JP2016086028A - パワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化や放熱向上を図ることが可能なパワーモジュールを提供すること。【解決手段】 複数のスイッチング素子３１を備えるパワーモジュールＡ１であって、互いに反対側を向く一対の支持面１１を有する支持部材１をさらに備えており、複数のスイッチング素子３１は、一対の支持面１１の各々に支持されたものを含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、パワーモジュールに関する。

パワーモジュールは、電源に少なくとも一対のスイッチング素子を直列に接続し、その一対のスイッチング素子の間から出力を得る装置である。このようなパワーモジュールは、たとえば、モーターを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられる。モーターは、たとえば、電気自動車（ハイブリッド車を含む）、電車、産業用ロボット等の動力源として用いられる。パワーモジュールは、また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置（とくに自家発電装置）が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路にも適用される。前記スイッチング素子の一例としては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ:Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。また、近年は、前記スイッチング素子の新しい構成として、シリコンカーバイド（ＳｉＣ：Silicon Carbide）デバイスの開発が進められている。

特に、自動車業界においては、ハイブリッド自動車や電気自動車の開発と普及が積極的に進められている。たとえば、１台の自動車に複数のモーターを搭載することにより、さらなる高機能化や低燃費化図ることが提案されている。このような構成においては、パワーモジュールは、複数のモーターを駆動する機能が求められる。この要請に応えるためには、搭載するスイッチング素子の個数を増やすことが必要である。これには、スイッチング素子の増大は、パワーモジュールの大型化や放熱不足を引き起こしかねない。

特開２０１３−１７９２２９号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、小型化や放熱向上を図ることが可能なパワーモジュールを提供することをその課題とする。

本発明によって提供されるパワーモジュールは、複数のスイッチング素子を備えるパワーモジュールであって、互いに反対側を向く一対の支持面を有する支持部材をさらに備えており、前記複数のスイッチング素子は、前記一対の支持面の各々に支持されたものを含むことを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記支持部材は、冷却媒体を通過させる冷却経路を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記支持部材は、各々が前記支持面を有する一対の分割要素を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記一対の分割要素は、締結手段によって互いに固定されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記冷却経路は、前記一対の分割要素の双方に設けられた複数の流路を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記冷却経路は、前記一対の分割要素の少なくとも一方に設けられた複数の凹部によって構成された複数の流路を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記冷却経路は、前記一対の分割要素の双方に設けられた複数の凹部が結合することによって構成された複数の流路を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記支持部材は、その全体が一体的に形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記支持部材は、アルミからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記支持部材は、押出し成形されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数のスイッチング素子は、ＳｉＣ半導体デバイスを含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数のスイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、各々が複数の前記スイッチング素子およびこれらの前記スイッチング素子を封止する封止樹脂を有する複数のスイッチングモジュールを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、各前記スイッチングモジュールは、前記スイッチング素子が接合されたアイランド部を有するリードを具備しており、前記アイランド部は、前記支持部材の前記支持面に接合されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、複数の前記スイッチング素子によって構成されており、且つモーターを駆動するためのモーター駆動回路を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記モーター駆動回路は、三相交流電力を出力する。

本発明の好ましい実施の形態においては、複数の前記モーター駆動回路を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、受けた電力の電圧を変換した後に前記ＰＤＵに供給する変圧回路を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、記一対の支持面の少なくともいずれかとの間に前記スイッチング素子を挟むように配置された部位を有するゲートドライバユニットをさらに備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ゲートドライバユニットは、前記一対の支持面の双方との間に前記スイッチング素子をそれぞれ挟むように配置された一対の部位を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ゲートドライバユニットは、配線基板と、該配線基板に実装された複数の電子部品とを含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記配線基板は、前記支持面に対して平行である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記冷却経路は、互いに平行であり、且つ前記支持面が沿う方向において前記支持部材を貫通する複数の直状流路からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の直状流路の両端に各々が繋がり、且つ前記冷却媒体の流入口および流出口のいずれかを有する一対のマニホールド部を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記支持部材は、前記一対の支持面を各々が繋ぐ一対の側面をさらに有しており、前記ゲートドライバユニットは、前記一対の側面の少なくともいずれかに支持された部位を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ゲートドライバユニットは、前記一対の側面に各別に支持された一対の部位を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ゲートドライバユニットは、配線基板と、該配線基板に実装された複数の電子部品とを含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記配線基板は、前記側面に対して平行である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記冷却経路は、前記支持面および前記側面のいずれに対しても平行であり、且つ前記支持部材を貫通する複数の直状流路からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の直状流路の両端に各々が繋がり、且つ前記冷却媒体の流入口および流出口のいずれかを有する一対のマニホールド部を備える。

