壳体7中且容纳在内部空间S中。第一电容器91具有连接端子911和912，并且第二电容器92具有连接端子921和922。也就是说，第一电容器91和第二电容器92具有包括其静电容量和形状在内的彼此相同的构造，不同的是连接端子921和922的布置位置以及连接端子911和912的布置位置在竖直方向上不同。
第一电容器91和第二电容器92均彼此并联地电连接在第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)之间，同时相对于第一半导体元件23(U)至25(W)和第二半导体元件33(U)至35(W)并联地电连接，并且在向电动马达供电时充当使来自电池的直流平滑的平滑电容器。此外，当对电池充电时，第一电容器91和第二电容器92充当使来自第一半导体元件23(U)至25(W)和第二半导体元件33(U)至35(W)的直流平滑的平滑电容器。此外，根据需要，第一电容器91和第二电容器92可以一体化，因此可以使用单个电容器，或者可以增加电容器的数量，因此可以使用三个或更多个电容器。
如上所述，利用电力电子单元1，其中在筒状壳体7的顶端和底端两者上首先彼此对应地安装有第一半导体模块2和第二半导体模块3，并且使用电路板55在壳体7的内部空间S中定位在第一半导体模块2和第二半导体模块3之间的分层结构，在通过有效使用内部空间S而使整个装置的构造变紧凑来减小尺寸的同时，通过确保散热路径位于壳体7的顶端和底端两者上而改善了整个装置的散热，减小了过热和电磁波对电路板55等的影响，并且提高了这些构件的耐久性。
下面详细地说明作为根据本发明的半导体控制装置的电力电子单元1的相应组成元件。
[与半导体模块有关的构造]
如图1至图4所示，第一半导体模块2设有第一冷却构件21、第一半导体元件23(U)、24(V)和25(W)，并且另外地设有框架41、压紧构件42和电路板51。
通常由铝合金制成且固定到壳体7的第一冷却构件21具有散热器的功能，即获取由第一半导体元件23(U)至25(W)的操作产生的热量并将该热量释放到外部；具有供安装第一半导体元件23(U)至25(W)的安装构件的功能；并且具有封闭壳体7的第一开口7H1的封盖的功能，同时是电力电子单元1的结构主体的一部分。
第一冷却构件21的一侧的表面21A被构造成高度无差别的平面，而在相对侧的另一侧的表面21B上，则以规则排列的形状布置有多个散热翅片215以用于提高散热效率。在第一冷却构件21上布置有用于各种附接的贯穿孔211和具有内螺纹的紧固孔，并且优选的是这些孔根据需要被塞子(未示出)封闭，以防止水和灰尘进入。第一冷却构件21在水平方向上的尺寸大于第一半导体模块2、第二半导体模块3和电路板55各自在水平方向上的尺寸。
第一半导体模块2的第一半导体元件23(U)具有在三相交流电中产生U相低电压侧交流电的低侧开关功能。该第一半导体元件23(U)设有：半导体芯片(未示出)；密封主体(未分配附图标记)，该密封主体是密封半导体芯片的封装件；第一功率输入端子231，该第一功率输入端子231为板状，以鸥翼(gull-wing)形状从密封主体的一端(在y轴正向上的一端)延伸；第一输出端子232，该第一输出端子232为板状，以鸥翼形状从密封主体的另一端(在y轴负向上的一端)延伸；以及连接引线(未分配附图标记)，该连接引线从密封主体的一端和另一端向上延伸。
对于半导体芯片，使用了功率半导体元件，例如具有高电压特性的绝缘栅双极晶体管(IGBT)或功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Power MOSFET)。对于密封主体，通常使用诸如环氧树脂密封主体之类的树脂密封主体。第一功率输入端子231的内侧在密封主体内电连接到半导体芯片的输入端子，并且第一功率输入端子231的外侧电连接到第一连接导体81(N)。第一输出端子232的内侧在密封主体内电连接到半导体芯片的输出端子，并且第一输出端子232的外侧电连接到第三连接导体83(U)。
对于第一半导体模块2，由于其它的第一半导体元件24(V)和第一半导体元件25(W)具有与第一半导体元件23(U)相同的构造，为方便起见，简化或省略了对相同构造的说明。特别地，对于第一半导体元件24(V)和第一半导体元件25(W)，使用与第一半导体元件23(U)相同类型的产品，通常为相同型号的产品，并且第一半导体元件23(U)至25(W)可互换。
也就是说，第一半导体元件24(V)具有在三相交流电中产生V相低电压侧交流电的低侧开关功能，并且类似于第一半导体元件23(U)，设有第一功率输入端子241、第一功率输出端子242等，这些端子对应地电连接到第一连接导体81(N)、第三连接导体84(V)等。此外，第一半导体元件25(W)具有在三相交流电中产生W相低电压侧交流电的低侧开关功能，并且类似于第一半导体元件23(U)，设有第一功率输入端子251、第一功率输出端子252等，这些端子对应地电连接到第一连接导体81(N)、第三连接导体85(W)等。此外，根据需要，第一半导体元件23(U)至25(W)可以一体化，因此可以使用单个半导体元件。
如图1、图3和图4具体地示出的，三个第一半导体元件23(U)至25(W)附接到框架41，并且在附接到框架41的这种状态下，安装在第一冷却构件21的一侧的表面21A上。框架41设有框架主体411以及在该框架主体411上直立布置的总计两个定位销412和413。此外，在图3中，由于定位销413位于观察侧的前面，因此用假想虚线示出。
在保持沿平行于水平面的x轴方向上相邻地布置的第一半导体元件23(U)至25(W)的定位的同时，框架主体411将第一功率输入端子231至251定位成彼此平行且沿x轴方向对齐，并且将第一输出端子232至252定位成通过彼此平行且沿x轴方向对齐而在相对侧处分别对应于第一功率输入端子231至251。对于框架主体411，通常使用注射成型的树脂框架主体。定位销412和413通常与框架主体411一体地形成并沿竖直方向延伸。此外，如果允许增加重量，则框架主体411和定位销412及413可由金属制成，并且如果允许复杂的构造，则这些元件可以分离。
如图1和图3中具体示出的，在框架41的框架主体411上固定和附接有压紧构件42。在将第一半导体元件23(U)至25(W)以适当压力压到框架主体411上的情况下，压紧构件42将第一半导体元件23(U)至25(W)夹在框架主体411和第一冷却构件21的一侧表面21A之间。压紧构件42使用诸如螺钉的紧固构件(未分配附图标记)固定在框架主体411上。压紧构件42通常由诸如不锈钢的金属材料制成，该材料具有弹性和诸如机械加工的优良可加工性。在压紧构件42上布置有横截面为U形的肋，用于例如在附接到框架主体411的部分和压紧第一半导体元件23(U)至25(W)的部分之间配设期望的弹簧常数。
如图1和图3中具体示出的，在第一半导体元件23(U)至25(W)与安装在第一冷却构件21的一侧表面21A上的绝缘片22接触的状态下，共用用于压紧构件42或电路板51的诸如螺钉的紧固构件(未分配附图标记)的框架41被固定在第一冷却构件21的一侧的表面21A上。在充当第一冷却构件21和第一半导体元件23(U)至25(W)之间的可靠电绝缘体的同时，绝缘片22具有导热性，能够将由第一半导体元件23(U)至25(W)的操作产生的热有效地传导至第一冷却构件21。对于绝缘片22，通常使用硅橡胶片材。
