JP2009033902A - パワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 高い空間利用効率性を実現しながら、簡単な機構により自動車への搭載状態の安定維持を得ることができるパワーモジュールを提供する。
【解決手段】 高さ位置の異なる２本の端子板４０Ｈ，４０Ｌと、同じ高さ位置をすべて有し、その２本の端子板高さ位置の中間高さを、その２本の端子板のそれぞれと高さギャップがあるように交差部を形成して、互いに並行して筐体３０を通り抜ける複数本のバスバー１１ｕ〜１１ｗとを備え、複数のパワースイッチング素子１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃは、１つずつ、端子板とバスバーとに挟持されるように位置し、１つまたは２つ以上の振動吸収材７０Ａ，７０Ｂは、端子板およびバスバーの一部と、筐体との間に介在することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パワーモジュールに関し、より具体的は、ハイブリッドカー（ＨＥＶ: Hybrid Electric Vehicle）等の電機モータを駆動するために用いられるパワーモジュールに関するものである。

化石燃料の高騰や、地球温暖化防止のためのＣＯ₂排出量の規制などを背景に、電気自動車やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）が注目を集めている。ＨＥＶにおいては、複数のパワースイッチング素子を備えるインバータ回路を用いて直流電力をスイッチングすることにより、電機モータを交流駆動する。パワースイッチング素子のオンオフは、制御回路によって制御される。

従来のパワーモジュールの構成例として、制御回路、インバータ回路および電機モータが一体化されたパワーモジュールが開示されている（特許文献１）。このパワーモジュールでは、モータハウジングの周壁外周面にプリント基板が固定され、プリント基板上に制御回路とインバータ回路とが実装されている。

また、３相の薄型ＤＣブラシレスモータのステータに配電を行うための円環状バスバーの製造歩留まりを向上させる構造について提案がなされている（特許文献２）。上記円環状バスバーを用いることにより、配電部材は、その製造が比較的簡単となり、低コストでかつ絶縁耐圧を高めることが可能となる。
特開２００３−３２４９０３号公報 特開２００３−１３４７２８号公報

しかしながら、制御部を含めて電機モータと一体化する方式（特許文献１）では、制御部およびインバータと一体化された電機モータの全体が所定サイズを超え、車両等への搭載に支障をきたし、空間利用効率がかえって低下する場合を多く生じる。また、上記特許文献２に開示の配電部材によれば、その配電部材中のバスバーの製造歩留り、耐絶縁性能などを向上させることはできるが、小型化または空間利用効率の向上などについて触れていない。

自動車等に搭載されるパワーモジュールでは、空間利用効率の向上を得た上で、さらに自動車等における搭載状態の安定維持を得ることが重要である。本発明は、高い空間利用効率性を実現しながら、簡単な機構により自動車等への搭載状態の安定維持を得ることができる、パワーモジュールを提供することを目的とする。

本発明のパワーモジュールは、筐体内に位置する複数のパワースイッチング素子と、筐体内に位置する１つまたは２つ以上の振動吸収材とを備える。また、筐体に挿入されて並行して延在する、筐体の底面からの距離である高さ位置の異なる２本の直流電源用導体と、同じ高さ位置をすべて有し、その２本の直流電源用導体の高さ位置の中間の高さ位置を、その２本の直流電源用導体のそれぞれと高さギャップがあるように交差部を形成しながら、互いに並行して前記筐体を通り抜ける複数本の交流電力供給用導体とを備える。上記の複数のパワースイッチング素子は、交差部に１つずつ、直流電源用導体と前記交流電源用導体とに挟持されるように位置し、１つまたは２つ以上の振動吸収材は、２つの直流電源用導体および複数本の交流電力供給用導体の少なくとも一部と、筐体との間に介在することを特徴とする。

上記の構成によれば、振動吸収材により、自動車等のように振動の激しい環境においても振動を吸収して、パワーモジュールの自動車への搭載状態の安定維持を得ることができる。また、電機モータとパワーモジュールを含むインバータとが一体化されて制御部は別体とされるので、プリント基板を用いることなく、電機モータの周縁部にインバータをコンパクトに配置することができる。このため、全体的にみて高い空間利用効率性（小型化）を安価に実現することができる。