本発明の一態様によれば、前記支持部材の前記一対の支持面のそれぞれに前記複数のスイッチング素子が支持される。これにより、前記複数のスイッチング素子が必要となる等価回路が構成された前記パワーモジュールをよりコンパクトに仕上げることが可能である。したがって、前記パワーモジュールの小型化を図ることができる。また、前記支持部材に前記冷却経路が形成されていることにより、前記複数のスイッチング素子から発生した熱は、前記支持部材を介して前記冷却経路を流れる冷却媒体によって排出される。したがって、前記パワーモジュールの放熱を促進することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態に基づくパワーモジュールを示す斜視図である。 図１のパワーモジュールを示す正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図１のパワーモジュールを示す要部拡大断面図である。 図１のパワーモジュールを示す等価回路図である。 図１のパワーモジュールの製造方法における一工程を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に基づくパワーモジュールを示す斜視図である。 図８のパワーモジュールを示す正面図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくパワーモジュールを示す斜視図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第４実施形態に基づくパワーモジュールを示す斜視図である。 本発明の第５実施形態に基づくパワーモジュールを示す斜視図である。 本発明の第６実施形態に基づくパワーモジュールを示す斜視図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図６は、本発明の第１実施形態に基づくパワーモジュールを示している。本実施形態のパワーモジュールＡ１は、支持部材１、一対のマニホールド部２、複数のスイッチングモジュール３０およびゲートドライバユニット４を備えている。このようなパワーモジュールＡ１は、たとえば、モーターを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられる。モーターは、たとえば、電気自動車（ハイブリッド車を含む）、電車、産業用ロボット等の動力源として用いられる。パワーモジュールは、また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置（とくに自家発電装置）が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路にも適用される。

図１は、パワーモジュールＡ１を示す斜視図である。図２は、パワーモジュールＡ１を示す正面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、パワーモジュールＡ１を示す要部拡大断面図である。図６は、パワーモジュールＡ１を示す等価回路図である。

支持部材１は、パワーモジュールＡ１の土台となるものである。支持部材１の形状は特に限定されず、本実施形態においては、略直方体形状である場合を例に説明する。支持部材１は、一対の支持面１１を有している。一対の支持面１１は、ｚ方向において互いに反対側を向いている。各支持面１１は、本実施形態においては、略矩形状の平面である。

支持部材１の材質は特に限定せず、熱伝導に優れた金属が好ましい。本実施形態においては、支持部材１がアルミからなる場合を例に説明する。また、支持部材１は、アルミなどを用いた押出成形によって形成されることが好ましい。

本実施形態においては、支持部材１は、一対の分割要素１０を有する。一対の分割要素１０は、各々が支持部材１のｚ方向片側部分を構成しており、互いに固定されている。一対の分割要素１０を固定する方法は特に限定されず、本実施形態においては、締結手段１３によって固定されている場合を例に説明する。

締結手段１３は、一対の分割要素１０の接合部分付近に設けられた孔に挿通されることにより、一対の分割要素１０を締結しうるたとえばボルトおよびナットである。図３および図４においては、締結手段１３の構成を説明すべく、一対の分割要素１０の詳細構造が記載されている。すなわち、一対の分割要素１０の互いの接合部位付近には、ｙ方向に延出し、ｘ方向に延びる鍔状の部分が形成されている。この鍔状部分に、前記ボルトを挿通させる孔が形成されている。なお、一対の分割要素１０は、締結手段１３によって固定される以外に、たとえば接着剤を用いた接合手段によって固定されていてもよい。

支持部材１は、冷却経路１５を有している。冷却経路１５は、支持部材１内に冷却媒体を通過させるためのものである。前記冷却媒体は、パワーモジュールＡ１が動作した際に生じる熱を奪い去るものであれば特に限定されず、一般的には純水もしくは薬剤が混入された水等の液体が適宜用いられる。

