CN113906663A - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

提供一种技术，防止对半导体元件进行封闭的封闭部件从树脂制的壳体与散热体之间泄露。电力转换装置(10)包括：散热体(40)，其具有安装了半导体元件(31～33)的安装面(41)；树脂制的壳体(50)，其具有与安装面(41)紧贴的紧贴面(51)，并且收纳半导体元件(31～33)；以及封闭部件(12)，其在该壳体(50)内对半导体元件(31～33)进行封闭。在散热体(40)的安装面(41)设置有包围半导体元件(31～33)的第一包围部(60)。在壳体(50)的紧贴面(51)设置有包围半导体元件(31～33)的第二包围部(70)。第一包围部(60)和第二包围部(70)彼此呈凹凸状嵌合。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及相对于半导体元件的散热体固定有树脂制的壳体的电力转换装置。

背景技术

电力转换装置例如配置在电池与马达之间，控制由电池蓄积的电力并供给到马达。作为构成电力转换装置的一部分的半导体装置，存在专利文献1所公开的现有技术。

专利文献1所公开的半导体装置包括：半导体元件；散热体，其对半导体元件发出的热进行散热；树脂壳体，其收纳半导体元件；以及封闭部件，其对半导体元件进行封闭。

散热体包括：顶板部，其具有安装了半导体元件的安装面；以及翅片，其设置于安装面的相反面。

树脂壳体包括：底板部，其具有与安装面对置的对置面；以及侧壁部，其从底板部的周缘向上方延伸。

对相对于散热体固定壳体的工序进行说明。在散热体的基板的安装面设置有多个突起部。多个突起部隔开规定的间隔呈环状排列。在安装面上沿着多个突起部而涂布有粘接剂。散热体的顶板部与树脂壳体的底板部通过螺钉而相互固定。根据突起部的突出量，底板部与顶板部之间的间隔被保持为固定。

对封闭半导体元件的工序进行说明。使凝胶状的封闭部件流入壳体中的被侧壁部包围的区域，通过使封闭部件固化，从而对半导体元件进行封闭。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-322784号公报

发明内容

发明要解决的课题

壳体的材料与散热体的材料的热膨胀系数不同。壳体为树脂制成。在将壳体从模具中取出并进行冷却时，树脂收缩，有时壳体会翘曲。例如，当在壳体的底板部产生翘曲时，壳体的底板部的对置面与散热体的顶板部的安装面之间的间隙会扩大。在对收纳于壳体中的半导体元件进行封闭的工序中，在向壳体内流入凝胶状的封闭部件时，封闭部件可能从散热体的安装面与壳体的对置面之间的间隙向外部泄漏。希望有防止封闭部件的泄漏的构造。

本发明的课题在于提供一种技术，能够防止对半导体元件进行封闭的封闭部件从树脂制的壳体与散热体之间泄漏。

用于解决课题的手段

根据第1方面的发明，提供一种电力转换装置，其包括：半导体元件；散热体，其具有安装了该半导体元件的安装面；树脂制的壳体，其具有与所述安装面紧贴的紧贴面，并且收纳所述半导体元件；以及封闭部件，其在该壳体内对所述半导体元件进行封闭，