上記の筐体は上蓋、その上蓋に対向する底板および上蓋と底板との間に位置する側板を有しており、上記の振動吸収材は、筐体の底板側および上蓋側の両方に位置している。そして、２本の直流電源用導体の一方に平面的にみて重なる交差部を形成する、複数本の交流電力供給用導体の部分と、当該一方の直流電源用導体とに、および／または２本の直流電源用導体の他方に平面的にみて重なる交差部を形成する、複数本の交流電力供給用導体の部分と、当該他方の直流電源用導体とに、上記の振動吸収材が、底板側と上蓋側とから押し当てられる構成とすることができる。これによって、振動吸収材による上下からの挟みつけという簡単な機構により、自動車のように振動の激しい環境においても振動を吸収して、パワーモジュールの自動車への搭載状態の安定維持を得ることができる。

上記の筐体の側板には、直流電源用導体および交流電力供給用導体のそれぞれの高さ位置に対応する底辺を持つ矩形切り欠きが設けられる。そして、直流電源用導体および交流電力供給用導体には、それぞれの導体の相対向する幅両端部に、矩形切り欠きの相対向する両側の壁辺に係合して当該それぞれの導体が矩形切り欠きの底辺で支持されるように、位置決め切り欠きが設けられている構成をとることができる。これによって、直流電源用導体および交流電力供給用導体を、筐体に関係づけて、簡略にかつ容易に、意図したとおりに配置することができる。また、筐体の矩形切り欠きと各導体の位置決め切り欠きとの係合によって、筐体の底板の面に平行な方向（水平方向）の、直流電源用導体および交流電力供給用導体の動きは規制され、その交差方向（上下方向とくに上方向）の動きが主たる動きとなる。このため、上記の上蓋側と底板側からの振動吸収材の押し当ては振動を吸収する上で、効果的に作用する。上記の筐体の矩形切り欠きと各導体の位置決め切り欠きとの係合は、水平方向の動きを規制するので、パワーモジュールにおける各接続部の安定維持に対しても、プラスに作用する。

上記のパワースイッチング素子は、パワースイッチング素子は、第１の面に第１の通電電極を、また該第１の面と表裏関係をなす第２の面に第２の通電電極を有する。その第１の通電電極は、交差部において、当該交差部を形成する直流電源用導体および交流電力供給用導体の一方に導電性固着材で固定される。また、第２の通電電極と、固定がされた導体と交差部を形成する他方の導体との間に、弾性導体を介在させることができる。これによって、パワースイッチング素子の各導体上における位置を安定化しながら、パワースイッチング素子の電極と直流電源用導体または交流電力供給用導体に発生する熱による変位を弾性導体の撓みによって吸収することができる。

本発明のパワーモジュールによれば、高い空間利用効率性を実現しながら、簡単な機構により自動車等への搭載状態の安定維持を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、異なる図面において同一または相応する符号を付した要素は、同一または相応する要素を示すものとする。

図１は、本発明のパワーモジュール５０を三相交流電機モータ４の端部平面に配置した状態を示す図である。図２は、図１に示すパワーモジュール５０の上蓋を除いた状態の平面図である。なお、三相交流モータに電力を供給する導体であるバスリングまたはバスバー１１ｕ，１１ｖ，１１ｗは、図１に示すように、電機モータ４の周縁に沿うように円環状であるが、直線状としても本発明の説明に支障がないので、複雑化を避けるため、直線状に図示する。この後の図面において直線状の図示がされている場合も、上記のように解することとする。また、図３は、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの構成を示す回路図である。本実施の形態では、図２に示すように、振動吸収材７０Ａ，７０Ｂが用いられる点に、一つの特徴がある。図２では、振動吸収材７０Ａ，７０Ｂはいずれも、パワーモジュールの筐体３０の底板３０ｂに接して置かれている。振動吸収材７０Ａは、図２示す配置において最も底板３０ｂに近い導体である直流電源用導体のプラス側４０Ｈとその底板３０ｂとの間に介在し、また振動吸収材７０Ｂは、当該位置において底板３０ｂに最も近い導体である三相交流電力供給用のバスバー１１ｕ，１１ｖ，１１ｗとその底板３０ｂとの間に配置され、振動吸収材７０Ａ，７０Ｂ自体が圧縮力を受ける状態にするのがよい。

