CN104011988A - 功率转换装置 - Google Patents

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CN104011988A CN201280061290.XA CN201280061290A CN104011988A CN 104011988 A CN104011988 A CN 104011988A CN 201280061290 A CN201280061290 A CN 201280061290A CN 104011988 A CN104011988 A CN 104011988A
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Abstract

本发明提供一种功率转换装置，该功率转换装置以较小的热阻对安装有电路元器件的安装基板进行支承，并且能高效地将发热电路元器件的发热传导至冷却体。功率转换装置包括：半导体功率模块(11)，该半导体功率模块(11)的一个面与冷却体相接合；安装基板(22)、(23)，该安装基板(22)、(23)安装有包含发热电路元器件的电路元器件，该发热电路元器件驱动所述半导体功率模块；以及导热支承板(32)、(33)，该导热支承板(32)、(33)支承所述安装基板，并且将所述安装基板的热量传导至所述冷却体，所述导热支承板具有将所述安装基板与所述导热支承板直接接合的接合部(34)、(35)。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及一种功率转换装置，在所述功率转换装置中，在内置有功率转换用的半导体开关元件的半导体功率模块上支承有安装基板，所述安装基板安装有包含驱动上述半导体开关元件的发热电路元器件的电路元器件。
背景技术
作为这种功率转换装置，已知有专利文献1所记载的车用逆变器装置。该车用逆变器装置的控制基板经由固定金属配件与固定在冷却板上的支柱相连接。此外，控制基板的GND图案也同样地经由所述固定金属配件与所述支柱相连接。此处，支柱与固定金属配件为铝制且具有良好的导热导电性，GND图案也由铝或者铜制成且具有良好的导热导电性。于是，由控制基板上的控制元器件产生的热量从GND图案经由固定金属配件与支柱传导至冷却板。由此，车用逆变器装置将控制基板上产生的热量有效地传导至冷却板，并散热到外部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2007－266527号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述专利文献1所记载的现有例中，安装有控制元器件的控制基板及GND图案经由固定金属配件及支柱与冷却板相连接，因此由控制基板上的控制元器件所产生的热量能传导至冷却板并散热到外部。然而，在上述专利文献1所记载的现有例中，控制基板及GND图案与支柱经由固定金属配件来进行连接。因此，具有如下未解决的问题：即、控制基板及GND图案与支柱之间的热阻较大，由控制基板上的控制元器件所产生的热量不能高效地传导到冷却板。
然而，在上述专利文献1所记载的现有例中，具有如下未解决的问题：即、由于利用支柱来进行控制基板与冷却板之间的导热，因此不能确保较大截面积的导热路径，并且导热长度也较长，因此热输送量变少，不能提高控制基板与冷却板之间的导热效率。
因此，本发明是着眼于上述现有例的未解决问题而完成的，其目的在于提供一种能以较小的热阻来对安装有电路元器件的安装基板进行支承，并且能高效地将发热电路元器件的发热传导至冷却体的功率转换装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为实现上述目的，本发明所涉及的功率转换装置的第一方式在于，包括：半导体功率模块，该半导体功率模块的一个面与冷却体相接合；安装基板，该安装基板安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件驱动所述半导体功率模块；以及导热支承板，该导热支承板支承所述安装基板，并且将所述安装基板的热量传导至所述冷却体。此外，所述导热支承板具有将所述安装基板与所述导热支承板直接接合的接合部。
根据该结构，安装于安装基板的发热电路元器件及基板图案的热量经由接合部传导至导热支承板，能从导热支承板并经由呈板状且截面积较大的导热路径形成构件高效地散热到冷却体，能使安装基板的发热电路元器件的发热不经由覆盖半导体功率模块及安装基板的壳体而散热到冷却体。此外，导热基板支承部与导热支承板形成为一体，因此能使两者间的热阻变小，从而能提高导热效率。
