JP2016182037A5

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Publication number: JP2016182037A5
Application number: JP2016138115A
Authority: JP
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2030-06-21

Description

ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図。インバータ回路１４０の電気回路の構成を説明する図。電力変換装置２００の外観斜視図。電力変換装置２００の外観斜視図。電力変換装置２００の分解斜視図。電力変換装置２００の分解斜視図。電力変換装置２００の分解斜視図である。パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗ、コンデンサモジュール５００、バスバーアッセンブリ８００が組み付けられた流路形成体１２の外観斜視図。バスバーアッセンブリ８００を外した状態の流路形成体１２を示す図。流路形成体１２の斜視図。流路形成体１２を裏面側から見た分解斜視図。本発明の実施形態に係るパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。ネジおよび第二封止樹脂を取り除いたパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）はケースの湾曲部が変形される前の断面図である。図１３からさらにケースを取り除いたパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図１４からさらに第一封止樹脂および配線絶縁部を取り除いたパワーモジュールの斜視図である。補助モジュールを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。モジュール一次封止体の組立工程を説明するための図である。モジュール一次封止体の組立工程を説明するための図である。モジュール一次封止体の組立工程を説明するための図である。モジュール一次封止体の組立工程を説明するための図である。モジュール一次封止体の組立工程を説明するための図である。第一封止樹脂のトランスファーモールド工程を説明するための図であり、（ａ）は型締め前の縦断面図、（ｂ）は型締め後の縦断面図である。パワー半導体素子の制御電極と各端子との配置関係を示す図である。直流負極配線側の導体板に応力緩和部を設けた変形例を示す図である。本発明の実施形態に係るパワーモジュールの内蔵回路構成を示す図である。本発明の実施形態に係るパワーモジュールにおける低インダクタンス化について説明するための図である。コンデンサモジュール５００の外観斜視図。バスバーアッセンブリ８００の斜視図。パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗおよびコンデンサモジュール５００が装着された流路形成体１２を示す図。流路形成体１２の水平断面図。パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの配置を説明するための模式図。電力変換装置２００の断面を示す図。電力変換装置２００を車両に搭載したときのレイアウトを説明する図。変形例を示す図。変形例を示す図。変形例を示す図。本実施形態に係る流路形成体１２の断面図。直流負極配線を分割した場合の変形例を示す図である。変形例に係るモジュール一次封止体の組立工程を説明するための図である。変形例に係るモジュール一次封止体の組立工程を説明するための図である。変形例に係るモジュール一次封止体の組立工程を説明するための図である。

図７は電力変換装置２００の分解斜視図である。蓋８の内側の、すなわちハウジング１０の上部収納空間には、上述したように制御回路１７２を実装した制御回路基板２０が配置されている。蓋８には、コネクタ２１用の開口が形成されている。電力変換装置２００内の制御回路を動作させる低電圧の直流電力は、コネクタ２１から供給される。

流路の上面には３つの開口部４０２ａ〜４０２ｃが形成されており、直列回路１５０（図１参照）を内蔵したパワーモジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗがそれらの開口部４０２ａ〜４０２ｃから流路内に挿入される。パワーモジュール３００ＵにはＵ相の直列回路１５０が内蔵され、パワーモジュール３００ＶにはＶ相の直列回路１５０が内蔵され、パワーモジュール３００ＷにはＷ相の直列回路１５０が内蔵されている。これらパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗは同一構成になっており、外観形状も同一形状である。開口部４０２a〜４０２ｃは、挿入されたパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗのフランジ部によって塞がれる。

ドライバ回路基板２２は、バスバーアッセンブリ８００に設けられた支持部材８０７ａに固定されることにより、バスバーアッセンブリ８００の上方に配置される。上述したように、制御回路基板２０とドライバ回路基板２２とはフラットケーブル２３によって接続される。フラットケーブル２３は隔壁１０ｃに形成されたスリット状の開口１０ｄ（図６参照）を通って下部収納空間から上部収納空間へと引き出される。