図２に示すように、本実施の形態におけるパワーモジュール５０において、直流電源用導体４０Ｈ，４０Ｌと、バスバー１１ｕ，１１ｖ，１１ｗとの交差部は、筐体３０内にあり、各交差部にある高さギャップに、このあと説明するパワースイッチング素子が配置されている。筐体３０は直方体であり、底板３０ｂおよび側板３０ｓと、図示していない上蓋（図１４参照）とを備える。図２では、底板３０ｂに接して位置する振動吸収材７０Ａ，７０Ｂのみを示すが、上蓋に接して位置する振動吸収材も配置され、直流電源用導体４０Ｈ，４０Ｌおよび、バスバー１１ｕ，１１ｖ，１１ｗを、底板３０ｂと上蓋側とから挟むようにして、振動を吸収する。直流電源用導体４０Ｈ，４０Ｌおよびバスバー１１ｕ，１１ｖ，１１ｗが、筐体３０の側板３０ｓを通り抜けるために設ける構造については、後で詳しく説明する。なお、図２では、振動吸収材７０Ａ，７０Ｂの表示について、破線で示すべき輪郭線は、図面の複雑化を避けるために省略した。後に説明する図においても、同様の扱いをする。

図２および図３には、パワースイッチング素子として、パワーＭＯＳＦＥＴ１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃが用いられた例が示されている。本実施の形態に係るパワーモジュールは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電機モータ４と、電機モータ４を駆動するためのインバータ回路８と、インバータ回路８が有するパワーＭＯＳＦＥＴ１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃを制御するための制御回路７とを備えている（図３参照）。なお、本発明の本質に影響しないので図示は省略しているが、パワーＭＯＳＦＥＴ１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃのそれぞれのデバイス内には、ドレイン‐ソース間に寄生ダイオードがあり、転流時の電流がこの寄生ダイオードに流れる。

図３に示すように、パワーＭＯＳＦＥＴ１ａ，２ａは、正の直流電源電圧ＶＨの直流電源用導体（端子板）４０Ｈと、負の直流電源電圧ＶＬの直流電源用導体（端子板）４０Ｌとの間で、ノード６ｕを介して直列に接続されている。具体的に、パワーＭＯＳＦＥＴ１ａのドレイン電極は、正の直流電源電圧ＶＨの端子板４０Ｈに接続され、ソース電極はノード６ｕに接続されている。また、パワーＭＯＳＦＥＴ２ａのドレイン電極はノード６ｕに接続され、ソース電極は負の直流電源電圧ＶＬの端子板４０Ｌに接続されている。同様に、パワーＭＯＳＦＥＴ１ｂ，２ｂは、正の直流電源電圧ＶＨの端子板４０Ｈと、負の電源電圧ＶＬの端子板４０Ｌとの間でノード６ｖを介して直列に接続されている。また、パワーＭＯＳＦＥＴ１ｃ，２ｃは、正の直流電源電圧ＶＨの端子板４０Ｈと、負の直流電源電圧ＶＬの端子板４０Ｌとの間でノード６ｗを介して直列に接続されている。

パワーＭＯＳＦＥＴ１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃの各ゲート電極は、図２に示すように、信号線６１によってコネクタ６０の端子に接続され、さらに外部に位置する制御回路に接続される。制御回路７は、パワーＭＯＳＦＥＴ１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃの各ゲート電極に電圧パルスを印加することにより、パワーＭＯＳＦＥＴ１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃをそれぞれ駆動する（図３参照）。

ノード６ｕ，６ｖ，６ｗは、電機モータ４の各相の電極５ｕ，５ｖ，５ｗにそれぞれ接続されている。制御回路７によってパワーＭＯＳＦＥＴ１ａ〜１ｃおよびパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ〜２ｃのいずれを駆動するかによって、電機モータ４が備える電磁コイル３に流れる電流の向きを制御することができる。また、制御回路７からパワーＭＯＳＦＥＴ１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃの各ゲート電極に印加される電圧パルスのパルス幅によって、電磁コイル３に流れる電流の大きさを制御することができる。

なお、図３には、パワースイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴ１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃが用いられた例が示されているが、パワーＭＯＳＦＥＴの代わりにＩＧＢＴ等の他のパワースイッチング素子を用いてもよい。なお、ＩＧＢＴでは寄生ダイオードがないので、転流ダイオードを逆並列に接続しておく必要がある。あるいは、ＳｉＣ，ＧａＮ，ダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体を用いた、大電力制御可能かつ高温動作可能なトランジスタを使用してもよい。ワイドバンドギャップデバイスを用いた場合には、電機モータ４と同様に高温環境で動作可能なインバータ回路を実現することができる。

