JP2005243698A - 電力変換装置及び、その製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的な信頼性の高い電力変換装置を効率良く製造する方法を提供すること。
【解決手段】一対の電力端子１５０を有する平板状の電力用半導体モジュール１０と扁平管形状の冷却チューブ２０とを交互に積層してなる半導体積層ユニット２と、少なくとも積層方向において電力端子１５０の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗが広い収容部４２０、５２０を、電力端子１５０毎に形成した電力バスバー４、５ａ、５ｂとを含む電力変換装置の製造方法に関する。この製造方法では、半導体積層ユニット２を作製するユニット作製工程と、電力バスバー４、５ａ、５ｂの各収容部４２０、５２０内に電力端子１５０を貫通収容する配置工程と、該配置工程の後、電力バスバー４、５ａ、５ｂを積層方向に並進させる並進工程と、電力バスバー４、５ａ、５ｂの当接面４２１、５２１と電力端子１５０とを溶融接合する接合工程とを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は，電力用半導体モジュールの電力端子に、導電部材としての電力バスバーを溶融接合した電力変換装置及び、その製造方法に関する。

従来より、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流を生成するのに用いられることがある。一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、交流モータから大きな駆動トルクを得る必要があるため、大きな駆動電流が必要である。
そのため、その交流モータ向けの駆動電流を生成する上記電力変換回路においては、該電力変換回路を構成するＩＧＢＴ等の電力用半導体素子を含む電力用半導体モジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。

そこで、電力変換回路を構成する複数の電力用半導体モジュールを均一性高く冷却できるように、冷却用媒体（冷媒）の供給及び排出を担う一対のヘッダ間に多数の扁平冷却チューブを配置し、該扁平冷却チューブの間に電力用半導体モジュールを挟持した冷却チューブ並列型の電力変換装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
上記のように構成された電力変換装置では、複数の電力用半導体モジュールの入出力電流をまとめて通電するために、複数の電力端子を、例えば、導電部材としての共通の電力バスバー等と溶融接合する場合がある。

電力端子と電力バスバーとを溶融接合するには、例えば、２分割構造の第１の電極と、電流を供給する第２の電極とを有する溶接装置を用いる場合がある。この溶接装置は、例えば、２分割構造の第１の電極を用いて溶接対象である電力端子と電力バスバーとを挟持して相互に密着させておき、その当接箇所を経由して、上記第２の電極から上記第１の電極に向けて大電流を通電する。そして、電力端子と電力バスバーとの当接箇所を、ジュール熱によって溶融させ、溶着する。

特開２００２−２６２１５号公報

しかしながら、上記従来の電力変換装置では、次のような問題がある。すなわち、上記のごとく２分割構造の第１の電極を用いて電力端子と電力バスバーとを密着させる方法では、溶融接合したい箇所の周囲に、上記２分割構造の第１の電極をアクセスさせるためのスペースを十分に空けておく必要がある。それ故、上記従来の電力変換装置では、溶融接合を実施する装置側の制約により電力端子相互の間隔を広く確保する必要があり、製品形状など設計自由度を十分に高くすることができなかった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、製品形状の設計自由度が高い電力変換装置及び、その電力変換装置を効率良く製造するための製造方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、制御電流及び入力電流を通電する一対の電力端子を有する平板状の電力用半導体モジュールと冷媒を流動させる扁平管形状の冷却チューブとを交互に積層してなる半導体積層ユニットと、少なくとも２本以上の上記電力端子と溶融接合される複数の電力バスバーとを含む電力変換装置において、
上記半導体積層ユニットは、隣り合って積層した上記冷却チューブの間隙から、上記冷却チューブの長手方向に対して略直交する突出方向に突き出した上記電力端子を有してなり、
該各電力端子は、弾性的な変形により、その先端部が積層方向に移動するように構成してあり、
上記各電力バスバーは、溶融接合する上記電力端子を貫通収容するよう、少なくとも積層方向において上記電力端子の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗが広い収容部を、溶融接合する上記電力端子毎に有してなると共に、上記各収容部に、積層方向の同じ側に面する当接面を有してなり、該当接面に、上記電力端子を当接していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。

