JP2015056972A - バスバーモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】バスバーにつく寄生インダクタンスをより低減できるバスバーモジュールを提供する。
【解決手段】一対のバスバー2と、絶縁樹脂からなる封止部とを備える。個々のバスバー2は、本体部4と、接続端子5とを有する。接続端子5は、本体部4の第1端縁41からX方向に突出している。個々のバスバー2は、接続端子5に、他のバスバー2とはZ方向に重ならない第1非重複部61を有する。また、本体部4における上記第1端縁41とは反対側の第2端縁42に、他のバスバー2とはZ方向に重ならない第2非重複部62を形成してある。第1非重複部61及び第2非重複部62は、封止部から露出している。
【選択図】図3

Description

本発明は、一対のバスバーと、該一対のバスバーを封止する封止部とを備えるバスバーモジュールに関する。
直流電源と、電力変換装置等に含まれる半導体モジュールとを電気的に接続するための部品として、金属板からなる一対のバスバーと、該一対のバスバーを封止する封止部とを有するバスバーモジュールが知られている(下記特許文献1参照)。一対のバスバーのうち一方のバスバーは、上記直流電源の正電極に接続し、他方のバスバーは、直流電源の負電極に接続される。これら一対のバスバーは、所定間隔をおいて互いに平行に配され、樹脂によって封止されている。
電力変換装置を稼働すると、各バスバーに直流電流が流れる。このとき、一方のバスバーに流れる電流と、他方のバスバーに流れる電流とは、互いに向きが逆になるため、2枚のバスバーをなるべく接近させた方が、バスバーにつく寄生インダクタンスを小さくすることができる。そのため、上記バスバーモジュールは、2枚のバスバーをなるべく接近させた状態で、これらを封止することが要求されている。
バスバーモジュールを製造するときには、一般に、射出成形を行うことにより、封止部を形成する。すなわち、互いに平行にした2枚のバスバーを金型に入れ、溶融した樹脂を金型内に射出する。その後、樹脂を冷却して固化させて、封止部を形成する。これにより、バスバーモジュールを製造する。
射出成形を行う際には、金型ピン等を使って、バスバーを厚さ方向に挟持し、固定する必要がある。バスバーを固定しないと、金型内を流動する樹脂によってバスバーが動いてしまい、バスバー同士が接触してしまうことがある。このような不具合を抑制するため、射出成形を行うときには、一対のバスバーをそれぞれ厚さ方向に固定している。
特開2008−171851号公報
しかしながら、上記バスバーモジュールでは、射出成形をするときにバスバーを固定しているものの、その効果が充分ではなかった。すなわち、上記バスバーモジュールでは、射出成形をするときに、バスバーのうち封止される部位(本体部)の、中央部分を固定している。そのため、本体部の端縁は固定されておらず、射出した溶融樹脂によって端縁が動くことがある。本体部の端縁は、電界が集中しやすく、また、プレス加工に伴うバリが発生しやすい部位であるため、絶縁破壊が特に生じやすい箇所である。したがって、端縁同士が成形時に動いて接近すると、絶縁破壊の可能性が高まりやすくなる。
そのため、上記バスバーモジュールでは、このような不具合を抑制するために、バスバー間の間隔を広くする必要があった。これにより、端縁同士が多少接近しても、絶縁破壊等が生じないようにしていた。しかしながら、このようにすると、バスバー間の間隔が広いため、寄生インダクタンスが大きくなりやすいという問題が生じる。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、バスバーにつく寄生インダクタンスをより低減できるバスバーモジュールを提供しようとするものである。
本発明の一態様は、金属板からなり、直流電源と、半導体素子を内蔵した半導体モジュールとの間の電流経路になると共に、厚さ方向に所定間隔をおいて互いに平行に配された一対のバスバーと、
絶縁樹脂からなり、上記一対のバスバーをそれぞれ部分的に封止して一体化する封止部とを備え、
上記バスバーは、その一部が上記封止部によって封止される本体部と、上記厚さ方向に直交する幅方向における上記本体部の2つの端縁のうちの、一方の端縁である第1端縁から上記幅方向に突出し、上記半導体モジュールに接続する接続端子とを有し、
