CN103348468B - 半导体组件及半导体组件的制造方法 - Google Patents

半导体组件及半导体组件的制造方法 Download PDF

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Abstract

半导体组件(300a)具备壳体，该壳体具有由框部(304A3)和以夹着该框部(304A3)的方式相对配置的一对壁部(304A1)、(304A2)形成的收纳空间，壁部(304A1)由散热部(307A)、(307B)和将散热部(307A)、(307B)支承于框部(304A3)的支承壁(3041)构成，壁部(304A2)由散热部(307C)和将散热部(307C)支承于框部(304A3)的支承壁(3043)构成。而且，设于壁部(304A1)的散热部(307A)、(307B)分离地设置为与多个半导体元件块分别相对配置，多个散热部(307A)、(307B)的周围被支承壁(3041)包围，支承壁(3041)从框部(304A3)朝向散热部(307A)、(307B)以向壳体内侧凹陷的形式变形，从而使多张绝缘片(333)各自分别与多个引线框(318)、(319)及多个散热部(307A)、(307B)紧密接合。

Description

半导体组件及半导体组件的制造方法
技术领域
本发明涉及从半导体元件的表背两面进行冷却的两面冷却型的半导体组件及半导体组件的制造方法。
背景技术
近年来，从节能的观点出发，开始关注利用电动机进行驱动的电动车、组合了电动机驱动和发动机驱动的混合动力车。搭载于这些车辆的大容量的车载用电动机若采用蓄电池的直流电压则难以进行驱动、控制，为了升压而进行交流控制，利用了功率半导体芯片的开关的电力转换装置是不可缺少的。
电力转换装置所用的功率半导体芯片通过通电会发热，因此要求较高的散热能力。在专利文献1记载的技术中记载有这样的功率半导体装置：通过将壳体做成CAN状，设置变形部，从而即使在正极侧端子和负极侧端子的层叠体产生厚度偏差，也能与绝缘性的隔离件厚度相应地收纳于壳体内。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2010-110143号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1记载的结构中，在所述壳体内以隔着绝缘层并列多个的方式内置搭载了所述功率半导体元件的导电板时，由于构件之间的平行度的偏差，所述绝缘层的厚度产生偏差或形成有未粘接部，从而存在绝缘性能、耐热循环性能降低这样的问题。
用于解决课题的手段
根据本发明的第一方案，半导体组件具备：壳体，其具有由框部和以夹着该框部的方式相对配置的一对壁部所形成的收纳空间，一对壁部由散热部和将该散热部支承于框部的支承壁构成；半导体元件块，其以面向壁部的方式在收纳空间内并列地配置多个，该半导体元件块在形成于半导体元件的表背两面的电极面分别接合有导体板；多张绝缘性片构件，其分别夹设于各个导体板与壁部的内周面之间而将两者绝缘；树脂组成构件，其被填充于收纳空间内而对多个半导体元件块进行密封，设于壁部的至少一方的散热部包括与多个半导体元件块分别相对配置的多个分离散热部，多个分离散热部的周围被支承壁包围，支承壁从框部朝向分离散热部以向壳体内侧凹陷的方式变形，从而多张绝缘性片构件各自分别与多个导体板及多个分离散热部紧密接合。
根据本发明的第二方案，以第一方案的半导体组件为基础，也可以为，导体板具备以向半导体元件侧弯曲的方式形成，且与并列配置的其它半导体元件块的导体板相连接的连结部。
根据本发明的第三方案，以第一或第二方案的半导体组件为基础，导体板在与绝缘性片构件相接的面的端部形成有倾斜面或台阶面，树脂组成构件被填充于倾斜面或台阶面与绝缘性片构件之间的间隙中。
根据本发明的第四方案，以第一至第三方案中的任一方案的半导体组件为基础，优选为，绝缘性片构件的热传导率高于树脂组成构件的热传导率。
根据本发明的第五方案，以第一至第四方案中的任一方案的半导体组件为基础，优选为，在半导体元件块、绝缘性片构件及壳体内周面与树脂组成构件之间形成聚酰胺树脂层。
根据本发明的第六方案，以第一至第五方案中的任一方案的半导体组件为基础，优选为，该半导体组件具备用于对收纳空间内的多个半导体元件块的位置进行定位的定位部。
根据本发明的第七方案，是用于制造第一方案的半导体组件的制造方法，在设于半导体元件块的导体板上固定绝缘性片构件，将固定有绝缘性片构件的多个半导体元件块以与绝缘性片构件所对应的分离散热部相对的方式并列地配置于收纳空间内，对分离散热部分别朝向壳体内侧方向按压而使支承壁变形，从而使该分离散热部与绝缘性片构件紧密接合，向收纳空间内填充树脂组成构件而对多个半导体元件块进行密封。
根据本发明的第八方案，以第七方案的半导体组件的制造方法为基础，在使支承壁变形，使该分离散热部与绝缘性片构件紧密接合之后，使收纳于收纳空间内的多个半导体元件块及壳体的内周面附着聚酰胺树脂而形成聚酰胺树脂层，然后，向收纳空间内填充树脂组成构件而对多个半导体元件块进行密封。
发明效果
本发明能够实现半导体组件的绝缘性能及散热性能的提高。
附图说明
图1是表示混合动力机动车的控制块的图。
图2是电力转换装置200的电路图。
图3是用于说明电力转换装置200的设置场所的分解立体图。
图4是电力转换装置200的分解立体图。
图5是冷却套12的仰视图。
图6是电容器组件500的分解立体图。
图7是表示将功率组件、电容器组件和汇流条组件组装于冷却套12的外观的图。
图8是冷却套12和汇流条组件800的分解立体图。
图9是除了保持构件803之外的汇流条组件800的外观立体图。
图10是组装了功率组件、电容器组件、汇流条组件800和辅机用功率组件350的冷却套12的外观立体图。
图11是将控制电路基板20和金属基板11分离了的电力转换装置200的分割立体图。
图12是从C方向观察电力转换装置200的剖视图。
图13是表示功率组件300a的外观的立体图。
图14是图13的A-A剖视图。
图15是图13的B-B剖视图。
图16是表示上下臂串联电路150的图。
图17是半导体元件单元3000的外观立体图。
图18是半导体元件单元3000的分解立体图。
图19是设有绝缘片333的半导体元件单元3000的外观立体图。
图20是表示插入壳体304内的半导体元件单元3000的剖视图。
图21是用于说明低电感化的图。
图22是用于说明低电感化的图。
图23是用于说明变形例1的图。
图24是用于说明变形例2的图。
图25是引线框端部的放大图。
图26是用于说明壳体304的内周面形状的图。
图27是用于说明变形例3的图。
图28是用于说明具有三个半导体元件块的功率组件的电路图。
图29是功率组件300d的剖视图。
图30是功率组件300e的剖视图。
图31是用于说明具有六个半导体元件块的功率组件的电路图。
图32是功率组件300f的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明用于实施本发明的方式。本实施方式的半导体组件例如能应用于搭载于混合动力机动车、电动车的电力转换装置、电车、船舶、飞机等的电力转换装置、以及作为用于驱动工厂设备的电动机的控制装置使用的工业用电力转换装置、或用于驱动家庭的太阳光发电系统、家庭的电化制品的电动机的控制装置所用的家庭用电力转换装置。以下，以应用于混合动力机动车的电力转换装置的情况为例进行说明。
图1是表示混合动力机动车的控制块的图。在图1中，混合动力电动车(以下记述为“HEV”)110为一个电动车辆，具备两个车辆驱动用系统。其一是将作为内燃机的发动机120作为动力源的发动机系统。发动机系统主要作为HEV的驱动源使用。另一个是将电动发电机192、194作为动力源的车载电机系统。车载电机系统主要作为HEV的驱动源及HEV的电力产生源使用。电动发电机192、194例如是同步机或感应电机，根据运转方法可以作为电动机进行动作也可以作为发电机进行动作，因此，在此记为电动发电机。
在车体的前部以能旋转的方式轴支承有前轮车轴114，在前轮车轴114的两端设有一对前轮112。在车体的后部以能旋转的方式轴支承有后轮车轴，在后轮车轴的两端设有一对后轮(省略图示)。在本实施方式的HEV中，采用所谓的前轮驱动方式，但也可以相反地采用后轮驱动方式。在前轮车轴114的中央部设有前轮侧差动齿轮(以下记述为“前轮侧DEF”)116。在前轮侧DEF116的输入侧机械连接有传动装置118的输出轴。在传动装置118的输入侧机械连接电动发电机192的输出侧。在电动发电机192的输入侧通过动力分配机构122机械连接发动机120的输出侧及电动发电机194的输出侧。