上記第１の発明の電力変換装置は、弾性的な変形により、その先端部が積層方向に移動するように構成した上記電力端子と、溶接接合する上記電力端子を貫通収容するよう、少なくとも積層方向において上記電力端子の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗが広い収容部を、貫通収容する上記電力端子毎に有してなる上記各電力バスバーとを有してなる。
そして、上記電力変換装置では、上記各収容部の積層方向の同じ側に面する当接面に、上記電力端子が当接している。

上記第１の発明では、上記のような構成により、次の２つの作用効果が生じている。
ひとつめの作用効果は、例えば、上記半導体積層ユニットに、上記電力バスバーを取り付ける際に有効となる効果である。上記電力バスバーの上記各収容部は、少なくとも積層方向において上記電力端子の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗを広く形成してある。
そのため、上記電力バスバーを上記半導体積層ユニットに取り付けるに当たって、上記電力端子相互間の積層方向の間隔や、上記各電力端子の積層方向の絶対位置等に寸法誤差を生じていても、溶融接合するべき上記各電力端子を、対応する上記収容部に無理なく、容易に収容させることができる。

ふたつめの作用効果は、例えば、上記電力端子と上記電力バスバーとを溶融接合する際に有効となる効果である。上記のごとく電力端子は、弾性的な変形により、その先端部が積層方向に移動するように構成してある。そして、上記電力変換装置では、上記各電力端子の弾性的な変形を利用して、該各電力端子が、上記各収容部の積層方向の同じ側に面する当接面に当接している。
そのため、上記電力バスバーを上記電力バスバーに溶融接合するに当たって、上記電力端子相互間の積層方向の間隔や、上記各電力端子の積層方向の絶対位置等に寸法誤差を生じていても、溶融接合するべき上記各電力端子を、対応する上記収容部の上記当接面に、確実性高く密着させることができる。さらに、上記弾性変形により、上記当接面に当接させた上記電力端子によれば、その弾性力に基づく押圧力を上記当接面に対して作用することができる。それ故、一層、上記電力端子と上記当接面との密着をより確実にして、接合信頼性の高い溶融接合を実現できる。

以上のように、上記第１の発明の電力変換装置は、上記半導体積層ユニットにおける上記電力端子の積層方向の寸法誤差を吸収して、該電力端子と上記電力バスバーとを信頼性高く溶融接合したものである。

第２の発明は、弾性的な変形により先端部が積層方向に変位するように構成した一対の電力端子を有する平板状の電力用半導体モジュールと冷媒を流動させる扁平管形状の冷却チューブとを交互に積層してなる半導体積層ユニットと、２本以上の上記電力端子を貫通収容するよう、少なくとも積層方向において上記電力端子の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗが広い収容部を、上記電力端子毎に形成した電力バスバーとを含む電力変換装置の製造方法において、
上記冷却チューブと、該冷却チューブの長手方向と上記電力端子の軸方向とが略直交するように配置した上記半導体モジュールとを交互に積層することにより、隣り合う上記冷却チューブの間から上記電力端子を突出させた上記半導体積層ユニットを作製するユニット作製工程と、
上記電力バスバーの上記各収容部内に、溶融接合する上記電力端子を貫通収容するよう、上記半導体積層ユニットに対して上記電力バスバーを配置する配置工程と、
該配置工程の後、上記電力バスバーの上記各収容部の内周面のうちの積層方向の同じ側に面する当接面が、貫通収容した上記各電力端子を押圧するよう、上記電力バスバーを積層方向に並進させる並進工程と、
上記電力バスバーの上記当接面に上記電力端子を溶融接合する接合工程とを行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法にある（請求項５）。

上記第２の発明の電力変換装置の製造方法における上記配置工程では、少なくとも積層方向において上記電力端子の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗが広い収容部を、上記電力端子毎に形成した電力バスバーを、その上記収容部に上記電力端子を貫通収容して上記半導体積層ユニットに取り付ける。
上記電力バスバーによれば、その収容部が、少なくとも積層方向において上記電力端子の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗを広くしてあるため、上記電力端子相互間の積層方向の間隔や、上記各電力端子の積層方向の絶対位置等に寸法誤差を生じていても、比較的、容易に上記半導体積層ユニットに取り付けることができる。