また、図３には、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のハイサイド及びローサイドに各1個のパワーＭＯＳＦＥＴのみが用いられた例が示されているが、電流容量に応じて、それぞれ複数個のパワーＭＯＳＦＥＴを用いて構成してもよい。

図４は、本実施の形態に係るパワーモジュールが備える三相交流電力供給用導体のバスバー１１の構造の一部を示す上面図である。電機モータ４の外周に沿って（図１参照）、リング状のバスバー１１が配設されている。バスバー１１は、電機モータ４のＵ相に対応するバスバー１１ｕと，Ｖ相に対応するバスバー１１ｖと、Ｗ相に対応するバスバー１１ｗとに分離されている。バスバー１１ｕは図３に示したノード６ｕと電極５ｕとの間を接続し、バスバー１１ｖはノード６ｖと電極５ｖとの間を接続し、バスバー１１ｗはノード６ｗと電極５ｗとの間を接続する。バスバー１１ｕ〜１１ｗは、打ち抜き加工された銅板の表面にスズまたはニッケル等のメッキ処理が施されることによって形成されている。

バスバー１１ｕ〜１１ｗは、バスバー筐体１９内に収納されている。バスバー筐体１９は、ＰＰＳ(polyphenylene sulfide)等の耐熱性樹脂によって構成されている。ただし、バスバー筐体１９は、強度を高めるために、金属部材によって強化されていてもよい。バスバー筐体１９の内部には、内壁によって規定される溝が形成されており、その溝部分にバスバー１１ｕ〜１１ｗが嵌め込まれている。また、バスバー筐体１９が形成されていない領域１８が部分的に設けられており、この領域１８においてはバスバー１１ｕ〜１１ｗが露出している。この領域１８が、図２に示すように、パワーモジュール５０の筐体３０内において、直流電源用導体４０Ｈ，４０Ｌと交差する部分を構成する。

図５は、領域１８におけるバスバー１１ｕ〜１１ｗの構造を具体的に示す斜視図である。図５では、リング状のバスバー１１ｕ〜１１ｗを直線状に図示している。バスバー１１ｕの表面上には、図２および図３に示したパワーＭＯＳＦＥＴ２ａの半導体チップ(以下、パワーＭＯＳＦＥＴと同一の符号を用いる)２ａが実装されている。バスバー１１ｕの表面上の所定の箇所に、チップを実装すべき位置を示すマーキングを刻印しておくことにより、その所定の箇所に半導体チップ２ａを実装することができる。同様に、バスバー１１ｖ，１１ｗの表面上の所定の箇所には、パワーＭＯＳＦＥＴ２ｂ，２ｃの半導体チップ２ｂ，２ｃがそれぞれ実装されている。また、バスバー１１ｕ，１１ｖ，１１ｗには、それぞれ所定の箇所に、位置決め用の切り欠き２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが形成されている。

図６は、半導体チップ２ａの構造を示す上面図であり、図７は、図６に示したラインＶＩＩ−ＶＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。図６および図７を参照して、半導体チップ２ａは、いわゆる縦型パワーＭＯＳチップであり、半導体チップ２ａの表面にはゲート電極（制御電極）Ｇおよびソース電極（電流流出電極）Ｓが形成されており、裏面にはドレイン電極（電流流入電極）Ｄが形成されている。ソース電極Ｓ上には、弾性導体１０が接合されている。この弾性導体１０は、半田付けまたはロウ付けによってこのソース電極Ｓ上に接合される。また、弾性導体１０は、リン青銅を用いその表面にはスズまたはニッケル等のメッキ処理が施されることによって形成されている。また、図示されている弾性導体１０は、コ字状の板バネであるが、弦巻バネなどであってもよい。

半導体チップ２ｂ，２ｃは、半導体チップ２ａと同様の構造を有している。つまり、半導体チップ２ｂ，２ｃの各表面にはゲート電極Ｇ及びソース電極Ｓがそれぞれ形成されており、各裏面にはドレイン電極Ｄがそれぞれ形成されている。半導体チップ２ａ〜２ｃのソース電極Ｓには弾性導体１０のバネが接合され、各ドレイン電極Ｄは、導電性固着材である半田付けまたはロウ付けによって、バスバー１１ｕ〜１１ｗの各表面にそれぞれ直接的に接合されている。