变换器部140、142通过直流连接器138与蓄电池136电连接。蓄电池136和变换器部140、142相互之间能进行电力的传输。在本实施方式中，具备由电动发电机192及变换器部140构成的第一电动发电单元和由电动发电机194及变换器部142构成的第二电动发电单元这两个单元，根据运转状态区分使用它们。需要说明的是，在本实施方式中，通过利用蓄电池136的电力使第一电动发电单元作为电动单元进行工作，能仅利用电动发电机192的动力驱动车辆。另外，在本实施方式中，通过利用发动机120的动力或来自车轮的动力使作为发电单元的第一电动发电单元或第二电动发电单元进行工作而发电，从而能够对蓄电池136充电。
蓄电池136还可以作为用于驱动辅机用的电动机195的电源使用。作为辅机，例如是对空气调节器的压缩器进行驱动的电动机或对控制用的液压泵进行驱动的电动机。从蓄电池136向变换器部43供给直流电力，在变换器部43转换为交流电力后供给至电动机195。变换器部43具有与变换器部140、142相同的功能，对供给至电动机195的交流的相位、频率、电力进行控制。由于电动机195的容量小于电动发电机192、194的容量，因此，变换器部43的最大转换电力小于变换器部140、142的最大转换电力，但变换器部43的电路结构基本与变换器部140、142的电路结构相同。需要说明的是，电力转换装置200具备用于使供给至变换器部140、变换器部142、变换器部43的直流电流平滑化的电容器组件500。
使用图2说明变换器部140、变换器部142或变换器部43的电路结构。需要说明的是，在图2中，作为代表例说明变换器部140。
变换器电路144与电动发电机192的电枢绕线的各相绕线相对应地设置3相(U相、V相、W相)上下臂串联电路150，该上下臂串联电路150由作为上臂进行动作的IGBT155及二极管156和作为下臂进行动作的IGBT157及二极管158构成。各个上下臂串联电路150与从其中点部分(中间电极329)通过交流端子159及交流连接器188与朝向电动发电机192的交流电力线(交流汇流条)186相连接。
上臂的IGBT155的集电极153通过正极端子(P端子)167与电容器组件500的正极侧的电容器电极电连接，下臂的IGBT157的发射极通过负极端子(N端子)168与电容器组件500的负极侧的电容器电极电连接。
控制部170具有对变换器电路144进行驱动控制的驱动电路174和通过信号线176向驱动电路174供给控制信号的控制电路172。IGBT155、IGBT157接受从控制部170输出的驱动信号而进行动作，将从蓄电池136供给来的直流电力转换为三相交流电力。该被转换后的电力被供给至电动发电机192的电枢绕线。
IGBT155具备集电极153、信号用发射极151和栅电极154。另外，IGBT157具备集电极163、信号用的发射极165和栅电极164。二极管156并联地与IGBT155电连接。另外，二极管158并联地与IGBT157电连接。作为开关用功率半导体元件，也可以使用MOSFET(金属氧化物半导体型场效应晶体管)，但在该情况下不需要二极管156、二极管158。电容器组件500通过直流连接器138与正极侧电容器端子506和负极侧电容器端子504电连接。需要说明的是，变换器部140通过直流正极端子314与正极侧电容器端子506相连接，且通过直流负极端子316与负极侧电容器端子504相连接。
控制电路172具备用于对IGBT155及IGBT157的开关时刻进行运算处理的微型计算机(以下记述为“微机”)。在微机中作为输入信息输入有相对于电动发电机192要求的目标转矩值、从上下臂串联电路150向电动发电机192的电枢绕线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值。电流值是基于从电流传感器180通过信号线182输出的检测信号检测出的值。磁极位置是基于从设于电动发电机192的旋转磁极传感器(未图示)输出的检测信号检测出的位置。在本实施方式中，以检测3相的电流值的情况为例进行说明，但也可以检测2相的电流值。
控制电路172内的微机基于目标转矩值算出电动发电机192的d、q轴的电流指令值，基于该算出的d、q轴的电流指令值和检测出的d、q轴的电流值的差算出d、q轴的电压指令值，基于检测出的磁极位置将该算出的d、q轴的电压指令值转换为U相、V相、W相的电压指令值。而且，微机基于根据U相、V相、W相的电压指令值的基本波(正弦波)和载波(三角波)的比较生成脉冲状的调制波，将该生成的调制波作为PWM(脉冲调制)信号，通过信号线176输出到驱动电路174。
在驱动下臂的情况下，驱动电路174将对PWM信号进行增幅了的驱动信号输出到相对应的下臂的IGBT157的栅电极。另外，在驱动上臂的情况下，驱动电路174将PWM信号的基准电位的水平移位到上臂的基准电位的水平后对PWM信号进行增幅，将该增幅了的信号作为驱动信号分别输出到相对应的上臂的IGBT155的栅电极。
另外，控制部170进行异常检测(过电流、过电压、过温度等)，从而保护上下臂串联电路150。因此，在控制部170输入有传感信息。例如从各臂的信号用发射极151及信号用发射极165向相对应的驱动部(IC)输入流到各IGBT155和IGBT157的发射极的电流的信息。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，使相对应的IGBT155、IGBT157的开关动作停止，保护相对应的IGBT155、IGBT157不受过电流损伤。从设于上下臂串联电路150的温度传感器(未图示)向微机输入上下臂串联电路150的温度的信息。另外，在微机输入有上下臂串联电路150的直流正极侧的电压的信息。微机基于上述信息进行过温度检测及过电压检测，在检测到过温度或过电压的情况下，使所有的IGBT155、IGBT157的开关动作停止。
图3表示用于说明电力转换装置200的设置场所的分解立体图。电力转换装置200固定于用于收纳传动装置118的Al或Al合金制的框体119中。电力转换装置200通过将底面及上表面的形状做成大致长方形，而容易向车辆安装，且具有容易生产这样的效果。冷却套12用于保持后述的功率组件300及电容器组件500，并且通过冷却介质进行冷却。另外，冷却套12固定于框体119，且在与框体119相对的面形成有入口配管13和出口配管14。入口配管13和出口配管14与形成于框体119的配管相连接，从而相对于冷却套12流入及流出用于冷却传动装置118的冷却介质。
壳体10覆盖电力转换装置200，且固定于框体119侧。壳体10的底构成为与安装了控制电路172的控制电路基板20相对。另外，壳体10在底面形成从壳体10的底连接到外部的第一开口202和第二开口204。连接器21与控制电路基板20相连接，将来自外部的各种信号传送到该控制电路基板20。蓄电池负极侧连接端子部510和蓄电池正极侧连接端子部512将蓄电池136和电容器组件500电连接。
连接器21和蓄电池负极侧连接端子部510、蓄电池正极侧连接端子部512朝向壳体10的底面延伸，连接器21从第一开口202突出，且蓄电池负极侧连接端子部510及蓄电池正极侧连接端子部512从第二开口204突出。在壳体10的内壁的第一开口202及第二开口204的周围设有密封构件(未图示)。
连接器21等的端子的嵌合面的朝向根据车型不同为各种方向，特别在要搭载于小型车辆的情况下，从发动机室内的大小的制约、组装性的观点出发，优选嵌合面朝上露出。特别是如本实施方式这样，电力转换装置200配置于传动装置118的上方的情况下，通过朝向与传动装置118的配置侧相反的一侧突出，而提高作业性。另外，连接器21需要相对于外部的气氛进行密封，通过做成相对于连接器21从上方组装壳体10的结构，从而在将壳体10安装于框体119时，与壳体10接触的密封构件能按压连接器21，提高气密性。
图4是电力转换装置200的分解立体图。在冷却套12设有流路19，在该流路19的上表面，沿制冷剂的流动方向418形成有开口部400a～400c，且沿制冷剂的流动方向422形成有开口部402a～402c。开口部400a～400c被功率组件300a～300c堵塞，且开口部402a～402c被功率组件301a～301c堵塞。
另外，在冷却套12形成有用于收纳电容器组件500的收纳空间405。电容器组件500通过收纳于收纳空间405内而被流到流路19内的制冷剂冷却。电容器组件500由于被用于形成制冷剂的流动方向418的流路19和用于形成制冷剂的流动方向422的流路19夹持，因此能高效率地进行冷却。
在冷却套12的与入口配管13和出口配管14相对的位置形成有突出部407。突出部407与冷却套12一体地形成。辅机用功率组件350固定于突出部407，利用流到流路19内的制冷剂进行冷却。在辅机用功率组件350的侧部配置有汇流条组件800。汇流条组件800由交流汇流条186、电流传感器180等构成，详细见后述。