さらに、上記配置工程の後工程として実施する上記並進工程では、弾性的な変形により上記先端部が積層方向に変位するように構成した上記電力端子に対して、上記電力バスバーを積層方向に並進させる。そして、上記電力バスバーの上記各当接面を、貫通収容した上記各電力端子に当接させる。
そのため、上記電力端子相互間の積層方向の間隔や、上記各電力端子の積層方向の絶対位置等に寸法誤差に起因して、上記各収容部に対する上記電力端子の相対的な位置関係にばらつきがあっても、そのばらつきを吸収して全ての上記収容部について、その当接面を上記電力端子に当接させることができる。ここで、特に、上記電力端子は、弾性変形により、その先端部が積層方向に変位するように構成してあるため、例えば、いずれか１本の電力端子がまず上記当接面に当接した後にも、全ての電力端子が上記各当接面に当接するまで、上記電力バスバーを並進させることができる。さらに、上記電力端子は、その弾性変形に基づく弾性力を上記当接面に作用する。それ故、この弾性力により、両者の当接関係は一層確実なものとなる。
そして、上記電力端子と、上記電力バスバーの上記当接面とを確実性高く当接させた状態で、上記接合工程を実施すれば、電気的な信頼性が高い優れた品質の上記電力変換装置を製造することができる。

以上のように上記第２の発明の電力変換装置の製造方法によれば、上記電力バスバーを並進させることで、該電力端子と上記各電力端子とを当接させることができ、その後、効率良く溶融接合を行うことができる。

上記第１の発明においては、上記電力端子は、上記先端部の積層方向の変位量を拡大するための弾性変形部を有してなることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記弾性変形部において積極的に弾性変形を生じさせることにより、上記先端部における積層方向の変位量を拡大できる。
上記弾性変形部としては、例えば、上記電力端子における突出部分の中間に設けた湾曲部や、屈曲部等がある。

また、上記収容部の形成幅Ｗは、上記電力バスバーに溶融接合する上記各電力端子の積層方向の位置ずれ量の分散値の平均である平均分散値Ｚａｖと、上記電力端子の端子厚Ｔとを加算した値以上であり、かつ、上記各電力端子の積層方向の位置ずれ量の分散値のうち最大の分散値である最大分散値Ｚｍａｘと、上記電力端子の端子厚Ｔとを加算した値以下であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記収容部の形成幅Ｗが適切であり、上記半導体積層ユニットに対する上記電力バスバーの取り付けを容易にでき、かつ、上記各収容部の当接面に対して上記電力端子を容易に当接させることができる。

また、上記電力バスバーは、上記収容部を形成した金属よりなる導電部と、該導電部を保持する樹脂よりなる保持部とを組み合わせてなると共に、該保持部に形成した取付部を利用して上記半導体積層ユニットに直接的又は間接的に固定してあることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記半導体積層ユニットに対して上記電力バスバーを容易に取り付けることができる。特に、上記保持部に設けた上記取付部によれば、上記半導体積層ユニットと電気的に短絡するおそれ少なく、上記電力バスバーの取り付けを行うことができる。

上記第２の発明においては、上記並進工程では、上記当接面と上記電力端子との各当接箇所に、大きさ１ｋｇ以上２ｋｇ以下の当接荷重を作用させることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記当接面と上記電力端子とを密着させることができ、後工程として行う上記接合工程において良好な溶融接合を実現できる。
上記当接荷重が１ｋｇ未満であると、上記当接面と上記電力端子との密着が十分でないおそれがある。一方、上記当接荷重が２ｋｇを超えると、端子の変形により端子部の根本に過大な応力が作用するおそれがある。

また、上記接合工程では、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、レーザ溶接又は電子ビーム溶接により上記当接面と上記電力端子との溶融接合を実施することが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記接合工程において確実性高く上記電力端子と上記当接面とを確実性高く密着させておく必要性が高いため、上記第２の発明の作用効果が特に有効になる。

（実施例１）
本例の電力変換装置１の製造方法について、図１〜図１４を用いて説明する。
本例は、図１〜図３に示すごとく、制御電流及び入力電流を通電する一対の電力端子１５０を有する平板状の電力用半導体モジュール１０と冷媒を流動させる扁平管形状の冷却チューブ２０とを交互に積層してなる半導体積層ユニット２と、２本以上の電力端子１５０を貫通収容するよう、少なくとも積層方向において電力端子１５０の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗが広い収容部４２０、５２０（図１（Ｂ）参照。）を、電力端子１５０毎に形成した電力バスバー４、５ａ、５ｂ（図８、図９参照。）とを含む電力変換装置の製造方法に関する。