在所述壳体和所述散热体分别设置有用于固定彼此的固定部，

其特征在于，

在所述散热体的所述安装面设置有第一包围部，从沿着所述安装面的法线的方向观察时，所述第一包围部包围所述半导体元件，

在所述壳体的所述紧贴面设置有第二包围部，从沿着所述紧贴面的法线的方向观察时，所述第二包围部包围所述半导体元件，

所述第一包围部和所述第二包围部彼此呈凹凸状嵌合。

如第2方面所记载那样，优选的是，所述第一包围部和所述第二包围部中的任一方由连续的槽部构成，

所述第一包围部和所述第二包围部中的另一方由能够与所述槽部嵌合的连续的突出部构成。

如第3方面所记载那样，优选的是，从沿着设置有所述槽部的面的法线的方向观察时，

所述槽部呈矩形形状，由相互平行的一对长边部和相互平行的一对短边部构成，

所述短边部的截面形状为从所述短边部的底靠向开口而宽度变大的锥状，

所述突出部呈沿着所述槽部的形状。

如第4方面所记载那样，优选的是，各所述固定部仅位于壳体的长边方向的中央。

如第5方面所记载那样，优选的是，在所述散热体的所述固定部设置有贯通孔，

贯通所述贯通孔的贯通部与壳体一体地设置于所述壳体的所述固定部，所述贯通部的末端的尺寸比所述贯通孔的内径大。

发明效果

在第1方面中，电力转换装置具有：散热体，其具有安装了半导体元件的安装面；以及树脂制的壳体，其具有与安装面紧贴的紧贴面，并且收纳半导体元件。在散热体的安装面上设置有第一包围部，从沿着安装面的法线方向的方向观察时，该第一包围部包围半导体元件。在壳体的紧贴面上设置有第二包围部，从沿着紧贴面的法线方向的方向观察时，该第二包围部包围半导体元件。第一包围部和第二包围部相互呈凹凸状嵌合。

即，在壳体的安装面和树脂壳体的紧贴面上分别设置有相互嵌合的凹凸状的部位。从沿着面的法线方向的方向观察时，这些凹凸状的部位包围半导体元件。因此，在使用于对半导体元件进行封闭的封闭部件流入到树脂壳体时，即使封闭部件浸入到安装面与紧贴面之间，封闭部件也会被呈凹凸状嵌合的包围部阻挡。在不使用粘接剂的情况下而能够防止封闭部件泄漏。

此外，第一包围部和第二包围部呈凹凸状嵌合，因此，壳体和散热体能够彼此固定在规定的位置。

在第2方面中，第一包围部和第二包围部中的任一方由连续的环状的槽部构成，第一包围部和第二包围部中的另一方由能够与槽部嵌合的连续的突出部构成。与在安装面以及紧贴面断续地形成凹凸的情况相比，能够更可靠地阻挡封闭部件。

在第3方面中，槽部是矩形形状，由相互平行的一对长边部和相互平行的一对短边部构成。短边部的截面形状是从短边部的底靠向开口而宽度变大的锥状。突出部呈沿着槽部的形状。在壳体产生翘曲的情况下，与短边方向相比，在长边方向的位移更大。即，在短边方向上延伸的部位在长边方向上大幅移位。短边部的槽部越接近壳体与散热体的边界而宽度越大。短边部处的槽部与突出部的嵌合容易脱离。能够防止散热体随着壳体的翘曲而翘曲。

在第4方面中，固定部仅位于壳体的长边方向的中央。假设若仅固定长边方向的一端，则壳体的另一端相对于散热体浮起，壳体的另一端与散热体之间的间隔会扩大。另一方面，若固定部位于中央，则两端浮起，但能够缩小各端部与散热体之间的间隔。

在第5方面中，在散热体的固定部设置有贯通孔。在壳体的固定部与壳体一体地设置有贯穿贯通孔的贯通部，固定部的轴部的末端比贯通孔的内径大。因此，贯通部不会从贯通孔脱落。在形成壳体时，能够将壳体与散热体构成为一体。不需要螺钉等紧固部件，能够减少部件数量。

附图说明

图1是构成实施例的电力转换装置的功率模块的剖视图。

图2是图1所示的功率模块的分解立体图。

图3是对图2所示的散热体的安装面和壳体的紧贴面进行说明的图。

图4是俯视观察图1所示的壳体的上表面的图。

图5的(a)是沿5a-5a线的剖视图。图5的(b)是沿5b-5b线的剖视图。图5的(c)是沿5c-5c线的剖视图。

图6的(a)是对比较例的、与散热体构成为一体的壳体进行说明的图。图6的(b)是对实施例的、与散热体构成为一体的壳体进行说明的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

在图1中示出了构成电力转换装置10的功率模块11。电力转换装置10例如搭载于车辆，配置于电池与马达之间，控制由电池蓄积的电力并供给到马达。

参照图1和图2。功率模块11具有：用于从发动机取出电力的发电机31(以下，称为第一半导体31)、电压控制单元32(以下，称为第二半导体32)、牵引控制器33(以下，称为第三半导体33)、安装有第一半导体31～第三半导体33并对从半导体31～33发出的热进行散热的散热体40、收纳第一半导体31～第三半导体33的树脂制的壳体50、对第一半导体31～第三半导体33进行封闭的封闭部件12、以及控制马达的电路基板13。电路基板13与第一半导体31～第三半导体33通过设置于壳体30的端子14而电连接。