図８は、本実施の形態に係るパワーモジュールが備える筐体３０の構造を示す斜視図である。筐体３０は、ＰＰＳ等の耐熱性樹脂によって構成されている。筐体３０の側板３０ｓには、位置決め構造として複数の矩形切り欠きである溝３１ｕ，３１ｖ，３１ｗ，３２Ｈ，３２Ｌが形成されている。各溝３１ｕ，３１ｖ，３１ｗ，３２Ｈ，３２Ｌの底辺Ｋｂは、バスバー１１ｕ〜１１ｗおよび端子板４０Ｈ，４０Ｌに当接して、これら導体のそれぞれの筐体の底板３０ｂからの距離である高さ位置を決めることになる。溝３２Ｈは溝３１ｕ〜３１ｗよりも深く形成されており、したがって溝３２Ｈの底辺Ｋｂは溝３１ｕ〜３１ｗの底辺Ｋｂより、筐体の底板３０ｂに近い位置にある。また、溝３２Ｌは溝３１ｕ〜３１ｗよりも浅く形成されており、したがって溝３２Ｌの底辺Ｋｂは溝３１ｕ〜３１ｗの底辺Ｋｂより、筐体の底板３０ｂから遠い位置にある。各溝は、矩形の切り欠きなので、２つの相対向する壁辺Ｋｓは平行であり、底辺Ｋｂに直交する。また、溝３２Ｈと溝３２Ｌとの間には、コネクタを挿入するための開口部３３が形成されている。

図５および図８を参照して、互いに隣接する溝３１ｕ〜３１ｗ同士の間隔は、切り欠き２０ｕ〜２０ｗが形成されている箇所における、互いに隣接するバスバー１１ｕ〜１１ｗ同士の間隔を決め、両間隔は等しい。また、溝３１ｕ〜３１ｗが形成されている相対向する側板３０ｓ同士の間隔は、バスバー１１ｕ〜１１ｗが延在する方向において互いに隣接する切り欠き２０ｕ同士の間隔に等しい。図５に示す各バスバーの位置決め切り欠き２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、図８の溝３１ｕ，３１ｖ，３１ｗに係合するように嵌め合わされて、各バスバーとも溝の底辺Ｋｂで支持される。

図９および図１０は、本実施の形態に係るパワーモジュールの組立工程を順に示す斜視図である。まず、図９を参照して、図８に示した筐体３０の溝３２Ｈ内に、直流電源用導体としての端子板４０Ｈを嵌め込むのであるが、端子板４０Ｈの直下になるように、筐体３０の底板３０ｂに振動吸収材７０Ａを固定する。振動吸収材７０Ａは、電気絶縁性材料で構成され、その厚みは、フリーな状態で底板３０ｂと端子板４０Ｈの裏面との間隔より大きくして、装着状態で振動吸収材７０Ａが圧縮変形状態とするのがよい。振動吸収材７０Ａは、電気絶縁性があるシート状の、発泡ウレタンやゴムなどの気泡性樹脂、耐久性樹脂などで、振動を緩和または減衰する材料であれば何でもよい。端子板４０Ｈは、上記の振動吸収材７０Ａに載る形で、筐体の溝３２Ｈに嵌め込まれる。端子板４０Ｈは、図３に示した正の直流電源電圧ＶＨを供給するためのものであり、銅板の表面にスズまたはニッケル等のメッキ処理が施されることによって形成されている。端子板４０Ｈには、バスバー１１ｕ〜１１ｗと同様に、所定の箇所に切り欠き２０Ｈが形成されており、この切り欠き２０Ｈを溝３２Ｈの壁辺Ｋｓに嵌合させることによって、筐体３０と端子板４０Ｈとの位置決めがなされる。また、その高さ位置（筐体の底板３０ｂとの間の距離）は、溝３２Ｈの底辺Ｋｂによって決められる。

端子板４０Ｈの表面上の所定の箇所には、図３に示したパワーＭＯＳＦＥＴ１ａ〜１ｃの半導体チップ１ａ〜１ｃが予め実装されている。端子板４０Ｈの表面上の所定の箇所に、チップを実装すべき位置を示すマーキングを刻印しておくことにより、その所定の箇所に半導体チップ１ａ〜１ｃを実装することができる。

