CN103988302A - 电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制由被安装在电路基板的电路部件而造成导热部件被压缩，并减小朝向安装基板作用的应力的电力变换装置。电力变换装置具备：半导体功率模块(11)，其将电力变换用的半导体开关元件内置于箱体，在该箱体的一面形成有与冷却体接触的冷却部件(13)；安装基板(23)，其安装了电路部件，所述电路部件包括驱动所述半导体开关元件的发热电路部件；导热支撑部件(33)，其在该安装基板与所述半导体功率模块之间保持预定间隔而支撑该安装基板，使该安装基板发出的热在所述冷却体不借由筐体而散热至所述冷却体；导热部件(37)，其插入在所述导热支撑部件和所述安装基板之间，形成容纳所述发热电路部件(39)的凹部(37c)。

Description

电力变换装置

技术领域

本发明涉及电力变换装置，所述电力变换装置被设置为在半导体功率模块上以保持预定间隔的方式支撑安装了电路部件的安装基板，其中，在所述半导体功率模块中内置有电力变换用的半导体开关元件，所述电路部件包括驱动上述半导体开关元件的发热电路部件。

背景技术

作为具有可应用于这种电力变换装置的安装基板的半导体装置，已知有专利文献1记载的半导体装置。该半导体装置在电路基板的上表面安装半导体元件，电路基板以根据圆筒材料而隔开一定的距离的状态而被固定设置在散热板上。电路基板和散热板之间存在导热片，隔着电路基板和导热片将半导体元件和散热板进行热结合。层叠热传导率高的陶瓷基板和混合有高热传导性填充物的树脂片材来构成导热片。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-232318号公报

发明内容

技术问题

然而，在上述专利文献1记载的现有例中以如下方式设置：在电路基板的上表面安装有半导体元件，在电路基板的下表面和散热板的上表面之间配置有导热片，该导热片由层叠陶瓷板和混合有高热传导性填充物的树脂片材而构成。

在该专利文献1记载的现有例中，存在以下未解决的问题：由于在电路基板的与半导体元件的相反侧配置导热片，因此在电路基板的散热板侧不能配置半导体元件等的电路元件，并且也不适用于两面安装基板。

此外，在专利文献1记载的现有例中，存在以下未解决的问题：为了将半导体元件发出的热传导至电路基板的相反侧的导热片，需要在电路基板的原本的通孔以外形成多个相邻的通孔，在这些通孔中填充金属(焊锡、铜等)，或者需要在电路基板上埋设铜制芯片而构成导热部。因此，电路基板的安装密度降低。

此外，在专利文献1记载的现有例中，由于导热片由作为具有刚性的电绝缘部件的陶瓷板和具有弹性的树脂片材构成，且通过螺钉将电路基板固定在配置于散热板的圆筒材料上，因此在用螺钉固定电路基板时，为了提高导热片与电路基板之间的导热效率，需要对陶瓷板和树脂片材同时加压。这时，在导热片仅由树脂片材构成的情况下，施加在电路基板上的应力可通过树脂片材的弹性形变从而得到缓和。然而，还存在以下未解决的问题：由于导热片由陶瓷板以及树脂片材构成，因此存在产生弹性形变的树脂片材的厚度受到导热片的限制，朝向电路基板的应力增加，而损坏电路基板上的安装部件接合部(焊锡部)的隐患。

此外，上述专利文献1记载的现有例中存在以下未解决的问题：使用陶瓷板作为电绝缘部件，因此该陶瓷板的热传导率比导热片材的热传导率小，而热阻抗大。作为减小热阻抗的有效的烧结部件的陶瓷板硬且脆，因此存在被导热片加压而损坏，从而引起电绝缘破坏的隐患，所述导热片具有由电路基板施加的弹性。

因此，本发明的目的在于提供电力变换装置，该电力变换装置可根据安装在电路基板的电路部件来抑制导热部件被压缩而减少朝向安装基板作用的应力。

技术方案

为了实现上述目的，本发明的电力变换装置的第一形态具备：半导体功率模块，其一面与冷却体接合；安装基板，其安装了电路部件，所述电路部件包括驱动所述半导体功率模块的发热电路部件；导热支撑部件，其支撑所述安装基板，并且将所述安装基板的热传导至所述冷却体。在所述导热支撑部件和所述安装基板之间，插入具有容纳所述发热电路部件的凹部的导热部件。

根据该构成，能够通过导热部件以及导热支撑部件将安装在安装基板的发热电路部件的热散热至冷却体。另外，由于在导热部件形成容纳电路部件的凹部，因此隔着导热部件将安装基板固定于导热支撑部件时，即使电路部件在安装基板的导热部件侧突出，该电路部件也被容纳在凹部，从而能够抑制借由电路部件作用于安装基板的应力。

此外，本发明的电力变换装置的第二形态具备：半导体功率模块，其将电力变换用的半导体开关元件内置于箱体，在该箱体的一面形成有与冷却体接触的冷却部件；安装基板，其安装了电路部件，所述电路部件包括驱动所述半导体开关元件的发热电路部件；导热支撑部件，其在该安装基板与所述半导体功率模块之间保持预定间隔而支撑该安装基板，使该安装基板发出的热在所述冷却体不借由筐体而散热至所述冷却体；导热部件，其插入在所述导热支撑部件和所述安装基板之间，形成有容纳所述发热电路部件的凹部。

