CN117242690A - 电力变换装置 - Google Patents

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CN117242690A CN202280031940.XA CN202280031940A CN117242690A CN 117242690 A CN117242690 A CN 117242690A CN 202280031940 A CN202280031940 A CN 202280031940A CN 117242690 A CN117242690 A CN 117242690A
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Abstract

电力变换装置，具备：多个电路体，其具有半导体元件；以及印刷基板，其安装有多个所述电路体，并且具有将多个所述电路体彼此连接的中继配线、直流配线和交流配线，所述交流配线和所述直流配线中的至少一方与导体构件连接。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及电力变换装置。
背景技术
作为本发明的背景技术，在下述专利文献1中记载了：为了抑制半导体装置的发热，在构成逆变器电路配线的印刷基板上接合辅助基板，辅助基板的表面和背面通过贯通孔连接的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-137343号公报
发明内容
发明要解决的问题
根据专利文献1的构成，为了以更低的成本减少印刷基板的配线发热，提高可驱动的电流值，本发明的目的在于提供兼顾了低成本化和可靠性的电力变换装置。
解决问题的技术手段
本发明的电力变换装置包括：多个电路体，其具有半导体元件；以及印刷基板，其安装有多个所述电路体，并且具有将多个所述电路体彼此连接的中继配线、直流配线及交流配线，所述交流配线和所述直流配线的至少一方与导体构件连接。
发明的效果
根据本发明，能够提供兼顾低成本化和可靠性电力变换装置。
附图说明
图1为逆变器整体立体图。
图2为逆变器盖体打开后的整体立体图。
图3为沿图2的A-A剖面线的剖切立体图。
图4为图2的A-A剖面图。
图5为主回路单元和冷却水路的展开图。
图6为主电路单元的立体图
图7为省略了主电路单元的密封树脂的立体图。
图8为本发明一实施方式的主电路单元的省略了密封树脂的剖切立体图。
图9为引线封装的展开立体图。
图10为说明本发明一实施方式的引线封装和印刷基板主电路的连接的图8的C-C剖面图。
图11为图10的连接引线封装和印刷基板主电路并具有冷却水路的电路体的图。
图12为图11变形例。
图13为引线封装和印刷基板连接后的电路图。
具体实施方式
下面，参照附图,说明本发明的实施方式。以下的记载和附图是用于说明本发明的示例，为了明确说明而酌情进行了省略及简化。本发明也能以其他各种形态加以实施。只要无特别限定，则各构成要素可为单数也可为复数。
关于附图中展示的各构成要素的位置、大小、形状、范围等，为了使发明容易理解，有时未展示实际的位置、大小、形状、范围等。因此，本发明并非一定限定于附图中揭示的位置、大小、形状、范围等。
(具备本发明一个实施方式的整体结构)
图1是逆变器整体立体图。
逆变器壳体1的内部由盖体2密封，在壳体1的内部内置有后述的冷却水路及逆变器构成部件。交流连接器3和直流连接器4从逆变器壳体1突出，并且信号连接器5从盖体2输出。
图2是逆变器盖体打开后的整体立体图。图3为沿图2的A-A剖面线的剖切立体图。图4为图2的A-A剖面图。
在逆变器壳体1内配置有电动机控制基板6、栅极驱动基板7、平滑电容器8、EMC滤波器9、冷却水路10、主电路单元11。电动机控制基板6以覆盖栅极驱动基板7、冷却水路10及主电路单元11的方式搭载在壳体1的上方。在电动机控制基板6上搭载有信号连接器5，如上所述，该信号连接器5贯通盖体2并向外部突出。
在栅极驱动基板7上搭载有基板接合引脚12(参考图4)。基板接合引脚12通过焊锡等接合材料与主电路单元11所具有的基板接合通孔22(参考图6)电连接。主电路单元11被冷却水路10从纸面上下方向夹着而固定。
图5为主回路单元和冷却水路的展开图。图6为主电路单元的立体图。图7为省略了主电路单元的密封树脂的立体图。
固定孔24是用于通过螺钉固定等方法使冷却水路10夹持主回路单元11的两面而进行固定的部位。冷却水路10对搭载在主电路单元11内的多个引线封装26上的功率半导体元件和各主电路配线进行冷却。
主电路单元11构成为在印刷基板25上搭载多个引线封装26，并用密封树脂14将它们整体密封。在印刷基板25上形成有交流连接部20和直流连接部21，各自通过螺钉连接与交流母线或直流母线电接合。另外，上述的栅极驱动基板7和平滑电容器8通过焊锡等接合材料各自与基板接合通孔22或电容器接合通孔23电连接。
另外，关于图7所记载的交流配线露出部50A、中继配线露出部50M、直流配线露出部50D、导体构件101，将在图10中详细叙述。
图8是本发明的一实施方式的主电路单元的省略了密封树脂的剖切立体图。图9是引线封装的展开立体图。
