CN106463876A - 功率半导体模块的端子连接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功率半导体模块的端子连接结构，其将电缆与具有在上表面的侧端部立设的引脚输出端子(2)的功率半导体模块(10)连接，该功率半导体模块的端子连接结构具备：树脂托架(4)，其埋设有在上表面露出而用于固定电缆的连接端子(31)的嵌入螺母(13)；以及带衬套连接基板(5)，其形成有供引脚输出端子(2)插通的端子孔(16)，且具有供与嵌入螺母(13)螺合的螺栓(18)贯穿的导电性衬套(15)，将引脚输出端子(2)插通于端子孔(16)并进行钎焊，在导电性衬套(15)与固定用的螺栓(18)的头部之间夹入连接端子(31)，通过固定用的螺栓(18)进行螺栓紧固而将电缆与功率半导体模块(10)连接。

Description

功率半导体模块的端子连接结构
技术领域
本发明涉及一种能够抑制将功率半导体模块的电力用的多个引脚输出端子与电缆的连接端子经由连接构件连接的连接可靠性降低的功率半导体模块的端子连接结构。
背景技术
作为驱动源而搭载有发动机以及旋转电机的混合动力作业车辆具备蓄电池等蓄电器，该蓄电器向旋转电机供给电源，另一方面存储通过旋转电机发电产生的电力。在具有这样的结构的混合动力作业车辆中具有驱动旋转电机的逆变器。逆变器利用功率半导体模块进行电力转换。
专利文献1中记载了一种电力转换装置，该电力转换装置具有：层叠单元，其层叠有包括电力转换用的开关元件的多个功率模块和供冷却所述功率模块的制冷剂流动的多个制冷剂流路；外壳，其收纳所述层叠单元；树脂制的固定构件，其固定于所述外壳的外侧的表面；控制基板，其固定于所述固定构件而借助所述固定构件安装于所述外壳，且该控制基板与所述多个功率模块连接；第一固定部，其将所述控制基板固定于所述固定构件；以及第二固定部，其将所述固定构件固定于所述外壳，所述固定构件的线膨胀率是比所述外壳的线膨胀率接近所述控制基板的线膨胀率的值，所述第一固定部与所述第二固定部在所述固定构件上配置在不同的位置。根据上述结构，固定构件的线膨胀率是比外壳的线膨胀率接近控制基板的线膨胀率的值，第一固定部与第二固定部在固定构件上配置在不同的位置，因此能够抑制外壳的热变形向控制基板传递，而能够抑制控制基板产生热变形。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-119536号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在逆变器壳体内安装IGBT等功率半导体模块，需要在逆变器壳体内将电缆的连接端子与功率半导体模块连接。在这种情况下，在端子台与功率半导体模块一体地形成的功率半导体模块的情况下，将电缆的连接端子与端子台连接即可，然而在功率半导体模块的端子是引脚输出端子的情况下，需要另外设置端子台。
在这种情况下，在另外设置的端子台上具有用于连接引脚输出端子的引脚连接部与用于连接电缆的连接端子的电缆连接部，需要在引脚连接部与电缆连接部之间设置形成有导电图案的连接基板或者母线等连接构件。
在具有利用连接基板、母线等将功率半导体模块的电力用的引脚输出端子与电缆的连接端子连接的结构的混合动力作业车辆中，因高负荷下的反复作业引起的功率半导体模块的温度变动、振动冲击的反复，而作用有欲使功率半导体模块的引脚输出端子部与电缆的连接端子部相对错开的负荷，因此，对引脚连接部以及电缆连接部施加有应力，导致功率半导体模块与电缆的连接的可靠性降低。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制功率半导体模块的电力用的多个引脚输出端子与电缆的连接端子经由连接构件连接的可靠性降低的功率半导体模块的端子连接结构。