本実施形態においては、冷却経路１５は、複数の流路１６によって構成されている。複数の流路１６は、一対の分割要素１０のそれぞれに形成されている。また、本実施形態の複数の冷却経路１５は、ｘ方向に延びる直状流路とされており、各々が分割要素１０（支持部材１）をｘ方向に貫通している。各分割要素１０においては、複数の流路１６がｙ方向に等間隔で配列されている。

一対のマニホールド部２は、支持部材１の冷却経路１５に前記冷却媒体を流入させ、また前記冷却媒体を流出させるためのものである。一対のマニホールド部２の材質は特に限定されず、前記冷却媒体によって腐食などを受けないとともに、支持部材１に対してパッキンなどの漏洩防止手段を補助的に用いるなどにより、密閉状態で固定可能なものであればよい。

本実施形態においては、一対のマニホールド部２は、支持部材１のｘ方向両端にそれぞれ取り付けられている。一方のマニホールド部２は、流路２１および流入口２２を有しており、他方のマニホールド部２は、流路２１および流出口２３を有している。

流入口２２を有するマニホールド部２は、流入口２２から受け入れた前記冷却媒体を支持部材１へと流入させる。流出口２３が形成されたマニホールド部２は、支持部材１から流出した前記冷却媒体を外部へと排出する。流路２１は、支持部材１の複数の流路１６に各別に繋がり、かつ流入口２２または流出口２３に集約される流路である。

なお、本実施形態においては、理解の便宜上、複数の流路１６における流れ方向が一定であるが、これに限定されない。たとえば、隣り合う流路１６どうしの流れ方向が互いに反対方向であってもよい。この場合、このような流れ方向を実現すべく、一対のマニホールド部２の構成を適宜変更する。

スイッチングモジュール３０は、パワーモジュールＡ１におけるインバータ回路等を構成する電子部品モジュールである。本実施形態においては、７つのスイッチングモジュール３０が備えられている。これらのうち４つのスイッチングモジュール３０は、図１および図２における図中上方の支持面１１に支持されている。また、他の２つのスイッチングモジュール３０は、図１および図２における図中下方の支持面１１に支持されている。これらのスイッチングモジュール３０は、本実施形態においては、ｘ方向に配列されている。

図５に示すように、スイッチングモジュール３０は、２つのスイッチング素子３１、リード３２および封止樹脂３５を具備している。

スイッチング素子３１は、たとえば、ＳｉＣ半導体デバイスで構成したＭＯＳ型電界効果トランジスタで構成されている。なお、スイッチング素子３１は、ＳｉＣ半導体デバイスに限定されず、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の他の形態のスイッチング素子が適用されてもよい。また、スイッチングモジュール３０は、２つのスイッチング素子３１に加えて、たとえばショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を含んでいてもよい。

リード３２は、２つのスイッチング素子３１を支持しており、且つこれらのスイッチング素子３１への導通経路を適宜構成する。リード３２は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅなどの金属やこれらの合金からなり、必要に応じ表面にめっき層が形成される。

本実施形態においては、リード３２は、アイランド部３３を有している。アイランド部３３は、２つのスイッチング素子３１が搭載される部位である。また、アイランド部３３の図中下面は、封止樹脂３５から露出しており、接合材３８を介して支持部材１の支持面１１に接合されている。接合材３８の材質は特に限定されないが、熱伝導性に優れた材料が好ましく、また、熱応力の発生を抑制するものが好ましい。このような接合材３８として、たとえばハンダやＡｇペーストなどが挙げられる。

封止樹脂３５は、リード３２の一部および２つのスイッチング素子３１を覆っている。封止樹脂３５の材質は特に限定されないが、たとえばエポキシ樹脂が挙げられる。なお、封止樹脂３５は、リード３２のうち上述したアイランド部３３の下面を露出させるほかに、リード３２やこれ以外の導通部材のうち後述するスイッチングモジュール３０の各種端子として機能すべき部分を適宜露出させる。

ゲートドライバユニット４は、複数のスイッチングモジュール３０のゲート電流およびソース電流を制御するユニットである。本実施形態のゲートドライバユニット４は、２つの部位４０に分かれて構成されている。また、ゲートドライバユニット４は、複数の配線基板４１および複数の電子部品４２からなる。