根据该构成，能够使安装在安装基板的发热电路部件的热通过导热部件以及导热支撑部件而不借由筐体散热至所述冷却体。另外，由于在导热部件形成容纳电路部件的凹部，因此隔着导热部件将安装基板固定于导热支撑部件时，即使电路部件在安装基板的导热部件侧突出，该电路部件也被容纳在凹部，从而能够抑制借由电路部件作用于安装基板的应力。

另外，本发明的电力变换装置的第三形态为：所述导热部件由第一导热片和第二导热片构成，所述第二导热片层叠在所述第一导热片上，且具有形成容纳所述发热电路部件的凹部的通孔。

根据该第三形态，导热部件由第一导热部件和第二导热部件构成，能够使在第二导热部件形成的通孔被第一导热部件封闭而形成凹部，从而能够容易地形成容纳电路部件的凹部。

另外，本发明的电力变换装置的第四形态为：所述导热部件由形成有所述凹部的一枚导热片构成。

根据该第四构成，导热部件由一枚导热片构成，因此能够减少部件数量。

另外，本发明的电力变换装置的第五形态为：所述导热部件由具有伸缩性的弹性体构成，所述导热支撑部件在与所述发热电路部件对应的位置具备导热部件容纳部，所述导热部件容纳部容许所述导热部件的由所述发热电路部件而导致的变形。

根据该第五形态，在导热支撑部件具备导热部件容纳部，因此在导热部件被安装在安装基板的电路部件按压时，导热部件被导热部件容纳部容纳且变形，从而能够形成容纳电路部件的凹部。

另外，本发明的电力变换装置的第六形态为：所述导热部件由具有绝缘性的绝缘体构成。

根据该第六形态，导热部件由绝缘体构成，因此能够使安装基板和导热支撑板部之间可靠地绝缘。

另外，本发明的电力变换装置的第七形态为：所述导热支撑部件由隔着所述导热部件支撑所述安装基板的导热支撑板部和固定支撑该导热支撑板部的侧面并与所述冷却体接触的导热支撑侧板部构成。

根据该构成，安装基板由安装支撑板部支撑，因此能够提高安装基板的刚性。

另外，本发明的电力变换装置的第八形态为：所述导热支撑板部和所述导热支撑侧板部形成为一体。

根据该第八形态，导热支撑板部与导热支撑侧板部形成为一体，因此两者间的连结部没有接缝，能够减小由连结部造成的热阻抗。

另外，本发明的电力变换装置的第九形态为：所述导热支撑板部由多个导热支撑侧板部固定支撑。

根据该第九形态，导热支撑板部由多个导热支撑侧板部固定支撑，因此能够使与冷却体之间的导热面积增加，而进行高效的散热。

另外，本发明的电力变换装置的第十形态为：所述导热支撑部件具有黑色的表面。

根据该第十形态，通过使导热支撑部件的表面为黑色，能够增大热的放射率，通过增加放射导热量，使得朝导热支撑部件的周围的散热被活化，从而能够有效地进行基板的热冷却。

另外，本发明的电力变换装置的第十一形态为：具备多组由所述安装基板和所述导热支撑部件构成的组，每个所述组的所述导热支撑部件的所述导热支撑侧板部的高度不同，并且该导热支撑侧板部通过所述半导体功率模块的不同的侧面并与所述冷却部件接触。

根据该第十一形态，在安装基板和导热支撑板部的组存在多个的情况下，能够根据每个安装基板而形成不同的散热路径。

另外，本发明的电力变换装置的第十二形态为：所述安装基板和所述导热支撑部件的导热支撑板部隔着所述导热部件而由紧固固定部件固定。

根据该第十二形态，安装基板和导热支撑部件的导热支撑板部之间以隔着导热部件的状态由紧固固定部件固定，从而能够容易的进行组装。

另外，本发明的电力变换装置的第十三形态为：在所述紧固固定部件的周围插入间隔调整部件，所述间隔调整部件将所述安装基板和所述导热支撑部件的导热支撑板部的间隔维持为预定值。

根据该第十三形态，在导热部件是弹性体的情况下，能够准确地规定导热部件的压缩率。

发明效果

根据本发明，隔着导热部件由导热支撑部件支撑安装了包括发热电路部件的电路部件的安装基板，而在导热部件形成容纳电路部件的凹部。因此，能够在安装基板的导热部件侧安装包括发热电路部件的电路部件，能够提高安装密度。另外，在将安装基板通过导热支撑部件固定时，即使在向导热部件施加按压力的情况下，也能够防止由电路部件而造成导热部件被压缩。因此，能够减小朝向安装基板作用的应力。