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题而实现目的，本发明涉及一种功率半导体模块的端子连接结构的特征在于，具备：功率半导体模块，其装配于壳体上且具有在上表面的侧端部立设的多个引脚输出端子；树脂托架，其配置于所述功率半导体模块的侧方且装配于所述壳体；带衬套连接基板，其在形成有供所述引脚输出端子插通的端子孔的基板主体上配置有具备凸缘部的导电性衬套，该带衬套连接基板将所述端子孔与所述导电性衬套导电连接；以及螺栓，其贯穿电缆的连接端子以及所述带衬套连接基板的所述导电性衬套而与所述树脂托架螺合，所述引脚输出端子插通于所述端子孔且与所述端子孔导电连接，所述电缆的连接端子通过所述螺栓与所述树脂托架的螺合而与所述导电性衬套导电连接，所述引脚输出端子与所述电缆的连接端子导电连接。
另外，在上述的发明的基础上，本发明所涉及的功率半导体模块的端子连接结构的特征在于，所述树脂托架设有与所述螺栓相配的嵌入螺母。
另外，在上述的发明的基础上，本发明所涉及的功率半导体模块的端子连接结构的特征在于，所述功率半导体模块的壳体的线膨胀率与所述树脂托架的线膨胀率之差处于规定范围内。
另外，在上述的发明的基础上，本发明所涉及的功率半导体模块的端子连接结构的特征在于，所述引脚输出端子在插通于所述端子孔的状态下被钎焊而与所述端子孔导通连接。
另外，在上述的发明的基础上，本发明所涉及的功率半导体模块的端子连接结构的特征在于，所述引脚输出端子与所述端子孔的连接在使所述导电性衬套与所述树脂托架的上表面接触的状态下进行。
另外，在上述的发明的基础上，本发明所涉及的功率半导体模块的端子连接结构的特征在于，使所述导电性衬套与所述树脂托架的上表面接触的状态通过不夹着所述电缆的连接端子而将所述螺栓固定于所述树脂托架的临时固定来形成。
另外，在上述的发明的基础上，本发明所涉及的功率半导体模块的端子连接结构的特征在于，在进行夹着所述电缆的连接端子来固定的正式固定的情况下，每拆下临时固定的所述螺栓就通过所述螺栓将拆下的部位正式固定。
根据本发明，能够抑制功率半导体模块的电力用的多个引脚输出端子与电缆的连接端子经由连接构件连接的连接可靠性降低。
附图说明
图1是表示包含作为本发明的实施方式的功率半导体模块的端子连接结构的逆变器内的配置结构的图。
图2是图1的A部的放大图。
图3是图2的B-B线剖视图。
图4是表示由伴随着树脂托架与功率半导体模块的壳体的线膨胀率之差的带衬套连接基板的变形引起的、对焊接部施加的应力的说明图。
图5是表示通过临时固定而预先组装了端子台的状态的图。
图6是表示将功率半导体模块安装于逆变器壳体的状态的图。
图7是表示将临时固定了的端子台安装于逆变器壳体的状态的图。
图8是表示进行了引脚输出端子的钎焊与控制基板的安装的状态的图。
图9是表示将电容器的连接端子与端子台连接的正式固定的状态的图。
图10是表示将电缆的连接端子与端子台连接的正式固定的状态的图。
图11是表示作为本实施方式的功率半导体模块的端子连接步骤的流程图。
图12是表示未通过固定用的螺栓临时固定的情况下的端子台的图2的C-C线剖视图。
图13是表示未通过固定用的螺栓临时固定的情况下的端子台与在该端子台连接电缆的连接端子的情况下的端子台的状态的图2的B-B线剖视图。
图14是表示通过固定用的螺栓进行了临时固定的情况下的端子台的图2的C-C线剖视图。
图15是表示通过固定用的螺栓进行了临时固定的情况下的端子台与在该端子台通过固定用的螺栓将电缆的连接端子正式固定的情况下的端子台的状态的图2的B-B线剖视图。
具体实施方式
以下，结合附图对用于实施本发明的方式进行说明。
图1是表示包含作为本发明的实施方式的功率半导体模块10的端子连接结构的逆变器1内的配置结构的图。如图1所示，逆变器1在逆变器壳体1a(本申请发明的壳体)内并排配置有：具有引脚输出端子2的两个功率半导体模块10；一体地形成有端子台20a的三个功率半导体模块20。需要说明的是，在逆变器壳体1a内形成有供电缆、平滑用的电容器配置的布线空间1b。另外，逆变器1还具有未图示的冷却机构。功率半导体模块10、20分别通过四角处的螺栓紧固而固定于逆变器壳体1a。逆变器壳体1a内的供功率半导体模块10、20配置的壳体的部位是被上述的冷却机构冷却的冷却部。