以下では、流路形成体１２と、流路形成体１２に固定されるパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗ、コンデンサモジュール５００およびバスバーアッセンブリ８００についてより詳しく説明する。図８は、流路形成体１２にパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗ、コンデンサモジュール５００、バスバーアッセンブリ８００を組み付けた外観斜視図である。また、図９は、流路形成体１２からバスバーアッセンブリ８００を外した状態を示す。バスバーアッセンブリ８００は、流路形成体１２にボルト固定される。

図１２乃至図２６を用いてインバータ回路１４０に使用されるパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの詳細構成を説明する。上記パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗはいずれも同じ構造であり、代表してパワーモジュール３００Ｕの構造を説明する。尚、図１２乃至図２６において信号端子３２５Ｕは、図２に開示したゲート電極１５４および信号用エミッタ電極１５５に対応し、信号端子３２５Ｌは、図２に開示したゲート電極１６４およびエミッタ電極１６５に対応する。また直流正極端子３１５Ｂは、図２に開示した正極端子１５７と同一のものであり、直流負極端子３１９Ｂは、図２に開示した負極端子１５８と同一のものである。また交流端子３２０Ｂは、図２に開示した交流端子１５９と同じものである。

図１６は、パワーモジュール３００Ｕのうちの補助モジュール６００を示す図である。図１６（ａ）は斜視図であり、図１６（ｂ）は図１２（ｂ）、図１３（ｂ）および図１４（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。

モジュールケース３０４の外にはさらに、ドライバ回路１７４と電気的に接続するための金属製の信号配線３２４Ｕおよび３２４Ｌが設けられており、その先端部に信号端子３２５Ｕ（１５４，１５５）と信号端子３２５Ｌ（１６４，１６５）がそれぞれ形成されている。本実施形態では、図１５に示す如く、信号配線３２４ＵはＩＧＢＴ３２８と接続され、信号配線３２４ＬはＩＧＢＴ３３０と接続される。

直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌは、樹脂材料で成形された配線絶縁部６０８によって相互に絶縁された状態で、補助モジュール６００として一体に成型される。配線絶縁部６０８は、各配線を支持するための支持部材としても作用し、これに用いる樹脂材料は、絶縁性を有する熱硬化性樹脂かあるいは熱可塑性樹脂が適している。これにより、直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。補助モジュール６００は、モジュール一次封止体３０２と接続部３７０において金属接合された後に、配線絶縁部６０８に設けられたネジ穴を貫通するネジ３０９によってモジュールケース３０４に固定される。接続部３７０におけるモジュール一次封止体３０２と補助モジュール６００との金属接合には、たとえばＴＩＧ溶接などを用いることができる。

モジュール一次封止体３０２と補助モジュール６００が金属接合により接続されている接続部３７０は、第二封止樹脂３５１によりモジュールケース３０４内で封止される。これにより、接続部３７０とモジュールケース３０４との間で必要な絶縁距離を安定的に確保することができるため、封止しない場合と比較してパワーモジュール３００Ｕの小型化が実現できる。

ここで、モジュール一次封止体３０２の第一封止樹脂３４８から外側に延出している部分をその種類ごとに一つの端子として見た時の各端子の位置関係について述べる。以下の説明では、直流正極配線３１５Ａ（直流正極端子３１５Ｂと補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃを含む）および素子側直流正極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を正極側端子と称し、直流負極配線３１９Ａ（直流負極端子３１９Ｂと補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃを含む）および素子側直流負極接続端子３１９Ｄにより構成される端子を負極側端子と称し、交流配線３２０Ａ（交流端子３２０Ｂと補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃを含む）および素子側交流接続端子３２０Ｄにより構成される端子を出力端子と称し、信号配線３２４Ｕ（信号端子３２５Ｕと補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｕにより構成される端子を上アーム用信号端子と称し、信号配線３２４Ｌ（信号端子３２５Ｌと補助モジュール側信号接続端子３２６Ｌを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｌにより構成される端子を下アーム用信号端子と称する。