個々の上記バスバーは、上記接続端子に、他のバスバーとは上記厚さ方向に重ならない第1非重複部を有すると共に、上記本体部における上記第1端縁とは反対側の第2端縁に、他のバスバーとは上記厚さ方向に重ならない第2非重複部を有し、
上記第1非重複部及び上記第2非重複部は、上記封止部から露出していることを特徴とするバスバーモジュールにある。
上記バスバーモジュールにおいては、バスバーの接続端子に、上記第1非重複部を形成してあると共に、本体部の上記第2端縁に上記第2非重複部を形成してある。これら第1非重複部と第2非重複部とは、封止部から露出している。
そのため、バスバーにつく寄生インダクタンスをより低減することができる。すなわち、上記第1非重複部と第2非重複部とは、他のバスバーと重複していないため、射出成形を行うときに、これら第1非重複部と第2非重複部とを、金型ピン等を使って厚さ方向に挟持することができる。第1非重複部を挟持すると、接続端子を固定でき、これに伴って、本体部の上記第1端縁を固定することができる。また、第2非重複部を挟持すると、本体部の上記第2端縁を固定することができる。そのため、射出成形を行うときに、これら第1端縁同士、又は第2端縁同士が、流動する樹脂によって動いて互いに接近する不具合を防止できる。したがって、2枚のバスバーの間隔を予め狭くしておいても、絶縁破壊が特に生じやすい部位である端縁同士が接近することを防止でき、端縁の間が絶縁破壊する不具合を抑制できる。そのため、2枚のバスバーの間隔を充分に狭くすることができ、寄生インダクタンスを低減することができる。
以上のごとく、本発明によれば、バスバーにつく寄生インダクタンスをより低減できるバスバーモジュールを提供することができる。
実施例1における、バスバーモジュールの斜視図。 実施例1における、2枚のバスバーの斜視図。 実施例1における、バスバーモジュールの一部透視平面図。 実施例1における、バスバーモジュールの製造工程説明図。 図4のV-V断面図。 図4のVI-VI断面図。 実施例1における、電力変換装置の斜視図。 実施例1における、電力変換装置の回路図。 実施例2における、バスバーモジュールの斜視図。 実施例2における、2枚のバスバーの斜視図。 実施例2における、バスバーモジュールの一部透視平面図。 実施例3における、2枚のバスバーの平面図。 実施例3における、2枚のバスバーを重ねた状態における平面図。 実施例3における、2枚のバスバーを重ねた状態における斜視図。 実施例3における、バスバーモジュールの斜視図。 実施例4における、バスバーモジュールの斜視図。 実施例5における、電力変換装置の平面図。 図17のXVIII-XVIII断面図。
上記バスバーモジュールは、例えば、電気自動車やハイブリッド車に搭載するための電力変換装置に用いることができる。
(実施例1)
上記バスバーモジュールに係る実施例について、図1〜図8を用いて説明する。図1〜図3に示すごとく、本例のバスバーモジュール1は、一対のバスバー2(2p,2n)と、絶縁樹脂からなる封止部3とを備える。
バスバー2は、金属板からなり、直流電源11(図8参照)と半導体モジュール7との間の電流経路とされている。半導体モジュール7は複数の半導体素子74を内蔵している。一対のバスバー2p,2nは、厚さ方向(Z方向)に所定間隔をおいて互いに平行に配されている。また、封止部3は、一対のバスバー2をそれぞれ部分的に封止して一体化している。
個々のバスバー2は、本体部4と、接続端子5とを有する。本体部4は、その一部が封止部3によって封止されている。また、接続端子5は、Z方向に直交する幅方向(X方向)における本体部4の2つの端縁41,42のうちの、一方の端縁である第1端縁41から、X方向に突出している。接続端子5は、半導体モジュール7に接続する。
図2、図3に示すごとく、個々のバスバー2は、接続端子5に、他のバスバー2とはZ方向に重ならない第1非重複部61(61p,61n)を有する。また、本体部4における上記第1端縁41とは反対側の第2端縁42に、他のバスバー2とはZ方向に重ならない第2非重複部62(62p,62n)を形成してある。