这样，在冷却套12的中央部设置电容器组件500的收纳空间405，以夹着该收纳空间405的方式设置流路19，在各个流路19配置车辆驱动用的功率组件300a～300c及功率组件301a～301c，并且在冷却套12的上表面配置辅机用功率组件350，从而能利用较小的空间高效率地进行冷却，能将电力转换装置整体小型化。另外，冷却套12的流路19的主要结构通过与冷却套12一体地利用Al或Al合金材的铸造做成，流路19除了冷却效果之外还具有加强机械强度的效果。另外，通过利用Al铸造做成，从而冷却套12与流路19为一体结构，热传递良好，冷却效率提高。
需要说明的是，通过将功率组件300a～300c和功率组件301a～301c固定于流路19来完成流路19，进行水路的漏水试验。能够在漏水试验合格的情况下，接着进行安装电容器组件500、辅机用功率组件350、基板的作业。这样，在电力转换装置200的底部配置冷却套12，接着从上起依次进行固定电容器组件500、辅机用功率组件350、汇流条组件800、基板等必要的部件的作业，生产率和可靠性提高。
驱动电路基板22配置于辅机用功率组件350及汇流条组件800的上方。另外，在驱动电路基板22和控制电路基板20之间配置有金属基板11。金属基板11起到搭载于驱动电路基板22及控制电路基板20的电路群的电磁屏蔽件的功能且对驱动电路基板22和控制电路基板20产生的热进行散热，具有冷却的作用。
图5是具有流路19的冷却套12的仰视图。冷却套12和设于该冷却套12内部的流路19一体地铸造而成。冷却套12在下表面形成有连结为一个的开口部404。开口部404被在中央部具有开口的下罩420堵塞。在下罩420与冷却套12之间设有密封构件409a及密封构件409b，从而保持气密性。
在下罩420的一方的端边附近沿该端边形成有用于供入口配管13插入的入口孔401和用于供出口配管14插入的出口孔403。另外，在下罩420形成有朝向传动装置118的配置方向突出的凸部406。凸部406针对每个功率组件300a～300c及功率组件301a～301c都设置。
制冷剂如流动方向417所示地通过入口孔401朝向沿冷却套12的短边方向的边形成的第一流路部19a流动。而且，制冷剂如流动方向418所示地在沿冷却套12的长边方向的边形成的第二流路部19b中流动。另外，制冷剂如流动方向421所示地在沿冷却套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。另外，制冷剂如流动方向422所示地在沿冷却套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设于隔着电容器组件500与第二流路部19b相对的位置。另外，制冷剂如流动方向423所示地通过沿冷却套12的短边方向的边形成的第五流路部19e及出口孔403流出到出口配管14。
第一流路部19a、第二流路部19b、第三流路部19c、第四流路部19d及第五流路部19e均形成为深度方向大于宽度方向。功率组件300a～300c从形成于冷却套12的上表面侧的开口部400a～400c插入(参照图4)，收纳于第二流路部19b内的收纳空间。需要说明的是，在功率组件300a的收纳空间和功率组件300b的收纳空间之间形成有用于避免制冷剂的流动停滞的中间构件408a。同样地，在功率组件300b的收纳空间和功率组件300c的收纳空间之间形成有用于避免制冷剂的流动停滞的中间构件408b。中间构件408a及中间构件408b的主面形成为沿着制冷剂的流动方向。第四流路部19d也与第二流路部19b同样地形成有功率组件301a～301c的收纳空间及中间构件。另外，冷却套12以开口部404与开口部400a～400c及402a～402c相对的方式形成，因此，成为利用铝铸造而容易制造的结构。
在下罩420设有与框体119抵接、用于支承电力转换装置200的支承部410a及支承部410b。支承部410a设置为接近下罩420的一方的端边，支承部410b设置为接近下罩420的另一方的端边。由此，能将电力转换装置200牢固地固定于与传动装置118、电动发电机192的圆柱形状相应地形成的框体119的侧壁。
另外，支承部410b构成为支承电阻器450。该电阻器450是考虑到乘员保护、维修时的安全面而用于对电容电池所带的电荷进行放电的构件。电阻器450构成为能持续放出高电压的电力，但需要做成在万一电阻器或放电结构有一些异常的情况也考虑了使对车辆的损害为最小限度的结构。即，考虑在电阻器450配置于功率组件、电容器组件、驱动电路基板等周边的情况下，万一产生了电阻器450发热、起火等不良情况时在主要部件附近火势蔓延的可能性。
因此，在本实施方式中，功率组件300a～300c、功率组件301a～301c、电容器组件500隔着冷却套12配置于与收纳了传动装置118的框体119相反的一侧，而且，电阻器450配置于冷却套12与框体119之间的空间。由此，电阻器450配置于利用由金属形成的冷却套12及框体119围成的封闭空间中。需要说明的是，贮存于电容器组件500内的电容电池中的电荷，利用搭载于图4所示的驱动电路基板22的开关机构的开关动作，借助通过冷却套12的侧部的配线而被电阻器450控制放电。在本实施方式中，利用开关机构控制为高速地放电。在用于控制放电的驱动电路基板22与电阻器450之间设有冷却套12，因此，能保护驱动电路基板22不受电阻器450的损伤。另外，电阻器450固定于下罩420，因此，设置于与流路19保热的非常接近的位置，因此，能抑制电阻器450的异常发热。
图6是电容器组件500的分解立体图。层叠导体板501由利用薄板状的宽幅导体形成的负极导体板505及正极导体板507以及被负极导体板505和正极导体板507夹持的绝缘片517构成，因此能谋求低电感化。层叠导体板501构成大致长方形形状。蓄电池负极侧端子508及蓄电池负极侧端子509以从层叠导体板501的短边方向的一方的边立起的状态形成。
电容器端子503a～503c以从层叠导体板501的长边方向的一方的边立起的状态形成。另外，电容器端子503d～503f以从层叠导体板501的长边方向的另一方的边立起的状态形成。需要说明的是，电容器端子503a～503f向横切层叠导体板501的主面的方向立起。电容器端子503a～503c分别与功率组件300a～300c相连接。电容器端子503d～503f分别与功率组件301a～301c相连接。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之间设有绝缘片517的一部分，能确保绝缘。其它的电容器端子503b～503f也相同。需要说明的是，在本实施方式中，负极导体板505、正极导体板507、蓄电池负极侧端子508、蓄电池负极侧端子509、电容器端子503a～503f由一体成形的金属制板构成，从而实现降低电感及提高生产率。
电容电池514在层叠导体板501的下方设置多个。在本实施方式中，八个电容电池514沿着层叠导体板501的长边方向的一方的边排列为一列，且还有另外的八个电容电池514沿着层叠导体板501的长边方向的另一方的边排列为一列，合计设有十六个电容电池。沿层叠导体板501的长边方向的各边排列的电容电池514以图6所示的虚线部AA为界对称地排列。由此，在将利用电容电池514平滑化了的直流电流供给至功率组件300a～300c及功率组件301a～301c的情况下，电容器端子503a～503c与电容器端子503d～503f之间的电流平衡均匀化，从而能实现层叠导体板501的电感降低。另外，能防止电流在层叠导体板501局部地流动，因此，热平衡均匀化，从而也能提高耐热性。
另外，蓄电池负极侧端子508和蓄电池负极侧端子509也以图6所示的虚线AA为界对称地排列。同样地，电容器端子503a～503c与电容器端子503d～503f之间的电流平衡均匀化，从而实现层叠导体板501的电感降低，且热平衡均匀化，从而也能实现耐热性的提高。
本实施方式的电容电池514是电容器组件500的蓄电部的单位结构体，在一面使用层叠并卷绕两张蒸镀了Al等金属的薄膜，且两张的金属分别为正极、负极的薄膜电容器。电容电池514的电极的进行卷绕的轴面分别为正极电极、负极电极，通过吹上Sn等的导电体而制造成。电池端子516及电池端子518与正极电极及负极电极相连接，且通过层叠导体板501的开口部延伸至与配置电容电池514侧相反的一侧，正极导体板507与负极导体板505通过钎焊或电焊相连接。