本例の電力変換装置１の製造方法では、冷却チューブ２０と、該冷却チューブ２０の長手方向と電力端子１５０の軸方向とが略直交するように配置した電力用半導体モジュール１０とを交互に積層することにより、隣り合う上記冷却チューブ２０の間から電力端子１５０が突出していると共に、該電力端子１５０の弾性的な変形により該電力端子１５０の先端部が積層方向に変位するように構成した半導体積層ユニット２（図６及び図７。）を作製するユニット作製工程と、電力バスバー４、５ａ、５ｂの各収容部４２０、５２０内に、溶融接合する電力端子１５０を貫通収容するよう、半導体積層ユニット２に対して電力バスバー４、５ａ、５ｂを配置（図１０参照。）する配置工程と、該配置工程の後、電力バスバー１５０の各収容部４２０、５２０の内周面のうちの積層方向の同じ側に面する当接面４２１、５２１が、貫通収容した各電力端子１５０を押圧するよう（図１１参照。）、電力バスバー４、５ａ、５ｂを積層方向に並進させる並進工程と、電力バスバー４、５ａ、５ｂの当接面４２１、５２１に電力端子１５０を溶融接合する接合工程とを行う。
以下に、この内容について詳しく説明する。

まず、本例の電力変換装置１について説明する。この電力変換装置１は、図１〜図３に示すごとく、例えば、電気自動車用の交流３相モータ（図示略）に通電する駆動電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を生成するための装置である。
この電力変換装置１は、電力用半導体モジュール１０を用いて構成した半導体積層ユニット２のほか、コンデンサやリアクトル等から構成される図示しない電力回路等を有してなる。

本例の電力用半導体モジュール１０は、図４及び図５に示すごとく、電力用半導体素子であるＩＧＢＴ素子１１と、モータの回転を滑らかにするために必要なフライホイールダイオード素子１２とを相互に対面する一対の電極放熱板１５の間に配置したモジュールである。そして、この電力用半導体モジュール１０は、モールド樹脂１３を用いて、一対の電極放熱板１５と上記各素子１１、１２とを一体的に成形し、モジュール化してなる。本例では、電力用半導体モジュール１０の両面側に電極放熱板１５が露出するように樹脂成形してあり、この露出した電極放熱板１５を放熱面として利用している。

上記電力用半導体モジュール１０は、同図に示すごとく、その外部端子として、各電極放熱板１５と一体的に形成された２本一対の電力端子１５０と、モールド樹脂１３中に埋設して保持した制御端子１６０とを有してなる。そして、本例の電力用半導体モジュール１０では、電極放熱板１５と平行な面内において、電力端子１５０と制御端子１６０とを対向配置してある。

２本一組の電力端子１５０のうちの一方は、ＩＧＢＴ素子１１へ供給する入力電流を通電するものである。他方は、電力用半導体モジュール１０の出力である制御電流を通電する端子である。そして、上記制御端子１６０は、電力用半導体モジュール１０に制御信号を入力する端子であり、該電力用半導体モジュール１０は、この制御信号に基づいて制御電流を生成するように構成してある。

上記半導体積層ユニット２は、図６及び図７に示すごとく、冷媒の流路をなす扁平管形状の冷却チューブ２０と、上記の平板状の電力用半導体モジュール１０とを交互に積層してなる多層積層構造のものである。本例の半導体積層ユニット２では、隣り合わせで積層した冷却チューブ２０の間隙に、それぞれ２個の電力用半導体モジュール１０を並列配置してある。

さらに、上記のごとく、電力用半導体モジュール１０では、電極放熱板１５と平行な面内において、電力端子１５０と制御端子１６０とを対向配置してある。
そのため、図６及び図７に示すごとく、この電力用半導体モジュール１０を用いた本例の半導体積層ユニット２では、その表面２０１側に電力端子１５０が突出していると共に、裏面２０２側に制御端子１６０が突出している。

本例の半導体積層ユニット２では、並列配置した２個の半導体モジュールから突出する４本の電力端子１５０のうち、外側の２本を、上記入力電流用の電力端子とし、内側２本を、上記制御電流用の電力端子としてある。そして、同一層で並列配置した２個の半導体モジュールは、同相のモータ駆動電流を出力するように構成してある。