２つの部位４０は、本実施形態においては、支持部材１および複数のスイッチングモジュール３０を挟んで、ｚ方向に離間して配置されている。各部位４０は、２つの配線基板４１および複数の電子部品４２からなる。配線基板４１は、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる基材と、該基材に形成された配線パターンからなる。本実施形態においては、２つの配線基板４１は、ｚ方向に離間して互いに平行に配置されており、固定ロッドなどによって適宜支持部材１に固定されている。また、配線基板４１には、グランド接続された導電体からなる層が形成されることが好ましい。これにより、意図しない電磁波の漏れを抑制することができる。

複数の電子部品４２は、後述するゲートドライバユニット４の等価回路を実現しうる構成および仕様のものが適宜選択されたものであり、２つの配線基板４１に実装されている。電子部品４２の具体例としては、高圧側トランス、低圧側トランス、高圧側駆動ＩＣ、低圧側駆動ＩＣや、チップ抵抗器およびダイオードなどの受動電子部品などが挙げられる。

図６に示すように、パワーモジュールＡ１は、複数の入力端子７１、複数の出力端子７２および複数の制御端子７３を有している。これらの端子は、図１〜図５においては、省略されている。

複数の入力端子７１は、たとえばバッテリ８２に接続され、直流電力を受ける端子である。複数の出力端子７２は、駆動対象であるモーター８３に接続される端子であり、モーター８３に対してたとえば三相交流電力を供給する。複数の制御端子７３は、たとえばコネクタなどの形態とされており、たとえばエンジンコントロールユニット８１に接続される。

エンジンコントロールユニット８１は、ハイブリッド自動車の場合、エンジンとともにモーター８３についての制御を行う。電気自動車にパワーモジュールＡ１が搭載される場合は、エンジンコントロールユニット８１に代えて、統合コントロールユニットなどに複数の制御端子７３は接続される。

本実施形態においては、複数のスイッチングモジュール３０（スイッチング素子３１）によって、変圧回路３Ａおよび２つのモーター駆動回路３Ｂが構成されている。

変圧回路３Ａは、バッテリ８２から受けた電力の電圧をモーター８３の駆動に適した電圧に変換するものである。変圧回路３Ａは、昇圧および降圧のいずれの機能を発揮してもよい。パワーモジュールＡ１が、たとえばハイブリッド自動車に搭載される場合、変圧回路３Ａは、昇圧機能を発揮する。本実施形態においては、変圧回路３Ａは、１つのスイッチングモジュール３０によって構成されている。

モーター駆動回路３Ｂは、変圧回路３Ａによって変圧された直流電力を受けて、モーター８３を駆動するための三相交流電力を出力する回路である。本実施形態においては、モーター駆動回路３Ｂは、３つのスイッチングモジュール３０によって構成されている。モーター駆動回路３Ｂのゲート電流は、ゲートドライバユニット４の部位４０によって制御される。

図２および図３においては、一方の変圧回路３Ａを構成する１つのスイッチングモジュール３０と一方のモーター駆動回路３Ｂを構成する３つのスイッチングモジュール３０とこれらを制御する部位４０とが、図中上方の支持面１１に支持されている。また、他方のモーター駆動回路３Ｂを構成するスイッチングモジュール３０とこれを制御する部位４０とが、図中下方の支持面１１に支持されている。

図７は、本実施形態のパワーモジュールＡ１の製造方法における一工程を示している。図示された工程においては、いまだ結合されていない分割要素１０に、所定の複数のスイッチングモジュール３０が搭載される。このスイッチングモジュール３０の搭載工程を終えた後に、分割要素１０同士を、たとえば上述した締結手段１３を用いて互いに結合し固定する。

次に、パワーモジュールＡ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、支持部材１の一対の支持面１１のそれぞれに複数のスイッチング素子３１が支持される。これにより、複数のスイッチング素子３１が必要となる等価回路が構成されたパワーモジュールＡ１をよりコンパクトに仕上げることが可能である。したがって、パワーモジュールＡ１の小型化を図ることができる。

また、支持部材１に冷却経路１５が形成されていることにより、複数のスイッチング素子３１から発生した熱は、支持部材１を介して冷却経路１５を流れる冷却媒体によって排出される。したがって、パワーモジュールＡ１の放熱を促進することができる。