电容器壳体502具备用于收纳电容电池514的收纳部511，该收纳部511的上表面及下表面构成大致长方形状。在收纳部511的长边方向的一方的边设有凸缘部515a，在另一方的边设有凸缘部515b。在凸缘部515a设有用于供从组件壳体304的插入口306延伸出的各端子贯穿的贯穿孔519a～519c。同样地，在凸缘部515b设有贯穿孔519d～519f。另外，在贯穿孔519a～519f的各侧部设有用于供将电容器组件500固定于冷却套12的固定机构贯穿的孔520a～520h。通过与功率组件之间设有孔520b、孔520c、孔520f、孔520g，从而提高功率组件与流路19的气密性。凸缘部515a及凸缘部515b构成蜂窝结构，以使电容器壳体502轻量化以及提高电容器壳体502向冷却套12的固定强度。
收纳部511的底面部513与圆筒形的电容电池514的表面形状相应地构成光滑的凹凸形状或波形形状。由此，容易将层叠导体板501与电容电池514连接而成的组件定位于电容器壳体502。另外，在将层叠导体板501与电容电池514收纳于电容器壳体502中后，除了电容器端子503a～503f与蓄电池负极侧端子508及蓄电池负极侧端子509之外，以覆盖层叠导体板501的方式向电容器壳体502内填充填充件(未图示)。通过使底面部513与电容电池514的形状相应而构成波形形状，能防止在向电容器壳体502内填充填充件时电容电池514偏离规定位置。
另外，电容电池514利用开关时的脉动电流，利用蒸镀于内部的薄膜上的金属薄膜、内部导体的电阻发热。因此，为了使电容电池514的热容易放出到电容器壳体502，利用填充材料对电容电池514进行模制。并且，通过使用树脂制的填充材料，还能提高电容电池514的耐湿性。
另外，在本实施方式中，电容器组件500配置为形成收纳部511的长边方向的边的侧壁被流路19夹持，因此，能高效率地冷却电容器组件500。另外，电容电池514配置为该电容电池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。由此，在薄膜的卷绕轴的方向上热容易传递，因此，热通过电容电池514的电极面容易放出到电容器壳体502。
图7(a)是将功率组件、电容器组件和汇流条组件组装于冷却套12的外观立体图。图7(b)是图7(a)的虚线包围部的放大图。
如图7(b)所示，直流负极端子315b、直流正极端子319b、交流端子321及第二密封部601b通过电容器壳体502的贯穿孔519延伸至凸缘部515a的上方。直流负极端子315b及直流正极端子319b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，在电流从层叠导体板501流到直流负极端子315b及直流正极端子319b时，电流路径的面积发生较大变化。即，电流集中于直流负极端子315b及直流正极端子319b。另外，在直流负极端子315b及直流正极端子319b向横切层叠导体板501的方向突出的情况下，换言之，在直流负极端子315b及直流正极端子319b处于与层叠导体板501扭转的关系的情况下，需要新的连接用导体，产生生产率降低、成本增大的问题。
因此，在本实施方式中，负极侧电容器端子504a由从层叠导体板501立起的立起部540、与该立起部540相连接且呈U字状弯曲的折返部541、与该折返部541相连接且与立起部540相反侧的面和直流负极端子319b的主面相对的连接部542构成。另外，正极侧电容器端子506a由从层叠导体板501立起的立起部543、折返部544和与该折返部544相连接且与立起部543相反侧的面和直流正极端子315b的主面相对的连接部545构成。特别是折返部544构成为与立起部543大致成直角地连接且横跨负极侧电容器端子504a、直流负极端子315b和直流正极端子319b的侧部。另外，立起部540的主面和立起部543的主面隔着绝缘片517相对。同样地，折返部541的主面和折返部544的主面隔着绝缘片517相对。
由此，电容器端子503a构成一直到连接部542的跟前隔着绝缘片517的层叠结构，因此，能降低电流集中的该电容器端子503a的配线电感。另外，折返部544构成为横跨负极侧电容器端子504a、直流负极端子315b和直流正极端子319b的侧部。另外，直流正极端子319b的前端与连接部542的侧边通过焊接相连接，同样地直流负极端子315b的前端与连接部545的侧边通过焊接相连接。
由此，用于进行直流正极端子319b及直流负极端子315b的焊接连接的作业方向与折返部544不会发生干涉，因此，既能谋求低电感又能提高生产率。
另外，交流端子321的前端与交流汇流条802a的前端通过焊接相连接。在用于进行焊接的生产设备中，制作成使焊接机械相对于焊接对象能向多个方向移动，从与使生产设备复杂化相关联的生产率及成本的观点出发，不优选。因此，在本实施方式中，交流端子321的焊接部位与直流正极端子319b的焊接部位沿着冷却套12的长边方向的边配置为一直线状。由此，在焊接机械沿一个方向移动的期间能进行多个焊接，从而提高生产率。
另外，如图4及图7(a)所示，多个功率组件300a～300c沿着冷却套12的长边方向的边配置成一直线状。由此，在对多个功率组件300a～300c进行焊接时，能进一步提高生产率。
图8是组装了功率组件和电容器组件的冷却套12与汇流条组件800的分解立体图。图9是除了保持构件803之外的汇流条组件800的外观立体图。
如图8及图9所示，第一交流汇流条802a～802f形成为：一直到电流传感器180a或电流传感器180b的设置部位，该第一交流汇流条802a～802f的主面与电容器组件500的层叠导体板501的主面大致垂直。另外，第一交流汇流条802a～802f在电流传感器180a的贯穿孔或电流传感器180b的贯穿孔跟前成大致直角地折弯。由此，贯穿电流传感器180a或电流传感器180b的第一交流汇流条802a～802f的部分的主面与层叠导体板501的主面大致平行。而且，在第一交流汇流条802a～802f的端部形成有用于与第二交流汇流条804a～804f相连接的连接部805a～805f(连接部805d～805f未图示)。
第二交流汇流条804a～804f在连接部805a～805f的附近朝向电容器组件500侧成大致直角地折弯。由此，第二交流汇流条804a～804f的主面形成为与电容器组件500的层叠导体板501的主面大致垂直。另外，第二交流汇流条804a～804f形成为从电流传感器180a或电流传感器180b的附近朝向图9所示的冷却套12的短边方向的一方的边12a延伸，横切该边12a。即，多个第二交流汇流条804a～804f形成为以该第二交流汇流条804a～804f的主面面对的状态横切边12a。
由此，不使装置整体大型化，而能使多个板状交流汇流条从冷却套12的短边侧向外部突出。而且，通过使多个交流汇流条从冷却套12的一面侧突出，从而电力转换装置200外部的配线的处理容易，生产率提高。
如图8所示，第一交流汇流条802a～802f、电流传感器180a～180b及第二交流汇流条804a～804f通过由树脂构成的保持构件803保持及绝缘。利用该保持构件803来提高第二交流汇流条804a～804f与金属制的冷却套12及框体119之间的绝缘性。另外，通过保持构件803与冷却套12热接触或直接接触，从而能将从传动装置118侧传递到第二交流汇流条804a～804f的热放出到冷却套12，因此，能提高电流传感器180a～180b的可靠性。
如图8所示，保持构件803设置用于支承图2所示的驱动电路基板22的支承构件807a及支承构件807b。支承构件807a设置多个，且沿着冷却套12的长边方向的一方的边排成一列。另外，支承构件807b设置多个，且沿着冷却套12的长边方向的另一方的边排成一列。在支承构件807a及支承构件807b的前端部形成有用于固定驱动电路基板22的螺纹孔。
另外，保持构件803设置从配置有电流传感器180a及电流传感器180b的部位朝向上方延伸的突起部806a及突起部806b。突起部806a及突起部806b构成为分别贯穿电流传感器180a及电流传感器180b。如图8所示，电流传感器180a及电流传感器180b设置朝向驱动电路基板22的配置方向延伸的信号线182a及信号线182b。信号线182a及信号线182b通过钎焊与驱动电路基板22的配线图案接合。在本实施方式中，保持构件803、支承构件807a～807b及突起部806a～806b由树脂一体地形成。
由此，保持构件803具备电流传感器180和驱动电路基板22的定位功能，因此，信号线182a与驱动电路基板22之间的组装及钎焊连接作业变得容易。另外，通过将用于保持电流传感器180和驱动电路基板22的机构设于保持构件803，能削减作为电力转换装置整体的部件个数。