冷却チューブ２０は、内部に冷媒流路を有する扁平管形状をなす中空管（図１参照。）である。本例では、アルミ合金材料の押し出し材により上記冷却チューブ２０を形成した。この冷却チューブ２０は、図６及び図７に示すごとく、その両端部付近の扁平表面２１０に、ヘッダ管２４０を接続するための貫通穴（図示略）を穿孔してなる。

本例の半導体積層ユニット２は、図６及び図７に示すごとく、上記冷媒の供給、排出のための冷媒ヘッダとして供給用のヘッダ部２４１と排出用のヘッダ部２４２とを有している。本例では、長さ方向に伸縮可能なアルミ材よりなる上記ベローズ管状のヘッダ管２４０を隣り合う冷却チューブ２０の間隙に配置し、略同一直線上に配置した複数のヘッダ管２４０により各ヘッダ部２４１、２４２を形成した。各ヘッダ管２４０は、冷却チューブ２０の貫通穴に嵌入した両端部をろう付け接合することにより、各冷却チューブ２０に接続してある。なお、各冷却チューブ２０の端部は、キャップ状を呈する封止部材２３を用いて封止してある。

本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、相互に対面する保持プレート３１０及び挟圧プレート３２０を有する支持構造を有してなる。この支持構造では、保持プレート３１０と挟圧プレート３２０との間で積層方向の荷重を作用した状態で半導体積層ユニット２を保持するように構成してある。このように半導体積層ユニット２に対して積層方向の荷重を作用させると、冷却チューブ２０と電力用半導体モジュール１０との間に適切な当接荷重を作用できる。そして、冷却チューブ２０と電力用半導体モジュール１０との間で接触面積を確保して、両者間の熱伝導を促進することができる。

さらに、本例の電力変換装置１では、積層方向の荷重を作用した半導体積層ユニット２において、相互に密着させた冷却チューブ２０と電力用半導体モジュール１０との間には、図示しないセラミック板とシリコングリス層を配置してある。このセラミック板は、両者間の電気的な絶縁性を確保するのに有効であり、上記シリコングリス層は、熱伝導率を向上するために役立つ。

したがって、本例の電力変換装置１では、電力用半導体モジュール１０と冷却チューブ２０との間の熱の移動が容易となり、電力用半導体モジュール１０を効率良く冷却することができる。特に、本例の電力変換装置２では、電力用半導体モジュール１０の両面側に冷却チューブ２０が当接する構造を有するため、該電力用半導体モジュール１０を冷却する性能が非常に高いのである。

半導体積層ユニット２を利用した上記電力変換装置１では、図１に示すごとく、電力端子１５０が突出する側面に、入力電流を通電する対称形状の電力バスバー５ａ、５ｂ（図８参照。）と、制御電流を通電する電力バスバー４（図９参照。）とを配置してあり、該各電力バスバー４、５ａ、５ｂを所定の電力端子１５０と溶融接合してある。
また、図２に示すごとく、制御端子１６０が突出する側面には、制御基盤４０を配置してある。該制御基盤４０には、各制御端子１６０を挿入するスルーホール（図示略）を形成してあり、該各スルーホールに所定の制御端子１６０を挿入し、半田付け接合してある。

上記電力バスバー４、５ａ、５ｂは、図８及び図９に示すごとく、溶接接合する電力端子１５０を貫通収容するためのスリット状の収容部４２０、５２０を形成した平板状の導電部４２ａ〜ｃ、５２と、該導電部４２ａ〜ｃ、５２を保持する材質エポキシ樹脂よりなる保持部４１、５１とよりなる複合部材である。本例では、予め作製した導電部４２ａ〜ｃ、５２を、インサートした状態で上記保持部４１、５１を樹脂成形することにより、上記各電力バスバー４、５ａ、５ｂを作製した。

電力バスバー５ａ、５ｂは、図８に示すごとく、上記半導体積層ユニット２において、冷却チューブ２０の長手方向に並列する４列の電力端子１５０のうちの外側一列の電力端子に溶融接合するものである。この電力バスバー５ａ、５ｂは、平板の長尺矩形状の導電部５２における長手方向の一方の側部を、保持部５１により保持してなると共に、他方の側部には、導電部５２の側端部を露出しており、該側端部に開口するように、その長手方向に略直交するスリット状の収容部５２０を多数、設けてある。