支持部材１は、一対の分割要素１０によって構成されている。このため、図７に示すように、各分割要素１０の支持面１１に所定数のスイッチングモジュール３０を搭載した後に、一対の分割要素１０同士を結合することにより、支持部材１が得られる。すなわち、複数のスイッチングモジュール３０を搭載する工程において、互いに反対側を向く支持面１１に複数のスイッチングモジュール３０をそれぞれ搭載する必要がない。これは、製造工程の効率向上の好ましい。

締結手段１３によって一対の分割要素１０を結合する構成は、容易かつ確実である。また、各分割要素１０の温度が上昇した際に、互いの熱膨張に差異が生じても、たとえば接着剤が剥離してしまうなどのおそれが無い。

複数の流路１６は、ｘ方向に延びる直状流路とされている。これにより、分割要素１０は、アルミ材料をｘ方向に押し出すことによる押出成形によって形成するのに好ましい。

ＳｉＣ半導体デバイスからなるスイッチング素子３１は、発熱状態であっても正常に動作することが期待される。

ゲートドライバユニット４を一対の部位４０を有する構成とすることにより、支持部材１の所望の箇所によって、ゲートドライバユニット４を適切に支持することができる。さらに、一対の支持面１１に支持されたスイッチングモジュール３０に対応する部位４０を、当該スイッチングモジュール３０を覆うように配置することにより、互いの導通経路の短縮化を図ることができる。これは、動作安定および低抵抗化に好ましい。

図８〜図１５は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図８〜図１０は、本発明の第２実施形態に基づくパワーモジュールを示している。本実施形態のパワーモジュールＡ２は、支持部材１の構成が上述した実施形態と異なっている。

図８は、パワーモジュールＡ２を示す斜視図である。図９は、パワーモジュールＡ２を示す正面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

本実施形態においては、図１０に示すように、一対の分割要素１０の各々に、複数の凹部１６１が形成されている。複数の凹部１６１は、ｘ方向に長く延びる溝状である。各分割要素１０に形成された複数の凹部１６１は、ｚ方向視において互いの大きさおよび位置が一致している。これにより、一対の分割要素１０を互いに結合させることにより、複数の凹部１６１によって、複数の流路１６が形成される。なお、一対の分割要素１０の一方のみに複数の凹部１６１を形成し、他方の分割要素１０がこれらの凹部１６１を塞ぐことにより、複数の流路１６が形成される構成であってもよい。

なお、本実施形態においては、一対の分割要素１０同士が密閉状態で結合されることが好ましく、結合部位から前記冷却媒体が漏れることが防止されている。

また、係る構成に伴い、本実施形態においては、冷却経路１５は、ｚ方向の位置が互いに一致した複数の流路１６によって構成されている。すなわち、パワーモジュールＡ１においては、複数の流路１６がｚ方向において２層をなすように配置されていたのに対し、本実施形態においては、複数の流路１６は、ｚ方向において１層をなしている。

このような実施形態によっても、パワーモジュールＡ２の小型化および放熱の促進を図ることができる。

また、一対の分割要素１０の結合部分において、複数の凹部１６１によって複数の流路１６を形成する構成により、支持部材１のｚ方向寸法を縮小することができる。これは、パワーモジュールＡ２の小型化に好ましい。

図１１および図１２は、本発明の第３実施形態に基づくパワーモジュールを示している。本実施形態のパワーモジュールＡ３は、ゲートドライバユニット４の配置が上述した実施形態と異なっている。

図１１は、パワーモジュールをＡ３示す斜視図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。

本実施形態においては、支持部材１は、一対の側面１２を有している。一対の側面１２は、一対の支持面１１を各々が繋いでおり、本実施形態においては、ｙ方向において互いに反対側を向いている。支持部材１の構成は、上述したパワーモジュールＡ１における構成と同様である。

ゲートドライバユニット４は、２つの部位４０が、一対の側面１２に各別に支持されている。本実施形態においても、部位４０は、積層された２つの配線基板４１によって構成されているが、例えば、部位４０は、１つの配線基板４１を有する構成であってもよい。