在引线封装26中，有作为电路体的IGBT引线封装26T和二极管引线封装26D，插入形成于印刷基板25的贯通孔27。IGBT引线封装26T和二极管引线封装26D各自具备的连接部30、31用焊锡等与后述的印刷基板25的各连接部电连接。这样，在印刷基板25中，将电路体彼此连接，成为主电路单元11和印刷基板25的配线被一体化的结构。
在引线封装26T，26D中，作为导体部的第1引线框32和第2引线框33以夹着IGBT元件41或二极管元件42的各自的两个表面上的电极的方式电连接。另外，在IGBT引线封装26T的引线框33和二极管引线封装26D的引线框32上，设置有用于与各自的元件41、42的表面电极取得绝缘距离并连接的基座电极34，在电接合时，基座电极34与各自的IGBT元件41和二极管元件42连接。
设置在第1引线框32的两端部的各自的第1连接部30与设置在贯通孔27内部的后述的突出部27a电接合。另外，设置在第2引线框33上的第2连接部31与印刷基板25的表层配线连接，形成主电路配线。
缓冲电容器40与设置在印刷基板25上的正极配线和负极配线连接，供给开关时的过渡电流。
图10是说明本发明的一实施方式的引线封装与印刷基板主电路的连接的图8的C-C剖面图。
图10所示的电路体由IGBT元件和二极管元件、第1引线框32、第2引线框33构成。印刷基板25由贯通孔27、交流配线28A、中继配线28M、直流配线28D构成。
在印刷基板25的表面和背面(纸面上下方向的面)上，在表面上分别追加基板层，在印刷基板25的表面上，交流配线28A、中继配线28M、直流配线28D分别露出而形成有配线露出部50A、50M、50D。此外，在印刷基板25中，在与形成有配线露出部50A、50M、50D的面相反侧的面上形成有背面基板层52。
交流配线28A由在印刷基板25的厚度方向上层叠2层配线构件而构成。另外，不限于两层，也可以是在印刷基板25的厚度方向层叠多层的结构。交流配线露出部50A是交流配线28A的从印刷基板25露出的部位，经由焊锡等接合构件102接合有导体构件101。
另外，直流配线28D是层叠了正极侧配线和负极侧配线的构造。与直流配线28D连接的直流配线露出部50D(直流配线28D的从印刷基板25露出的部分)与交流配线露出部50A同样地经由焊锡等接合构件102与导体构件101接合。另外，虽然未图示，但也可以进一步地采用在中继配线露出部50M上经由焊锡等接合构件102而与导体构件101接合的结构。由此，能够降低基板配线的配线电阻，另外，在印刷基板25中，能够通过形成在与电路体搭载侧的面相反侧的背面基板层而确保绝缘性。
另外，交流配线露出部50A、中继配线露出部50M、直流配线露出部50D经由通孔29与交流配线28A、中继配线28M、直流配线28D电连接。
对在配线露出部50A、50M、50D搭载并连接导体构件101的效果进行说明。例如，交流配线28A是电路体中电流发热集中的部分，但在驱动超过500Arms的大电流时，因配线发热而温度上升，若超过印刷基板25的耐热温度，则装置的可靠性可能会降低。因此，通过在印刷基板25表面的配置有交流配线28A(配线露出部50A)的部分追加搭载并连接导体构件101，降低配线电阻而提高可驱动的电流值，能够降低配线发热。另外，同样地，通过在印刷基板25表面的直流配线28D(配线露出部50D)也追加搭载并连接导体构件101，能够进一步降低配线电阻，因此进一步提高可驱动的电流值，能够进一步降低配线发热。
另外，即使导体构件101的搭载连接即使仅为交流配线露出部50A或直流配线露出部50D中的任一方，也能够期待实现本发明的目的的效果。另外，通过不仅在交流配线露出部50A及直流配线露出部50D上，还在中继配线露出部50M上也搭载连接导体构件101，能够进一步提高本发明的效果，但根据设计，也能够省略针对中继配线露出部50M的导体构件101的搭载连接。
另外，导体构件101由面方向热传导率优异的碳系纤维材料或者铜合金、铝合金等合金材料(金属)形成，由此，能够实现由导体构件101的热传导率提高带来的配线发热的减少。另外，交流配线28A和直流配线28D通过层叠结构降低了电感。
第1引线框32的第1连接部30与贯通孔27内的突出部27a通过焊锡等电连接，同时，第2引线框33的第2连接部31与基板表面配线50M通过焊锡等电连接。通过这样做，在印刷基板25中，成为将电路体彼此连接而与印刷基板25的配线一体化的结构。另外，虽然未图示，IGBT元件41的信号焊盘通过引线接合等与形成在印刷基板25的表面上的信号用配线电连接。
此外，在本发明中，虽然说明了在印刷基板25中在电路体的搭载侧的表层配线上搭载连接的导体构件101的结构，但也可以是在背面基板层52上也追加搭载连接导体构件101而提高效果的结构。
图11为连接图10的引线封装和印刷基板主电路并具备冷却水路的电路体的图。
电路体由密封树脂14固定各部件，电路体的交流配线及直流配线隔着导热绝缘片200与形成于冷却水路10的壳体部分的散热用突起201接触。由此，能够将交流配线和直流配线产生的热经由散热用突起201散热到冷却水路10。
图12为图11的变形例。