本实施方式的电力转换装置200固定于收纳了传动装置118的框体119，因此，大大地受到来自传动装置118的振动的影响。因此，保持构件803设置用于指示驱动电路基板22的中央部附近的支承构件808，来降低施加于驱动电路基板22的振动的影响。需要说明的是，保持构件803利用螺钉固定于冷却套12。
另外，保持构件803设置用于固定辅机用功率组件350的一方的端部的托架809。另外，如图4所示，辅机用功率组件350配置于突出部407，从而该辅机用功率组件350的另一方的端部固定于该突出部407。由此，能降低施加于辅机用功率组件350的振动的影响，并且能削减固定用的部件个数。
图10是组装了功率组件、电容器组件、汇流条组件800和辅机用功率组件350的冷却套12的外观立体图。电流传感器180在被加热到约100℃的耐热温度以上时可能会发生损坏。特别在车载用的电力转换装置中，所使用的环境的温度非常高，因此，保护电流传感器180不受热的损伤是很重要的。特别是本实施方式的电力转换装置200搭载于传动装置118，因此保护电力转换装置不受该传动装置118发出的热的损伤是很重要的。
因此，在本实施方式中，电流传感器180a及电流传感器180b配置于隔着冷却套12与传动装置118相反的一侧。由此，传动装置118发出的热难以传递到电流传感器，能抑制电流传感器的温度上升。另外，第二交流汇流条804a～804f形成为横切在图5所示的第三流路19c中流动的制冷剂的流动方向810。而且，电流传感器180a及电流传感器180b配置于比横切第三流路部19c的第二交流汇流条804a～804f的部分靠近功率组件的交流端子321的一侧。由此，第二交流汇流条804a～804f被制冷剂间接地冷却，能缓和从交流汇流条传递至电流传感器以及功率组件内的半导体芯片的热，因此可靠性提高。
图10所示的流动方向811表示在图5所示的第四流路19d中流动的制冷剂的流动方向。同样地，流动方向812表示在图5所示的第二流路19b中流动的制冷剂的流动方向。本实施方式的电流传感器180a及电流传感器180b配置为：在从电力转换装置200的上方投影时，电流传感器180a及电流传感器180b的投影部被流路19的投影部包围。由此，能进一步保护电流传感器不受来自传动装置118的热的损伤。
图11是将控制电路基板20和金属基板11分离了的电力转换装置200的分割立体图。如图10所示，电流传感器180配置于电容器组件500的上方。驱动电路基板22配置于电流传感器180的上方，且被图8所示的设于汇流条组件800的支承构件807a及807b支承。金属基板11配置于驱动电路基板22的上方，且被从冷却套12立设的多个支承构件15支承。控制电路基板20配置于金属基板11的上方，且固定于金属基板11。
电流传感器180、驱动电路基板22和控制电路基板20在高度方向上分层次地配置成一列，且控制电路基板20配置于最远离强电系的功率组件300及301的部位，因此，能抑制混入开关噪声等。另外，金属基板11与接地的电连接的冷却套12电连接。利用该金属基板11来降低从驱动电路基板22混入控制电路基板20的噪声。
在本实施方式中，流到流路19中的制冷剂的冷却对象主要是驱动用的功率组件300及301，因此，该功率组件300及301被收纳于流路19内而直接与制冷剂接触从而被冷却。另一方面，虽然没有驱动用功率组件那样冷却要求高，但辅机用功率组件350也要求冷却。
因此，在本实施方式中，辅机用功率组件350的由金属基座形成的散热面形成为隔着流路19与入口配管13及出口配管14相对。特别是由于将用于固定辅机用功率组件350的突出部407形成于入口配管13的上方，因此，从下方流入的制冷剂冲撞突出部407的内壁，能高效率地从辅机用功率组件350带走热。另外，在突出部407的内部形成与流路19相连的空间。利用该突出部407内部的空间，而使入口配管13及出口配管14附近的流路19的深度变大，从而在突出部407内部的空间产生滞留液。利用该滞留液能高效率地冷却辅机用功率组件350。
在将电流传感器180和驱动电路基板22电连接时，若使用配线连接器，则会导致连接工序的增大、连接失误的危险性。
因此，如图11所示，在本实施方式的驱动电路基板22形成有贯穿该驱动电路基板22的第一孔24及第二孔26。另外，在第一孔24中插入有功率组件300的信号端子325U及信号端子325L，信号端子325U及信号端子325L通过钎焊与驱动电路基板22的配线图案接合。另外，在第二孔26中插入有电流传感器180的信号线182，信号线182通过钎焊与驱动电路基板22的配线图案接合。需要说明的是，从驱动电路基板22的与冷却套12相对的面相反侧的面侧进行钎焊接合。
由此，不使用配线连接器而能连接信号线，因此，能提高生产率。另外，将功率组件300的信号端子325和电流传感器180的信号线182从同一方向通过钎焊接合，能进一步提高生产率。另外，通过在驱动电路基板22上分别设置用于供信号端子325贯穿的第一孔24、用于供信号线182贯穿的第二孔26，能减少连接失误的危险性。
另外，驱动电路基板22在与冷却套12相对的面侧安装驱动IC芯片等的驱动电路(未图示)。由此，抑制了钎焊接合的热传递至驱动IC芯片等，从而防止了由钎焊接合引起的驱动IC芯片等的损伤。另外，由于将像搭载于驱动电路基板22的变压器那样的高度高的部件配置于电容器组件500与驱动电路基板22之间的空间中，因此，能使电力转换装置200整体低背化。
图12是从C方向观察用图11的B面剖切了的电力转换装置200的剖视图。设于组件壳体304的凸缘304B被设于电容器壳体502的凸缘515a或凸缘515b向冷却套12按压。即，通过利用收纳了电容电池514的电容器壳体502的自重将组件壳体304向冷却套12按压，从而能提高流路19的气密性。
为了提高功率组件300的冷却效率，需要使流路19内的制冷剂流到形成有翅片305的区域。组件壳体304为了确保薄壁部304A以及304A’的空间而在组件壳体304的下部未形成翅片305。因此，下罩420形成为组件壳体304的下部与形成于该下罩420的凹部430嵌合。由此，能防止在未形成冷却翅片的空间流入制冷剂。
如图12所示，功率组件300、电容器组件500和功率组件301的排列方向配置为以横切控制电路基板20、驱动电路基板22和传动装置118的排列方向的方式排列。特别是功率组件300、电容器组件500和功率组件301在电力转换装置200中配置为排在最下层。由此，能使电力转换装置200整体低背化，并且能降低来自传动装置118的振动的影响。
[功率组件的结构]
图13是表示图4所示的功率组件300a的外观的立体图。图14是图13的A-A剖视图。图15是图13的B-B剖视图。以下，以功率组件300a为例进行说明。关于其它的功率组件300b～300c、301a～301c也具有与功率组件300a同样的结构。功率组件300a在具有作为散热器的功能的组件壳体304内收纳包含图16所示的一组上下臂串联电路150的半导体元件单元而成。
图16所示的上下臂串联电路150是图2所示的电力转换装置200的电路图所示的三组上下臂串联电路150中的一个。在图2中主要表示电路元件，而在图15中除了电路元件之外还表示构成功率组件300a的构件(例如引线框等)。
如图13所示，功率组件300a以从收纳有半导体元件单元的组件壳体304的开口部向上部突出的方式配置有端子类(直流正极端子315B、直流负极端子319B、信号端子325U、信号端子325L)。信号端子325U、信号端子325L利用由树脂材料构成的辅助模制体600一体地成形。
组件壳体304由Cu、Cu合金、Cu-C、Cu-CuO等复合材料或Al、Al合金、A1SiC、Al-C等复合材料等构成。另外，利用焊接等防水性较高的接合法或利用锻造、铸造法等以没有接缝的状态一体成形为壳体状。组件壳体304构成除了供半导体元件单元插入的插入口306以外未设置开口的扁平的罐结构。在插入口306形成有包围开口那样的形状的凸缘304B。
如图14所示，扁平状的组件壳体304具备框部304A3和以夹着框部304A3的方式相对配置的一对壁部304A1、304A2。在壁部304A1形成有相分离的两个厚壁散热部307A、307B和以包围它们的周围的方式形成、将厚壁散热部307A、307B支承于框部304A3的支承壁3041。如后所述，支承壁3041为了能变形而以容易变形的方式成为薄壁结构。图14表示变形后的状态，支承壁3041从框部304A3朝向厚壁散热部307A、307B以向壳体内侧凹陷的方式变形。
另一方面，如图14所示，在相反侧的壁部304A2，一个较大的厚壁散热部307C被支承壁3043支承于框部304A3。在厚壁散热部307A、307B、307C的外周面均匀地形成有多个翅片305。组件壳体304的形状不需要是精确的直方体，角也可以构成曲面。