図1、図3に示すごとく、第1非重複部61及び上記第2非重複部62は、封止部3から露出している。
本例のバスバーモジュール1は、電気自動車やハイブリッド車に搭載するための電力変換装置10に用いられる。
本例の電力変換装置10は、図8に示すごとく、上記半導体モジュール7と、平滑用のコンデンサ13とを備える。半導体モジュール7内の半導体素子74(IGBT素子)は、ブリッジ回路を構成している。個々の半導体素子74をスイッチング制御することにより、直流電源11から供給される直流電力を交流電力に変換している。そして、得られた交流電力を使って、三相交流モータ14を駆動するよう構成されている。
バスバー2は、上述したように、直流電源11と半導体モジュール7との間の電流経路になっている。バスバー2には、直流電源11の正電極に電気接続される正極バスバー2pと、直流電源11の負電極に電気接続される負極バスバー2nとがある。
図7に示すごとく、半導体モジュール7は、半導体素子74を封止する本体部70と、該本体部70から突出した入力端子73と、出力端子71(71u,71v、71w)と、制御端子72とを有する。入力端子73は、バスバーモジュール1の接続端子5にボルト締結される。出力端子71は、上記三相交流モータ14に電気的に接続している。また、制御端子72は、図示しない制御回路基板に接続している。
バスバーモジュール1の個々のバスバー2は、上記コンデンサ13(図8参照)に接続するためのコンデンサ接続部21を有する。図3に示すごとく、コンデンサ接続部21は、本体部4から、Z方向とX方向との双方に直交する突出方向(Y方向)に突出している。正極バスバー2pのコンデンサ接続部21pと、負極バスバー2nのコンデンサ接続部21nとは、Z方向から見たときに互いに重ならない位置に形成されている。
図2、図3に示すごとく、正極バスバー2pの接続端子5pの根元付近を、第1非重複部61pとしてある。同様に、負極バスバー2nの接続端子5nの根元付近を、第1非重複部61nとしてある。
図2に示すごとく、個々のバスバー2には、矩形状の切欠部45を形成してある。Z方向から正極バスバー2pの切欠部45pを見ると、負極バスバー2nの第2非重複部62nを視認することができる。また、Z方向から負極バスバー2nの切欠部45nを見ると、正極バスバー2pの第2非重複部62pを視認することができる。
図3に示すごとく、2つのコンデンサ接続部21p,21nは、切欠部45の、Y方向に平行な端面450よりも、X方向において第1端縁41側に位置している。
図1に示すごとく、封止部3には、2つの凹部12が形成されている。バスバー2の第2非重複部62は、それぞれ凹部12内に位置している。第2非重複部62は、封止部3の、X方向に直交する側面300よりも、X方向において封止部3の内側に位置している。
バスバーモジュール1を製造するときには、図4〜図6に示すごとく、2枚のバスバー2p,2nを組み合わせ、これを金型8内に収容する。そして、第1金型ピン81を使って2つの第1非重複部61(61p,61n)をそれぞれZ方向に挟持すると共に、第2金型ピン82を使って、2つの第2非重複部62(62p,62n)をZ方向に挟持する。この状態で、金型8のゲート89から樹脂を射出することにより、封止部3を形成する。これにより、バスバーモジュール1を製造する。
このように、第1非重複部61と第2非重複部62とを、金型ピン81,82を使って固定した状態で、樹脂を射出するため、図1に示すごとく、バスバーモジュール1を金型8から取り出すと、射出成形時に固定された第1非重複部61と第2非重複部62とは、封止部3から露出することになる。
図5に示すごとく、金型8にはピン挿入孔800が形成されており、このピン挿入孔800に第2金型ピン82を挿入してある。また、上述したように、個々のバスバー2には、相手側のバスバー2の第2非重複部62に対応する位置に、切欠部45を形成してある。上下2本の第2金型ピン82(82a,82b)のうち、一方の第2金型ピン82は、切欠部45内を通っている。切欠部45と第2金型ピン82との間の隙間dは、溶融樹脂によって充填される。
本例の作用効果について説明する。図2、図3に示すごとく、本例においては、バスバー2の接続端子5に上記第1非重複部61を形成してあると共に、本体部4の第2端縁42に上記第2非重複部62を形成してある。これら第1非重複部61と第2非重複部62とは、封止部3から露出している。