電力バスバー５ａ、５ｂは、同図に示すごとく、保持部に設けた取付部５１０を利用して、上記保持プレート３１０及び挟圧プレート３２０に固定するように構成してある。本例では、保持プレート３１０及び挟圧プレート３２０に穿孔したボルト孔（図示略）に対応して、積層方向に長い長穴形状の取付部５１０を形成した。本例の電力バスバー５ａ、５ｂは、この長穴形状の取付部５１０を利用して、積層方向の取り付け位置を調整できるように構成してある。
なお、本例の電力バスバー５ａ、５ｂとしては、左外側用のものと、右外側用のものとがあり、相互に対称形状を呈する。

電力バスバー４は、図９に示すごとく、上記半導体積層ユニット２において、冷却チューブ２０の長手方向に並列する４列の電力端子１５０のうちの内側の２列の電力端子と溶融接合するためのものである。そして、この電力バスバー４は、３片の導電部４２ａ〜ｃを相互に電気的に絶縁した状態で、材質エポキシ樹脂よりなる保持部４１により保持してなる。導電部４２ａ〜ｃは、位相の異なるモータ駆動電流を通電するためのものであり、それぞれ、３相モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応している。

導電部４２ａ〜ｃは、それぞれ、平板略矩形状を呈する金属性の部材であり、対向する２辺には、該各辺と略直交するスリット状の収容部４２０を開口してなる。そして、各導電部４２ａ〜ｃは、各収容部４２０が積層方向の２列をなすように配列されると共に、上記対向する２辺の中間部分を上記保持部４１により保持してある。
なお、電力バスバー４は、保持部４１に設けた取付部４１０により、上記保持プレート３１０及び挟圧プレート３２０に固定するように構成してある。本例では、保持プレート３１０及び挟圧プレート３２０に穿孔したボルト孔（図示略）に対応して、積層方向に長い長穴形状の取付部４１０を形成した。本例の電力バスバー４は、この長穴形状の取付部を利用して、積層方向の取り付け位置を調整できるように構成してある。

なお、電力バスバー４、５ａ、５ｂでは、図１（Ｂ）に示すごとく、収容部４２０、５２０は、少なくとも積層方向において電力端子１５０の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗが広くなるように形成してある。
本例では、収容部４２０、５２０の形成幅Ｗは、端子厚Ｔ＝０．５ｍｍよりも厚いＷ＝１．０ｍｍとしてある。

次に、上記の電力変換装置１を製造する方法について説明する。
まず、図６及び図７に示すごとく、冷却チューブ２０と電力用半導体モジュール１０とを積層して半導体積層ユニット２を作製する上記ユニット作製工程について、簡単に説明する。
この工程では、予め、ヘッダ管２４０を用いて冷却チューブ２０をはしご状に組み立てると共に、各冷却チューブ２０の両端に封止部材２３を装着する。そして、冷却チューブ２０に対して、ヘッダ管２４０及び封止部材２３をろう付け接合する。その後、同図に示すごとく、隣り合う冷却チューブ２０の間隙に電力用半導体モジュール１０を配置するに当たっては、まず、各ヘッダ部２４１、２４２を形成するベローズ状のヘッダ管２４０を積層方向に伸ばしておき、その間隙を拡げた状態で電力用半導体モジュール１０を冷却チューブ２０間に配置する。その後、積層方向の圧縮荷重を作用させてヘッダ管２４０を積層方向に縮めることにより、冷却チューブ２０と電力用半導体モジュール１０とを密着させる。

そして、上記ユニット作製工程により作製した半導体積層ユニット２について、図８及び図９に示すごとく、電力バスバー４、５ａ、５ｂを取り付ける上記の配置工程を実施する。本例では、右外側一列の電力端子１５０に溶融接合する電力バスバー５ａを例にして、説明する。その他の、左外側一列の電力端子用の電力バスバー５ｂ、電力バスバー４についても略同様である。
この工程では、図１０に示すごとく、電力バスバー５ａの各収容部５２０に対して、右外側一列の電力端子１５０を貫通収容するように、電力変換装置１に電力バスバー３１ａを取り付ける。

そして、この配置工程の後工程として実施する並進工程では、図１１に示すごとく、電力端子１５０を貫通収容した電力バスバー３１を、積層方向に並進させ、各電力端子１５０を当接面５２１に当接させる。そして、全ての電力端子１５０が当接面５２１に当接し、全ての当接箇所の当接荷重が１．５ｋｇ以上となる並進位置で、上記取付部５１０を利用して電力バスバー５ａを固定する。
なお、その他の左外側列の電力端子用の電力バスバー５ｂ、電力バスバー４についても同様に、並進工程を実施する。