附图说明

图1是表示本发明的电力变换装置的第一实施方式的整体构成的截面图。

图2是表示第一实施方式的主要部分的放大截面图。

图3是表示安装了安装基板的状态的具体的构成的放大截面图。

图4是表示将安装基板安装到导热支撑部件的方法的图。

图5是表示将安装基板安装到导热支撑部件的状态的截面图。

图6是表示导热部件的变形例的截面图。

图7是说明发热电路部件的散热路径的图。

图8是表示针对电力变换装置作用上下振动和/或横向晃动的状态的图。

图9是表示导热部件的其他例的截面图。

图10是表示导热部件的另一其他例的截面图。

图11是说明在导热支撑部件的其他例中的散热路径的图。

图12是表示半导体功率模块的冷却部件的其他例的整体构成的截面图。

图13是表示图12的主要部分的放大截面图。

图14是表示导热支撑部件的其他例的截面图。

符号说明

1        电力变换装置

2        筐体

3        冷却体

4        薄膜电容器

5        蓄电池收纳部

11       半导体功率模块

12       箱体

13       冷却部件

21       驱动电路基板

22       控制电路基板

23       电源电路基板

24、25   螺纹接套

32       导热支撑部件

32a      导热支撑板部

32b      固定螺钉

32c      导热支撑侧板部

33       导热支撑部件

33a      导热支撑板部

33b      固定螺钉

33c      导热支撑侧板部

34       底板部

35、37   导热部件

35a、37a 第一导热片

35b、37b 第二导热片

37c      通孔

39       发热电路部件

40       填隙片(间隔调整部件)

45       凹部

46       凹部

47       凹部

61       冷却翅片

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的电力变换装置的整体构成的截面图。

图中，1表示电力变换装置，该电力变换装置1被收纳在筐体2内。筐体2是由合成树脂材料成形的部件，由隔着具有水冷套管的构成的冷却体3而被上下分割而成的下部筐体2A以及上部筐体2B构成。

下部筐体2A由有底方筒体构成。该下部筐体2A的敞开顶部由冷却体3覆盖，在内部收纳平滑用薄膜电容器4。

上部筐体2B具备顶端以及底端敞开的方筒体2a和封闭该方筒体2a的顶端的盖体2b。并且，方筒体2a底端由冷却体3封闭。虽然未图示，但在该方筒体2a的底端和冷却体3之间存在经液态密封剂的涂敷和/或橡胶制填料的填入等的密封材料。

冷却体3中，冷却水的给水口3a以及排水口3b在筐体2的外侧开口。这些给水口3a以及排水口3b例如借由软管与未图示的冷却水供给源连接。该冷却体3例如将热传导率高的铝、铝合金注塑成型而形成。冷却体3的下表面成为平坦面，上表面保留中央部3c而形成方框状的周向槽3d。另外，在冷却体3形成上下插入正负电极4a的插入孔3e，该正负电极4a是由下部筐体2A保持的薄膜电容器4的被绝缘覆盖的电极。

同时参照图2可知，电力变换装置1包含半导体功率模块11，该半导体功率模块11作为电力变换用的例如构成变换器电路的半导体开关元件而内置有例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。该半导体功率模块11在扁平的长方体状的绝缘性的箱体12内内置IGBT，在箱体12的下表面形成金属制的冷却部件13。从俯视的方向看，在箱体12以及冷却部件13上的四角形成插入作为固定部件的固定螺钉14的插入孔15。另外，在箱体12的上表面比插入孔15靠内侧的4个位置突出形成预定高度的基板固定部16。

在该基板固定部16的上端固定安装了驱动电路等的驱动电路基板21，该驱动电路驱动在半导体功率模块11内置的IGBT。另外，在驱动电路基板21d的上方保持预定间隔而固定作为安装基板的控制电路基板22，该作为安装基板的控制电路基板22安装了包括控制内置于半导体功率模块11的IGBT的，相对来说发热量大，或者发热密度大的发热电路部件的控制电路等。而且，在控制电路基板22的上方保持预定间隔固定作为安装基板的电源电路基板23，该作为安装基板的电源电路基板23安装了包括对内置于半导体功率模块11的IGBT供给电源的发热电路部件的电源电路等。

驱动电路基板21通过在与基板固定部16对置的位置形成的插入孔21a内插入螺纹接套24的外螺纹部24a，将该外螺纹部24a与在基板固定部16的上表面形成的内螺纹部16a螺合而被固定。

另外，控制电路基板22通过在与螺纹接套24的上端形成的内螺纹部24b对置的位置形成的插入孔22a内插入螺纹接套25的外螺纹部25a，将该外螺纹部25a与螺纹接套24的内螺纹部24b螺合而被固定。

而且，电源电路基板23通过在与螺纹接套25的上端形成的内螺纹部25b对置的位置形成的插入孔23a内插入固定螺钉26，将该固定螺钉26与螺纹接套25的内螺纹部25b螺合而被固定。

另外，控制电路基板22以及电源电路基板23以通过导热支撑部件32以及33而不借由筐体2而单独形成向冷却体3的散热路径的方式被支撑。这些导热支撑部件32以及33由热传导率高的金属例如铝或者铝合金形成。

另外，导热支撑部件32以及33具有被配置在支撑控制电路基板22的冷却体3的周向槽3d内而作为冷却体接触板部的方框状的共同的底板部34。因此，导热支撑部件32以及33通过底板部34被连结为一体。导热支撑部件32以及33和底板部34具有黑色的表面。为了使这些导热支撑部件32以及33和底板部34的表面变黑，可以在表面涂覆黑色树脂，也可以用黑色涂料涂装。如此，通过使导热支撑部件32以及33和底板部34的表面成为黑色，从而与金属的材料颜色相比热辐射率变大，能够使辐射导热量增加。因此，能够使导热支撑部件32以及33和底板部34向周围的散热活跃，高效地进行控制电路基板22以及电源电路基板23的热冷却。另外，也可以除了底板部34而仅使导热支撑部件32以及33的表面成为黑色。