第一封止樹脂３４８により封止したら、タイバー３７２を切除して、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌをそれぞれ分離する。そして、モジュール一次封止体３０２の一辺側に一列に並べられている素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌの各端部を、図２１のようにそれぞれ同一方向に折り曲げる。これにより、接続部３７０においてモジュール一次封止体３０２と補助モジュール６００とを金属接合する際の作業を容易化して生産性を向上すると共に、金属接合の信頼性を向上することができる。

１５０：直列回路、１５６，１６６：ダイオード、３００Ｕ：パワーモジュール、３０２：モジュール一次封止体、３０４：モジュールケース、３０５：フィン、３１５Ａ：直流正極配線、３１５Ｂ：直流正極端子、３１５Ｃ：補助モジュール側直流正極接続端子、３１５Ｄ：素子側直流正極接続端子、３１９Ａ：直流負極配線、３１９Ｂ：直流負極端子、３１９Ｃ：補助モジュール側直流負極接続端子、３１９Ｄ：素子側直流負極接続端子、３２０Ａ：交流配線、３２０Ｂ：交流端子、３２０Ｃ：補助モジュール側交流接続端子、３２０Ｄ：素子側交流接続端子、３２４Ｕ，３２４Ｌ：信号配線、３２５Ｕ，３２５Ｌ：信号端子、３２６Ｕ，３２６Ｌ：補助モジュール側信号接続端子、３２７Ｕ，３２７Ｌ：素子側信号接続端子、３２８，３３０：ＩＧＢＴ、３４８：第一封止樹脂、３５１：第二封止樹脂、３７０：接続部、６００：補助モジュール、６０８：配線絶縁部

Claims

表面及び裏面のそれぞれに電極が形成された第１のパワー半導体素子と、
表面及び裏面のそれぞれに電極が形成された第２のパワー半導体素子と、
前記第１のパワー半導体素子の表面側に配置される第１の導体板と、
前記第１のパワー半導体素子の裏面側に配置される第２の導体板と、
前記第２のパワー半導体素子の表面側に配置される第３の導体板と、
前記第２のパワー半導体素子の裏面側に配置される第４の導体板と、を備えたパワー半導体装置において、
前記第２の導体板には、前記第３の導体板に向かって延設された接続部が当該第２の導体板と一体構造として設けられ、当該接続部が前記第３の導体板と接続されているパワー半導体装置。
請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
前記接続部は、前記第２の導体板から前記第３の導体板に向かって屈曲する屈曲部を有するパワー半導体装置。
請求項１又は２に記載のパワー半導体装置であって、
前記第１のパワー半導体素子は、金属接合材を介して前記第２の導体板に接続され、
前記第２の導体板は、前記第１のパワー半導体素子が接続される領域における当該第２導体板の厚さよりも前記接続部の厚さの方が小さくなるように、形成されるパワー半導体装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記第１の導体板、前記第２の導体板、前記第３の導体板、及び前記第４の導体板を固定する封止部を備え、
前記第２の導体板は、前記第１のパワー半導体素子が配置される側の面とは反対側の面が露出するとともに前記接続部が露出しないように、前記封止部に覆われるパワー半導体装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記接続部は、前記第１のパワー半導体素子と前記第２パワー半導体素子とに挟まれる空間に配置されるパワー半導体装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記第３の導体板には、前記第１の導体板に向かって突出する突出部が当該第３の導体板と一体構造として設けられ、当該突出部が前記第２の導体板の前記接続部と接続されているパワー半導体装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載のパワー半導体装置と、
絶縁部材を挟んで前記第２の導体板と対向する位置に配置される放熱部材と、
前記放熱部材の外面に冷媒を流すための流路を形成する流路形成体と、を備えた電力変換装置。