JP2008311522A - パワーモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】溶接熱による樹脂ハウジングの溶融損傷を回避しつつスナバコンデンサを溶接することができるパワーモジュールを提供する。
【解決手段】スナバコンデンサ１２のリード１２Ａ，１２ＢがＰ極バスバー２およびＮ極バスバー３の特定部位の上面にそれぞれ溶接される際、Ｐ極バスバー２およびＮ極バスバー３の特定部位に発生する溶接熱は、Ｐ極バスバー２およびＮ極バスバー３の特定部位の下面を露出させる開口１３，１４からそれぞれ放熱される。このため、溶接熱による樹脂ハウジング７の溶融損傷を回避しつつスナバコンデンサ１２を後付けにより溶接することができる。また、この溶接の際、別途の冷却ヘッド１５を開口１３，１４に挿入してＰ極バスバー２およびＮ極バスバー３の特定部位の下面をそれぞれ強制冷却することにより、樹脂ハウジング７の溶融損傷をより確実に回避することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング素子を電源に接続するバスバーが樹脂ハウジングにインサートされた構造を有するパワーモジュールに関するものである。
一般に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate BipolarTransister）などの大電力を扱うスイッチング素子を備えたパワーモジュールは、その絶縁性を確保するため、通常、スイッチング素子を電源に接続するバスバーが樹脂ハウジングにインサートされた構造を有する。
この種のパワーモジュールには、スイッチング素子のサージ電圧を抑制するためのスナバコンデンサ（平滑コンデンサ）が接続される（例えば特許文献１参照）。ここで、特許文献１には、スナバコンデンサ（平滑コンデンサ）をパワーモジュールの外部において接続する構造が開示されている。
特開２００６−０８６４３８号公報
ところで、特許文献１に記載された従来技術においては、スナバコンデンサがパワーモジュールの外部において接続されているため、スナバコンデンサとパワーモジュール内のスイッチング素子との間の距離が大きくなる。その結果、スイッチング素子のサージ電圧を抑制するスナバコンデンサの機能が充分に発揮されない虞がある。
もっとも、スナバコンデンサをパワーモジュール内のバスバーに接続すればこのような虞は解消されるが、パワーモジュール内のバスバーは、通常、樹脂ハウジングにインサートされているため、このバスバーにスナバコンデンサを溶接により接続すると、その付近の樹脂ハウジングが溶接熱により溶融して損傷するという問題がある。
そこで、本発明は、溶接熱による樹脂ハウジングの溶融損傷を回避しつつスナバコンデンサを溶接することができるパワーモジュールを提供することを課題とする。
本発明に係るパワーモジュールは、スイッチング素子を電源に接続するためのバスバーが樹脂ハウジングにインサートされており、スイッチング素子のサージ電圧を抑制するためのスナバコンデンサのリードがバスバーの特定部位の上面に溶接されるパワーモジュールであって、少なくとも樹脂ハウジングには、バスバーの特定部位の下面を露出させる開口が設けられていることを特徴とする。
本発明に係るパワーモジュールでは、スナバコンデンサのリードがバスバーの特定部位の上面に溶接される際、バスバーの特定部位に発生する溶接熱は、バスバーの特定部位の下面を露出させる開口から放熱される。そして、この溶接の際には、別途の冷却部材を開口に挿入してバスバーの特定部位の下面を強制冷却することが可能となる。
本発明によれば、スナバコンデンサのリードがバスバーの特定部位の上面に溶接される際、バスバーの特定部位に発生する溶接熱がバスバーの特定部位の下面を露出させる開口から放熱されるため、溶接熱による樹脂ハウジングの溶融損傷を回避しつつスナバコンデンサを後付けにより溶接することができる。そして、この溶接の際には、別途の冷却部材を開口に挿入してバスバーの特定部位の下面を強制冷却することにより、樹脂ハウジングの溶融損傷をより確実に回避することができる。