如图1、图3和图4中具体示出的，通常具有平坦矩形形状且位于壳体7的内部空间S内的电路板51在壳体7中安装在第一半导体元件23(U)至25(W)和电路板55之间。电路板51是用驱动IC 511实施的驱动电路板，驱动IC 511基于从电路板55的控制IC 551传递的用于控制第一半导体元件23(U)至25(W)的开关操作的控制信号驱动和操作第一半导体元件23(U)至25(W)的开关。此外，驱动IC 511可分成单独地驱动第一半导体元件23(U)至25(W)的多个驱动IC。
特别地，电路板51具有适合于框架41的定位销412和413的一对定位孔512，并且在通过将定位销412和413穿过对应的定位孔512插入而定位在框架41上的情况下，电路板51使用诸如螺钉的紧固构件(未分配附图标记)平行于水平面安装在框架41上。此时，电路板55的背面和电路板51的正面(上侧表面)彼此平行且相对。
通常为PCB的电路板51在电连接到每个印刷线路时除了驱动IC 511之外还安装有各种装置，例如电阻器装置(未示出)或位于正面上的电容器，并且具有连接引线(未分配附图标记)，该连接引线从接线板向上延伸且被赋予扭结(kink)的形状。电路板51将这些连接引线通过安装在电路板55的正面上的连接器(未示出)而电连接到电路板55，并且还电连接到第一半导体元件23(U)至25(W)的连接引线。也就是说，电路板51借助其连接引线接收从电路板55的控制IC 551传递的控制信号，并且通过借助第一半导体元件23(U)至25(W)的连接引线将驱动信号从基于控制信号操作的驱动IC 511传递到第一半导体元件23(U)至25(W)，来操作第一半导体元件23(U)至25(W)的开关。
同时，如图1至图4所示，与第一半导体模块2相比，虽然第二半导体模块3附接在高于第一半导体模块2的位置并以上下颠倒的方式附接，因此其用途不同于第一半导体模块2，但由于第二半导体模块3具有与第一半导体模块2相同的构造，因此为方便起见，简化或省略了对相同构造的说明。特别地，第二半导体模块3设有第二冷却构件31、第二半导体元件33(U)、34(V)和35(W)，并且还设有例如框架43、压紧构件44和电路板52。
也就是说，第二冷却构件31具有与第一冷却构件21相同的构造，并且类似于第一冷却构件21，其具有为平面的位于一侧的表面31A、布置有散热翅片315的位于另一侧的表面31B以及贯穿孔311。此外，虽然具有与第一半导体元件23(U)相同的构造，但第二半导体元件33(U)具有产生三相交流电之中的U相高电压侧交流电的高侧开关功能，并且类似于第一半导体元件23(U)，其设有对应地电连接到第二连接导体82(P)、第三连接导体83(U)等的第二功率输入端子331和第二功率输出端子332。此外，虽然具有与第二半导体元件33(U)相同的构造，但第二半导体元件34(V)具有产生V相高电压侧交流电的高侧开关功能，并且类似于第二半导体元件33(U)，其设有对应地电连接到第二连接导体82(P)、第三连接导体83(U)等的第二功率输入端子341和第二功率输出端子342。此外，虽然具有与第二半导体元件33(U)相同的构造，但第二半导体元件35(W)具有产生三相交流电中的W相高电压侧交流电的高侧开关功能，并且类似于第一半导体元件23(U)，其设有对应地电连接到第二连接导体82(P)、第三连接导体83(W)等的第二功率输入端子351和第二功率输出端子352。
框架43具有与框架41相同的构造，并且设有框架主体431和直立地布置在该框架主体431上的总计两个定位销432和433。此外，压紧构件44具有与压紧构件42相同的构造，并且固定和附接在框架43的框架主体431上。此外，具有与绝缘片22相同的构造的绝缘片32布置在第二冷却构件31的一侧的表面31A上。此外，具有与电路板51相同的构造的电路板52是用驱动IC 521实施的驱动电路板，并且布置有适合于框架43的定位销432和433的一对定位孔522，其中驱动IC 521驱动和操作第二半导体元件33(U)至35(W)的开关。
定位在电路板51和电路板52之间的电路板55具有总计四个定位孔555，这些定位孔555适合于框架41的定位销412和413以及框架43的定位销432和433。
也就是说，通过将定位销412、413、432和433穿过对应的定位孔555插入，而将电路板55抵靠框架41和43定位，并且与借助穿过定位孔512插入定位销412和413而定位在框架41上的电路板51以及借助穿过定位孔522插入定位销432和433而定位在框架43上的电路板52一起，使用诸如螺钉的紧固构件(未分配附图标记)安装在壳体7中。
此外，如上所述，在电力电子单元1中，通过将半导体模块构造成分为两个半导体模块，即，具有相同构造且可互换的第一半导体模块2和第二半导体模块3，并且通过将这些模块彼此相对地定位在壳体7的顶端和底端上，简化了组装，并且减少了组成构件的类型。
[与壳体有关的构造]
如图1至图4所示，壳体7通常一体地形成且由诸如PPS(聚苯硫醚)树脂之类的树脂制成。也就是说，壳体7的在竖直方向上延伸的侧壁71通常作为一体形成的长方形筒状件获得，并且在其内部形成内部空间S的情况下，在侧壁71的沿竖直方向的两端处的彼此相对两侧，在两端处形成使内部空间S通向外部区域的第二开口7H2和第一开口7H1。
如图1至图4所示，在侧壁71的上端的四个角部上，布置有具有内螺纹的紧固孔(未分配附图标记)，并且使用诸如螺钉的紧固构件(未分配附图标记)和这些紧固孔固定第二半导体模块3的第二冷却构件31，从而封闭第二开口7H2。此外，虽然图中未示出，但在侧壁71的底端的四个角部上也布置有具有内螺纹的紧固孔，并且使用诸如螺钉的紧固构件(未分配附图标记)和这些紧固孔固定第一半导体模块2的第一冷却构件21，从而封闭第一开口7H1。此外，在这种情况下，为了改善在安装第一冷却构件21和第二冷却构件31时的定位，在侧壁71的顶端和底端与第一冷却构件21和第二冷却构件31的对应部处，可以布置具有凸面形状和凹面形状的互锁结构，例如突起部和匹配凹槽的组合。
在壳体7上，附接有第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)，并且这些连接导体对应地穿过布置在侧壁71上的一个贯穿孔711、一个贯穿孔712以及总计三个贯穿孔713延伸到壳体7的外部。在第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)与对应的贯穿孔711、712和713之间的间隙中布置密封构件，从而密封内部空间S。
具体地，如图1、图2A至图2C和图4所示，第二连接导体82(P)向外延伸，穿过贯穿孔712穿透侧壁71的平行于y-z平面且位于x轴正方向的侧面，而形成突出端，并且该突出端充当电力电子单元1的第二功率输入端子73。特别地，第二功率输入端子73电连接到电池的正端子。此外，在侧壁71的平行于y-z平面且位于x轴正向的侧面上，布置有控制连接器75，该控制连接器75具有电连接到电路板55的控制端子。
如图1、图2A和图2C所示，第一连接导体81(N)穿过贯穿孔711向外延伸，穿透侧壁71的平行于y-z平面且位于x轴负向的侧面，而形成突出端，并且该突出端充当电力电子单元1的第一功率输入端子72。特别地，第一功率输入端子72电连接到电池的负端子。