功率模块11安装于电力转换装置10的框体20的上部。在框体20的上表面20a设置有供冷却散热体40的制冷剂流动的流路21。流路21朝向上方开放，被散热体40封堵。

参照图2。流路21的开口呈矩形形状。沿着流路21的开口的边缘22设置有密封部件15。将密封部件15中的沿长边方向延伸的部位设为一对长边15a、15a。在一对长边15a、15a的外侧分别形成有朝向散热体40开放的凹部23。在开口的边缘22的四角开设有螺纹孔24。

流路21的内表面由以下部分构成：具有制冷剂的导入口25a及排出口25b的底面25、沿长边方向延伸且相互对置的一对长壁面26、26、以及沿短边方向延伸且相互对置的一对短壁面27、27。制冷剂沿着长壁面26、26流动。

作为散热体40的材料，例如能够采用进行了镀镍加工的铜。散热体40具有：顶板部42，其具有能够安装第一半导体31～第三半导体33的安装面41；以及翅片44，其设置于安装面41相反侧的下表面43，能够与在流路21中流动的制冷剂接触。顶板部42的下表面43与流路21的开口的边缘22抵接。

壳体50具有：底板部52，其具有能够与散热体40的安装面41紧贴的紧贴面51；周壁部54，其设置于紧贴面51相反侧的上表面53；以及2个分隔部55、55，其对被周壁部54包围的区域进行分隔。

在底板部52开设有能够使第一半导体31露出的第一露出孔52a。同样地，在底板部52开设有能够使第二半导体32露出的第二露出孔52b、以及能够使第三半导体33露出的第三露出孔52c。

在散热体40的顶板部42的四角开设有固定孔45。在壳体50的底板部52的四角开设有固定孔56。螺钉16等紧固部件贯通固定孔56、45，并与螺纹孔24紧固。由此，散热体40及壳体50被固定于框体20的上表面20a。

电路基板13的四角开设有固定孔13a。在周壁部54的四角开设有螺纹孔54a。螺钉17等紧固部件贯通固定孔13a，并与螺纹孔54a紧固。由此，电路基板13被固定于壳体50的周壁部54的上端面54b。

参照图3。散热体40的安装面41和能够与安装面41紧贴的壳体50的紧贴面51通过凹凸状的嵌合构造18而相互嵌合。嵌合构造18由形成于散热体40的顶板部42的安装面41上的连续的环状的槽部60(第一包围部)、和形成于散热体40的紧贴面51且能够与槽部60嵌合的环状的突出部70(第二包围部)构成。

从沿着安装面41的法线的方向观察时，槽部60呈矩形形状，具有相互平行的一对长槽部61(长边部)和相互平行的一对短槽部62(短边部)。

突出部70包围第一露出孔52a～第三露出孔52c。从沿着紧贴面51的法线方向的方向观察时，突出部70呈矩形形状，具有相互平行的一对长突出部71(长边部)和相互平行的一对短突出部72(短边部)。

此外，作为嵌合构造18，也可以采用在散热体40形成突出部70，在壳体50形成槽部60的结构。并且，作为嵌合构造18，也可以采用多个凹凸部断续地呈环状排列的结构。

参照图4。2个分隔部55、55将周壁部54的内侧的区域划分为第一区域57～第三区域59。从第一露出孔52a露出的第一半导体31位于第一区域57。从第二露出孔52b露出的第二半导体32位于第二区域58。从第三露出孔52c露出的第三半导体33位于第三区域59。从沿着底板部52的上表面53的法线的方向观察时(参照图4)，突出部70包围周壁部54。

在图5的(a)中示出了由长槽部61及长突出部71构成的嵌合构造18的截面。长槽部61的截面为矩形形状，具有与安装面41平行的第一底面63和从该第一底面63的两端向安装面41侧延伸的一对第一侧面64、64。各第一侧面64与散热体40的顶板部42的安装面41正交。