引脚输出端子2配置在功率半导体模块10的上表面的侧端部，且具有与电容器连接的直流的正端子2p、负端子2n、三相输出的U相端子2u、V相端子2v、W相端子2w。各引脚输出端子2具有三个端子，而进行电流分散。
功率半导体模块10由于将引脚输出端子2作为连接端子，因此为了连接电缆而设有三个端子台3。端子台3a、3b分别连接U相端子2u、V相端子2v、W相端子2w，端子台3c连接两个正端子2p、两个负端子2n。各端子台3(3a、3b、3c)设为在树脂托架4(4a、4b、4c)上分别配置有带衬套连接基板5(5a、5b、5c)的结构。需要说明的是，图1中省略了要被连接的电缆。端子台3配置在功率半导体模块10的侧方。即，配置在图中两个并排配置的功率半导体模块的右侧、左侧以及上侧。
图2是图1的A部的放大图。另外，图3是图2的B-B线剖视图。图2所示，端子台3配置于功率半导体模块10的侧方。如上所述，功率半导体模块10在四角通过螺栓42固定于逆变器壳体1a。另外，端子台3通过两端的螺栓40固定于逆变器壳体1a。需要说明的是，在功率半导体模块10的上表面安装有控制基板11。另外，带衬套连接基板5通过两端的螺栓41固定于树脂托架4。
如图2以及图3所示，树脂托架4在树脂托架主体12内埋设有在上表面露出而用于固定电缆30的连接端子31的嵌入螺母13。树脂托架主体12的上表面高度与功率半导体模块10的上表面高度大致相等。带衬套连接基板5在形成有供功率半导体模块10的引脚输出端子2插通的端子孔16的基板主体14上安装有供与嵌入螺母13螺合的固定用的螺栓18贯穿的导电性衬套15。导电性衬套15是带有凸缘的衬套，以从基板主体14的上表面侧贯穿基板主体14且从基板主体14的下表面略微突出的状态安装。基板主体14是将端子孔16与导电性衬套15之间电连接的导电性图案PT。带衬套连接基板5配置在树脂托架4以及配置有引脚输出端子2的功率半导体模块10的侧端部的上侧。
而且，引脚输出端子2在插通于端子孔16的状态下被钎焊，而形成焊接部17。另一方面，在导电性衬套15的上表面配置有电缆30的连接端子31，连接端子31在被导电性衬套15与螺栓18夹持的状态下通过螺栓18向嵌入螺母13的螺合而与导电性衬套15连接。其结果是，将电缆30的连接端子31与引脚输出端子2电连接。螺栓18是用于将电缆30的连接端子31与导电性衬套15连接的固定用的构件。
(功率半导体模块与树脂托架的线膨胀率)
如图4所示，在常温时、例如25℃时对引脚输出端子2与带衬套连接基板5进行钎焊的情况下(参照图4(a))，引脚输出端子2与带衬套连接基板5以直角相交，然而在成为高温时、例如125℃时(参照图4(b))，由于树脂托架4的线膨胀率比功率半导体模块10的壳体(树脂外壳)的线膨胀率大，因此，带衬套连接基板5的导电性衬套15侧相对浮起，带衬套连接基板5发生变形。由于该变形，对引脚输出端子2的焊接部17施加有应力，而导致焊接部17处的连接的可靠性降低。特别是，在混合动力作业车辆的情况下，由于反复进行相同的作业，因此反复产生温度变动。伴随着该温度变动的应力变动会导致使焊接部17处的连接的可靠性降低。
因此，在本实施方式中，使用功率半导体模块10的壳体与树脂托架4的线膨胀率之差处于规定范围内的材料。特别是以使树脂托架主体12的材料与功率半导体模块10的壳体的材料的线膨胀率之差处于规定范围内的方式选定材料。具体而言，以使树脂托架主体12的材料的线膨胀率成为功率半导体模块10的壳体的材料的线膨胀率的2倍以下的方式选定材料。需要说明的是，树脂托架主体12的线膨胀率与功率半导体模块10的壳体的线膨胀率越接近越优选。由此，能减轻功率半导体模块10发热时对焊接部17施加的应力，能够防止焊接部17的连接的可靠性的降低。如上所述，即使在混合动力作业车辆反复产生温度变动的情况下，也能够防止焊接部17处的连接的可靠性的降低。