如图12所示，该凸缘304B和形成有流路的冷却套12之间被密封件1200密封。通过使用这样的形状的金属性的壳体，即使将组件壳体304插入流动有水、油等制冷剂的流路内，也能利用设于凸缘304B的下表面的密封件1200密封制冷剂，因此，能利用简单的结构防止冷却介质侵入组件壳体304的内部。
接着，使用图16、17、18、19说明收纳于组件壳体304内的半导体元件单元。图17是表示包含图16所示的上下臂串联电路150的半导体元件单元3000的外观的立体图。图18是半导体元件单元3000的分解立体图。如前所述，上下臂串联电路150具有构成上臂303a的IGBT155及二极管156和构成下臂的IGBT157及二极管158。IGBT155、157、二极管156、158均在芯片的表背两面形成有电极。
如图18所示，IGBT155的集电极和二极管156的阴极电极通过金属接合件160与引线框(直流正极导体板)315电连接。另一方面，IGBT155的发射极和二极管156的阳极电极通过金属接合件160与引线框(第二交流导体板)318电连接。这样，在大致平行地配置的引线框315和引线框318之间配置IGBT155及二极管156，将形成于IGBT155及二极管156的表背两面的电极通过金属接合件160接合于引线框315、318，从而形成构成上臂303a的半导体元件块3000A。
同样地，引线框(第一交流导体板)316与引线框(直流负极导体板)319大致平行地配置。而且，将IGBT157的集电极及二极管158的阴极电极通过金属接合件160与一方的引线框316电连接，将IGBT157的发射极及二极管158的阳极电极通过金属接合件160与另一方的引线框319电连接，从而形成构成下臂303b的半导体元件块3000B。然后，IGBT155、IGBT157的控制电极和信号端子325U、信号端子325L通过金属线327(参照图15)电连接。
在上臂303a的引线框318及下臂303b的引线框316分别形成有向侧方突出的中间电极329。将引线框318的中间电极329与引线框316的中间电极329通过金属接合件160相连接，从而形成上下臂串联电路150。即，通过各中间电极329的连接，而形成半导体元件块3000A和半导体元件块3000B以如图17所示那样并列配置的状态连接而成的一体的半导体元件单元3000。
在引线框315一体地形成有向上方延伸的直流正极配线315A，在直流正极配线315A的前端形成有直流正极端子315B。同样地，在引线框319一体地形成有向上方延伸的直流负极配线319A，在直流负极配线319A的前端形成有直流负极端子319B。另外，在第一交流电极引线框316一体地形成有向上方延伸的交流配线320，在交流配线320的前端形成有交流端子321。
引线框材使用热传导率高的Cu、Cu合金或Al、Al合金等。金属接合件160例如使用钎焊材、包含微细金属粒子的低温烧结接合材、包含微细金属粒子的导电性粘接剂等。
需要说明的是，在图17中省略图示，但如图15的功率组件剖视图所示，IGBT155、IGBT157的控制电极和信号端子325U、信号端子325L通过金属线327(例如Al、Au等的金属线)电连接。另外，引线框318、319在与IGBT及二极管相对的面形成有突起部322，IGBT及二极管接合于该突起部322上。因此，在之后的工序中利用树脂材料进行密封时，如图15所示，在IGBT的控制电极、线327与发射极之间蔓延有树脂材料，能确保它们的绝缘性。
信号端子325U及信号端子325L利用由树脂材料构成的辅助模制体600一体地成形。交流配线320的一部分也利用辅助模制体600模制，由此，信号端子325U及信号端子325L与交流配线320成为一体。另外，直流正极配线315A和直流负极配线319A以夹着由树脂材料成形的辅助模制体600的形式相对，以大致平行的状态向上方延伸。辅助模制体600所用的树脂材料适用具有绝缘性的热硬化性树脂或热塑性树脂。由此，能确保直流正极配线315A和直流负极配线319A与信号端子325U和信号端子325L之间的绝缘性，能高密度配线。
另外，通过将直流正极配线315A和直流负极配线319A以大致平行地相对的方式配置，在功率半导体元件的开关动作时瞬间流过的电流相对且向相反方向流动。由此，起到由电流产生的磁场彼此抵消的作用，利用该作用能获得低电感化。
在此，使用图21、22说明产生低电感化的作用。在图21中，下臂侧的二极管158处于以顺向偏压状态导通的状态。在该状态下，当上臂侧IGBT155处于接通状态时，下臂侧的二极管158成为反向偏压，由载流子移动引起的恢复电流贯穿上下臂。此时，在各导体板(引线框)315、316、318、319流动有图22的虚线所示的恢复电流360。该恢复电流通过与直流负极配线319A相对地配置的直流正极配线315A而继续在由各引线框315、316、318、319形成的环形状的路径中流动，再次通过与直流正极配线315A相对地配置的直流负极配线319A如虚线所示地流动。
通过在环形状路径中流动有电流，在引线框318、319所相对的壁部304A1及引线框315、316所相对的壁部304A2的内周面流动有涡电流361。利用在该涡电流361的电流路径中产生等效电路362的磁场抵消效果，来降低环形状路径中的配线电感363。需要说明的是，恢复电流360的电流路径越接近环形状，电感降低作用越增大。在本实施方式中，环形状的电流路径如虚线所示在接近引线框315的直流正极端子315B侧的路径中流动，通过IGBT155及二极管156内。而且，环形状的电流路径如实线所示在远离引线框318的直流正极端子315B侧的路径中流动，之后如虚线所示在远离引线框316的直流正极端子315B侧的路径中流动，通过IGBT157及二极管158内。另外，环形状的电流路径如实线所示在接近引线框319的直流负极配线319A侧的路径中流动。这样，环形状的电流路径通过相对于直流正极端子315B、直流负极端子319B接近侧、远离侧的路径，而形成更接近环形状的电流路径。
图17所示的半导体元件单元3000在收纳于壳体304内之前在引线框316、317、318、319的表面如图19所示地分别粘接有绝缘片333。然后，将半导体元件单元3000相对于壳体304的插入口306沿箭头方向插入。需要说明的是，如图15所示，在壳体304的凸缘304B及辅助模制体600形成有螺钉固定用的螺纹孔及贯穿孔。因此，通过利用小螺钉309将辅助模制体600固定于凸缘304B，能将半导体元件单元3000定位于壳体304内的规定位置，能实现组装性的提高。在此，利用小螺钉309将两者固定，但只要能简单地定位即可，也可以在一方形成凹部、在另一方形成与该凹部卡合的凸部。
图20(a)是表示插入壳体304内的半导体元件单元3000的图，表示图13的A-A剖面。需要说明的是，在图20中，省略了形成于厚壁散热部307A～307C的外周面的翅片305的图示。构成上臂303a的半导体元件块3000A和构成下臂303b的半导体元件块3000B并列配置于壳体304的收纳空间3042内。半导体元件块3000A、3000B的图示下侧的引线框隔着绝缘片333与形成于壁部304A2的厚壁散热部307C的内周面分别相对。
另一方面，半导体元件块3000A的图示上侧的引线框隔着绝缘片333与形成于壁部304A1的厚壁散热部307A的内周面相对，半导体元件块3000B的图示上侧的引线框隔着绝缘片333与形成于壁部304A1的厚壁散热部307B的内周面相对。收纳空间3042的厚度方向尺寸设定为大于半导体元件块3000A、3000B的厚度尺寸，在图20(a)所示的状态下，在半导体元件块3000A、3000B与壁部304A1的内周面之间形成有间隙。
如图20(a)所示地将半导体元件单元3000(半导体元件块3000A、3000B)收纳于壳体304内，则如图20(b)所示，通过对厚壁散热部307A、307B向壳体内侧方向加压，而使薄壁结构的支承壁3041变形，使厚壁散热部307A、307B的内周面粘接于相对的半导体元件块3000A、3000B的绝缘片333。
由此，能确保引线框315、316、318、319与壳体304的绝缘性。另外，收纳空间3042的剩余空间被绝缘性的密封树脂334密封，能确保与各电极间以及壳体304的绝缘性。通过根据对引线框315与引线框318之间以及引线框316与引线框319之间施加的电压和密封树脂的击穿电压确定用于确保耐电压所需的最小距离来决定绝缘片333和密封树脂334的厚度。
需要说明的是，作为注入密封树脂334的方法，有灌注法、压铸模法。作为密封树脂334，例如能使用以酚醛系、多官能系、联苯系的环氧树脂系为基的树脂、硅酮树脂，含有SiO2、Al2O3、AlN、BN等的陶瓷、凝胶、橡胶等，热膨胀系数接近壳体304和引线框315、316、318、319。由此，能降低构件间的热膨胀系数差，大幅降低随着使用环境时的温度上升产生的热应力，因此，能延长功率组件的寿命。