本发明所涉及的功率转换装置的第二方式在于，包括：半导体功率模块，该半导体功率模块在箱体内内置有功率转换用的半导体开关元件，且在该箱体的一个面上形成有冷却构件；安装基板，该安装基板安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件对安装于所述半导体功率模块的箱体的另一面侧的所述半导体开关元件进行驱动；冷却体，该冷却体对所述半导体功率模块的冷却构件进行冷却；导热支承板，该导热支承板支承所述安装基板；以及导热路径形成构件，该导热路径形成构件用于形成配置在该导热支承板与所述冷却体之间的直接导热路径，且该导热路径形成构件为板状。此外，所述导热支承板与支承所述安装基板的导热基板支承部形成为一体。
根据该结构，安装于安装基板的发热电路元器件及基板图案的热量经由导热基板支承部传导至导热支承板，能从导热支承板并经由呈板状且截面积较大的导热路径形成构件高效地散热到冷却体，能使安装基板的发热电路元器件的发热不经由覆盖半导体功率模块及安装基板的壳体而散热到冷却体。此外，导热基板支承部与导热支承板形成为一体，因此能使两者间的热阻变小，从而能提高导热效率。
本发明所涉及的功率转换装置的第三方式在于，所述导热基板支承部形成使安装于所述安装基板上的电路元器件不与该导热支承板相接触的间隙，并支承所述安装基板。
根据该结构，在安装基板与导热支承板之间形成了间隙，该间隙使得安装于安装基板的电路元器件不与导热支承板相接触，因此冷气能进入间隙内，从而能提高冷却效果。
本发明所涉及的功率转换装置的第四方式在于，在所述安装基板与所述导热支承板之间的间隙中设置有绝缘构件。
根据该结构，在安装基板与导热支承板的间隙中设置有绝缘构件，因此能缩短安装基板与导热支承板之间的距离，使导热基板支承部的高度变短，导热距离变短，从而能提高导热效果。
本发明所涉及的功率转换装置的第五方式在于，所述导热基板支承部形成在安装于所述安装基板的电路元器件中的发热量及发热密度中的至少一个相对较大的电路元器件的附近。
根据该结构，导热基板支承部设置在安装于安装基板的电路元器件中的发热量及发热密度中的至少一个相对较大的电路元器件的附近，因此能高效地将发热电路元器件的发热传导至导热支承板。
本发明所涉及的功率转换装置的第六方式在于，在所述导热支承板上形成有多个所述导热基板支承部。
根据该结构，在导热支承板上形成有多个导热基板支承部，因此能防止所支承的安装基板发生弯曲，并且能形成多个导热路径，从而能进一步提高导热效率。
本发明所涉及的功率转换装置的第七方式在于，所述导热支承板由热传导率良好的金属材料形成。
根据该结构，导热支承板由铝、铝合金、铜等的热传导率良好的金属材料形成，因此能进一步提高导热效率。
本发明所涉及的功率转换装置的第八方式在于，所述导热路径形成构件由热传导率良好的金属材料形成。
根据该结构，导热路径形成构件由铝、铝合金、铜等的热传导率良好的金属材料形成，因此能进一步提高导热效率。
本发明所涉及的功率转换装置的第九方式在于，具备多组由所述安装基板、导热支承板、所述导热路径形成构件所构成的组，使每个所述组中的所述导热路径构件的高度各不相同，并且该导热路径形成构件通过所述半导体功率模块的不同侧面而与所述冷却体相连接。
根据该结构，在存在多个安装基板与导热支承板部构成的组时，能对每个安装基板形成不同的散热路径，能提高导热效率。
本发明所涉及的功率转换装置的第十方式在于，多个所述导热路径形成构件通过与所述冷却体相接触的连结板部相连结。
根据该结构，多个导热路径形成构件通过与冷却体相接触的连结板部相连结，因此能扩大导热路径形成构件与冷却体之间的接触面积，能更高效地对安装于安装电路基板的发热电路元器件的发热进行散热。
本发明所涉及的功率转换装置的第十一方式在于，所述导热支承板与所述导热路径形成构件形成为一体。
根据该结构，导热支承板与导热路径形成构件形成为一体，因此能省略两者之间的连结部，进一步减小热阻，能更高效地将安装基板的发热散热至冷却体。
发明效果
根据本发明，利用导热基板支承部对安装有发热电路元器件的安装基板进行支承，该导热基板支承部是在导热支承板上与导热支承板形成为一体的接合部，因此能减小导热支承板与导热基板支承部之间的热阻，能高效地将发热电路元器件等的发热传导至导热支承板。