(功率半导体模块的端子连接)
接下来，参照图5～图10以及图11所示的流程图，对经由端子台3的、引脚输出端子2与电缆30的连接端子31的连接的处理进行说明。首先，如图5所示，通过螺栓41将带衬套连接基板5安装于树脂托架4，并且通过固定用的螺栓18以使导电性衬套15的下表面与嵌入螺母13的上表面成为接触状态的方式将它们临时固定而预先组装端子台3(步骤S101)。
之后，如图6所示，通过螺栓42将功率半导体模块10安装在逆变器壳体1a内(步骤S102)。需要说明的是，步骤S101的端子台3的组装与步骤S102的功率半导体模块10的安装可以调换顺序，也可以同时进行。之后，如图7所示，通过螺栓40将预先组装好的三个端子台3安装于逆变器壳体1a(步骤S103)。需要说明的是，此时，引脚输出端子2插通于带衬套连接基板5的端子孔16中。端子孔16在设置端子台3时设置在供引脚输出端子2插通的位置。
之后，如图8所示，对区域E内的、插通端子孔16的引脚输出端子2进行钎焊而形成焊接部17，从而将引脚输出端子2与带衬套连接基板5连接(步骤S104)。并且，将控制功率半导体模块10的控制基板11安装在功率半导体模块的上表面(步骤S105)。
之后，如图9所示，将在直流输入侧的端子台3c临时固定了的固定用的螺栓18拆下(步骤S106)，在导电性衬套15上配置与电容器50连接的连接端子51，并将拆下来的固定用的螺栓18再次与嵌入螺母13螺合而将连接端子51正式固定(步骤S107)。
并且，如图10所示，将在三相输出侧的端子台3a、3b临时固定了的固定用的螺栓18拆下(步骤S108)，在导电性衬套15上配置电缆30的连接端子31，并将拆下来的固定用的螺栓18再次与嵌入螺母13螺合而将连接端子31正式固定(步骤S109)。
在此，图12是表示未通过固定用的螺栓18进行临时固定的情况下的端子台3的图2的C-C线剖视图。另外，图13是表示未通过固定用的螺栓18进行临时固定的情况下的端子台3与在该端子台3连接电缆30的连接端子31的情况下的端子台3的状态的图2的B-B线剖视图。
如图12以及图13(a)所示，在未通过固定用的螺栓18进行临时固定的情况下，有时会因带衬套连接基板5与树脂托架4的制造误差、部件公差而导致在导电性衬套15与嵌入螺母13之间产生间隙d。在产生了间隙d的状态下进行钎焊，如图13(b)所示，在产生了该间隙d的状态下通过固定用的螺栓18连接电缆30的连接端子31时，伴随着间隙d的压溃，基板主体14下降而发生变形，会对进行了钎焊的焊接部17施加有应力，从而焊接部17的连接的可靠性降低。
与此相对，在本实施方式中，在预先组装端子台3时，通过固定用的螺栓18进行临时固定。图14是表示通过固定用的螺栓18进行了临时固定的情况下的端子台3的图2的C-C线剖视图。另外，图15是表示通过固定用的螺栓18进行了临时固定的情况下的端子台3与在该端子台3通过固定用的螺栓18将电缆30的连接端子31正式固定的情况下的端子台3的状态的图2的B-B线剖视图。
如图14以及图15(a)所示，在本实施方式中，由于通过固定用的螺栓18对带衬套连接基板5的导电性衬套15进行临时固定，因此，在导电性衬套15与嵌入螺母13之间不会产生间隙，而成为接触状态。即，即使在因部件公差、制造误差而导致在导电性衬套15与嵌入螺母13之间产生图12所示的间隙d的情况下，由于通过临时固定而如图14所示那样使基板主体14发生变形，因此，如图15(a)所示，导电性衬套15与嵌入螺母13成为接触状态。在该临时固定的状态下，对引脚输出端子2进行钎焊，而形成焊接部17。之后，如图15(b)所示，即使将固定用的螺栓18拆下并夹着连接端子31而将拆下来的固定用的螺栓18正式固定，导电性衬套15与嵌入螺母13之间的接触状态也不会变化，基板主体14的位置也不会发生变化。其结果是，不会对焊接部17施加应力，能够以较高的可靠性维持焊接部17的连接状态。