次に、上記のごとく固定した電力バスバー５ａ、５ｂ、４に対して、各電力端子１５０を溶融接合する上記接合工程を実施する。この工程は、第１の電極と第２の電極との間に大電流を通電することにより、溶融接合を行うように構成した図示しない溶接装置を用いて行う。本例では、上記第１の電極を電力バスバー４、５ａ、５ｂにおける、どこでもよい接続しやすい箇所と電気的に接続すると共に、高電圧を印加した上記第２電極を、電力端子１５０と当接面４２１、５２１との各当接箇所に近接させる。そして、上記第２電極から上記当接箇所に向けてアークを発生させ、その際に通電される大電流によるジュール熱により上記当接箇所を溶融接合させる。

以上のように、本例の製造方法は、溶接接合する電力端子１５０を貫通収容するよう、少なくとも積層方向において電力端子１５０の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗが広い収容部４２０、５２０を、貫通収容する電力端子１５０毎に有してなる各電力バスバー４、５ａ、５ｂを用いて行う。そして、この電力バスバー４、５ａ、５ｂの各収容部４２０、５２０に、溶融接合する電力端子１５０を貫通収容する。その後、上記並進工程を実施し、弾性変形を生じるように構成した電力端子１５０を、電力バスバー４、５ａ、５ｂの当接面４２１、５２１と確実性高く当接させる。そして、上記接合工程では、弾性力に基づく当接荷重を作用して相互に密着する電力端子１５０と、電力バスバー４、５ａ、５ｂとを溶融接合する。

本例では、上記接合工程を行うに当たって、電力端子１５０が当接面４２１、５２１と確実性高く当接しており、かつ、電力端子１５０の弾性変形に基づく当接荷重が作用している。
そのため、本例の製造方法では、当接箇所を密着させるために溶接装置の電極等を用いて挟持する必要がない。それ故、本例で製造する電力変換装置１では、隣接する電力端子１５０間を必要以上に空ける必要がなく、さらに、溶接する電力端子１５０に応じて接地電極を移設する必要もない。

すなわち、本例の電力変換装置の製造方法によれば、製造する電力変換装置１における電力端子１５０の配置に制約がなく、設計自由度の高い電力変換装置１を製造し得る。加えて、上記接合工程においては、溶融接合する電力端子１５０に応じて溶接装置の接地電極を移設する必要がないため、生産効率良く電力変換装置１を製造し得る。

（実施例２）
本例は、実施例１の電力変換装置を基にして、電力端子１５０の形状を変更した例である。この内容について、図１５を用いて説明する。
本例の電力変換装置１を構成する各電力用半導体モジュール１０は、同図に示すごとく、各電力端子１５０の軸方向の中間に、その先端部を積層方向に容易に変位させるための弾性変形部１５８を有している。

この弾性変形部１５８によれば、電力端子１５０の先端部の積層方向の移動を容易にして、その変位量を拡大できる。そして、先端部の積層方向の移動を容易とした電力端子１５０によれば、電力バスバー４、５ａ、５ｂの収容部４２０、５２０に電力端子１５０を貫通収容する上記配置工程を容易に実施できる。
また、先端部の積層方向の移動を容易とした電力端子１５０によれば、電力バスバー４、５ａ、５ｂを積層方向に並進させることで、収容部４２０、５２０の当接面４２１、５２１を電力端子１５０に当接させ、その当接箇所に適切な当接荷重を作用させることができる。

実施例１における、電力バスバーを溶融接合した電力変換装置を示す正面図（（Ｂ）図は、（Ａ）図の一部を拡大した図。）。 実施例１における、電力変換装置の断面構造を示す断面図。 実施例１における、電力変換装置を示す上面図。 実施例１における、半導体モジュールを示す上面図。 実施例１における、半導体モジュールの断面構造を示す断面図（図４におけるＡ−Ａ線矢視断面図。）。 実施例１における、半導体積層ユニットの表面を示す側面図。 実施例１における、半導体積層ユニットの表側を斜め上方から観た斜視図。 実施例１における、電力バスバーその１を示す斜視図。 実施例１における、電力バスバーその２を示す斜視図。 実施例１における、配置工程を実施した電力変換装置を示す説明図。 実施例１における、並進工程を実施した電力変換装置を示す説明図。 実施例１における、電力端子を溶融接合する接合工程を説明する説明図その１。 実施例１における、電力端子を溶融接合する接合工程を説明する説明図その２。 実施例１における、接合工程を実施した電力変換装置を示す説明図。 実施例２における、接合工程前の電力変換装置を示す断面図。