以下、図面を参照して本発明に係るパワーモジュールの最良の実施形態を説明する。ここで、参照する図面において、図１は一実施形態に係るパワーモジュールの構造を模式的に示す縦断面図である。
図１に示すように、一実施形態に係るパワーモジュールは、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子１と、各スイッチング素子１を電源に接続するためのＰ極バスバー２およびＮ極バスバー３と、各スイッチング素子１から出力を取り出すための出力用バスバー４および出力用バスバー５とを備えている。
各スイッチング素子１は、大電力を扱うＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からなり、コレクタＣ上にエミッタＥが積層されている。なお、ゲートについては図示が省略されている。そして、このような各スイッチング素子１は、厚板からなる放熱板６上の左右方向両端部付近に設置されている。
放熱板６には、各スイッチング素子１の設置部位を除いて樹脂ハウジング７がオーバーモールドされており、この樹脂ハウジング７にＰ極バスバー２、Ｎ極バスバー３、出力用バスバー４および出力用バスバー５がそれぞれインサートされて一体化されている。
Ｐ極バスバー２およびＮ極バスバー３は、例えば厚い銅板材からなり、樹脂ハウジング７の左右方向中央部付近に左右対称に配置されている。一方、出力用バスバー４および出力用バスバー５は、例えば角状の銅棒材からなり、樹脂ハウジング７の左右方向両端部付近に設置されている。
放熱板６の左端部付近に配置されたスイッチング素子１は、コレクタＣがボンディングワイヤ８を介してＰ極バスバー２に電気的に接続され、エミッタＥがボンディングワイヤ９を介して出力用バスバー４に電気的に接続されている。
一方、放熱板６の右端部付近に配置されたスイッチング素子１は、エミッタＥがボンディングワイヤ１０を介してＮ極バスバー３に電気的に接続され、コレクタＣがボンディングワイヤ１１を介して出力用バスバー５に電気的に接続されている。
ここで、各スイッチング素子１に加わるサージ電圧を抑制するため、耐熱性のあるセラミックコンデンサで構成されたスナバコンデンサ１２がＰ極バスバー２とＮ極バスバー３との間に接続される。すなわち、Ｐ極バスバー２の特定部位の上面には、スナバコンデンサ１２の一方のリード１２Ａが後付けにより溶接される。同様にＮ極バスバー３の特定部位の上面には、スナバコンデンサ１２の他方のリード１２Ｂが後付けにより溶接される。
そのための構造として、Ｐ極バスバー２の特定部位の下面を露出させて放熱可能とする一方の開口１３が放熱板６と樹脂ハウジング７とに跨って形成されている。同様に、Ｎ極バスバー３の特定部位の下面を露出させて放熱可能とする他方の開口１４が放熱板６と樹脂ハウジング７とに跨って形成されている。
ここで、一方の開口１３および他方の開口１４は、それぞれ円形の断面形状に形成されているが、その断面形状は円形に限らず、楕円形や四角形であってもよい。
以上のような構造を有する一実施形態のパワーモジュールにおいては、例えば電子ビーム溶接によってスナバコンデンサ１２の一方のリード１２ＡがＰ極バスバー２の特定部位の上面に溶接され、他方のリード１２ＢがＮ極バスバー３の特定部位の上面に溶接される。
その際、Ｐ極バスバー２の特定部位に発生する溶接熱は、Ｐ極バスバー２の特定部位の下面を露出させる一方の開口１３から放熱されるため、Ｐ極バスバー２付近の樹脂ハウジング７が溶接熱により溶融して損傷することはない。同様に、Ｎ極バスバー３の特定部位に発生する溶接熱は、Ｎ極バスバー３の特定部位の下面を露出させる他方の開口１４から放熱されるため、Ｎ極バスバー３付近の樹脂ハウジング７が溶接熱により溶融して損傷することはない。