如图1、图2B、图3和图4所示，第三连接导体83(U)至85(W)穿过贯穿孔713单独地向外延伸，穿透侧壁71的平行于x-z平面且位于y轴负向的侧面，而形成沿x轴方向平行地布置的突出端，并且这些突出端充当电力电子单元1的输出端子74。具体地，对应于第三连接导体83(U)的输出端子74电连接到电动马达的U相驱动电流输入端子，对应于第三连接导体84(V)的输出端子74电连接到电动马达的V相驱动电流输入端子，并且对应于第三连接导体85(W)的输出端子74电连接到电动马达的W相驱动电流输入端子。此外，贯穿孔713可以单个地提供，第三连接导体83(U)至85(W)全部可以穿过该贯穿孔插入。
此外，如上所述，在电力电子单元1中，由于第一半导体模块2和第二半导体模块3对应地安装在筒状壳体7的顶端和底端上，因此在壳体7的顶端和底端上敞开的第一开口7H1和第二开口7H2被对应地封闭，从而可靠地密封了壳体7的内侧。与此同时，由于第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)以彼此不妨碍的方式对应地伸出壳体7，因此在通过有效使用内部空间S而使整个装置的构造保持紧凑的同时，这些突出端充当第一功率输入端子72、第二功率输入端子73和输出端子74，从而允许相应地与电池和电动马达的电子连接。
[与连接导体有关的构造]
如图1、图3和图4所示，第一连接导体81(N)是流过相对高电流的电流路径，并且在有效地使用壳体7的内部空间S内的间隙部的情况下，第一连接导体81(N)沿x轴方向延伸过该间隙部，并且穿过贯穿孔711伸出壳体7的侧壁71的突出端被用作第一功率输入端子72。在第一功率输入端子72上，布置有紧固孔815，该紧固孔815具有用于紧固来自电池的负端子的电线的连接端子的内螺纹。
具体地，如图3具体示出的，第一连接导体81(N)在内部空间S内适当地离开安装在电路板55上的控制IC 551和其控制电流路径，该控制电流路径是在竖直方向上位于电路板55的下方的相对低电流的电流路径，并且第一连接导体81(N)在水平方向上为具有水平块体部的块体结构，该水平块体部沿x轴方向在第一半导体模块2的内部空间S内的部分与第一电容器91和第二电容器92之间的间隙部中延伸。
也就是说，第一连接导体81(N)不是具有诸如细线或板状的构件，并且被构造为棱柱线性导电块体结构，该棱柱线性导电块体结构在y-z平面内的垂直截面为矩形形状。第一连接导体81(N)本身为块体结构，其具有作为支撑构件的足够空间和强度，以支撑对应于第一半导体元件23(U)至25(W)的电源输入端子以及第一电容器91和第二电容器92的对应连接端子的安装和紧固。特别地，第一连接导体81(N)通常由铝合金制成，并且其宽高比被配置在大约1:5和5:1的范围内，其中宽高比为在其垂直截面中沿y轴方向的宽度尺寸与沿z轴方向的厚度的比值，但取决于其紧固孔的定位和大小。
由于第一连接导体81(N)具有导电块体结构并能够确保用于紧固区域的足够尺寸，因此，从底面朝上布置有均具有内螺纹的总计三个紧固孔813，并且从顶面朝下和从底面朝上布置有均具有内螺纹的总计两个紧固孔814。第一半导体元件25(W)的第一功率输入端子251使用诸如螺钉的紧固构件811穿过紧固孔813而机械紧固和电连接到第一连接导体81(N)的底面。相似地，第一半导体元件23(U)的第一功率输入端子231和第一半导体元件24(V)的第一功率输入端子241单独地使用紧固构件811(使用类似的附图标记示出)穿过紧固孔813(使用类似的附图标记示出)机械紧固和电连接到第一连接导体81(N)的底面。紧固构件811用诸如具有直柄的螺丝起子的紧固工具(未示出)紧固，该紧固工具穿过第一冷却构件21的贯穿孔211插入内部空间S中。此外，在第一电容器91的连接端子912使用紧固构件812和紧固孔814机械紧固和电连接到第一连接导体81(N)的顶面的情况下，第二电容器92的连接端子922使用紧固构件812和紧固孔814机械紧固和电连接到第一连接导体81(N)的底面，紧固构件812和紧固孔814均使用和与第一电容器91有关的附图标记类似的附图标记示出。
如图1、图3和图4所示，第二连接导体82(P)是流过相对高电流的电流路径，并且是与第一连接导体81(N)相同的构件，不同的是与第一连接导体81(N)相比其以上下颠倒的方式附接在高于第一连接导体81(N)的位置处。也就是说，类似于第一连接导体81(N)，在第二连接导体82(P)上布置有紧固孔823、824和825。第二半导体元件33(U)的第二功率输入端子331、第二半导体元件34(V)的第二功率输入端子341和第二半导体元件35(W)的第二功率输入端子351单独地使用以类似的附图标记示出的紧固构件821穿过紧固孔823(使用类似的附图标记示出)机械紧固和电连接到第二连接导体82(P)的顶面。此外，在第一电容器91的连接端子911使用紧固构件822和紧固孔824机械紧固和电连接到第二连接导体82(P)的顶面的情况下，第二电容器92的连接端子921使用紧固构件822和紧固孔824机械紧固和电连接到第二连接导体82(P)的底面，紧固构件822和紧固孔824均使用和与第一电容器91有关的附图标记类似的附图标记示出。此外，来自电池的正端子的电线的连接端子紧固和电连接到紧固孔825。
如图1、图3和图4所示，第三连接导体85(W)是流过相对高电流的电流路径，并且相对于第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)布置在y轴方向上的相对侧，同时定位在内部空间S内的第一半导体模块2的一部分以及定位在内部空间S内的电路板55和第二半导体模块3的部分夹在它们之间，并且在有效使用壳体7的内部空间S内的间隙部的情况下，该第三连接导体85(W)在y轴线方向上延伸过该间隙部，并且穿过贯穿孔713伸出壳体7的侧壁71的突出端被用作输出端子74。在第三连接导体85(W)的输出端子74上，布置有具有内螺纹的紧固孔852，用于紧固电动马达的W相驱动电流输入端子。
特别地，如图3中具体示出的，第三连接导体85(W)在壳体7的内部空间S内适当地离开安装在电路板55上的控制IC 551和其控制电流路径，该控制电流路径为相对弱电流的电流路径。在水平方向上，第三连接导体85(W)在y轴线方向上在间隙部周围从侧壁71延伸，并且具有在x-z平面内的垂直截面为矩形形状的棱柱和线性水平块体部分，其中间隙部引向第一半导体模块2的定位在内部空间S内的部分。在竖直方向上，第三连接导体85(W)从第一半导体模块2的定位在内部空间S内的部分附近向上延伸，并且在穿过电路板55的对应贯穿孔554以便跨接在第一半导体元件25(W)的第一输出端子252和第二半导体元件35(W)的第二输出端子352之间的情况下，第三连接导体85(W)在z轴线方向上沿着间隙部(该间隙部位于第一半导体模块2的定位在内部空间S内的部分、电路板55和第二半导体模块3的定位在内部空间S内的部分以及电流传感器552之间)延伸，并且具有块体结构，该块体结构具有与水平块体部接合的棱柱和线性直立块体部，该棱柱和线性直立块体部在x-y平面内的侧向截面为矩形形状。此外，贯穿孔554可以是单个孔，第三连接导体83(U)至85(W)全部可以穿过该贯穿孔。