半導体チップ１ａ〜１ｃは、図６および図７に示した半導体チップ２ａ〜２ｃと同様の構造を有している。つまり、半導体チップ１ａ〜１ｃの各表面にはゲート電極Ｇおよびソース電極Ｓがそれぞれ形成されており、各裏面にはドレイン電極Ｄがそれぞれ形成されている。半導体チップ１ａ〜１ｃのソース電極Ｓには弾性導体１０が半田付けまたはロウ付けによって接合され、また、半導体チップ１ａ〜１ｃの各ドレイン電極Ｄは、半田付けまたはロウ付けによって、端子板４０Ｈの表面にそれぞれ直接的に接合されている。

筐体３０から外部に突出している端子板４０Ｈの端部には、電力供給用の高圧ケーブルの一端が接続される。高圧ケーブルの他端は、バッテリまたは昇圧コンバータに接続される。

次に、図１０を参照して、筐体３０の溝３１ｕ〜３１ｗ内に、バスバー１１ｕ〜１１ｗをそれぞれ嵌め込む。その際に予め、バスバー１１ｕ〜１１ｗの下で、当該バスバー１１ｕ〜１１ｗを支持するように当該バスバーに交差する方向に延在する振動吸収材７０Ｂを、筐体の底板３０ｂに固定する。バスバー１１ｕ〜１１ｗの高さ位置は端子板４０Ｈより高い（底板３０ｂから遠い）ので、当然に振動吸収材７０Ｂは、端子板４０Ｈの直下に位置する振動吸収板７０Ｂよりも厚いものとなる。上記振動吸収材７０Ｂの固定の後に、バスバー１１ｕ〜１１ｗをそれぞれ嵌め込むことになる。具体的には、図９に示した構造を図５に示したバスバー１１ｕ，１１ｖ，１１ｗの下方に位置させた後、溝３１ｕ〜３１ｗと切り欠き２０ｕ〜２０ｗとをそれぞれ嵌合させながら、図９に示した構造を上方に持ち上げる。これにより、図１０に示すように、半導体チップ１ａ〜１ｃの各ソース電極Ｓ上のコ字状弾性導体１０が、バスバー１１ｕ〜１１ｗの各裏面にそれぞれ接触する。

要は、半導体チップ１ａ〜１ｃは、端子板４０Ｈとバスバー１１ｕ〜１１ｗとが形成する高さギャップのある交差部に、１つずつ配置される。高さギャップが、コ字状弾性導体１０を含む半導体チップ１ａ〜１ｃの装着高さに対応する。その際、コ字状弾性導体の片端を固定されていないので、半導体チップ１ａ〜１ｃの各ソース電極Ｓ上に接合されている弾性導体１０は、バスバー１１ｕ〜１１ｗによって押し当てられ撓む。この押し当てられた撓みによって、バスバー１１ｕ〜１１ｗの各裏面と圧接され電気的接続状態になる。弾性導体１０を介在させることにより、各ソース電極Ｓとバスバー１１ｕ〜１１ｗの裏面とを半田付けまたはロウ付けするよりも簡便に接合することができる。図１１は、図１０に示すパワーモジュール組立状態を示す平面図である。端子板４０Ｈの直下に振動吸収材７０Ａが配置され、またバスバー１１ｕ〜１１ｗの直下に、これらバスバー１１ｕ〜１１ｗに交差する方向に延在する振動吸収材７０Ｂを配置される。上記の構成によって、自動車走行による振動があっても、このあと説明する上蓋側の振動吸収材も含めた振動吸収材の作用および弾性導体１０の撓みによって、電気的接続状態を長期に安定維持することができる。

次に、図１２および図１０を参照して、筐体３０の溝３２Ｌ内に、直流電源用導体としての端子板４０Ｌを嵌め込む。端子板４０Ｌは、図３に示した負の直流電源電圧ＶＬを供給するためのものであり、銅板の表面にスズまたはニッケル等のメッキ処理が施されることによって形成されている。端子板４０Ｌには所定の箇所に切り欠き２０Ｌが形成されており、この切り欠き２０Ｌを溝３２Ｌの壁辺Ｋｓに嵌合させることによって、筐体３０と端子板４０Ｌとの位置決めがなされる。

これにより、半導体チップ２ａ〜２ｃの各ソース電極Ｓ上に接合されている弾性導体１０は、端子板４０Ｌによって押し当てられ撓む。この弾性導体１０の撓みによる圧接によって、半導体チップ２ａ〜２ｃの各ソース電極Ｓと端子板４０Ｌの裏面とが電気的に接続される。