符号の説明

１ 電力変換装置
１０ 電力用半導体モジュール
１１ ＩＧＢＴ素子
１２ フライホイールダイオード素子
１５０ 電力端子
１６０ 制御端子
２ 半導体積層ユニット
２０ 冷却チューブ
２３ 封止部材
２４０ ヘッダ管
２４１、２４２ ヘッダ部
４、５ａ、５ｂ 電力バスバー
４２０、５２０ 収容部
４２１、５２１ 当接面
４０ 制御基板

Claims (7)

1. 制御電流及び入力電流を通電する一対の電力端子を有する平板状の電力用半導体モジュールと冷媒を流動させる扁平管形状の冷却チューブとを交互に積層してなる半導体積層ユニットと、少なくとも２本以上の上記電力端子と溶融接合される複数の電力バスバーとを含む電力変換装置において、
   上記半導体積層ユニットは、隣り合って積層した上記冷却チューブの間隙から、上記冷却チューブの長手方向に対して略直交する突出方向に突き出した上記電力端子を有してなり、
   該各電力端子は、弾性的な変形により、その先端部が積層方向に移動するように構成してあり、
   上記各電力バスバーは、溶融接合する上記電力端子を貫通収容するよう、少なくとも積層方向において上記電力端子の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗが広い収容部を、溶融接合する上記電力端子毎に有してなると共に、上記各収容部に、積層方向の同じ側に面する当接面を有してなり、該当接面に、上記電力端子を当接していることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１において、上記電力端子は、上記先端部の積層方向の変位量を拡大するための弾性変形部を有してなることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１又は２において、上記収容部の形成幅Ｗは、上記電力バスバーに溶融接合する上記各電力端子の積層方向の位置ずれ量の分散値の平均である平均分散値Ｚａｖと、上記電力端子の端子厚Ｔとを加算した値以上であり、かつ、上記各電力端子の積層方向の位置ずれ量の分散値のうち最大の分散値である最大分散値Ｚｍａｘと、上記電力端子の端子厚Ｔとを加算した値以下であることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、上記電力バスバーは、上記収容部を形成した金属よりなる導電部と、該導電部を保持する樹脂よりなる保持部とを組み合わせてなると共に、該保持部に形成した取付部を利用して上記半導体積層ユニットに直接的又は間接的に固定してあることを特徴とする電力変換装置。
5. 弾性的な変形により先端部が積層方向に変位するように構成した一対の電力端子を有する平板状の電力用半導体モジュールと冷媒を流動させる扁平管形状の冷却チューブとを交互に積層してなる半導体積層ユニットと、２本以上の上記電力端子を貫通収容するよう、少なくとも積層方向において上記電力端子の端子厚Ｔよりも形成幅Ｗが広い収容部を、上記電力端子毎に形成した電力バスバーとを含む電力変換装置の製造方法において、
   上記冷却チューブと、該冷却チューブの長手方向と上記電力端子の軸方向とが略直交するように配置した上記半導体モジュールとを交互に積層することにより、隣り合う上記冷却チューブの間から上記電力端子を突出させた上記半導体積層ユニットを作製するユニット作製工程と、
   上記電力バスバーの上記各収容部内に、溶融接合する上記電力端子を貫通収容するよう、上記半導体積層ユニットに対して上記電力バスバーを配置する配置工程と、
   該配置工程の後、上記電力バスバーの上記各収容部の内周面のうちの積層方向の同じ側に面する当接面が、貫通収容した上記各電力端子を押圧するよう、上記電力バスバーを積層方向に並進させる並進工程と、
   上記電力バスバーの上記当接面に上記電力端子を溶融接合する接合工程とを行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
6. 請求項５において、上記並進工程では、上記当接面と上記電力端子との各当接箇所に、大きさ１ｋｇ以上２ｋｇ以下の当接荷重を作用させることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
7. 請求項５又は６において、上記接合工程では、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、レーザ溶接又は電子ビーム溶接により上記当接面と上記電力端子との溶融接合を実施することを特徴とする電力変換装置の製造方法。

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