各长突出部71具有与第一底面63抵接的第一抵接面73和与第一侧面64、64抵接的第二抵接面74、74。

在图5的(b)中示出了由短槽部62及短突出部72构成的嵌合构造18的截面。短槽部62的截面形状是从短槽部62的第二底面65(底)朝向开口而宽度变大的锥状。

详细而言，短槽部62具有：内倾面66，其以第二底面65的内侧(接近散热体40以及壳体50的中心C(参照图4)的方向)的一端65a为基点而向内侧倾斜；以及外倾面67，其以底面25的外侧(远离中心C的方向)的另一端65b为基点而向外侧倾斜。第二底面65与安装面41平行。

短突出部72是沿着上述的短槽部62的形状。短突出部72具有：末端面75，其与第二底面65抵接；内接面76，其与内倾面66抵接；以及外接面77，其与外倾面67抵接。

其他短槽部62、短突出部72也是一样的结构。省略说明。短槽部62、短突出部72的截面的形状不仅是实施例所示的梯形，例如也可以是三角形等多边形的形状。

参照图2、图3。散热体40和壳体50分别具有用于固定彼此的固定部80、56。散热体40的固定部46与散热体40一体地设置于顶板部42的长边方向的侧面47。在散热体40的固定部46开设有在顶板部42的厚度方向上贯通的贯通孔46a。

为了便于说明嵌合构造18，在图2和图3中示出了彼此独立的壳体50和散热体40，但壳体50与散热体40一体地构成。即，将散热体40载置于壳体50的模具，使树脂流入到模具中，由此，得到与散热体40成为一体的壳体50。

参照图3、图5的(c)。壳体50的固定部80与壳体50一体地设置于底板部52的长边方向的侧面52d。壳体50的固定部80具有：基部81，其设置于底板部52的侧面52d；以及贯通部82，其从基部81向散热体40延伸，并贯穿了贯通孔46a。贯通部82的末端83的尺寸L比贯通孔46a的内径D大。此外，也可以独立地形成壳体50和散热体40，通过螺钉等紧固部件而固定彼此。

对实施例的效果进行说明。

参照图3、图4。电力转换装置10具有：散热体40，其具有安装了半导体元件的安装面41；以及树脂制的壳体50，其具有与安装面41紧贴的紧贴面51，并且收纳半导体元件。在散热体40的安装面41设置有包围半导体元件的槽部60(第一包围部)。在壳体50的紧贴面51设置有包围半导体元件的突出部70(第二包围部)。槽部60与突出部70相互呈凹凸状嵌合(参照图5的(a)、图5的(b))。

参照图1、图4。在对第一半导体31进行封闭的情况下，使凝胶状的封闭部件12流入到第一区域57中。假设，即使封闭部件12浸入到安装面41与紧贴面51之间，封闭部件12也会被呈凹凸状嵌合的槽部60以及突出部70阻挡。因此，在不使用粘接剂的情况下而能够防止封闭部件12泄漏。

此外，槽部60和突出部70呈凹凸状嵌合，因此，壳体50和散热体40能够相互固定在规定的位置。

参照图3。槽部60连续地构成。突出部70连续地构成。例如，与在安装面41以及紧贴面51双方的面上断续地形成凹凸的嵌合构造相比，能够更可靠地阻挡浸入到壳体50与散热体40之间的封闭部件。

参照图4。在壳体30产生翘曲的情况下，与短边方向相比，向长边方向的位移更大。即，一对短突出部72、72以相互接近的方式在长边方向上移位。

参照图6的(a)。在比较例中，散热体101的短槽部102、102的截面为矩形形状。壳体103的短突出部104、104的截面为矩形形状。短槽部102的侧面105、105与安装面108正交。短突出部104的侧面106、106与紧贴面107正交。

在壳体103成型后，在冷却后的壳体103收缩的情况下，壳体103以短突出部104、104彼此接近的方式变形。因该壳体103的翘曲，短突出部104、104钩挂于短槽部102、102。随着壳体103的翘曲，散热体101也翘曲。