也就是说，虽然类似于第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)，当在x轴线方向上观察时第三连接导体85(W)具有L形形状，但该第三连接导体85(W)由铝合金制成的导电块体结构构成，并且其在y轴线方向上延伸的部分的宽高比(在其在x-z平面内的垂直截面中为其在x轴线方向上的宽度尺寸与其在z轴线方向上的厚度尺寸的比值)和其在z轴线方向上延伸的部分的宽高比(在其在x-y平面内的侧向截面中为其在x轴线方向上的宽度尺寸与其在y轴线方向上的深度尺寸的比值)分别被配置在1:5至5:1的大约范围内。
由于第三连接导体85(W)具有导电块体结构并能够确保用于紧固区域的足够尺寸，并且能够确保从第二半导体元件35(W)到第一半导体元件25(W)的足够长度，因此在第三连接导体85(W)上，可以在相对侧上布置均具有内螺纹的一对顶部和底部的紧固孔851。如图3中具体示出的，第二半导体元件35(W)的第二输出端子352使用紧固构件855和紧固孔851机械紧固和电连接到第三连接导体85(W)的直立块体部的顶端表面。相似地，第一半导体元件25(W)的第一输出端子252使用紧固构件855和紧固孔851(分别使用类似的附图标记示出)机械紧固和电连接到第三连接导体85(W)的直立块体部的底端表面。紧固构件855用诸如具有直柄的螺丝起子的紧固工具(未示出)紧固，该紧固工具穿过第一冷却构件21的对应贯穿孔211或第二冷却构件31的对应贯穿孔311插入内部空间S中。
相对于第三连接导体85(W)相邻地放置在x轴负向侧的第三连接导体84(V)和相对于第三连接导体84(V)相邻地放置在x轴负向侧的第三连接导体83(U)分别是流过相对高电流的电流路径，并且是与第三连接导体85(W)相同的构件，不同的是它们的附接位置不同于第三半导体85(W)。也就是说，类似于第三连接导体85(W)，在有效地使用壳体7的内部空间S内的间隙部并在y轴线方向上延伸过该间隙部的情况下，第三连接导体83(U)和第三连接导体84(V)从壳体7的侧壁71伸出，并且这些突出端被用作输出端子74。在第三连接导体83(U)和第三连接导体84(V)的输出端子74上，布置具有内螺纹的紧固孔832和842，以对应地紧固电动马达的U相和V相驱动电流输入端子。在第二半导体元件33(U)的第二输出端子332使用紧固构件835和具有内螺纹的紧固孔831机械紧固和电连接到第三连接导体83(U)的直立块体部的顶端表面的情况下，第一半导体元件23(U)的第一输出端子232使用紧固构件835和具有内螺纹的紧固孔831(分别使用类似的附图标记示出)机械紧固和电连接到第三连接导体83(U)的直立块体部的底端表面。此外，在第二半导体元件34(V)的第二输出端子342使用紧固构件845和具有内螺纹的紧固孔841机械紧固和电连接到第三连接导体84(V)的直立块体部的顶端表面的情况下，第一半导体元件24(V)的第一输出端子242使用紧固构件845和具有内螺纹的紧固孔841(分别使用类似的附图标记示出)机械紧固和电连接到第三连接导体84(V)的直立块体部的底端表面。此外，电动马达的U相驱动电流输入端子穿过布置在第三连接导体83(U)的输出端子74上的紧固孔832在被机械紧固和支撑的同时电连接，并且电动马达的V相驱动电流输入端子穿过布置在第三连接导体84(V)的输出端子74上的紧固孔842在被机械紧固和支撑的同时电连接。
第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)应为块体结构，该结构能够沿着内部空间S内的对应间隙部延伸并穿透侧壁71以伸出壳体7，其具有足够的强度和体积来充当在机械紧固到另一对应的已安装端子时进行支撑的支撑构件，并且具有足够的导电性以与另一个端子导电。因此，块体结构可包括单个块体部，或者可以是多个块体部的组合，并且通过适当地组合相似的块体部，其形状和电流路径的长度可以容易地被扩展。此外，只要该块体部具有不产生过量电感或热的截面，该块体部不限于具有矩形截面的形状，并且可以具有诸如另一种多边形或椭圆形形状的截面。当然，代替作为线性块体部延伸，块体部可以是以曲线形状延伸的块体部；并且代替具有位于平坦表面上的紧固部，块体部可以具有位于倾斜表面上的紧固部。
此外，如上所述，在电力电子单元1中，由于流过相对高电流的第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)与流过相对弱电流的控制电流路径彼此离开且有效地分布，并且第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)在内部空间S的间隙部中对应地延伸，因此整个装置的构造通过内部空间S的有效使用而保持紧凑，并且通过使第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)具有可互换的相同构造，并且使第三连接导体83(U)至85(W)具有可互换的相同构造，简化了组装并减少了组成构件的类型。
[电力电子单元的组装]
下面详细地描述组装具有上述构造的电力电子单元1的方法。
首先，将绝缘片22布置在第一冷却构件21的一侧的表面21A的顶部上，将压紧构件42抵靠容纳第一半导体元件23(U)至25(W)的框架41附接，并且附接安装有驱动IC 511的电路板51。通过将框架41以上述状态紧固和附接在第一冷却构件21的一侧的表面21A上，在绝缘片22位于框架41和第一冷却构件21之间的情况下，组装第一半导体模块2。
此时，将直立布置在框架41的框架主体411上的总计两个定位销412和413对应地穿过电路板51的一对定位孔512插入，从而将电路板51抵靠框架41定位并附接到第一半导体模块2中的特定位置。
相似地，将绝缘片32布置在第二冷却构件31的一侧的表面31A的顶部上，将压紧构件44抵靠容纳第二半导体元件33(U)至35(W)的框架43附接，并且附接安装有驱动IC 521的电路板52。通过将框架43以上述状态紧固和附接在第二冷却构件31的一侧表面31A上，在绝缘片32位于框架43和第二冷却构件31之间的情况下，组装第二半导体模块3。
此时，将直立布置在框架43的框架主体431上的总计两个定位销432和433对应地穿过电路板52的一对定位孔522插入，从而将电路板52抵靠框架43定位并附接到第二半导体模块3中的特定位置。
另外，将通过密封构件穿过贯穿孔711的第一连接导体81(N)、通过密封构件穿过贯穿孔712的第二连接导体82(P)以及通过密封构件穿过贯穿孔713的第三连接导体83(U)至85(W)分别附接到布置在壳体7的侧壁71上的对应固定部分(未示出)。
此外，分别使用对应的紧固构件812和822以及紧固孔814和824，将第一电容器91的连接端子911和912与第二电容器92的连接端子921和922紧固到处于上述状态的第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)。这样，第一电容器91和第二电容器92在容纳在壳体7的内部空间S中的情况下附接到第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)。
接下来，在壳体7处于上述状态的情况下，对于第一半导体模块2而言，将第一半导体元件23(U)至25(W)穿过第一开口7H1定位在内部空间S内，并以使得第一冷却构件21的另一表面21B暴露于壳体7的外部的方式附接，从而用第一冷却构件21封闭第一开口7H1。