导热支撑部件32由平板上的导热支撑板部32a和导热支撑侧板部32c构成，从图2观察时，该导热支撑侧板部32c在该导热支撑板部32a的沿着半导体功率模块11的长边的右端侧用固定螺钉32b固定。导热支撑侧板部32c与共同的底板部34连结。

控制电路基板22隔着导热部件35通过固定螺钉36被固定在导热支撑板部32a。导热部件35由具有伸缩性的弹性体构成为与电源电路基板23相同的外形尺寸。作为该导热部件35应用通过使金属填充物存在于硅胶的内部，从而既能发挥绝缘性能，又能提高导热性的部件。

另外，如图2所示，导热支撑侧板部32c由连结板部32d和上板部32e形成为截面呈倒L字状，该连接板部32d与在冷却体3的周向槽3d内配置的共同的底板部34的长边侧的外周边缘连结为一体且向上方延长，该上板部32e从该连结板部32d的上端向左侧延长。连结板部32d通过半导体功率模块11的长边侧的右侧面并向上方延长。

导热支撑部件33由平板上的导热支撑板部33a和导热支撑侧板部33c构成，从图2观察时，该导热支撑侧板部33c在该导热支撑板部33a的沿半导体功率模块11的长边的左端侧由固定螺钉33b固定。导热支撑侧板部33c与共同的底板部34连结。

电源电路基板23隔着与前述的导热部件35相同的导热部件37通过固定螺钉38被固定在导热支撑板部33a。

另外，如图2以及图3所示，导热支撑侧板部33c由连结板部33d和上板部33e形成为截面呈倒L字状，该连结板部33d与在冷却体3的周向槽3d内配置的共同的底板部34的长边侧的外周边缘连结为一体且向上方延长，该上板部33e从该连结板部33d上端向右侧延长。连结板部33d通过半导体功率模块11的长边侧的左侧面并向上方延长。

连结板部33d的底板部34以及上板部33e的连结部形成为例如由圆筒面的一部分形成的弯曲面33f以及33ｇ。如此，通过使连结板部33d和底板部34以及上板部33e的连结部成为圆筒状的弯曲面33f以及33ｇ，从而能够提高相对于上下振动和/或横向晃动等的耐振动性。即，在上下振动和/或横向晃动被传导至电力变换装置1时，能够缓和在连结板部33d和底板部34以及上板部33e的连结部产生的应力集中。

而且，通过使连结板部33d和底板部34以及上板部33e的连结部成为圆筒状的弯曲面33f以及33ｇ，从而与将连结板部33d和底板部34以及上板部33e的连结部构成为直角的L字形状的情况相比，能够缩短热传导路径。因此，能够缩短从导热支撑板部33a至冷却体3的热传导路径，高效地进行热冷却。

而且，在控制电路基板22以及电源电路基板23上，如图4以及图5所示，发热电路部件39被安装于下表面侧。

控制电路基板22以及电源电路基板23和导热部件35、37以及导热支撑板部32a、33a的连结以如图4所示的方式进行。这些控制电路基板22以及电源电路基板23和导热支撑板部32a以及33a的连结除了左右相反之外，实质上相同，因此将电源电路基板23以及导热支撑板部33a作为代表进行说明。

对于该电源电路基板23和导热支撑板部33a的连结，如图4以及图5所示，作为间隔调整部件而使用填隙片40，该填隙片40具有比导热部件37的厚度T薄的导热板部管理高度H。该填隙片40通过粘着等被临时固定于在导热支撑板部33a形成的与固定螺钉38螺合的内螺纹部41的外周侧。这里，填隙片40的导热板部管理高度H被设定为使导热部件37的压缩率约为5～30％。如此，通过将导热部件37压缩至5～30％左右，从而能够减少热阻抗，发挥高效的导热效果。

另一方面，导热部件37具有由下表面侧的第一导热片37a和上表面侧的第二导热片37b层叠而形成的两层构造。在第二导热片37b上，在与安装在电源电路基板23的下表面的发热电路部件39对应的位置处形成通孔37c，该通孔37c构成容纳发热电路部件39的凹部。因此，通孔37c的下表面侧由第一导热片37a封闭，而形成容纳发热电路部件39的凹部。

另外，在第一导热片37a以及第二导热片37b形成能够插入螺纹接套25的插入孔37d和能够插入填隙片40的插入孔37e。

以将在导热支撑板部33a临时固定了的填隙片40插入到插入孔37e的方式将第一导热片37a以及第二导热片37b载置到导热支撑板部33a，在该导热支撑板部33a上，以使发热电路部件39插入第二导热片37b的通孔37c内的方式载置电源电路基板23。

在该状态下，使固定螺钉38通过电源电路基板23的插入孔23b，并通过填隙片40的中心开口而与导热支撑板部33a的内螺纹部41螺合。将固定螺钉38紧固至使导热部件37的上表面与填隙片40的上表面大致一致。

因此，导热部件37以5～30％左右的压缩率被压缩，从而能够减少热阻抗而发挥高效的导热效果。这时，导热部件37的压缩率通过填隙片40的高度H而被管理，因此不会产生拧得过松或拧得过紧，会进行适当的紧固(参见图5)。