此外，在导热支承板与冷却体之间设有形成直接导热路径的板状的导热路径形成构件，因此能形成具有较大截面积的导热路径，能高效地对传导至导热支承板的热量散热到冷却体。此时，导热路径与覆盖半导体功率模块及安装基板的壳体分开形成，因此壳体本身无需使用热传导率良好的材料，能以廉价的合成树脂材料来构成。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的功率转换装置的实施方式1的整体结构的剖视图。
图2是表示实施方式1的主要部分的放大剖视图。
图3是表示安装有安装基板的状态下的具体结构的放大剖视图。
图4是对发热电路元器件的散热路径进行说明的图。
图5是表示对功率转换装置施加上下振动或横向摇动的状态的图。
图6是表示导热路径形成构件的其它示例的剖视图。
图7是表示半导体功率模块的冷却构件的其它示例的整体结构的剖视图。
图8是表示图7的主要部分的放大剖视图。
图9是表示导热路径形成构件的其它示例的剖视图。
具体实施方式
以下，利用附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明所涉及的功率转换装置的整体结构的剖视图。
图中，标号1是功率转换装置，该功率转换装置1收纳于壳体2内。壳体2由合成树脂材料成形而成，所述壳体2由下部壳体2A及上部壳体2B构成，该下部壳体2A及上部壳体2B构成夹着具有水冷套管的结构的冷却体3而被分割成上下侧。
下部壳体2A由有底方筒体构成。该下部壳体2A的开放上部被冷却体3所覆盖，其内部收纳有滤波用薄膜电容器4。
上部壳体2B包括上端和下端开放的方筒体2a、以及封闭该方筒体2a上端的盖体2b。而且，方筒体2a的下端被冷却体3所封闭。虽未图示，但在该方筒体2a的下端与冷却体3之间，存在涂布有液态密封剂或夹有橡胶制填充物等的密封材料。
冷却体3的冷却水供水口3a和排水口3b朝壳体2外侧开口。这些供水口3a和排水口3b例如经由挠性软管与未图示的冷却水提供源相连接。该冷却体3例如通过将热传导率较高的铝、铝合金压铸成形或锻造而形成。并且，冷却体3的下表面为平坦面，上表面的除中央部3c外的剩余部分上形成有方框状的周槽3d。此外，在冷却体3上形成有插入孔3e，该插入孔3e供保持于下部壳体2A的薄膜电容器4的被绝缘覆盖的正负电极4a在上下方向上插通。
同时参照图2可知，功率转换装置1包括半导体功率模块11，该半导体功率模块11内置有例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)来作为构成功率转换用的例如逆变器电路的半导体开关元件。在该半导体功率模块11中，在扁平的长方体状的绝缘性箱体12内内置有IGBT，在箱体12的下表面上形成有金属制的冷却构件13。
在箱体12及冷却构件13中，俯视时，在四个角上形成有插入孔15，该插入孔15用于插入作为固定构件的固定螺钉14。另外，在箱体12的上表面上，在插入孔15内侧的四个部位上突出形成有规定高度的基板固定部16。
在该基板固定部16的上端固定有驱动电路基板21，该驱动电路基板21安装有对内置于半导体功率模块11的IGBT进行驱动的驱动电路等。
此外，在驱动电路基板21的上方，与驱动电路基板21保持规定间隔地固定有作为安装基板的控制电路基板22，该控制电路基板22对内置于半导体功率模块11中的IGBT进行控制。在该控制电路基板22上安装有控制电路等，该控制电路包含发热量相对较大、或者发热密度较大的发热电路元器件。
此外，在驱动电路基板22的上方，与驱动电路基板22保持规定间隔地固定有作为安装基板的电源电路基板23，该电源电路基板22对内置于半导体功率模块11中的IGBT进行供电。在该电源电路基板23上安装有电源电路等，该电源电路包含发热量相对较大、或者发热密度较大的发热电路元器件。
而且，驱动电路基板21通过以下方式来进行固定：即，将接头螺钉24的外螺纹部24a插入至插入孔21a内，该插入孔21a形成在与基板固定部16相对位置处，然后将该外螺纹部24a与形成于基板固定部16上表面的内螺纹部16a螺合。
此外，控制电路基板22通过以下方式来进行固定：即，将接头螺钉25的外螺纹部25a插入至插入孔22a内，该插入孔22a形成在与形成于接头螺钉24上端的内螺纹部24b相对的位置处，然后将该外螺纹部25a与接头螺钉24的内螺纹部24b螺合。
而且，电源电路基板23通过以下方式来进行固定：即，将固定螺钉26插入至插入孔23a内，该插入孔23a形成在与形成于接头螺钉25上端的内螺纹部25b相对的位置处，然后将该固定螺钉26与接头螺钉25的内螺纹部25b螺合。
此外，控制电路基板22及电源电路基板23由导热支承板32及33来支承。这些导热支承板32及33由例如铝、铝合金等热传导率较高(例如100W·m-1·K-1以上)的金属形成为与控制电路基板22及电源电路基板23大致相同的外形。