另一方面，绝缘片333为树脂制，做成与其它绝缘性材料的陶瓷、玻璃相比柔软性较高的层，而且将引线框与密封树脂334一起覆盖，从而能利用树脂吸收热应力的产生，在用于温度变化剧烈的车辆用的电力转换装置时，可靠性提高。
向半导体元件(芯片)导通时产生的热从芯片表面侧沿着金属接合件160、引线框318、319传播而通过绝缘片333从壳体304放出，从芯片背面侧沿着金属接合件160、引线框315、316通过绝缘片333从壳体304放出。绝缘片333是树脂成分，与金属接合部160、引线框315、316、组件壳体304相比热传导率较低，因此，功率组件300的冷却性能较大地依赖于绝缘片333的热阻。热阻的大小在热传导率较低的材料的情况下即使是10微米的厚度变化也会大幅地变化，因此，绝缘片333的厚度控制是最重要的。
这样，在本实施方式中，与多个半导体元件块3000A、3000B相对应地设置独立的多个厚壁散热部302A、307B，在它们的周围形成了挠性的支承壁3041。由此，通过对各厚壁散热部302A、307B加压而形成支承壁3041，能使厚壁散热部302A与半导体元件块3000A的绝缘片333、厚壁散热部302B与半导体元件块3000B的绝缘片333分别可靠地粘接。
例如，在专利文献1所记载的技术中，在设于壳体的一对壁部上也均形成有与图20(c)所示的厚壁散热部307C同样的厚壁部。因此，在半导体元件块3000A和半导体元件块3000B的厚度平行度不同的情况下，加压时使绝缘片333变形，需要吸收厚度偏差、平行度的不同。
但是，绝缘片333的导热性能、绝缘性也依赖于绝缘片333的厚度。因此，在利用绝缘片333的变形来吸收多个半导体元件块的尺寸偏差、平行度偏差的情况下，在多个半导体元件块之间，绝缘片333的导热性能、绝缘性产生偏差。另外，由于尺寸偏差、平行度偏差根据半导体元件块而不同，因此，为了应对该情况需要使绝缘片333的厚度为具有富余的尺寸，难以控制热传导性、绝缘性。
另外，在以往的结构中，在利用比密封树脂的(玻璃转化温度)Tg高的温度粘接绝缘片时，由于密封树脂和引线框的热膨胀率之差，可能产生在树脂与引线框之间产生高度差或产生剥离这样的问题。在产生这样的高度差、剥离时，会引起绝缘性能的劣化。
另一方面，在本实施方式中，与各半导体元件块3000A、3000B分别相对应地分离设置周围被薄壁结构的支承壁3041包围的厚壁散热部307A、307B，因此，即使半导体元件块3000A、307B的厚度、平行度不同，也能与绝缘片333的厚度相应地将厚壁散热部307A、307B粘接于各绝缘片333。其结果，能使各半导体元件块3000A、3000B的绝缘片333的厚度像设计值那样均匀，能将绝缘片333的厚度设计为能确保耐电压的最小厚度，并且能容易地将热阻抑制得较低。
另外，在本实施方式中，在引线框及壳体304上粘接了绝缘片333之后，填充密封树脂334，因此，能防止上述那样的绝缘片粘接时的温度影响。
需要说明的是，在图13所示的例中，在壁部304A1形成了厚壁散热部307A、307B及支承壁3041，但也可以在相反侧的壁部304A2形成厚壁散热部307A、307B及支承壁3041。另外，也可以在壁部304A1、304A2的两方都形成厚壁散热部307A、307B及薄壁结构的支承壁3041。
[变形例1]
图23是表示关于上述的实施方式的引线框、绝缘片和密封树脂的结构的变形例的图。图23是与上述的图14相同的剖视图，但在图23中，表示了通过中间电极329的部分的部分的截面。如图23所示，中间电极329相当于构成上臂301a的引线框316和构成下臂301b的引线框318的连结部。由于在该区域未搭载作为发热源的芯片(半导体元件)，因此，不需要利用高散热的绝缘片333粘接，只要利用密封树脂334确保绝缘即可。
因此，使中间电极329以远离壁部304A1、304A2的方式弯曲，做成在未设有绝缘片333的中间电极329与壁部304A1、304A2的间隙中容易填充密封树脂334的形态。其结果，难以形成空隙，能增加所使用的密封树脂334的种类、加工条件的自由度。另外，能将绝缘片333的形状从图19所示那样的形状改变为矩形，组装性提高。
需要说明的是，在此以中间电极329为例进行说明，但例如也能应用于汇流条等、芯片搭载面以外的引线框。通过对上述部位实施弯曲、冲压加工等，来增加与壳体304的距离而避免与绝缘片333接触，从而容易填充密封树脂334，组装性提高。
[变形例2]
在引线框315、316、318、319的端部，容易产生电场集中，需要比其它区域高的绝缘特性。在变形例2中，关于抑制那样的电场集中的结构进行说明。在图24所示的例中，通过对引线框315、316、318、319的端部实施加工(例如冲压、锥度、弯曲、切削加工等)，来使引线框端部与壳体304的内周面的距离增加，谋求通过沿表面放电最短距离的增加来提高绝缘可靠性。
图25(a)是用于说明引线框319的端部的形状的图。从左起依次表示三种形状。虚线表示以往的形状，通过利用切削加工、冲压加工来对该虚线所示的部分进行加工，而做成如实线所示具有锥状3190、台阶形状3191的形状。右侧所示的形状组合了锥状3190和台阶形状。图24表示注入密封树脂334之前的状态，能在引线框端部的部分出现的较大的间隙中填充密封树脂334。在引线框端部，赋予有比其它区域大的热应力，但通过这样的端部加工来增加与密封树脂334的接触面积，能提高引线框端部的相对于密封树脂334的剥离的耐性。
在图26所示的例中，在引线框端部形成锥状3190，并且以使引线框端部与壳体内周面之间的密封树脂334的填充体积增加的方式改变壳体304的内周面形状。图25(b)是图26的引线框316的端部的部分的放大图。壳体304的壁部304A2的内周面的与引线框316相对的区域突出，在其突出部3044的端部形成有锥状3192。通过做成这样的形状，能进一步增加引线框端部与壳体内周面之间的密封树脂334的填充体积，并且由于容易填充密封树脂334而能实现组装性的提高。
另外，在本实施方式的结构中，能在搭载芯片前进行提高绝缘片333与引线框315、316、318、319的粘接面的可靠性的处理。作为其方法，例如有喷砂等的物理粗化、使用酸、碱溶液的化学蚀刻法、阳极氧化法等。
[变形例3]
在本实施方式中，壳体304为液密结构，因此容易进行液状的表面处理。例如通过涂布杨氏模量较低的聚酰胺树脂，能提高与引线框内表面、侧面、芯片、金属接合部160的密接强度。此时，在聚酰胺树脂附着于引线框的绝缘树脂的粘接面时，存在热阻大幅增加这样的问题，但在本实施方式中，在粘接了绝缘片333之后注入聚酰胺树脂335并使壳体304振动，从而能解决上述问题而容易地进行处理。
另外，成为死路的组件壳体304的底部，与其它部分相比被密封的体积较大，由于密封树脂334的硬化收缩而容易产生剥离应力。因此，在注入聚酰胺树脂335并使壳体304振动之后，如图27所示地垂直地保持壳体304而将壳体304底部的聚酰胺树脂335形成得较厚，使聚酰胺树脂335干燥之后，注入密封树脂334并使其硬化。通过在注入聚酰胺树脂335之后使壳体304振动，不仅是底部，在包含侧面的整体上附着有聚酰胺树脂335。通过这样地将杨氏模量低的聚酰胺树脂335配置于底部，能吸收由密封树脂334的硬化收缩产生的应力。
在上述的实施方式中，关于在壳体304内收纳一组上下臂303a、303b、即在壳体304内收纳两个半导体元件块3000A、3000B的情况进行了说明。但是，收纳于壳体304内的半导体元件块的数量不限于两个。
图28～30表示在壳体304内插入三个半导体元件块的情况。在该情况下，如图28的电路图所示，由三个上臂并联连接的结构的功率组件300d和三个下臂并联连接的结构的功率组件300e构成图2的变换器电路144。
图29是表示功率组件300d的图，一个引线框315和三个引线框319、319’、319”大致平行地配置。在引线框315通过金属接合部160分别电连接有二极管156、156’、156”的阴极电极。在各引线框319、319’、319”通过金属接合部160分别电连接相对应的二极管156、156’、156”的阳极电极。
另外，在引线框315通过金属接合部160分别电连接有IGBT155、155’、155”的集电极。在各引线框319、319’、319”通过金属接合部160电连接有IGBT155、155’、155”的发射极(未图示)，IGBT155、155’、155”的信号端子325U、325U’、325U”通过金属线327电连接(未图示)。