另外，安装在电源电路基板23的下表面侧的发热电路部件39被容纳在形成于导热部件37的第二导热片37b处的通孔37c内。因此，当电源电路基板23被固定螺钉38紧固在导热支撑板部33a时，如图5所示，电源电路基板23不会被发热电路部件39局部地按压。因此，当电源电路基板23被固定螺钉38紧固在导热支撑板部33a时，不会在电源电路基板23形成应力集中部，而可以减小作用于电源电路基板23的应力。

而且，由于第一导热片37a和第二导热片37b都具有弹性，因此在电源电路基板23被固定螺钉38紧固在导热支撑板部33a的状态下，可使发热电路部件39的底面和第一导热片37a的上表面通过适当的按压力而接触。因此，电源电路基板23以及第一导热片37a的接触能够良好地进行，能够使第一导热片37a和电源电路基板23以及导热支撑板部33a之间的热阻抗减少。

通过使导热部件35成为第一导热片35a以及第二导热片35b的两层构造，从而将在控制电路基板22和导热支撑板部32a之间隔着导热部件35的连结进行与上述导热部件37相同的设置。

并且，在导热支撑部件32以及33的导热支撑板部32a以及33a的下表面，为了缩短绝缘距离而贴附绝缘片42以及43。

另外，在导热支撑部件32以及33的共同的底板部34，如图2以及图3所示，在与插入半导体功率模块11的固定螺钉14的插入孔15对置的位置形成固定部件插入孔34a。而且，板状弹性部件45被插置于底板部34的上表面和在半导体功率模块11形成的冷却部件13的下表面之间。

通过将固定螺钉14插入半导体功率模块11以及冷却部件13的插入孔15以及底板部34的固定部件插入孔34a，使该固定螺钉14与在冷却体3形成的内螺纹部3f螺合，从而使得半导体功率模块11和底板部34被固定于冷却体3。

接着，说明上述第一实施方式的电力变换装置1的组装方法。

首先，在图4中如前所述，将电源电路基板23与导热支撑部件33的导热支撑板部33a隔着层叠了第一导热片37a和第二导热片37b的两层构造的导热部件37而重合，通过固定螺钉38在将导热部件37以5～30％左右的压缩率压缩了的状态下固定电源电路基板23、导热部件37以及导热支撑板部33a，预先形成电源电路单元U3。此时，安装在电源电路基板23的下表面侧的发热电路部件39被容纳于在构成导热部件37的第二导热片37b形成的通孔37c内。

同样地，将控制电路基板22与导热支撑部件32的导热支撑板部32a隔着层叠了第一导热片35a和第二导热片35b的两层构造的导热部件35而重合，通过固定螺钉36在将导热部件35以5～30％左右的压缩率压缩了的状态下固定控制电路基板22、导热部件35以及导热支撑板部32a，预先形成控制电路单元U2。此时，安装在控制电路基板22的下表面侧的发热电路部件39被容纳于在构成导热部件35的第二导热片35b形成的通孔内。

另一方面，在冷却体3的周向槽3d内，在导热支撑部件32以及33的共同的底板部34的上表面和在半导体功率模块11形成的冷却部件13的下表面之间隔着板状弹性部件45的状态下，将底板部34与半导体功率模块11一起由固定螺钉14固定。如此，能够将半导体功率模块11和导热支持部件32以及33的共同的底板部34同时固定于冷却体3，因此能够使组装工序数量减少。另外，在将底板部34固定于冷却体3时，由于使板状弹性部件45介于底板部34和半导体功率模块11的冷却部件13之间，因此根据该板状弹性部件45，底板部34被挤压到冷却体3的周向槽3d的底部，使底板部34与冷却体3可靠地接触，能够确保宽的接触面积。

另外，在固定于冷却体3之前或者固定之后，在半导体功率模块11的上表面形成的基板固定部16载置驱动电路基板21。然后，通过在驱动电路基板21的上方连接4根螺纹接套24，从而将该驱动电路基板21固定于基板固定部16。然后，将导热支撑板部32a由固定螺钉32b连结到导热支撑侧板部32c。

然后，在螺纹接套24的上表面载置控制电路单元U2的控制电路基板22，通过4根螺纹接套25而固定。而且，在螺纹接套25的上表面载置电源电路单元U3的电源电路基板23，通过4根固定螺钉26而固定。然后，将导热支撑板部33a通过固定螺钉33b连结到导热支撑侧板部33c。

然后，如图1所示，在半导体功率模块11的正负直流输入端子11a连接汇流条50，在该汇流条50的另一端通过固定螺钉51连结贯通冷却体3的薄膜电容器4的正负电极4a。而且，在半导体功率模块11的直流输入端子11a固定压接端子53，该压接端子53在连接到外部转换器(未图示)的连接线52的前端被固定。

更进一步地，在半导体功率模块11的3相交流输出端子11b由固定螺钉56连接汇流条55，在该汇流条55中配置电流传感器57。在汇流条55的另一端通过固定螺钉60固定连接压接端子59，该压接端子59在连接到外部的3相电动马达(未图示)的马达连接线58的前端被固定。