导热基板支承部34及35在导热支承板32及33的上表面的例如四个角位置上突出地与导热支承板32及33形成为一体，以作为4根中空的接合部。这些导热基板支承部34及35通过对导热支承板32及33实施翻边加工或拉深加工而形成。此外，在导热基板支承部34及35的内周面分别形成有内螺纹36。
此处，如后述那样，导热基板支承部34及35的高度选定为在粘贴于导热支承板32及33的上表面的绝缘片材40a、与安装于控制电路基板22及电源电路基板23的下表面的电路元器件的底面之间能确保所需绝缘距离的高度。
于是，在导热基板支承部34及35的上端固定支承有控制电路基板22及电源电路基板23。这些控制电路基板22及电源电路基板23的固定过程中，首先，在导热基板支承部34及35的上端放置控制电路基板22及电源电路基板23。在该状态下，固定螺钉38通过形成于控制电路基板22及电源电路基板23中的螺钉插入孔37与控制电路基板22及电源电路基板23的内螺纹36螺合并固紧。由此，控制电路基板22及电源电路基板23固定于导热基板支承部34及35上。
此外，形成于导热支承板32及33上的导热基板支承部34及35配置在安装于控制电路基板22及电源电路基板23上的发热量相对较大、或者发热密度较大的发热电路元器件39附近。
并且，在导热支承板32及33的上下表面配置有分别由绝缘材料形成的绝缘片材40a及40b。通过导热支承板32及33的上表面侧的绝缘片材40a来对安装于控制电路基板22及电源电路基板23的下表面侧的电路元器件与导热支承板32及33之间进行绝缘。此外，利用导热支承板32及33的下表面侧的绝缘片材40b来实现与安装在与该下表面侧相对的驱动电路基板21及控制电路基板22的上表面的电路元器件之间的绝缘性。
因此，能够缩短驱动电路基板21及控制电路基板22之间、与控制电路基板22及电源电路基板23之间的绝缘距离，能降低半导体功率模块11与电源电路基板23之间的高度，从而力图实现小型化。
并且，在导热支承板32与冷却体3之间配置有板状的导热路径形成构件42，该导热路径形成构件42通过半导体功率模块11的右端侧而形成直接导热路径。此外，在导热支承板33与冷却体3之间也配置有板状的导热路径形成构件43，该导热路径形成构件43通过半导体功率模块11的左端侧而形成直接导热路径。这些导热路径形成构件42及43由例如铝、铝合金等热传导率较高(例如100W·m-1·K-1以上)的金属所形成。
两个导热路径形成构件42及43具有方框状的共用的底板部44，该底板部44配置在冷却体3的上表面的与半导体功率模块11的外边缘相对的周槽3d内，构成冷却体接触板部。因此，导热路径形成构件42和43通过底板部44而连结为一体。
而且，导热路径形成构件42和43及底板部44具有黑色的表面。使这些导热路径形成构件42和43及底板部44的表面变为黑色的过程中，只要在表面涂布黑色树脂、或用黑色涂料来进行涂抹即可。由此，将导热路径形成构件42和43及底板部44的表面变为黑色，从而与金属原有颜色相比，能增大热辐射率，增加辐射导热量。因此，能促进导热路径形成构件42和43及底板部44向周围散热，使控制电路基板22及电源电路基板23高效地进行热冷却。此外，也可以只将导热路径形成构件42和43的表面变为黑色而不将底板部44的表面变为黑色。
如图2所示，导热路径形成构件42由与配置于冷却体3的周槽3d内的共用的底板部44的长边侧的外边缘连结为一体且沿上方延伸的连结侧板部42a、以及从该连结侧板部42a的上端向左侧延伸的上板部42b形成，该导热路径形成构件42的截面呈反L字形。连结侧板部42a通过半导体功率模块11的长边侧的右侧面向上方延伸。
而且，将连结侧板部42a与底板部44的连结部、以及连结侧板部42a与上板部42b的连结部形成为例如以圆筒面的一部分构成的弯曲面42c及42d。
由此，将连结侧板部42a与底板部44的连结部、以及连结侧板部42a与上板部42b的连结部形成为圆筒状的弯曲面42c及42d，从而能提高对上下振动或横向摇动等的抗振性。即，能缓和对功率转换装置1传递上下振动或横向摇动时连结侧板部42a与底板部44的连结部、以及连结侧板部42a与上板部42b的连结部上所产生的应力的集中。
并且，将连结侧板部42a与底板部44的连结部、以及连结侧板部42a与上板部42b的连结部形成为圆筒状的弯曲面42c及42d，从而与将连结侧板部42a与底板部44的连结部、以及连结侧板部42a与上板部42b的连结部形成为直角的L字形的情况相比，能缩短热传导路径。因此，能缩短从导热支承板32至冷却体3为止的导热路径，实现有效的热冷却。