このような実施形態によっても、パワーモジュールＡ３の小型化および放熱の促進を図ることができる。

また、本実施形態においては、ゲートドライバユニット４の部位４０は、複数のスイッチングモジュール３０を覆う構成とはなっていない。複数のスイッチングモジュール３０は、動作時においてｚ方向に向かう電磁波を発生しうる。本実施形態の部位４０は、複数のスイッチングモジュール３０に対してｙ方向に退避した位置に設けられている。これにより、部位４０（ゲートドライバユニット４）が、複数のスイッチングモジュール３０からの電磁波の影響を受けることを防止することができる。

図１３は、本発明の第４実施形態に基づくパワーモジュールを示している。本実施形態のパワーモジュールＡ４は、支持部材１の構成が上述した実施形態と異なっている。図１３は、パワーモジュールＡ４を示す斜視図である。

本実施形態においては、支持部材１は、全体が一体的に形成されており、分割構造とはされていない。冷却経路１５は、ｚ方向において１層をなす複数の流路１６によって構成されている。一対の支持面１１は、一体的に形成された支持部材１のｚ方向を向く両面である。ゲートドライバユニット４は、２つの部位４０が、ｚ方向において支持部材１および複数のスイッチングモジュール３０を挟むように配置されている。

このような実施形態によっても、パワーモジュールＡ４の小型化および放熱の促進を図ることができる。

図１４は、本発明の第５実施形態に基づくパワーモジュールを示している。本実施形態のパワーモジュールＡ５は、支持部材１の構成およびゲートドライバユニット４の配置が上述したパワーモジュールＡ４と異なっている。図１４は、パワーモジュールＡ５を示す斜視図である。

本実施形態においては、支持部材１は、全体が一体的に形成されており、分割構造とはされていない。また、支持部材１は、一対の側面１２を有している。ゲートドライバユニット４の２つの部位４０は、一対の側面１２に各別に支持されている。

側面１２によって部位４０を支持するため、側面１２のｚ方向寸法は、部位４０のｚ方向寸法と同程度とされている。このため、冷却経路１５は、ｚ方向において２層をなす複数の流路１６によって構成されている。

このような実施形態によっても、パワーモジュールＡ５の小型化および放熱の促進を図ることができる。

図１５は、本発明の第６実施形態に基づくパワーモジュールを示している。本実施形態のパワーモジュールＡ６は、冷却経路１５の構成が上述したパワーモジュールＡ５と異なっている。図１５は、パワーモジュールＡ６を示す斜視図である。

本実施形態においては、各流路１６は、ｙｚ平面における断面形状が、ｚ方向に長く延びる楕円形状とされている。複数の流路１６は、ｚ方向において１層をなすものの、ぞれぞれのｚ方向端部が、支持面１１に近接している。

このような実施形態によっても、パワーモジュールＡ６の小型化および放熱の促進を図ることができる。

本発明に係るパワーモジュールは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るパワーモジュールの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１〜Ａ６ パワーモジュール
１ 支持部材
１０ 分割要素
１３ 締結手段
１６１ 凹部
１１ 支持面
１２ 側面
１５ 冷却経路
１６ 流路
２ マニホールド部
２１ 流路
２２ 流入口
２３ 流出口
３Ｂ モーター駆動回路
３Ａ 変圧回路
３０ スイッチングモジュール
３１ スイッチング素子
３２ リード
３３ アイランド部
３５ 封止樹脂
３８ 接合材
４ ゲートドライバユニット
４０ 部位
４１ 配線基板
４２ 電子部品
７１ 入力端子
７２ 出力端子
７３ 制御端子
８１ エンジンコントロールユニット
８２ バッテリ
８３ モーター

Claims (30)