然后，在冷却体3的下表面以及上表面，将下部筐体2A以及上部筐体2B借由密封材料固定而完成电力变换装置1的组装。

在该状态下，从外部转换器(未图示)供给直流电力，并且使在电源电路基板23安装的电源电路、在控制电路基板22安装的控制电路处于工作状态，从控制电路将例如由脉冲宽度调制信号构成的选通信号借由在驱动电路基板21安装的驱动电路供给到半导体功率模块11。据此，在半导体功率模块11内置的IGBT被控制，将直流电力变换为交流电力。变换了的交流电力从3相交流输出端子11b借由汇流条55供给到马达连接线58来驱动控制3相电动马达(未图示)。

这时，由在半导体功率模块11内置的IGBT发热。由于在半导体功率模块11形成的冷却部件13与冷却体3的中央部3c直接接触，因此该发热通过供给到冷却体3的冷却水而被冷却。

另一方面，在控制电路基板22以及电源电路基板23安装的控制电路以及电源电路包括发热电路部件39，由这些发热电路部件39产生发热。这时，发热电路部件39被安装在控制电路基板22以及电源电路基板23的下表面侧。

在这些控制电路基板22以及电源电路基板23的下表面侧，隔着热传导率高且具有弹性的导热部件35以及37设置导热支撑部件32以及33的导热支撑板部32a以及33a。

在导热支撑板部32a以及33a连结导热支撑侧板部32c以及33c，因此被传导至导热支撑板部32a以及33a的热通过导热支撑侧板部32c以及33c传导至共同的底板部34。该底板部34与冷却体3的周向槽3d内直接接触，因此被传导的热被散热到冷却体3。

而且，被传导至底板部34的热从其上表面侧借由板状弹性部件45被传导至半导体功率模块11的冷却部件13，借由该冷却部件13被传导至冷却体3的中央部3c而被散热。

如此，根据上述第一实施方式，在导热部件35以及37由第二导热片35b的通孔35c以及第二导热片37b的通孔37c和第一导热片35a以及35b形成且容纳发热电路部件39的凹部。在这些凹部内容纳安装在控制电路基板22以及电源电路基板23的下表面的发热电路部件39。

因此，当构成上述控制电路单元U2以及电源电路单元U3时，在将控制电路基板22以及电源电路基板23通过固定螺钉36以及38至导热支撑板部32a以及33a而压缩导热部件35以及37时，能够可靠地防止由作为突起物的发热电路部件39而导致在控制电路基板22以及电源电路基板23产生的应力集中。因此，能够通过减小作用于控制电路基板22以及电源电路基板23的应力而抑制控制电路基板22以及电源电路基板23的挠曲，并且能够防止这些控制电路基板22以及电源电路基板23的安装部件接合部(焊锡部)的破损。

而且，导热部件35以及37为由相同材料构成的第一导热片35a以及37a和第二导热片35b以及37b的两层构造，因此与如前述现有例那样层叠热传导率不同的部件的情况相比能够减小热阻抗。虽然为了减小热阻抗并且进行有效的热传输而追求薄型化，但是在薄型化的情况下，在如现有例那样作为烧制品的陶瓷和导热片的两层构造中陶瓷硬且脆，因此存在通过导热片而加压时破损而产生电绝缘破坏的隐患，所述导热片具有施加在电路基板上的弹性。然而，在本实施方式中，由于层叠具有绝缘性的相同部件的导热片35a、35b以及37a、37b，因此即使在薄型化的情况下能够可靠地防止导热部件的破损和/或绝缘破坏。

另外，层叠均具有伸缩性的第一导热片35a以及37a和第二导热片35b以及37b而构成导热部件35以及37，因此能够获得较大的导热部件35以及37的收缩容许量，能够在第一导热片35a以及37a和第二导热片35b以及37b通过固定螺钉36以及38被压缩的情况下扩大弹性形变区域，从而能够进一步减小作用于控制电路基板22以及电源电路基板23的应力。

更进一步地，由于通过层叠第一导热片35a以及37a和第二导热片35b以及37b而构成导热部件35以及37，因此发热电路部件39的底面可以与封闭通孔35c以及37c的第一导热片35a以及37a紧贴，从而增大发热电路部件39和第一导热片35a以及37a之间的接触面积，并且减小发热电路部件39和第一导热片35a以及37a之间的热阻抗。因此，发热电路部件39发出的热被高效地传导至第一导热片35a以及37a。

而且，可以通过仅在第二导热片35b以及37b设置通孔35c以及37c，并使用第一导热片35a以及37a挡住这些通孔35c以及37c的底面，从而形成容纳发热电路部件39的凹部，从而能够容易地设定与发热电路部件39的突出量对应的凹部的深度。

由于导热部件35以及37自身以5～30％左右的压缩率被压缩，热传导率被提高，因此如图7所示，传导到导热部件35以及37的热被高效地传导至导热支撑部件32以及33的导热支撑板部32a以及33a。

另外，在控制电路基板22以及电源电路基板23安装的发热电路部件39发出的热在不借由热阻抗很大的控制电路基板22以及电源电路基板23的情况下直接传导至导热部件35以及37，因此能够高效地进行散热。

传导至导热部件35以及37的热被传导至导热支撑板部32a以及33a，并进一步传导至导热支撑侧板部32c以及33c。这时，沿半导体功率模块11的长边设置导热支撑侧板部32c以及33c。