如图2及图3所示，导热路径形成构件43由与配置于冷却体3的周槽3d内的共用的底板部44的长边侧的外边缘连结为一体且沿上方延伸的连结侧板部43a、以及从该连结侧板部43a的上端向右侧延伸的上板部43b形成，该导热路径形成构件43的截面呈逆L字形。连结侧板部43a通过半导体功率模块11的长边侧的左侧面向上方延伸。
而且，将连结侧板部43a与底板部44的连结部、以及结侧板部43a与上板部43b的连结部形成为例如以圆筒面的一部分构成的弯曲面43c及43d。
由此，将连结侧板部43a与底板部44的连结部、以及连结侧板部43a与上板部43b的连结部形成为圆筒状的弯曲面43c及43d，从而能提高对上下振动或横向摇动等的抗振性。即，能缓和对功率转换装置1传递上下振动或横向摇动时连结侧板部43a与底板部44及上板部43b的连结部上所产生的应力的集中。
并且，将连结侧板部43a与底板部44的连结部、以及连结侧板部43a与上板部43b的连结部形成为圆筒状的弯曲面43c及43d，从而与将连结侧板部43a与底板部44的连结部、以及连结侧板部43a与上板部43b的连结部形成为直角的L字形的情况相比，能缩短热传导路径。因此，能缩短从导热支承板33至冷却体3的导热路径，实现有效的热冷却。
此外，导热支承板32与导热路径形成构件42如图2所示那样，利用固定螺钉45以使得向导热支承板32的右侧突出的安装端部32a与导热路径形成构件42的上板部42b的上表面重合的状态紧密接触并相连结。同样，导热支承板33与导热路径形成构件43如图2所示那样，利用固定螺钉46以使得向导热支承板33的左侧突出的安装端部33a与导热路径形成构件43的上板部43b的上表面重合的状态紧密接触并相连结。
此外，如图2和图3所示，在导热路径形成构件42和43的共用的底板部44上，与半导体功率模块11的供固定螺钉14插入的插入孔15相对的位置上，形成有固定构件插入孔44a。并且，在底板部44的上表面与形成于半导体功率模块11的冷却构件13的下表面之间，夹有板状弹性构件47。
接着，通过使固定螺钉14插入半导体功率模块11及冷却构件13的插入孔15及底板部44的固定构件插入孔44a，并使该固定螺钉14与形成于冷却体3的内螺纹部3f相螺合，来将半导体功率模块11和底板部44一同紧固定于冷却体3。
接着，对上述实施方式1的功率转换装置1的组装方法进行说明。
首先，如上所述那样，在导热支承板32及33的上下表面上粘贴绝缘片材40a及40b。
接着，在将电源电路基板23放置于导热支承板33的导热基板支承部35的上端的状态下，利用固定螺钉38对电源电路基板23与导热支承板33的导热基板支承部35进行固定，形成电源电路单元U3。
接着，在将控制电路基板22放置于导热支承板32的导热基板支承部35的状态下，利用固定螺钉38对控制电路基板22与导热支承板32的导热基板支承部34进行固定，形成控制电路单元U2。
另一方面，在导热路径形成构件42和43所共用的底板部44的上表面与形成于半导体功率模块11的冷却构件13的下表面之间夹有板状弹性构件47的状态下，利用固定螺钉14，将该底板部44与半导体功率模块11一同固定于冷却体3的周槽3d内。
由此，能将半导体功率模块11及导热路径形成构件42和43的共用的底板部44同时固定于冷却体3，因此，能减小组装工序数。此外，在将底板部44固定于冷却体3时在底板部44与半导体功率模块11的冷却构件13之间夹有板状弹性构件47，因此利用该板状弹性构件47将底板部44按压到冷却体3的周槽3d的底部，从而底板部44与冷却体3可靠地相接触，能确保较大的接触面积。
另外，在将半导体功率模块11固定于冷却体3之前或固定之后，将驱动电路基板21放置在形成于半导体功率模块11的上表面的基板固定部16上。然后，利用四根接头螺钉24从驱动电路基板21的上方将该驱动电路基板21固定于基板固定部16。
然后，在接头螺钉24的上表面放置控制电路单元U2的控制电路基板22，利用四根接头螺钉25进行固定。接着，在接头螺钉25的上表面放置电源电路单元U3的电源电路基板23，利用四根固定螺钉26进行固定。然后，导热支承板32及33利用固定螺钉45及46与导热路径形成构件42及43相连结。
之后，如图1所示，将母线50连接于半导体功率模块11的正负的直流输入端子11a，利用固定螺钉51将贯穿冷却体3的薄膜电容器4的正负的电极4a连结于该母线50的另一端。并且，将压接端子53与半导体功率模块11的直流输入端子11a相固定，其中，该压接端子53固定于与外部整流器(未图示)相连接的连接线52的前端。