参照图5的(b)。短槽部62具有向内侧倾斜的内倾面66和向外侧倾斜的外倾面67。短突出部72具有与内倾面66抵接的内接面76和与外倾面67抵接的外接面77。

参照图6的(b)。任一侧面66、67、76、77都是倾斜的，因此，内倾面66容易相对于内接面76滑动。末端面75以及外接面77的角78难以与外倾面67接触。短槽部62与短突出部72的嵌合容易脱离。能够防止散热体40随着壳体50的翘曲而翘曲。

参照图4、图6的(b)。壳体50的固定部80位于壳体50的长边方向的中央。架设若在长边方向的一端50a设置固定部80，则壳体50的另一端50b相对于散热体40浮起，壳体50的另一端50b与散热体40的间隔会大幅扩大。另一方面，若固定部80位于壳体50的中央，则两端虽浮起，但能够缩小各端部50a、50b与散热体40之间的间隔。

参照图5的(c)。在散热体40的固定部46开设有在顶板部42的厚度方向上贯通的贯通孔46a。壳体50的固定部80具有贯穿了贯通孔46a的贯通部82。贯通部82的末端83的尺寸L比贯通孔46a的内径D大。因此，贯通部82不会从贯通孔46a脱落。在形成壳体50时，能够将壳体50与散热体40构成为一体。不需要螺钉等紧固部件，能够减少部件数量。

参照图2、图5的(c)。贯通部82的末端83嵌入到形成于框体20的上表面20a的凹部23中。凹部23具有将功率模块11安装至框体20时的定位的作用。

此外，本发明的电力转换装置除了混合动力车辆以外的车辆之外，还能够搭载于其他交通工具。即，只要获得本发明的作用和效果，本发明不限定于实施例。

工业上的利用可能性

本发明的电力转换装置适合于四轮车。

标号说明

10：电力转换装置；

11：功率模块；

12：封闭部件；

18：嵌合构造；

31：发电机(第一半导体)；

32：电压控制单元(第二半导体)；

33：牵引控制器(第三半导体)；

40：散热体；

41：安装面；

42：顶板部；

46：固定部、46a：贯通孔；

47：侧面；

50：壳体；

51：紧贴面；

52：底板部；

60：槽部(第一包围部)；

61：长槽部(长边部)；

62：短槽部(短边部)；

63：第一底面；

64：第一侧面；

65：第二底面、65a：一端、65b：另一端；

66：内倾面；

67：外倾面；

70：突出部(第二包围部)；

71：长突出部(长边部)；

72：短突出部(短边部)；

73：第一抵接面；

74：第二抵接面；

75：末端面；

76：内接面；

77：外接面；

78：角；

80：固定部；

81：基部；

82：贯通部；

83：末端；

C：壳体的中心；

L：末端的尺寸；

D：贯通孔的内径。

Claims (5)

1.一种电力转换装置，其包括：

半导体元件；散热体，其具有安装了该半导体元件的安装面；树脂制的壳体，其具有与所述安装面紧贴的紧贴面，并且收纳所述半导体元件；以及封闭部件，其在该壳体内对所述半导体元件进行封闭，

在所述壳体和所述散热体分别设置有用于固定彼此的固定部，

其特征在于，

在所述散热体的所述安装面设置有第一包围部，从沿着所述安装面的法线的方向观察时，所述第一包围部包围所述半导体元件，

在所述壳体的所述紧贴面设置有第二包围部，从沿着所述紧贴面的法线的方向观察时，所述第二包围部包围所述半导体元件，

所述第一包围部和所述第二包围部彼此呈凹凸状嵌合。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

所述第一包围部和所述第二包围部中的任一方由连续的槽部构成，

所述第一包围部和所述第二包围部中的另一方由能够与所述槽部嵌合的连续的突出部构成。

3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，

从沿着设置有所述槽部的面的法线的方向观察时，

所述槽部呈矩形形状，由相互平行的一对长边部和相互平行的一对短边部构成，

所述短边部的截面形状为从所述短边部的底靠向开口而宽度变大的锥状，

所述突出部呈沿着所述槽部的形状。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，

各所述固定部仅位于壳体的长边方向的中央。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，

在所述散热体的所述固定部设置有贯通孔，

在所述壳体的所述固定部，与壳体一体地设置有贯通所述贯通孔的贯通部，所述贯通部的末端的尺寸比所述贯通孔的内径大。

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