因此，能够使导热面积大，能够确保宽的散热路径。另外，使导热支撑侧板部32c以及33c的弯折部为圆筒状的弯曲部，因此与使弯折部为L字状的情况相比，能够使到冷却体3的导热距离缩短。这里，热输送量Ｑ可由下述(1)式表示。

Q＝λ×(A/L)×T     (1)

这里，λ为热传导率[W/ｍ℃]，T为温度差[℃]：基板温度T1－冷却体温度T2，A为导热最小横截面积[ｍ2]，L为导热长度[ｍ]。

从该(1)式可知，若导热长度L短，则热输送量Ｑ增加，从而能够发挥良好的冷却效果。

另外，由于导热支撑部件32以及33的导热支撑侧板部32c以及33c由共同的底板部34而被一体化，因此在导热支撑侧板部32c以及33c和底板部34之间没有部件之间的接缝，能够抑制热阻抗。

而且，在从安装了发热电路部件39的控制电路基板22以及电源电路基板23到冷却体3的散热路径上不包括筐体2，因此不会对筐体2要求导热性。因此，作为筐体2的构成材料不需要使用铝等高热传导率的金属，而能够由合成树脂材料构成筐体2，从而能够实现轻量化。

另外，散热路径不依赖于筐体2，电力变换装置1能够单独地形成散热路径，因此由半导体功率模块11、驱动电路基板21、控制电路基板22以及电源电路基板23构成的电力变换装置1能够应用于各种不同形态的筐体2和/或冷却体3。

另外，由于在控制电路基板22以及电源电路基板23固定金属制的导热支撑板部32a以及33a，因此能够提高控制电路基板22以及电源电路基板23的刚性。因此，如将电力变换装置1作为驱动车辆行驶用马达的马达驱动电路而使用的情况，即使在电力变换装置1产生图8所示的上下振动和/或横向晃动时，也能够根据导热支撑部件32以及33而提高刚性。因此，能够提供上下振动和/或横向晃动等的影响小的电力变换装置1。

在此，在上述第一实施方式中说明了在导热部件35以及37形成的凹部通过在第一导热片35a、37a上层叠形成了通孔35c、37c的第二导热片35b、37b而形成的情况。

然而，本发明不限定于上述构成，如图9所示，也可以由一枚厚的导热片来形成导热部件35以及37，在与安装在该导热片的控制电路基板22以及电源电路基板23的下表面的发热电路部件39对应的位置形成容纳发热电路部件39的凹部45。在此情况下，导热部件35以及37可由一枚导热片构成，这与第一导热片以及第二导热片的两层构造的情况相比，由于没有接合部，因此能够减小热阻抗，从而进行更高效的导热。

另外，在上述实施方式中说明了在导热部件35以及37直接形成凹部的情况。然而，本发明不限于上述构成，导热部件35以及37也可以如图10所示那样构成。即，也可以在导热部件35以及37不直接形成凹部的状态下，在与安装在导热支撑板部32a以及33a的控制电路基板22以及电源电路基板23的下表面的发热电路部件39对应的位置形成面积比发热电路部件39的底面大的凹部46。在此情况下，优选将凹部46的周壁形成为易于使导热部件35以及37进入的锥面。

通过形成这种构成，若当控制电路基板22以及电源电路基板23在通过固定螺钉36以及38压缩导热部件35以及37的同时固定在导热支撑板部32a以及33b时，通过安装在控制电路基板22以及电源电路基板23的下表面的发热电路部件39按压导热部件35以及37，则与该按压部分对应，导热部件35以及37弹性变形而朝下方膨出。该导热部件35以及37的朝下方的膨出部被容纳在导热支撑板部32a以及33a的凹部46内，而在导热部件35以及37的上表面形成凹部47。在此情况下，虽然由于根据导热部件35以及37的弹性形变而产生的弹力而使发热电路部件39被朝上方按压，但是能够使该按压力与前述现有例相比变得很小，从而能够充分抑制作用于控制电路基板22以及电源电路基板23的应力。

此外，在上述实施方式中说明了通过控制电路单元U2以及电源电路单元U3将导热部件35以及37形成为与控制电路基板22以及电源电路基板23相同的外形的情况。然而，本发明不限定于上述构成，也可以如图6所示将导热部件35以及37仅设置在存在发热电路部件39的位置。

另外，在上述实施方式中说明了存在两种安装了发热电路部件39的基板的情况。然而，本发明并不限定于上述构成，安装了发热电路部件39的基板例如仅为控制电路基板22这一枚的情况下，也可以是如图11(a)所示的构成。即，在控制电路基板22的左右两侧分别设置导热支撑侧板部32c以及32f，在导热支撑板部32a的两侧形成散热路径。根据这种构成，通过在导热支撑板部32a的两侧形成散热路径，从而能够使散热效果进一步提高。

而且，如图11(b)所示，也可以设置为在导热支撑侧板部32c形成多个支撑各电路单元U2以及U3的上板部32e，由此支撑多个电路基板。

另外，在上述实施方式中说明了半导体功率模块11的冷却部件13与冷却体3的上表面接触的情况。然而，本发明不限定于上述构成，冷却部件13也可如图12以及图13所示那样构成。