并且，利用固定螺钉56将母线55与半导体功率模块11的三相交流输出端子11b相连接，并在该母线55的中部配置电流传感器57。然后，利用固定螺钉60将压接端子59与母线55的另一端固定相连，其中，该压接端子59固定于与外部的三相电动机(未图示)相连接的电动机连接电缆58的前端。
之后，通过密封材料将下部壳体2A和上部壳体2B固定于冷却体3的下表面及上表面，从而完成功率转换装置1的组装。
在该状态下，由外部整流器(未图示)提供直流电，并使安装在电源电路基板23上的电源电路、安装在控制电路基板22上的控制电路处于工作状态，由控制电路经由安装在驱动电路基板21上的驱动电路将栅极信号、即脉宽调制信号提供给半导体功率模块11。由此，对内置于半导体功率模块11的IGBT进行控制，并将直流电转换为交流电。从三相交流输出端子11b经由母线55将转换后的交流电提供给电动机连接电缆58，从而对三相电动机(未图示)进行驱动控制。
此时，内置于半导体功率模块11的IGBT会发热。由于形成在半导体功率模块11上的冷却构件13与冷却体3的中央部3c直接接触，因此利用提供给冷却体3的冷却水对该发热进行冷却。
另一方面，安装于控制电路基板22及电源电路基板23的控制电路及电源电路中包含有发热电路元器件39，这些发热电路元器件39会发热。此时，发热电路元器件39的附近配置有与导热支承板32及33形成为一体的导热基板支承部34及35。因此，通过导热基板支承部34及35将发热电路元器件39发出的热量传导到导热支承板32及33。此时，由于导热基板支承部34及35与导热支承板32及33形成为一体，因此能降低导热基板支承部34及35与导热支承板32及33之间的热阻，能进行良好的热传导。
此外，由于导热支承板32及33与导热路径形成构件42及43相连结，因此传导到导热支承板32及33的热量通过导热路径形成构件42及43传导至共用的底板部44。由于该底板部44与冷却体3的周槽3d内直接接触，因此冷却体3对传导到底板部44的热量进行散热。
并且，传导到底板部44的热量从底板部34的上表面侧经由板状弹性构件47传导至半导体功率模块11的冷却构件13，经由该冷却构件13传导至冷却体3的中央部3c，进行散热。
由此，根据上述实施方式1，导热基板支承部34及35与导热支承板32及33形成为一体，该导热支承板32及33对作为安装基板的控制电路基板22及电源电路基板23进行支承。因此，对于导热基板支承部34及35和导热支承板32及33之间的热阻，与导热基板支承部34及35作为其它构件通过固定螺钉等与导热支承板32及33相接合的情况相比，能变得非常小。
并且，控制电路基板22与导热支承板32之间、以及电源电路基板23与导热支承板33之间利用圆筒状的导热基板支承部34及35相连结，但导热基板支承部34及35的导热距离与上述的现有例相比格外短。因此，能增加导热基板支承部34及35的热输送量Q。
也就是说，热输送量Q可用以下式(1)来表示。
Q＝λ×(A/L)×T……(1)
其中，λ是热传导率[W/m℃]，T是温度差[℃]基板温度T1-冷却体温度T2，A是导热最小截面积[m2]，L是导热长度[m]。
根据上述式(1)，在将导热最小截面积A设为相同时，导热长度L越短热输送量Q越多，本实施方式中的导热基板支承部34及35的热输送量Q与现有例相比，能有所增加。
因此，安装于控制电路基板22及电源电路基板23的发热电路元器件39的发热能高效地传导至导热支承板32及33，并能从导热支承板32及33经由导热路径形成构件42及43高效地散热到冷却体3。
并且，导热基板支承部34及35配置在发热电路元器件39的附近，该发热电路元器件39安装于控制电路基板22及电源电路基板23。因此，能缩短发热电路元器件39与导热基板支承部34及35之间的导热距离，能更有效地进行对冷却体3的散热。
此外，将热量传导至导热支承板32及33的发热电路元器件39的发热经由导热路径形成构件42及43散热到冷却体3。此时，导热路径形成构件42和43分别沿半导体功率模块11的长边设置。
因此，能增大导热截面积，并能确保较宽的散热路径。而且，由于将导热路径形成构件42和43的弯曲部设为圆筒状的弯曲部，因此，与将弯曲部形成为L字形的情况相比，能缩短到冷却体3的导热距离。因此，根据上述式(1)可知，若导热路径形成构件42及43的导热长度L缩短，则导热路径形成构件42及43的热输送量Q会增加，能发挥优异的冷却效果。