筐体３０から外部に突出している端子板４０Ｌの端部には、電力供給用の高圧ケーブルの一端が接続される。高圧ケーブルの他端は、バッテリ又は昇圧コンバータに接続される。

次に、図１３および図１０を参照して、筐体３０の開口部３３にコネクタ６０を嵌め込み、ネジ止め等によって固定する。コネクタ６０は、図示しない複数の端子を有しており、端子は筐体３０内に突出している。コネクタ６０には、端子に電気的に接続された信号線６１の一端が接続され、他端は各パワースイッチング素子のゲート電極Ｇに接続されている。コネクタの外部に出た信号線６１は、上述のように、図３に示した制御回路７に接続される。

図１３において、振動吸収材７０Ｃが、平面的に見て端子板４０Ｈに重なるように、また振動吸収材７０Ｄが、平面的に見て端子板４０Ｌに重なるように、それぞれ配置される。この場合、振動吸収材７０Ｃ，７０Ｄは、前もって、このあと説明する上蓋に固定するのがよい。振動吸収材７０Ａ〜７０Ｄは、シート状のゴムやウレタンを用いるが、すべてが同種の材料で統一しなくてもよい。図１４は、上記の上蓋側の振動吸収材７０Ｃ，７０Ｄを図１３に示す位置関係を持ちながら、上蓋３０ｔを筐体３０に固定した状態を示す図である。図１４に示す状態において、振動吸収材７０Ａ〜７０Ｄは、半導体チップ１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃを挟持する端子板４０Ｈ，４０Ｌおよびバスバー１１ｕ〜１１ｗを、筐体３０の底板３０ｂの側および上蓋３０ｔの側から挟むように保持して、振動の緩和をはかることができ、上記の電気的接続状態を安定維持することができる。

上記した本発明の実施の形態のパワーモジュールについて、次のような作用効果および他のパワーモジュール例に注意を払うべきである。
（１）筐体の矩形切り欠きと各導体の位置決め切り欠きとの係合によって、筐体の底板の面に平行な方向（水平方向）の、直流電源用導体および交流電力供給用導体の動きは規制され、その交差方向（上下方向とくに上方向）の動きが主たる動きとなる。このため、上記実施の形態におけるように、上蓋側と底板側とから振動吸収材を挟むように各導体に押し当てることによって、効果的に振動を吸収し、たとえば各導体の位置決め切り欠きのコーナー等に生じやすいクラックを防止することができる。
（２）上記の係合では、筐体の矩形切り欠きの底辺で、各導体は支持されるので、各導体の上下方向の動きといっても、下方向へは上記底辺で阻止されるため、底辺から上方向への動きが主なものとなる。このため、振動吸収材は、上蓋側への配置が効果的であり、筐体の底板側への振動吸収材の配置はあったほうが振動吸収作用は高まるが、なくても所定の効果を得ることはできる。振動吸収材は、少なくとも筐体の上蓋側にあればよい。したがって、上記実施の形態の変形例として、筐体の上蓋側と導体との間にのみ、振動吸収材を配置したパワーモジュールであってもよい。
（３）パワーＭＯＳＦＥＴのソース電極上に配置した弾性導体は、その上に位置する導体裏面に撓みながら接することで、熱膨張等を吸収して安定な電気的接続を得ることができる。さらに振動吸収材を上下から押し当てることにより、振動吸収材の圧縮変形内で、弾性導体が撓みによって吸収できない変形を吸収することができ、電気的接続の安定性をさらに向上することができる。

上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明のパワーモジュールでは、自動車等における苛酷な振動が加わる環境において、高い空間利用効率性を実現しながら、簡単な機構により自動車への搭載状態の安定維持を得ることができる。

本発明の実施の形態におけるパワーモジュールの電機モータへの配設を示す図である。 図１のパワーモジュールの上蓋を除いた状態の平面図である。 図１および図２のパワーモジュールの配線図である。 バスバーおよびバスバー筐体を示す図である。 バスバーおよびバスバーに搭載されたパワースイッチング素子を示す図である。 図５のパワースイッチング素子を示す平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 パワーモジュールの筐体を示す図である。 筐体の溝に直流電源用導体のプラス側端子板を嵌め込んだ状態を示す図である。 筐体の溝にバスバーを嵌め込んだ状態を示す図である。 図１０の状態の平面図である。 筐体の溝に直流電源用導体のマイナス側端子板を嵌め込んだ状態を示す図である。 上蓋側の振動吸収材の平面的位置を示す図である。 パワーモジュールの筐体の上蓋を固定した状態を示す図である。