即，在本实施方式中，在半导体功率模块11形成的冷却部件13构成为具有与在冷却体3流过的冷却水直接接触的冷却翅片61。与此对应地，在冷却体3的中央部形成使冷却翅片61浸渍在冷却水通路的浸渍部62。

在包围浸渍部62的周壁63和冷却部件13之间配设Ｏ型环等的密封部件66。

其他的构成具有与前述第一实施方式同样的构成，在与图1以及图2对应的部分使用相同符号，并省略其详细说明。

根据该构成，在半导体功率模块11的冷却部件13形成冷却翅片61，该冷却翅片61在冷却水在浸渍部62被浸渍到冷却水，因此能够更高效地冷却半导体功率模块11。

另外，在上述实施方式中说明了导热支撑部件32以及33的导热支撑板部32a以及33a和导热支撑侧板部32c以及33c被分别构成的情况。然而，本发明不限定于上述构成，如图14所示，导热支撑板部32a以及33a和导热支撑侧板部32c以及33c也可以构成为一体。在此情况下，由于在导热支撑板部32a以及33a和导热支撑侧板部32c以及32c之间没有形成接缝，因此能够减小热阻抗而进行更高效的散热。

而且，在上述实施方式中说明了使用了薄膜电容器4作为平滑用电容器的情况，但并不限定于此，也可以使用圆柱状的电解电容器。

另外，在上述第一以及第二实施方式中说明了安装基板的热借由导热支撑部件32、33的导热支撑侧板部32c、33c而向冷却体3散热的情况，但并不限定于此。即，在上部筐体2B由热传导率高的材料构成的情况下，导热支撑板部32a、33a也可以直接连结到上部筐体2B，从而借由上部筐体2B散热至向冷却体3。

另外，在上述第一以及第二实施方式中说明了在电动汽车应用本发明的电力变换装置的情况，但并不限定于此，也可在行驶于轨道的铁道车辆使用本发明，可在任意的电力驱动车辆使用本发明。而且，作为电力变换装置并不限于电力驱动车辆，能够在驱动其他的工业设备的电动马达等的驱动器的情况使用本发明的电力变换装置。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供这样一种电力变换装置：通过在安装基板和导热支撑部件之间插入的导热部件形成容纳电路部件的凹部，从而能够抑制由安装在安装电路基板的电路部件而造成导热部件被压缩，而减小朝向安装基板作用的应力。

Claims (13)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具备：

半导体功率模块，其一面与冷却体接合；

安装基板，其安装了电路部件，所述电路部件包括驱动所述半导体功率模块的发热电路部件；

导热支撑部件，其支撑所述安装基板，并且将所述安装基板的热传导至所述冷却体，

其中，在所述导热支撑部件和所述安装基板之间，插入具有容纳所述发热电路部件的凹部的导热部件。

2.一种电力变换装置，其特征在于，具备：

半导体功率模块，其将电力变换用的半导体开关元件内置于箱体，在该箱体的一面形成有与冷却体接触的冷却部件；

安装基板，其安装了电路部件，所述电路部件包括驱动所述半导体开关元件的发热电路部件；

导热支撑部件，其在该安装基板与所述半导体功率模块之间保持预定间隔而支撑该安装基板，使该安装基板发出的热在所述冷却体不借由筐体而散热至所述冷却体；

导热部件，其插入在所述导热支撑部件和所述安装基板之间，形成有容纳所述发热电路部件的凹部。

3.如权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于：

所述导热部件由第一导热片和第二导热片构成，所述第二导热片层叠在所述第一导热片上，且具有形成容纳所述发热电路部件的凹部的通孔。

4.如权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于：

所述导热部件由形成有所述凹部的一枚导热片构成。

5.如权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于：

所述导热部件由具有伸缩性的弹性体构成，所述导热支撑部件在与所述发热电路部件对应的位置具备导热部件容纳部，所述导热部件容纳部容许所述导热部件的由所述发热电路部件而导致的变形。

6.如权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于：

所述导热部件由具有绝缘性的绝缘体构成。

7.如权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于：

所述导热支撑部件由隔着所述导热部件支撑所述安装基板的导热支撑板部和固定支撑该导热支撑板部的侧面并与所述冷却体接触的导热支撑侧板部构成。

8.如权利要求7所述的电力变换装置，其特征在于：

所述导热支撑板部和所述导热支撑侧板部形成为一体。

9.如权利要求7所述的电力变换装置，其特征在于：

所述导热支撑板部由多个导热支撑侧板部固定支撑。

10.如权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于：

所述导热支撑部件具有黑色的表面。

11.如权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于：

具备多组由所述安装基板和所述导热支撑部件构成的组，每个所述组的所述导热支撑部件的所述导热支撑侧板部的高度不同，并且该导热支撑侧板部通过所述半导体功率模块的不同的侧面并与所述冷却部件接触。

12.如权利要求7所述的电力变换装置，其特征在于：

将所述安装基板和所述导热支撑部件的导热支撑板部隔着所述导热部件由紧固固定部件固定。

13.如权利要求12所述的电力变换装置，其特征在于：

在所述紧固固定部件的周围插入间隔调整部件，所述间隔调整部件将所述安装基板和所述导热支撑部件的导热支撑板部的间隔维持为预定值。