此外，由于导热路径形成构件42及43与共用的底板部44形成为一体，因此导热路径形成构件42及43与底板部44之间的元器件彼此不存在接缝，能抑制热阻，能更高效地形成散热路径。
并且，由于从安装有发热电路元器件39的控制电路基板22和电源电路基板23到冷却体3的散热路径中未包含壳体2，因此，对壳体2的导热性没有要求。因此，不必使用铝等高热传导率的金属来作为壳体2的构成材料，能以合成树脂材料来构成壳体2，从而能力图实现降低重量及成本。
另外，由于散热路径并不取决于壳体2，能以功率转换装置1来单独形成散热路径，因此，能将由半导体功率模块11、驱动电路基板21、控制电路基板22及电源电路基板23所构成的功率转换装置1运用于各种不同形态的壳体2和冷却体3。能提高壳体设计的自由度。
此外，由于控制电路基板22和电源电路基板23由金属制的导热支承板32及33所支承，因此，能提高控制电路基板22和电源电路基板23的刚性。因此，即使是将功率转换装置1作为驱动车辆行驶用电动机的电动机驱动电路来使用的情况那样，对功率转换装置1施加图5所示的上下振动或横向摇动作用的情况下，也能利用导热支承板32和33以及导热路径形成构件42和43来提高刚性。因此，能提供受上下振动或横向摇动等的影响较小的功率转换装置1。
此外，在上述实施方式1中，对在导热支承板32及33的上下表面粘贴有绝缘片材40a以及40b的情况进行了说明。然而，本发明并不限于上述结构，若能确保充足的绝缘距离，则也可省略绝缘片材40a及40b中的一个或两个都省略。
由此，在至少省略绝缘片材40a及40b中的一个的情况下，导热支承板32及33的上表面及下表面中的至少一个表面露出。利用该露出面能吸收控制电路基板22及电源电路基板23的周围的发热，能进一步提高控制电路基板22及电源电路基板23的散热效果。
此外，在上述实施方式中，对在控制电路单元U2和电源电路单元U3中，使导热支承板32和33的外形与控制电路基板22及电源电路基板23相同的情况进行了说明。然而，本发明并不限于上述结构，也可以使导热支承板32及33具有比控制电路基板22及电源电路基板23要大的外形，从而进一步提高导热支承板32及33的吸热效果。
另外，在上述实施方式中，对安装有发热电路元器件39的基板存在两种的情况进行了说明。然而，本发明并不局限于上述结构，在例如只存在例如控制电路基板22这一块安装有发热电路元器件39的基板的情况下，也可以采用如图6(a)所示的结构。即，也可以在导热支承板32的左侧设有导热路径形成构件42L，从而在导热支承板32的两侧形成散热路径。根据上述结构，通过在导热支承板32的两侧形成散热路径，能进一步提高控制电路基板22的散热效果，并且能进一步提高对于上下振动及左右振动的刚性。
并且，也可以如图6(b)所示那样与各电路单元U2及U3相对地形成多级的导热路径形成构件42及43，并对多个导热支承板32及33进行支承。在该情况下，也能进一步提高控制电路基板22的散热效果，并能进一步提高对于上下振动及左右振动的刚性。
此外，在上述实施方式中，对半导体功率模块11的冷却构件13与冷却体3的上表面相接触的情况进行了说明。然而，本发明并不限于上述结构，也能如图7及图8所示那样构成冷却构件13。
即，本实施方式中，形成于半导体功率模块11的冷却构件13具备散热片61，该散热片61与流过冷却体3的冷却水直接接触。与此相应，在冷却体3的中央部形成开口的、将散热片61浸渍到冷却水的通路中的浸渍部62。
然后，在包围浸渍部62的周壁63与冷却构件13之间配置O形环等的密封构件66。
其他的结构与上述的实施方式1相同，对于与图1及图2相对应的部分标注相同的标号，并省略其详细说明。
在这种结构下，由于在半导体功率模块11的冷却构件13形成散热片61，并利用浸渍部62将该散热片61直接浸渍在冷却水中，因此能够更高效地对半导体功率模块11进行冷却。
此外，在上述实施方式中，对导热支承板32及33与导热路径形成构件42及43分开构成的情况进行了说明。然而，本发明并不限于上述结构，如图9所示那样，也可以使导热支承板33与导热路径形成构件43构成为一体。同样，也可以使导热支承板32与导热路径形成构件42构成为一体。在这种情况下，由于不会在导热支承板32和33与导热路径形成构件42和43之间形成接缝，因此，能进一步减小热阻从而更高效地进行散热。
此外，在上述实施方式中，对使用薄膜电容器4来作为滤波用电容器的情况进行了说明，但并不局限于此，也可以使用圆柱形的电解电容器。