需要说明的是，在上述的实施方式中，以将临时固定的固定用的螺栓18全部拆下后通过固定用的螺栓18正式固定为前提进行了说明，然而优选每拆下一个临时固定的固定用的螺栓18就利用拆下来的一个固定用的螺栓18依次进行正式固定。这是由于，能够一边维持导电性衬套15与嵌入螺母13之间的接触状态、且不对焊接部17施加应力的状态一边进行正式固定。
另外，在上述的实施方式中，在临时固定时使用了固定用的螺栓18，然而不局限于此，也可以利用临时固定专用的螺栓进行临时固定。
并且，在上述的实施方式中，利用固定用的螺栓18进行了临时固定，然而不局限于此，可以用手按压带衬套连接基板5，而形成导电性衬套15与嵌入螺母13之间的接触状态，在该状态下进行引脚输出端子2的钎焊，也可以利用按压工具形成导电性衬套15与嵌入螺母13之间的接触状态，在该状态下进行引脚输出端子2的钎焊。总之，在形成了导电性衬套15与嵌入螺母13之间的接触状态的状态下进行引脚输出端子2的钎焊即可。
需要说明的是，功率半导体模块10的引脚中存在电力用的引脚与控制用的引脚，与本实施方式的端子台3连接的引脚输出端子2是电力用的引脚。控制用的引脚与图8所示的控制基板11连接。
附图标记说明
1 逆变器
1a 逆变器壳体(壳体)
1b 布线空间
2 引脚输出端子
2p 正端子
2n 负端子
2u U相端子
2v V相端子
2w W相端子
3、3a、3b、3c 端子台
4 树脂托架
5 带衬套连接基板
10、20 功率半导体模块
11 控制基板
12 树脂托架主体
13 嵌入螺母
14 基板主体
15 导电性衬套
16 端子孔
17 焊接部
18 固定用的螺栓
20a 端子台
30 电缆
31、51 连接端子
40、41、42 螺栓
50 电容器
d 间隙
E 区域
PT 导电性图案

Claims (7)

1.一种功率半导体模块的端子连接结构，其特征在于，
该功率半导体模块的端子连接结构具备：
功率半导体模块，其装配于壳体并且具有在上表面的侧端部立设的多个引脚输出端子；
树脂托架，其配置于所述功率半导体模块的侧方且装配于所述壳体；
带衬套连接基板，其在形成有供所述引脚输出端子插通的端子孔的基板主体上配置有具备凸缘部的导电性衬套，且该带衬套连接基板将所述端子孔与所述导电性衬套导电连接；以及
螺栓，其贯穿电缆的连接端子以及所述带衬套连接基板的所述导电性衬套而与所述树脂托架螺合，
所述引脚输出端子插通于所述端子孔且与所述端子孔导电连接，所述电缆的连接端子通过所述螺栓与所述树脂托架的螺合而与所述导电性衬套导电连接，所述引脚输出端子与所述电缆的连接端子导电连接。
2.根据权利要求1所述的功率半导体模块的端子连接结构，其特征在于，
所述树脂托架设有与所述螺栓相配的嵌入螺母。
3.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块的端子连接结构，其特征在于，
所述功率半导体模块的壳体的线膨胀率与所述树脂托架的线膨胀率之差处于规定范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率半导体模块的端子连接结构，其特征在于，
所述引脚输出端子在插通于所述端子孔的状态下被钎焊而与所述端子孔导通连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率半导体模块的端子连接结构，其特征在于，
所述引脚输出端子与所述端子孔的连接在使所述导电性衬套与所述树脂托架的上表面接触的状态下进行。
6.根据权利要求5所述的功率半导体模块的端子连接结构，其特征在于，
使所述导电性衬套与所述树脂托架的上表面接触的状态通过不夹着所述电缆的连接端子而将所述螺栓固定于所述树脂托架的临时固定来形成。
7.根据权利要求6所述的功率半导体模块的端子连接结构，其特征在于，
在进行夹着所述电缆的连接端子来固定的正式固定的情况下，每拆下临时固定的所述螺栓就通过所述螺栓将拆下的部位正式固定。
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