通过背面基板层52(参照图10)和电路体各自的第1引线框32，在印刷基板25的背面(纸面下侧)形成背面平坦面53。背面平坦面53隔着散热用紧贴构件202与冷却水路10接触。通过该平坦面的结构，使水路10、散热用紧贴构件202和导热绝缘片200的连接变得容易，能够简化工序。
图13为引线封装与印刷基板连接后的电路图。
通过连接引线封装26和印刷基板25，形成由一对臂彼此的IGBT41和二极管42构成的上下臂半电路60。
以上，根据本发明，能够在电力变换装置所具备的主电路单元11中提高驱动电流。另外，由于不改变印刷基板的尺寸、配线厚度就能够提高可驱动的电流值，因此能够达成低成本。
根据以上说明的本发明的一个实施方式，起到以下的作用效果。
(1)电力转换装置具备：多个电路体，其具有半导体元件；以及印刷基板25，其安装有多个电路体，且具有将多个电路体彼此连接的中继配线28M、直流配线28D及交流配线28A，交流配线28A和直流配线28D中的至少一方与导体构件101连接。由此，能够提供兼顾低成本化和可靠性的电力变换装置。
(2)交流配线28A及直流配线28D隔着绝缘片200与冷却水路10或形成于冷却水路10的散热用突起201接触。通过这样，能够将在交流配线28A和直流配线28D中产生的热经由散热用突起201散热到冷却水路10。
(3)交流配线28A、中继配线28M和直流配线28D分别在印刷基板25的表面和背面露出而形成，表面上的各配线和背面上的各配线经由通孔29彼此电连接。通过这样做，在电路体彼此连接时，能够与印刷基板25的配线一体化。
(4)导体构件101与中继配线208M连接。通过这样做，可降低配线电阻而提高可驱动的电流值，降低配线发热。
(5)多个电路体25分别配置于在印刷基板25上形成的多个贯通孔27而安装于印刷基板25，由印刷基板25的背面和多个电路体的贯通孔27贯通的一侧的面形成平坦面53，平坦面53隔着散热用紧贴材料202与冷却水路10接触。通过这样做，容易进行水路10、散热用紧贴构件202和导热绝缘片200的连接，能够简化工序。
(6)导体构件101由碳系纤维材料或合金材料形成。通过这样，能够达成由导体构件101的热传导率提高带来的配线发热的减少。
另外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够组合各种变形和其他结构。另外，本发明不限于具备在上述实施方式中说明的全部结构，还包括删除了其结构的一部分的结构。
符号说明
1逆变器壳体
2盖体
3交流连接器
4直流连接器
5信号连接器
6电动机控制基板
7栅极驱动基板
8平滑电容器
9EMC滤波器
10冷却水路
11主电路单元
12基板接合引脚
13上下臂
14密封树脂
20交流连接部
21直流连接部
22基板接合通孔
23电容器接合通孔
24固定孔
25印刷基板
26引线封装
26T IGBT引线封装
26D二极管引线封装
27贯通孔
27a突出部
28A交流配线
28M中继配线
28D直流配线
29通孔
30第1连接部
31第2连接部
32第1引线框
33第2引线框
34基座电极
40缓冲电容器
41IGBT元件
42二极管元件
50A交流配线露出部
50M中继配线露出部
50D直流配线露出部
52背面基板层
53背面平坦面
59引线露出面
60上下臂半电路
70导体构件追加部
101(碳系)导体构件
102(碳系)导体构件接合材料
200导热绝缘片
201散热用突起
202散热用紧贴构件。

Claims (6)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具备：
多个电路体，其具有半导体元件；以及
印刷基板，其安装有多个所述电路体，且具有将多个所述电路体彼此连接的中继配线、直流配线及交流配线，
所述交流配线和所述直流配线中的至少一方与导体构件连接。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述交流配线及所述直流配线隔着绝缘片与冷却水路或形成于所述冷却水路的散热用突起接触。
3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述交流配线、所述中继配线和所述直流配线分别在所述印刷基板的表面和背面露出而形成，
所述表面上的各配线和所述背面上的各配线经由通孔彼此电连接。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述导体构件与所述中继配线连接。
5.根据权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，
多个所述电路体分别配置于在所述印刷基板上形成的多个贯通孔而安装于所述印刷基板，
由所述印刷基板的背面和多个所述电路体的贯通所述贯通孔的一侧的面形成平坦面，
所述平坦面隔着散热用紧贴材料与冷却水路接触。
6.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述导体构件由碳系纤维材料或合金材料形成。
CN202280031940.XA 2021-07-01 2022-02-25 电力变换装置 Pending CN117242690A (zh)

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