此时，通过将第一半导体模块2的定位销412和413穿过电路板55的一对对应的定位孔555插入，将电路板55在置于布置在位于壳体7的侧壁71上的电路板51的上方的固定部分(未分配附图标记)上的情况下抵靠附接到壳体7的第一半导体模块2定位。
接下来，在壳体7处于上述状态的情况下，对于第二半导体模块3而言，将第二半导体元件33(U)至35(W)穿过第二开口7H2布置在内部空间S内，并以使得第二冷却构件31的另一表面(表面31B)暴露于壳体7的外部的方式附接，从而用第二冷却构件31封闭第二开口7H2。
此时，通过将第二半导体模块3的定位销432和433穿过电路板55的其余一对对应的定位孔555插入，在电路板55和第二半导体模块3被定位的情况下，将电路板55附接到壳体7中的固定部分。
接下来，在将紧固工具(未示出)依次穿过第一冷却构件21的贯穿孔211插入内部空间S的情况下，通过将紧固构件811紧固到对应的紧固孔813上，将第一半导体元件23(U)至25(W)的第一功率输入端子231至251抵靠第一连接导体81(N)紧固；并且通过将紧固构件835至855紧固到对应的紧固孔831至851上，将第一半导体元件23(U)至25(W)的第一输出端子232至252抵靠第三连接导体83(U)至85(W)紧固。
接下来，在将紧固工具(未示出)依次穿过第二冷却构件31的贯穿孔311插入内部空间S的情况下，通过将紧固构件821紧固到对应的紧固孔823上，将第二半导体元件33(U)至35(W)的第二功率输入端子331至351抵靠第二连接导体82(P)紧固；并且通过将紧固构件835至855紧固到对应的紧固孔831至851上，将第二半导体元件33(U)至35(W)的第二功率输出端子332至352抵靠第三连接导体83(U)至85(W)紧固。
随后，根据需要，通过使用例如锁环(未示出)封闭第一冷却构件21的贯穿孔211和第二冷却构件31的贯穿孔311，完成电力电子单元1的组装。
(第二实施方式)
接下来，还参照图5详细地描述根据本发明的第二实施方式的半导体控制装置。
根据图5进一步详细示出的该实施方式的半导体控制装置1’与第一实施方式的半导体控制装置的区别主要在于，更严格地限定了框架41的定位销412和413、框架43的定位销432和433、电路板51的定位孔512、电路板52的定位孔522以及电路板55的定位孔555，而半导体控制装置1’的构造除了上述一点之外与根据第一实施方式的半导体控制装置相同。因此，类似的组成元件用类似的附图标记表示，并且适当地简化或省略了其说明。
特别地，由于优选的是增大定位销412和413之间的跨距，以便提高框架41和电路板51的定位精度，并且提高电路板51和电路板55的定位精度，因此直立布置在框架41的框架主体411上的定位销412和413在平面图中直立布置在矩形框架41的每个对角线上相对的角部上。
由于优选的是增大定位销432和433之间的跨距，以便提高框架43和电路板52的定位精度，并且提高电路板52和电路板55的定位精度，因此直立布置在框架43的框架主体431上的定位销432和433在平面图中直立布置在矩形框架43的每个对角线上相对的角部上。此外，当与框架41和43的上侧匹配时，定位销432和433被定位成位于与布置在框架41上的定位销412和413相同的位置中。这样布置的原因是，在电力电子单元1的组装过程中，由于第一半导体模块2和第二半导体模块3以彼此上下颠倒的方式附接在壳体7上，当与框架41和43的上侧匹配时，如果布置在框架41上的定位销412和413与布置在框架43上的定位销432和433被定位成处于在框架41和43上的对应的相同位置中，则在平面图中为矩形形状的电路板55的四个角部能够被穿透，从而以最少数量的定位销准确定位电路板55。
电路板55对应地在其四个角部上具有总计四个定位孔555，这些定位孔与布置在框架41上的定位销412和413以及布置在框架43上的定位销432和433匹配。
也就是说，通过将定位销412、413、432和433穿过布置在对应的四个角部上的对应定位孔555插入，使用诸如螺钉的紧固构件(未分配附图标记)将电路板55以以下状态安装在壳体7上，即，通过将定位销412和413穿过定位孔522插入而定位在框架41上的电路板51以及通过将定位销432和433穿过定位孔512而定位在框架43上的电路板52被一起插入并定位在框架41和43上。此时，由于框架41和框架43以上下颠倒的方式彼此相对地放置，因此定位销412、413、432,和433能够穿透电路板55的四个角部上的对应贯穿孔555。此外，为了提高在这种情况下的电路板55的组装便利性，形成在该电路板55四个角部上的定位孔555的其中一个的直径可被构造成较大。
如上所述，在电力电子单元1’中，由于半导体模块被构造成分为具有相同构造且可互换的第一半导体模块2和第二半导体模块3，这两个半导体模块定位成在壳体7的顶端和底端两者上彼此相对，再加上定位销412和413在框架41上的布置，以及定位销432和433在框架43上的布置，因此简化了组装并且减少了组成构件的类型，同时提高了框架41和43以及电路板51、52和55的相对定位精度。
下面详细地描述组装具有上述构造的电力电子单元1’的方法。
首先，类似于第一实施方式，组装第一半导体模块2。此时，通过将直立布置在框架41的框架主体411的每个对角线上相对的角部上的总计两个定位销(定位销412和413)对应地穿过电路板51上的一对定位孔512插入，将电路板51抵靠框架41定位并附接到第一半导体模块2中的特定位置。
类似于第一实施方式，组装第二半导体模块3。此时，通过将直立布置在框架43的框架主体431的每个对角线上相对的角部上的总计两个定位销(定位销432和433)对应地穿过电路板52上的一对定位孔522插入，将电路板52抵靠框架43定位并附接到第二半导体模块3中的特定位置。
接下来，类似于第一实施方式，将第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)附接到壳体7，在第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)上附接有第一电容器91和第二电容器92。随后，在壳体7处于上述状态的情况下，对于第一半导体模块2而言，将第一半导体元件23(U)至25(W)穿过第一开口7H1定位在内部空间S内，并以使得第一冷却构件21的另一表面(表面21B)暴露于壳体7的外部的方式附接，从而用第一冷却构件21封闭第一开口7H1。
此时，通过将第一半导体模块2的定位销412和413穿过布置在电路板55的四个角部上的定位孔555之中的在对角线上相对的角部上的一对对应的定位孔555插入，将电路板55在置于布置在壳体7的侧壁71上的电路板51上方的固定部分(未分配附图标记)上的情况下抵靠附接到壳体7的第一半导体模块2定位。
接下来，类似于第一实施方式，在壳体7处于上述状态的情况下，对于第二半导体模块3而言，将第二半导体元件33(U)至35(W)穿过第二开口7H2定位在内部空间S内，并以使得第二冷却构件31的另一表面31B暴露于壳体7的外部的方式附接，从而用第二冷却构件31封闭第二开口7H2。