従って、一実施形態のパワーモジュールによれば、溶接熱による樹脂ハウジング７の溶融損傷を回避しつつスナバコンデンサ１２を後付けにより溶接することができる。
ここで、スナバコンデンサ１２の一方のリード１２ＡをＰ極バスバー２の特定部位の上面に溶接する際、図２に示すような冷却ヘッド（冷却部材）１５を一方の開口１３に挿入してＰ極バスバー２の特定部位の下面を強制冷却すれば、Ｐ極バスバー２付近の樹脂ハウジング７の溶融損傷をより確実に回避することができる。
同様に、スナバコンデンサ１２の他方のリード１２ＢをＮ極バスバー３の特定部位の上面に溶接する際に冷却ヘッド１５を他方の開口１４に挿入してＮ極バスバー３の特定部位の下面を強制冷却すれば、Ｎ極バスバー３付近の樹脂ハウジング７の溶融損傷をより確実に回避することができる。
ここで、図２に示した冷却ヘッド１５は、図示しない冷却装置から圧送される冷却水の循環通路１５Ａが内部に形成された細径の棒状の外観を呈するものであり、その上端面は平坦面に形成されている。
なお、図２に示した冷却ヘッド１５は、図３に示すような冷却ヘッド（冷却部材）１６に変更することができる。この冷却ヘッド１６は、図２に示した冷却ヘッド１５と同様に図示しない冷却装置から圧送される冷却水の循環通路１６Ａが内部に形成された棒状の外観を呈するものであるが、その外径は例えば一方の開口１３の直径より若干小さい程度の太径に形成されている。そして、この冷却ヘッド１６の平坦な上端面には、円形の凹部１６Ｂが形成されており、その周囲に環状の冷却突部１６Ｃが形成されている。
ここで、例えばＰ極バスバー２側の一方の開口１３に挿入された冷却ヘッド１６は、スナバコンデンサ１２の一方のリード１２Ａが溶接されるＰ極バスバー２の特定部位の下面に円形の凹部１６Ｂが対面し、その周囲の冷却突部１６ＣがＰ極バスバー２の特定部位の周囲の下面を強制冷却する。
従って、この冷却ヘッド１６を使用すれば、スナバコンデンサ１２の一方のリード１２Ａおよび他方のリード１２ＢをそれぞれＰ極バスバー２およびＮ極バスバー３の特定部位の上面に確実に溶接でき、しかも、Ｐ極バスバー２付近およびＮ極バスバー３付近の樹脂ハウジング７の溶融損傷をより一層確実に回避することができる。
本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの構造を模式的に示す縦断面図である。 図１に示したＰ極バスバーおよびＮ極バスバーを強制冷却するための冷却ヘッドがＰ極バスバー側の一方の開口に挿入された状態を示す図１に対応した縦断面図である。 図２に示した冷却ヘッドの変形例を示す図２に対応した縦断面図である。
符号の説明
１…スイッチング素子、２…Ｐ極バスバー、３…Ｎ極バスバー、４…出力用バスバー、５…出力用バスバー、６…放熱板、７…樹脂ハウジング、８〜１１…ボンディングワイヤ、１２…スナバコンデンサ、１２Ａ…一方のリード、１２Ｂ…他方のリード、１３…一方の開口、１４…他方の開口、１５…冷却ヘッド、１５Ａ…循環通路、１６…冷却ヘッド、１６Ａ…循環通路、１６Ｂ…円形の凹部、１６Ｃ…冷却突部、Ｃ…スイッチング素子のコレクタ、Ｅ…スイッチング素子のエミッタ。

Claims (1)

  1. スイッチング素子を電源に接続するためのバスバーが樹脂ハウジングにインサートされており、スイッチング素子のサージ電圧を抑制するためのスナバコンデンサのリードが前記バスバーの特定部位の上面に溶接されるパワーモジュールであって、
    少なくとも前記樹脂ハウジングには、前記バスバーの特定部位の下面を露出させる開口が設けられていることを特徴とするパワーモジュール。
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