引线框315、319、319’、319”分别通过绝缘片333接合于壳体304。在该情况下，包含各引线框319、319’、319”的各个块分别构成半导体元件块。在接合有引线框319、319’、319”的壁部304A1与引线框319、319’、319”相对应地形成有三个厚壁散热部3071～3073和包围各厚壁散热部3071～3073的周围的支承壁3041。另一方面，在接合有引线框315的壁部304A2与引线框315相对应地形成有一个厚壁散热部3074。
这样，由于以包围厚壁散热部3071～3073的周围的方式形成支承壁3041，因此能与各引线框319、319’、319”的倾斜角度、绝缘片333的厚度相应地接合厚壁散热部3071～3073。包含引线框315、319、319’、319”之间的其余的间隙空间被密封树脂334密封而能确保各导电构件间的绝缘性。
图30是表示功率组件300e的图，一个引线框318和三个引线框316、316’、316”大致平行地配置。在各引线框316、316’、316”通过金属接合部160分别电连接有相对应的二极管158、158’、158”的阴极电极。在引线框318通过金属接合部160分别电连接有二极管158、158’、158”的阳极电极。
另外，在引线框316、316’、316”通过金属接合部160分别电连接有IGBT157、157’、157”的集电极。在引线框318通过金属接合部160电连接有IGBT157、157’、157”的发射极(未图示)。IGBT157、157’、157”的信号端子325L、325L’、325L”通过金属线327电连接(未图示)。
引线框316、316’、316”、318分别通过绝缘片333接合于壳体304。在该情况下，包含各引线框316、316’、316”的各个块分别构成半导体元件块。在接合有引线框316、316’、316”的壁部304A1与引线框316、316’、316”相对应地形成有三个厚壁散热部3071～3073和包围各厚壁散热部3071～3073的周围的支承壁3041。另一方面，在接合有引线框318的壁部304A2与引线框318相对应地形成有一个厚壁散热部3074。
因此，能与各引线框316、316’、316”的倾斜角度、绝缘片333的厚度相应地接合厚壁散热部3071～3073。包含引线框316、316’、316”、318之间的其余的间隙空间被密封树脂334密封而能确保各导电构件间的绝缘性。
在功率组件300d中，引线框315、319、319’、319”从各自的壳体304作为端子引出到外部，在组件300e中，引线框318、316、316’、316”从各自的壳体304作为端子引出到外部，引线框316和319、316’和319’、316”和319”在壳体外电连接。利用该连接形成上下臂串联电路。在该情况下，引线框315和引线框318能由一个平面形成，因此容易搭载芯片。另外，壳体304也能减少为两个。
图31、32表示在壳体304中插入六个半导体元件块的情况。在该情况下，如图31所示，通过将合计六个上下臂收纳于一个壳体304内来构成一个功率组件300f。即，做成在壳体内并列配置三个与上述的图13～17所示的上下臂串联电路150相对应的半导体元件单元的结构。换言之，在壳体304内并列配置构成三个半导体元件单元的合计六个半导体元件块。
在引线框315与319之间通过金属接合部160电连接有IGBT155和二极管156，在引线框316与318之间通过金属接合部160电连接有IGBT157和二极管158。另外，引线框316与319之间通过金属接合部160电连接(中间电极329)，从而形成上下臂串联电路。同样地，在引线框315’与319’之间通过金属接合部160电连接有IGBT155’和二极管156’，在引线框316’与318’之间通过金属接合部160电连接有IGBT157’和二极管158’。另外，引线框316’与319’之间通过金属接合部160电连接(中间电极329’)，从而形成上下臂串联电路，在引线框315”与319”之间通过金属接合部160电连接有IGBT155”和二极管156”，在引线框316”与318”之间通过金属接合部160电连接有IGBT157”和二极管158”。另外，引线框316”与319”之间通过金属接合部160电连接(中间电极329”)，从而形成上下臂串联电路。
在壳体304上与引线框318、319、318’、319’、318”、319”相对地形成有厚壁散热部3071～3076，与引线框316、315、316’、315’、316”、315”相对地形成有厚壁散热部3077～3079。另外，以包围各厚壁散热部3071～3079的周围的方式形成支承壁3041。因此，各厚壁散热部3071～3079能与所接合的绝缘片333的倾斜角度、厚度相应地接合。另外，它们的间隙空间被密封树脂334密封而能确保各导电构件间的绝缘性。
另外，在上下对称位置具有形成支承壁3041的部位，因此，在利用密封树脂334密封之前能使形成有多个厚壁散热部的区域整体变形，例如能使壳体304为大致曲面状。在图31、32所示的功率组件的情况下，能将壳体304减少为一个，并且能如上述那样将壳体304挠性折弯，因此，能谋求变换器的小型化。
上述说明了各种实施方式及变形例，但各实施方式可以分别单独使用或组合使用。这是由于各个实施方式的效果能单独起作用或相协作地起作用。另外，只要不有损本发明的特征，本发明并不被上述实施方式有任何限定。在本发明的技术思想的范围内想到的其它方式也包含于本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种半导体组件，其具备：
壳体，其具有由框部和以夹着该框部的方式相对配置的一对壁部所形成的收纳空间，所述一对壁部由散热部和将该散热部支承于所述框部的支承壁构成；
半导体元件块，其以面向所述壁部的方式在所述收纳空间内并列地配置多个，该半导体元件块在形成于半导体元件的表背两面的电极面分别接合有导体板；
多张绝缘性片构件，其分别夹设于各个所述导体板与所述壁部的内周面之间而将两者绝缘；
树脂组成构件，其被填充于所述收纳空间内而对多个所述半导体元件块进行密封，
设于所述壁部的至少一方的散热部包括与多个所述半导体元件块分别相对配置的多个分离散热部，
所述多个分离散热部的周围被所述支承壁包围，所述支承壁从所述框部朝向所述分离散热部以向壳体内侧凹陷的方式变形，从而所述多张绝缘性片构件各自分别与多个所述导体板及所述多个分离散热部紧密接合。
2.根据权利要求1所述的半导体组件，其中，
所述导体板具备以向半导体元件侧弯曲的方式形成，且与并列配置的其它所述半导体元件块的导体板相连接的连结部。
3.根据权利要求1所述的半导体组件，其中，
所述导体板在与所述绝缘性片构件相接的面的端部形成有倾斜面或台阶面，
所述树脂组成构件被填充于所述倾斜面或台阶面与所述绝缘性片构件之间的间隙中。
4.根据权利要求2所述的半导体组件，其中，
所述导体板在与所述绝缘性片构件相接的面的端部形成有倾斜面或台阶面，
所述树脂组成构件被填充于所述倾斜面或台阶面与所述绝缘性片构件之间的间隙中。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体组件，其中，
所述绝缘性片构件的热传导率高于所述树脂组成构件的热传导率。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体组件，其中，
在所述半导体元件块、所述绝缘性片构件及壳体内周面与所述树脂组成构件之间具有聚酰胺树脂层。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体组件，其中，
该半导体组件具备用于对所述收纳空间内的多个所述半导体元件块的位置进行定位的定位部。
8.一种半导体组件的制造方法，其用于制造权利要求1所述的半导体组件，其中，
在设于所述半导体元件块的导体板上固定所述绝缘性片构件，
将固定有所述绝缘性片构件的多个所述半导体元件块以与所述绝缘性片构件所对应的所述分离散热部相对的方式并列地配置于所述收纳空间内，
对所述分离散热部分别朝向壳体内侧方向按压而使所述支承壁变形，从而使该分离散热部与所述绝缘性片构件紧密接合，
向所述收纳空间内填充所述树脂组成构件而对多个所述半导体元件块进行密封。
9.根据权利要求8所述的半导体组件的制造方法，其中，
在使所述支承壁变形，使该分离散热部与所述绝缘性片构件紧密接合之后，
使收纳于所述收纳空间内的多个所述半导体元件块及所述壳体的内周面附着聚酰胺树脂而形成聚酰胺树脂层，
然后，向所述收纳空间内填充所述树脂组成构件而对多个所述半导体元件块进行密封。
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