此时，通过将第二半导体模块3的定位销432和433穿过布置在电路板55的四个角部上的定位孔555之中的在对角线上相对的角部上的剩余一对对应的定位孔555，在定位电路板55和第二半导体模块3的情况下，将电路板55附接到壳体7的固定部分。第一半导体模块2的定位销412和413以及第二半导体模块3的定位销432和433穿过布置在电路板55的四个角部上的对应定位孔555插入，并且通过使电路板55的四个角部的位置抵靠均固定到壳体7的第一半导体模块2和第二半导体模块3准确地定位，电路板55被抵靠这些模块准确地布置在其正确位置处，从而使电路板55及其连接引线不经受任何不必要的应力等。
随后，类似于第一实施方式，将第一半导体元件23(U)至25(W)的第一功率输入端子231至251抵靠第一连接导体81(N)紧固，将第一半导体元件23(U)至25(W)的第一输出端子232至252抵靠第三连接导体83(U)至85(W)紧固，将第二半导体元件33(U)至35(W)的第二功率输入端子331至351抵靠第二连接导体82(P)紧固，将第二半导体元件33(U)至35(W)的第二功率输出端子332至352抵靠第三连接导体83(U)至85(W)紧固，并且根据需要，通过使用例如锁环(未示出)封闭第一冷却构件21的贯穿孔211和第二冷却构件31的贯穿孔311，完成电力电子单元1’的组装。
(第三实施方式)
接下来，还参照图6至图8详细地描述根据本发明的第三实施方式的半导体控制装置。
在图6至图8中进一步详细地示出的根据该实施方式的半导体控制装置1”与第一实施方式的主要区别在于将第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)、第三连接导体83(U)至85(W)、第一电容器91、第二电容器92以及连接器75与壳体7的侧壁71一体地形成，第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)的构造被更严格地限定，而剩余部分的构造保持相同。因此，在本实施方式中，说明将集中在这些区别上，并且相同构造的说明将分配相同的附图标记，并且为方便起见将简化或省略。此外，对于本实施方式的构造而言，当然可以应用第二实施方式的构造，该第二实施方式更严格地限定了框架41的定位销412和413、框架43的定位销432和433、电路板51的定位孔512、电路板52的定位孔522以及电路板55的定位孔555的相对定位关系。
特别地，在壳体7中，第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)与壳体7的侧壁71一体地形成。为此，第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)穿过布置在侧壁71上的一个贯穿部711’、一个贯穿部712’和总计三个贯穿部713’延伸到壳体7的外部。由于第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)与它们的对应贯穿部711’至713’紧密接触，因此内部空间S被密封。
更具体而言，第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)均被嵌件成型到壳体7，并且与壳体7的侧壁71一体地形成。特别地，当成型壳体7时，第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)均预先定位在模具内的预定位置中，并且在成型壳体7期间，与成型侧壁71同时地在形成于侧壁71中的贯穿部711’至713’中粘接和固定到侧壁71上。
此外，第一电容器91和第二电容器92以容纳在内部空间S中的状态下附接到壳体7，并且这些电容器与壳体7的侧壁71一体地形成。特别地，在成型壳体7时，第一电容器91和第二电容器92预先定位在模具内的预定位置中，并且在成型壳体7期间，与成型侧壁71同时地形成覆盖这些电容器的包覆部CP，并且将由包覆部CP覆盖的这些电容器固定到侧壁71上。
此外，在成型壳体7时，连接器75预先定位在模具内的预定位置中，并且在成型壳体7期间，与成型侧壁71同时地在形成于侧壁71中的贯穿部714’中粘接和固定到侧壁71上。
此外，如上所述，在电力电子单元1″中，由于第一半导体模块2和第二半导体模块3对应地安装在筒状壳体7的顶端和底端两者上，并且第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)以彼此不妨碍的方式对应地伸出壳体7，而且第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)均与壳体7一体地形成，在壳体7中，这些连接导体在侧壁71上形成的贯穿部711’、712’和713’中粘接和固定到侧壁71上，从而减少了将这些连接导体附接到壳体7的组装步骤，同时加强了壳体7并提高了可其刚度。另外，由于连接器75、第一电容器91和第二电容器92均与壳体7一体地形成，因此减少了将这些部件附接到壳体7的组装步骤。
在当第一连接导体81(N)被构造为块体结构时的情况下，作为其材料，代替使用通常考虑的铜合金或铁合金，而优选的是使用铝合金。
这样做的原因是，当第一连接导体81(N)由铜合金制成时，由于铜合金的导电性相对较好，因此垂直于电流流过的方向的横截面积可以制造得更小，并且由于其高成本，因此有可能使用具有多根细线或带有薄板的母线形状构造的带电缆结构，从而消除使用块体结构的必要性。在这种情况下，第一连接导体81(N)自身的强度可能不足以适当地支撑第一半导体元件23(U)至25(W)的第一功率输入端子231至251以及对应于第一电容器91和第二电容器92的连接端子，更不用说将紧固孔813和814直接布置在其自身上的难度了。此外，在这种情况下，由于较小的横截面积，因此第一连接导体81(N)的周长和外表面面积也较小，这导致由于相对于流过该第一连接导体81(N)的电流的电感增加而对每个附近的装置造成不必要的影响的可能性，以及由流过该部件的电流产生的热量的散热的减少。
另一方面，当第一连接导体81(N)由铁合金制成时，由于铁合金的导电性相对较差，因此垂直于电流流过的方向的横截面积必须制造得更大，而导致使用具有较大横截面积的构造。在这种情况下，第一连接导体81(N)本身的尺寸变得太大，使其难以沿着间隙部在内部空间S内延伸，并且试图使其沿着间隙部延伸则需要壳体7本身的尺寸更大。
因此，为了在优化诸如电学性能、机械性能和尺寸的特性的同时确保第一连接导体81(N)的性能，以便将第一连接导体81(N)构造为块体结构，可以确定，优选的是该导电材料由铝合金制成。上述推理对于其它导体，即第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)相同。具体地，在第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)中，由于第一半导体元件23(U)至25(W)的第一功率输入端子231至251、第二半导体元件33(U)至35(W)的第二功率输入端子331至351、对应于第一电容器91和第二电容器92的连接端子、来自电池的负端子的电线的连接端子以及来自电池的正端子的电线的连接端子能够对应地直接连接到第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)，并且在电连接的同时一起被机械支撑，因而能省去额外的端子板。此外，在第三连接导体83(U)至85(W)中，由于第一半导体元件23(U)至25(W)的第一输出端子232至252、第二半导体元件33(U)至35(W)的第二输出端子332至352以及电动马达的U相至W相驱动电流输入端子在电连接的同时能够对应地直接连接到第三连接导体83(U)至85(W)并一起机械支撑到第三连接导体83(U)至85(W)，因而能省去额外的端子板。