そのため、バスバー2につく寄生インダクタンスをより低減することができる。すなわち、第1非重複部61と第2非重複部62とは、他のバスバー2と重複していないため、射出成形を行うときに、これら第1非重複部61と第2非重複部62とを、金型ピン81,82を使ってZ方向に挟持することができる。第1非重複部61を挟持すると、接続端子5を固定でき、これに伴って、本体部4の第1端縁41を固定することができる。また、第2非重複部62を挟持すると、本体部4の第2端縁42を固定することができる。そのため、射出成形を行うときに、第1端縁41同士、又は第2端縁42同士が、射出された樹脂によって動いて互いに接近する不具合を防止できる。したがって、2枚のバスバー2の間隔D(図5参照)を予め狭くしておいても、絶縁破壊が特に生じやすい部位である端縁41,42同士が接近することを防止でき、端縁の間が絶縁破壊する不具合を抑制できる。そのため、2枚のバスバー2の間隔を充分に狭くすることができ、寄生インダクタンスを低減することができる。
また、図1に示すごとく、本例では、第2非重複部62が、封止部3の側面300よりも、X方向において封止部3の内側に位置している。
そのため、他の電子部品が第2非重複部62に接触する不具合が生じにくい。したがって、他の電子部品を封止部3の近傍に配置することが可能になり、電力変換装置10を小型化しやすくなる。
また、本例では図1に示すごとく、凹部12がX方向に解放した形状をしている。そのため、封止部3に、いわゆるウエルドが形成されにくくなる。
すなわち、本例では射出成形を行うときに、本体部4の中央部ではなく、第2端縁42の一部を挟持している(図4〜図6参照)。仮に、本体部4の中央部を挟持したとすると、金型ピンによって封止部3に残る跡が穴状になる。つまり、成形時に、樹脂が金型ピンによって分流し、再び合流することになる。そのため、ウエルドが形成されやすくなり、封止部3の機械的強度が低下しやすくなる。これに対して、本例のように、本体部4の端の部分(第2端縁42)を挟持すれば、第2金型ピン82によって封止部3に残る跡(凹部12)を、X方向に解放した形状にすることができる。このようにすると、成形時に、第2金型ピン82によって分流した溶融樹脂が、再び合流しなくなる。そのため、封止部3にウエルドが形成されなくなり、封止部3の機械的強度を高めることが可能になる。
また、本例では図4に示すごとく、接続端子5の根元付近を、第1非重複部61としてある。そのため、本体部4の第1端縁41をしっかり固定することができる。
また、図3に示すごとく、本例では、2つのコンデンサ接続部21(21p,21n)が、切欠部45の、Y方向に平行な端面450よりも、X方向におい第1端縁41側に位置している。
そのため、寄生インダクタンスの増加をより効果的に抑制できる。すなわち、電流は、コンデンサ接続部21と接続端子5との間を流れる。そのため本例のように、コンデンサ接続部21を接続端子5に近い位置に設ければ、本体部4のうち第1端縁41に近い部位の電流密度を高めることができる。反対に、第2端縁42に近い部位は、電流密度が低くなる。本例では、第2端縁42に近い部位に切欠部45を形成してあるため、この部位における、バスバー2p,2nの対向面積が減少しているが、この部位の電流密度は低いため、対向面積が減少しても寄生インダクタンスは大きく増加しない。
以上のごとく、本例によれば、バスバーにつく寄生インダクタンスをより低減できるバスバーモジュールを提供することができる。
(実施例2)
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
本例は、バスバー2の形状を変更した例である。図9〜図11に示すごとく、本例では、第2非重複部62が、封止部3の側面300からX方向に突出している。バスバーモジュール1を製造する際には、実施例1と同様に、金型8(図4等参照)内に2枚のバスバー2を入れ、第1非重複部61と第2非重複部62とを固定する。そして、この状態で金型8内に溶融樹脂を射出して、封止部3を形成する。