1. 複数のスイッチング素子を備えるパワーモジュールであって、
   互いに反対側を向く一対の支持面を有する支持部材をさらに備えており、
   前記複数のスイッチング素子は、前記一対の支持面の各々に支持されたものを含むことを特徴とする、パワーモジュール。
2. 前記支持部材は、冷却媒体を通過させる冷却経路を有する、請求項１に記載のパワーモジュール。
3. 前記支持部材は、各々が前記支持面を有する一対の分割要素を有する、請求項２に記載のパワーモジュール。
4. 前記一対の分割要素は、締結手段によって互いに固定されている、請求項３に記載のパワーモジュール。
5. 前記冷却経路は、前記一対の分割要素の双方に設けられた複数の流路を含む、請求項３または４に記載のパワーモジュール。
6. 前記冷却経路は、前記一対の分割要素の少なくとも一方に設けられた複数の凹部によって構成された複数の流路を含む、請求項３または４に記載のパワーモジュール。
7. 前記冷却経路は、前記一対の分割要素の双方に設けられた複数の凹部が結合することによって構成された複数の流路を含む、請求項３または４に記載のパワーモジュール。
8. 前記支持部材は、その全体が一体的に形成されている、請求項２に記載のパワーモジュール。
9. 前記支持部材は、アルミからなる、請求項３ないし８のいずれかに記載のパワーモジュール。
10. 前記支持部材は、押出し成形されている、請求項９に記載のパワーモジュール。
11. 前記複数のスイッチング素子は、ＳｉＣ半導体デバイスを含む、請求項２ないし１０のいずれかに記載のパワーモジュール。
12. 前記複数のスイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む、請求項２ないし１０のいずれかに記載のパワーモジュール。
13. 各々が複数の前記スイッチング素子およびこれらの前記スイッチング素子を封止する封止樹脂を有する複数のスイッチングモジュールを備える、請求項１１または１２に記載のパワーモジュール。
14. 各前記スイッチングモジュールは、前記スイッチング素子が接合されたアイランド部を有するリードを具備しており、
    前記アイランド部は、前記支持部材の前記支持面に接合されている、請求項１３に記載のパワーモジュール。
15. 複数の前記スイッチング素子によって構成されており、且つモーターを駆動するためのモーター駆動回路を備える、請求項２ないし１４のいずれかに記載のパワーモジュール。
16. 前記モーター駆動回路は、三相交流電力を出力する、請求項１５に記載のパワーモジュール。
17. 複数の前記モーター駆動回路を備える、請求項１５または１６に記載のパワーモジュール。
18. 受けた電力の電圧を変換した後に前記ＰＤＵに供給する変圧回路を備える、請求項２ないし１７のいずれかに記載のパワーモジュール。
19. 前記一対の支持面の少なくともいずれかとの間に前記スイッチング素子を挟むように配置された部位を有するゲートドライバユニットをさらに備える、請求項２ないし１８のいずれかに記載のパワーモジュール。
20. 前記ゲートドライバユニットは、前記一対の支持面の双方との間に前記スイッチング素子をそれぞれ挟むように配置された一対の部位を有する、請求項１９に記載のパワーモジュール。
21. 前記ゲートドライバユニットは、配線基板と、該配線基板に実装された複数の電子部品とを含む、請求項１９または２０に記載のパワーモジュール。
22. 前記配線基板は、前記支持面に対して平行である、請求項２１に記載のパワーモジュール。
23. 前記冷却経路は、互いに平行であり、且つ前記支持面が沿う方向において前記支持部材を貫通する複数の直状流路からなる、請求項１９ないし２２のいずれかに記載のパワーモジュール。
24. 前記複数の直状流路の両端に各々が繋がり、且つ前記冷却媒体の流入口および流出口のいずれかを有する一対のマニホールド部を備える、請求項２３に記載のパワーモジュール。
25. 前記支持部材は、前記一対の支持面を各々が繋ぐ一対の側面をさらに有しており、
    前記ゲートドライバユニットは、前記一対の側面の少なくともいずれかに支持された部位を有する、請求項２ないし１８のいずれかに記載のパワーモジュール。
26. 前記ゲートドライバユニットは、前記一対の側面に各別に支持された一対の部位を有する、請求項２５に記載のパワーモジュール。
27. 前記ゲートドライバユニットは、配線基板と、該配線基板に実装された複数の電子部品とを含む、請求項２５または２６に記載のパワーモジュール。
28. 前記配線基板は、前記側面に対して平行である、請求項２７に記載のパワーモジュール。
29. 前記冷却経路は、前記支持面および前記側面のいずれに対しても平行であり、且つ前記支持部材を貫通する複数の直状流路からなる、請求項２５ないし２８のいずれかに記載のパワーモジュール。
30. 前記複数の直状流路の両端に各々が繋がり、且つ前記冷却媒体の流入口および流出口のいずれかを有する一対のマニホールド部を備える、請求項２９に記載のパワーモジュール。

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