在该构造中，来自电池负端子的电线的连接端子(未示出)、第一半导体元件25(W)的第一功率输入端子251、第一半导体元件23(U)的第一功率输入端子231以及第一半导体元件24(V)的第一功率输入端子241在被机械紧固并支撑的同时单独地电连接到作为导电块体结构的第一连接导体81(N)。
来自电池的正端子的电线的连接端子(未示出)、第二半导体元件35(W)的第二功率输入端子351、第二半导体元件33(U)的第二功率输入端子331以及第二半导体元件34(V)的第二功率输入端子341在被机械紧固并支撑的同时单独地电连接到作为导电块体结构的第二连接导体82(P)。
电动马达的W相驱动电流输入端子(未示出)、第二半导体元件35(W)的第二输出端子352以及第一半导体元件25(W)的第一输出端子252在被机械紧固并支撑的同时单独地电连接到作为导电块体结构的第三连接导体85(W)。
电动马达的U相驱动电流输入端子(未示出)、第二半导体元件33(U)的第二输出端子332以及第一半导体元件23(U)的第一输出端子232在被机械紧固并支撑的同时单独地电连接到作为导电块体结构的第三连接导体83(U)。
电动马达的V相驱动电流输入端子(未示出)、第二半导体元件34(V)的第二输出端子342以及第一半导体元件24(V)的第一输出端子242在被机械紧固并支撑的同时单独地电连接到作为导电块体结构的第三连接导体84(V)。
如上所述，在电力电子单元1”中，由于流过相对高的电流的第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)与流过相对弱的电流的控制电流路径彼此离开并有效地分布，第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)在内部空间S的间隙部中对应地延伸，并且第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)被构造成块体结构主体，因此，通过内部空间S的有效使用而使整个装置的构造保持紧凑，并且在省去额外的端子板的情况下，第一半导体元件23(U)至25(W)的第一功率输入端子231至251在被机械紧固并支撑的同时电连接到第一连接导体81(N)，第二半导体元件33(U)至35(W)的第二功率输入端子331至351在被机械紧固并支撑的同时电连接到第二连接导体82(P)，并且对应于第一电容器91和第二电容器92的连接端子在被机械紧固并支撑的同时电连接到第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)。同时，来自电池的负端子的电线的连接端子在被机械紧固并支撑的同时电连接到第一连接导体81(N)，并且来自电池的正端子的电线的连接端子在被机械紧固并支撑的同时电连接到第二连接导体82(P)。另外，第一半导体元件23(U)至25(W)的第一输出端子232至252在被机械紧固并支撑的情况下电连接到第三连接导体83(U)至85(W)，并且第二半导体元件33(U)至35(W)的第二输出端子332至352在被机械紧固并支撑的同时电连接到第三连接导体83(U)至85(W)。同时，电动马达的U相驱动电流输入端子在被机械紧固并支撑的同时电连接到第三连接导体83(U)，电动马达的V相驱动电流输入端子在被机械紧固并支撑的同时电连接到第三连接导体84(V)，并且电动马达的W相驱动电流输入端子在被机械紧固并支撑的同时电连接到第三连接导体85(W)。
下面详细地说明组装具有上述构造的电力电子单元1”的方法。
首先，成型和制备壳体7。特别地，连接器75、第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)、第三连接导体83(U)至85(W)、第一电容器91和第二电容器92预先定位在模具内的预定位置中，然后，将树脂材料注入模具中。随后，在成型侧壁71的同时，连接器75、第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)在形成于侧壁71上的贯穿部711’至714’中对应地穿透侧壁71。此时，用包覆部CP覆盖第一电容器91和第二电容器92。随后，在进行特定时间之后结束树脂材料向模具中的注射，并且当模具冷却时，将连接器75、第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)和第三连接导体83(U)至85(W)在侧壁71的贯穿部711’至714’中对应地粘接并固定到侧壁71。另外，将第一电容器91和第二电容器92用包覆部CP覆盖并粘接和固定到侧壁71。然后，通过从模具中取出成型的产品，获得壳体7，其中连接器75、第一连接导体81(N)、第二连接导体82(P)、第三连接导体83(U)至85(W)、第一电容器91和第二电容器92均固定到侧壁71上。
与第一实施方式类似地组装第一半导体模块2和第二半导体模块3。
接下来，通过将第一电容器91的连接端子911和912以及第二电容器92的连接端子921和922在固定并附接到壳体7的状态下紧固到对应的第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)，在容纳在壳体7的内部空间S中的情况下，将第一电容器91和第二电容器92附接到第一连接导体81(N)和第二连接导体82(P)。
接下来，类似于第一实施方式，用第一半导体模块2的第一冷却构件21封闭壳体7的第一开口7H1，并且用第二半导体模块3的第二冷却构件31封闭壳体7的第二开口7H2。
随后，类似于第一实施方式，将第一半导体元件23(U)至25(W)的第一功率输入端子231至251抵靠第一连接导体81(N)紧固，将第一半导体元件23(U)至25(W)的第一输出端子232至252抵靠第三连接导体83(U)至85(W)紧固，将第二半导体元件33(U)至35(W)的第二功率输入端子331至351抵靠第二连接导体82(P)紧固，并将第二半导体元件33(U)至35(W)的第二输出端子332至352抵靠第三连接导体83(U)至85(W)紧固，并且根据需要，通过使用例如锁环(未示出)封闭第一冷却构件21的贯穿孔211和第二冷却构件31的贯穿孔311，完成电力电子单元1”的组装。
在本发明中，组成元件的形状、布置和数量等不限于以上实施方式中描述的那些，并且在不脱离本发明的范围的情况下，当然可以适当地修改组成元件，例如，用具有相同操作效果的其它元件替代这些元件。
如上所述，由于本发明可提供这样的半导体控制装置：该半导体控制装置能够将需要离开热源和高电流路径的电路板可靠地离开这样的元件，同时改善由热源产生的热的发散，而且通过有效地使用允许布置在壳体中的内部空间，通过减小其在宽度和深度方面的尺寸而使整个装置的尺寸减小成为可能，就其一般目的和通用特性而言，在诸如电力电子单元的半导体控制装置的领域中广泛的应用是可以预期的。