本例では、第2非重複部62を突出させているため、実施例1と異なり、バスバー2に切欠部45形成する必要がない。そのため、バスバー2の本体部4同士の対向面積を増やすことができる。したがって、寄生インダクタンスをより低減することができる。
その他、実施例1と同様の構成及び作用効果を備える。
(実施例3)
本例は、バスバー2の形状を変更した例である。図12〜図14に示すごとく、本例では、各バスバー2p,2nの第1端縁41に、それぞれ複数個(3個)の接続端子5(5p,5n)を形成してある。そして、個々の接続端子5に、第1非重複部61(61p,61n)を形成してある。また、各バスバー2p,2nの第2端縁42に、複数個(3個)の第2非重複部62(62p,62n)を形成してある。図15に示すごとく、第2非重複部62は、封止部3の側面300から外側に突出していない。
本例のバスバーモジュール1を製造するときには、実施例1と同様に、2枚のバスバー2を金型8(図4〜図6参照)に入れる。そして、複数の第1非重複部61をZ方向に挟持して固定する。また、個々のバスバー2の第2非重複部62をZ方向に挟持し、固定する。この状態で、金型8内に溶融樹脂を射出する。
上述のようにすると、射出成形時に、複数の第1非重複部61を固定できるため、個々のバスバー2をしっかりと固定することができる。
また、本例では、射出成形時に、複数の第1非重複部61と、複数の第2非重複部62とをそれぞれ固定できるため、各バスバー2p,2nの端縁41,42が、より動きにくくなる。そのため、2枚のバスバー2p,2nの間隔をより狭くすることができ、寄生インダクタンスをより低減させることができる。
また、本例では図12に示すごとく、複数の接続端子5を第1端縁41に形成してある。そのため、本体部4のうち、第1端縁41に近い部位の電流密度を高めることができる。したがって、バスバー2p,2n間の間隔を狭くすることによる、寄生インダクタンスの低減効果を特に高めることができる。
その他、実施例1と同様の構成及び作用効果を備える。
(実施例4)
本例は、バスバー2の形状を変更した例である。図16に示すごとく、本例では、第2非重複部62が、封止部3の側面300からX方向に突出している。そのため、実施例2と同様に、個々のバスバー2に切欠部45を形成する必要がない。
したがって、バスバー2p,2nの対向面積を増やすことができ、各バスバー2につく寄生インダクタンスをより低減することができる。
また、本例では実施例3と同様に、個々のバスバー2に、複数の接続端子5を形成してある。そして、個々の接続端子5に、第1非重複部61を形成してある。バスバーモジュール1を製造するときには、2枚のバスバー2を金型8内に入れ、複数の第1非重複部61を固定すると共に、複数の第2非重複部62を固定し、この状態で射出成形を行う。
そのため、バスバー2をしっかりと固定することができ、2枚のバスバー2の間隔をより狭くすることができる。したがって、バスバー2につく寄生インダクタンスを、さらに低減することができる。
その他、実施例1と同様の構成及び作用効果を有する。
(実施例5)
本例は、バスバー2の形状を変更すると共に、半導体モジュール7の配置構成を変更した例である。図17、図18に示すごとく、本例では、複数の半導体モジュール7と複数の冷却管18とを積層して、積層体100を構成してある。半導体モジュール7は、上アーム半導体素子74a(図8参照)と下アーム半導体素子74bとを、それぞれ1個ずつ内蔵している。本例では、3個の半導体モジュール7を用いて、実施例1と同じ電力変換回路を構成している。
積層体100は、ケース15内に収容されている。ケース15内に設けたばね部材19によって、積層体100をY方向に押圧し、ケース15の中壁150に押し当てている。これにより、半導体モジュール7と冷却管18との接触圧を確保しつつ、積層体100をケース15内に固定している。
個々の半導体モジュール7は、実施例1と同様に、入力端子73と出力端子71とを備える。入力端子73には、正入力端子73pと負入力端子73nとがある。正入力端子73pは、正極バスバー2pの接続端子5pに溶接されている。また、負入力端子73nは、負極バスバー2nの接続端子5nに溶接されている。正入力端子73pは、正極バスバー2pを介して、直流電源11(図8参照)の正電極に電気接続している。負入力端子73nは、負極バスバー2nを介して、直流電源11の負電極に電気接続している。また、出力端子71は、図示しない交流バスバーを介して、三相交流モータ14に接続されている。