符号の説明

１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃ パワーＭＯＳＦＥＴ（半導体チップ）、３ 電機モータのコイル、４ 電機モータ、５ｕ〜５ｗ 電機モータの各相の電極、６ｕ〜６ｗ ノード、７ 制御回路、８ インバータ回路、１０ 弾性導体、１１ｕ，１１ｖ，１１ｗ バスバー（交流電力供給用導体）、１８ バスバー露出領域、１９ バスバー筐体、２０Ｈ，２０Ｌ 端子板に設けた位置決め切り欠き、２０ｕ〜２０ｗ バスバーに設けた位置決め切り欠き、３０ 筐体、３０ｂ 筐体の底板、３０ｓ 筐体の側板、３０ｔ 上蓋、３１ｕ〜３１ｗ 筐体のバスバー用の溝（矩形切り欠き）、３２Ｈ，３２Ｌ 筐体の端子板用の溝（矩形切り欠き）、３３ 開口部（コネクタ挿入口）、４０Ｈ プラス側端子板（直流電源用導体）、４０Ｌ マイナス側端子板（直流電源用導体）、５０ パワーモジュール、６０ コネクタ、６１ 信号線、７０Ａ〜７０Ｄ 振動吸収材、Ｋｂ 溝の底辺、Ｋｓ 溝の壁辺、Ｄ ドレイン電極、Ｇ ゲート電極、Ｓ ソース電極。

Claims (4)

1. 筐体内に位置する複数のパワースイッチング素子と、
   前記筐体内に位置する１つまたは２つ以上の振動吸収材と、
   前記筐体に挿入されて並行して延在する、前記筐体の底面からの距離である高さ位置の異なる２本の直流電源用導体と、
   同じ高さ位置をすべて有し、前記２本の直流電源用導体の高さ位置の中間の高さ位置を、前記２本の直流電源用導体のそれぞれと高さギャップがあるように交差部を形成しながら、互いに並行して前記筐体を通り抜ける複数本の交流電力供給用導体とを備え、
   前記複数のパワースイッチング素子は、前記交差部に１つずつ、前記直流電源用導体と前記交流電源用導体とに挟持されるように位置し、
   前記１つまたは２つ以上の振動吸収材は、前記２つの直流電源用導体および前記複数本の交流電力供給用導体の少なくとも一部と、前記筐体との間に介在することを特徴とする、パワーモジュール。
2. 前記筐体は上蓋、その上蓋に対向する底板および前記上蓋と底板との間に位置する側板を有しており、前記振動吸収材は、前記筐体の底板側および上蓋側の両方に位置しており、前記２本の直流電源用導体の一方に沿う交差部を形成する、前記複数本の交流電力供給用導体の部分と、当該一方の直流電源用導体とに、および／または前記２本の直流電源用導体の他方に沿う交差部を形成する、前記複数本の交流電力供給用導体の部分と、当該他方の直流電源用導体とに、前記振動吸収材が前記底板側と上蓋側とから押し当てられることを特徴とする、請求項１に記載のパワーモジュール。
3. 前記筐体の側板には、前記直流電源用導体および交流電力供給用導体のそれぞれの高さ位置に対応する底辺を持つ矩形切り欠きが設けられ、前記直流電源用導体および交流電力供給用導体には、それぞれの導体の相対向する幅両端部に、前記矩形切り欠きの相対向する両側の壁辺に係合して当該それぞれの導体が前記矩形切り欠きの底辺で支持されるように、位置決め切り欠きが設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のパワーモジュール。
4. 前記パワースイッチング素子は、第１の面に第１の通電電極を、また該第１の面と表裏関係をなす第２の面に第２の通電電極を有し、その第１の通電電極は、前記交差部において、当該交差部を形成する前記直流電源用導体および前記交流電力供給用導体の一方に導電性固着材で固定され、また、前記第２の通電電極と、前記固定がされた導体と前記交差部を形成する他方の導体との間に、弾性導体を介在させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のパワーモジュール。

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