另外，在上述实施方式中，对将本发明的功率转换装置适用于电动汽车的情况进行了说明，但并不局限于此，本发明也可适用于行驶于轨道的铁道车辆，还可适用于任意的电驱动车辆。此外，作为功率转换装置并不限于电驱动车辆，在对其它产业设备中的电动机等致动器进行驱动的情况下，也能应用本发明的功率转换装置。
工业上的实用性
根据本发明，利用在导热支承板上形成为一体的作为接合部的导热基板支承部对安装有发热电路元器件的安装基板进行支承，因此能提供一种能以较小的热阻来支承安装基板，并高效地将发热电路元器件的发热传导至冷却体的功率转换装置。
标号说明
1…功率转换装置、2…壳体、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…冷却构件、21…驱动电路基板、22…控制电路基板、23…电源电路基板、24，25…接头螺钉、32，33…导热支承板、34，35…导热基板支承部、40a，40b…绝缘片材、42，43…导热路径形成构件、61…散热片

Claims (11)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
半导体功率模块，该半导体功率模块的一个面与冷却体相接合；
安装基板，该安装基板安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件驱动所述半导体功率模块；以及
导热支承板，该导热支承板支承所述安装基板，并且将所述安装基板的热量传导至所述冷却体，
所述导热支承板具有将所述安装基板与所述导热支承板直接接合的接合部。
2.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
半导体功率模块，该半导体功率模块在箱体内内置有功率转换用的半导体开关元件，且在该箱体的一个面上形成有冷却构件；
安装基板，该安装基板安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件对安装于所述半导体功率模块的箱体的另一面侧的所述半导体开关元件进行驱动；
冷却体，该冷却体对所述半导体功率模块的冷却构件进行冷却；
导热支承板，该导热支承板支承所述安装基板；以及
导热路径形成构件，该导热路径形成构件用于形成配置在所述导热支承板与所述冷却体之间的直接导热路径，且该导热路径形成构件为板状，
所述导热支承板与支承所述安装基板的导热基板支承部形成为一体。
3.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述导热基板支承部形成使安装于所述安装基板上的电路元器件不与该导热支承板相接触的间隙，并支承所述安装基板。
4.如权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述安装基板与所述导热支承板之间的间隙中设置有绝缘构件。
5.如权利要求2至4的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述导热基板支承部形成在安装于所述安装基板的电路元器件中的发热量及发热密度中的至少一个相对较大的电路元器件的附近。
6.如权利要求2至4的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述导热支承板上形成有多个所述导热基板支承部。
7.如权利要求2至4的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述导热支承板由热传导率良好的金属材料形成。
8.如权利要求2至4的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述导热路径形成构件由热传导率良好的金属材料形成。
9.如权利要求2至4的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
具备多组由所述安装基板、导热支承板、所述导热路径形成构件所构成的组，使每个所述组中的所述导热路径构件的高度各不相同，并且该导热路径形成构件通过所述半导体功率模块的不同侧面而与所述冷却体相连接。
10.如权利要求9所述的功率转换装置，其特征在于，
多个所述导热路径形成构件通过与所述冷却体相接触的连结板部相连结。
11.如权利要求2至4的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述导热支承板与所述导热路径形成构件形成为一体。
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