また、図18に示すごとく、半導体モジュール7は、複数の制御端子72を備える。この制御端子72に、制御回路基板101が接続している。制御回路基板101は、半導体素子74のスイッチング動作を制御している。
図17に示すごとく、ケース15には、平滑用のコンデンサ13を収容してある。コンデンサ13の端子130は、バスバーモジュール1のコンデンサ接続部21に接続している。コンデンサ13の外部接続端子13は、直流電源11(図8参照)に接続している。
図17、図18に示すごとく、Y方向に隣り合う2つの冷却管18は、連結管185によって連結されている。また、複数の冷却管18のうち、Y方向における一端に位置する冷却管18aには、冷媒導入管16と、冷媒導出管17とが接続している。冷媒導入管16から冷媒を導入すると、冷媒は、連結管185を通って全ての冷却管18内を流れ、冷媒導出管17から導出する。これにより、半導体モジュール7を冷却するよう構成されている。
本例の作用効果を説明する。図17に示すごとく、本例では、複数の半導体モジュール7を積層している。そのため、複数の半導体モジュール7全体の、Y方向長さを短くすることができる。すなわち、仮に、半導体モジュール7の主面750がZ方向に直交するように、個々の半導体モジュール7を配置したとすると、複数の半導体モジュール7全体のY方向長さが長くなる。そのため、バスバーモジュール1のY方向長さも長くなりやすい。しかしながら、本例のように半導体モジュール7を積層すれば、複数の半導体モジュール7全体のY方向長さを短くすることができる。そのため、バスバーモジュール1の、Y方向長さを短くすることができる。したがって、バスバーモジュール1を小型化することができる。
その他、実施例1と同様の構成及び作用効果を備える。
1 バスバーモジュール
11 直流電源
2 バスバー
3 封止部
4 本体部
41 第1端縁
42 第2端縁
5 接続端子
61 第1非重複部
62 第2非重複部
7 半導体モジュール

Claims (4)

  1. 金属板からなり、直流電源(11)と、半導体素子を内蔵した半導体モジュール(7)との間の電流経路になると共に、厚さ方向に所定間隔をおいて互いに平行に配された一対のバスバー(2)と、
    絶縁樹脂からなり、上記一対のバスバー(2)をそれぞれ部分的に封止して一体化する封止部(3)とを備え、
    上記バスバー(2)は、その一部が上記封止部(3)によって封止される本体部(4)と、上記厚さ方向に直交する幅方向における上記本体部(4)の2つの端縁(41,42)のうちの、一方の端縁である第1端縁(41)から上記幅方向に突出し、上記半導体モジュール(7)に接続する接続端子(5)とを有し、
    個々の上記バスバー(2)は、上記接続端子(5)に、他のバスバー(2)とは上記厚さ方向に重ならない第1非重複部(61)を有すると共に、上記本体部(3)における上記第1端縁(41)とは反対側の第2端縁(42)に、他のバスバー(2)とは上記厚さ方向に重ならない第2非重複部(62)を有し、
    上記第1非重複部(61)及び上記第2非重複部(62)は、上記封止部(3)から露出していることを特徴とするバスバーモジュール(1)。
  2. 個々の上記バスバー(2)は、上記第1端縁(41)から複数本の上記接続端子(5)が突出していることを特徴とする請求項1に記載のバスバーモジュール(1)。
  3. 個々の上記バスバー(2)は、上記第2端縁(42)に複数個の上記第2非重複部(62)を有することを特徴とする請求項2に記載のバスバーモジュール(1)。
  4. 上記第2非重複部(62)は、上記封止部(3)の、上記幅方向に直交する側面(300)よりも、上記幅方向において上記封止部(3)の内側に位置していることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のバスバーモジュール(1)。
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