本发明在组成部件的种类、布置和数量方面不限于以上所述实施方式，当然应当理解，相关组成部件可以适当地用具有等同有利效果的部件替代，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以根据教导适当地进行变型。本发明的范围参照所附的权利要求限定。

Claims (16)

1.一种半导体控制装置，该半导体控制装置包括：
多个半导体模块，所述多个半导体模块均具有冷却构件和半导体元件；
安装有控制元件的电路板，所述控制元件控制所述多个半导体模块；和
壳体，所述多个半导体模块和所述电路板分别安装在所述壳体中，
其中，所述壳体设有形成该壳体内的内部空间的筒状侧壁，并且在所述侧壁的两端上，与所述两端对应地连通地形成彼此相对的第一开口和第二开口，由此，所述壳体的所述内部空间通过所述第一开口和所述第二开口而向外部敞开，
所述多个半导体模块包括第一半导体模块和第二半导体模块，所述第一半导体模块在所述第一开口侧安装在所述侧壁上，所述第二半导体模块在所述第二开口侧安装在所述侧壁上，
并且，所述电路板在所述内部空间中定位在所述第一半导体模块和所述第二半导体模块之间。
2.根据权利要求1所述的半导体控制装置，其中，所述第一半导体模块在第一冷却构件的一个表面上安装有第一半导体元件，并且所述第二半导体模块在第二冷却构件的一个表面上安装有第二半导体元件，所述第二冷却构件的所述一个表面与所述第一冷却构件的所述一个表面相对，
并且，所述电路板为用所述控制元件实施的控制电路板，所述控制元件控制所述第一半导体元件和所述第二半导体元件各自的开关操作。
3.根据权利要求2所述的半导体控制装置，该半导体控制装置还包括：
用于所述第一半导体元件和所述第二半导体元件的输入侧连接导体；和
用于所述第一半导体元件和所述第二半导体元件的输出侧连接导体，
其中，所述内部空间具有间隙部，所述间隙部不位于所述内部空间中的被所述第一半导体模块、所述第二半导体模块和所述控制电路板占用的已占用区域内，
并且，所述输入侧连接导体和所述输出侧连接导体分别沿着所述间隙部形成且穿透所述侧壁而延伸到所述壳体的外部。
4.根据权利要求2或3所述的半导体控制装置，其中，所述第一半导体模块以使得所述第一半导体元件穿所述第一开口定位在所述内部空间内的状态安装在所述壳体中，并且通过将所述第一冷却构件的另一表面暴露到所述壳体的外部而使所述第一开口由所述第一冷却构件封闭，
并且，所述第二半导体模块以使得所述第二半导体元件穿过所述第二开口定位在所述内部空间内的状态安装在所述壳体中，并且通过将所述第二冷却构件的另一表面暴露到所述壳体的外部而使所述第二开口由所述第二冷却构件封闭。
5.根据权利要求2或3所述的半导体控制装置，其中，所述第一半导体元件和所述第二半导体元件分别具有能够实现高侧开关功能和低侧开关功能的相同构造，
并且，所述第一冷却构件和所述第二冷却构件具有相同构造，即：所述第一冷却构件和所述第二冷却构件由相同类型的材料制成并且提供彼此相同的形状。
6.根据权利要求1所述的半导体控制装置，其中，所述第一半导体模块除了所述半导体元件之外还包括操作所述半导体元件的驱动电路板以及供附接所述半导体元件和所述驱动电路板的框架；而所述第二半导体模块除了所述半导体元件之外还包括操作所述半导体元件的驱动电路板以及供附接所述半导体元件和所述驱动电路板的框架，
所述电路板为控制电路板，所述控制电路板控制所述第一半导体模块的所述半导体元件和所述第二半导体模块的所述半导体元件各自的操作，
并且，第一半导体模块的所述框架和第二半导体模块的所述框架均包括多个定位销，所述多个定位销插入并定位所述第一半导体模块的所述驱动电路板、所述第二半导体模块的所述驱动电路板以及所述控制电路板。
7.根据权利要求6所述的半导体控制装置，其中，所述第一半导体模块和所述第二半导体模块定位成彼此相对。
8.根据权利要求6所述的半导体控制装置，其中，所述第一半导体模块的所述框架上的所述多个定位销包括设置成对应于所述第一半导体模块的所述框架的对角相对的角部的定位销，所述第二半导体模块的所述框架上的所述多个定位销包括设置成对应于所述第二半导体模块的所述框架的对角相对的角部的定位销。
9.根据权利要求6所述的半导体控制装置，其中，所述多个定位销包括对应于所述控制电路板的四个角部且穿过所述四个角部插入的定位销。
10.根据权利要求1所述的半导体控制装置，该半导体控制装置还包括：
电容器，所述电容器电连接到所述第一半导体模块的所述半导体元件和所述第二半导体模块的所述半导体元件；
输入侧连接导体，所述输入侧连接导体电连接所述第一半导体模块及所述第二半导体模块各自的所述半导体元件的输入端子和所述电容器的连接端子；和
输出侧连接导体，所述输出侧连接导体电连接外端子和所述第一半导体模块及所述第二半导体模块各自的所述半导体元件的输出端子，
所述壳体由树脂制成，所述电容器安装在所述壳体中，
其中，所述输入侧连接导体和所述输出侧连接导体均与所述壳体一体地形成并固定到所述壳体。
11.根据权利要求2所述的半导体控制装置，该半导体控制装置还包括：
电容器，所述电容器电连接到所述第一半导体模块的所述第一半导体元件和所述第二半导体模块的所述第二半导体元件；
输入侧连接导体，所述输入侧连接导体电连接所述第一半导体元件及所述第二半导体元件的输入端子和所述电容器的连接端子；和
输出侧连接导体，所述输出侧连接导体电连接外端子和所述第一半导体元件及所述第二半导体元件的输出端子，
所述壳体由树脂制成，所述电容器安装在所述壳体中，
其中，所述输入侧连接导体和所述输出侧连接导体均与所述壳体一体地形成并固定到所述壳体。
12.根据权利要求3所述的半导体控制装置，该半导体控制装置还包括电容器，所述电容器电连接到所述第一半导体模块的所述第一半导体元件和所述第二半导体模块的所述第二半导体元件，
所述壳体由树脂制成，所述电容器安装在所述壳体中，
所述输入侧连接导体电连接所述第一半导体元件及所述第二半导体元件的输入端子和所述电容器的连接端子；
所述输出侧连接导体电连接外端子和所述第一半导体元件及所述第二半导体元件的输出端子，
其中，所述输入侧连接导体和所述输出侧连接导体均与所述壳体一体地形成并固定到所述壳体。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的半导体控制装置，其中，所述电容器与所述壳体一体地形成并固定到所述壳体。
14.根据权利要求10所述的半导体控制装置，其中，
所述半导体控制装置还具有连接器，所述连接器电连接到所述电路板，
所述电路板与所述第一半导体模块的所述半导体元件及所述第二半导体模块的所述半导体元件相关，
其中，所述连接器与所述壳体一体地形成并固定到所述壳体。
15.根据权利要求11或12所述的半导体控制装置，其中，
所述半导体控制装置还具有连接器，所述连接器电连接到所述电路板，
所述电路板与所述第一半导体元件及所述第二半导体元件相关，
其中，所述连接器与所述壳体一体地形成并固定到所述壳体。
16.根据权利要求10至12中的任一项所述的半导体控制装置，其中，
所述输入侧连接导体和所述输出侧连接导体均为块体结构。
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