JP2019117833A - Semiconductor module and power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体モジュール及びこれを備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor module and a power conversion device provided with the same.
インバータ等の電力変換装置においては、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールを備えたものがある。半導体モジュールは、スイッチング素子によってオンオフ制御される電力を授受するための複数のパワー端子を備える。特許文献1には、3本のパワー端子を備えた半導体モジュールが開示されている。
Some power converters such as inverters include a semiconductor module having a switching element built-in. The semiconductor module is provided with a plurality of power terminals for transferring and receiving the power controlled to be turned on and off by the switching element.
これら3本のパワー端子は、半導体モジュールの主面に平行な方向に、並んで配置されている。パワー端子には、半導体モジュールの外部の電力配線に接続される。すなわち、例えば、コンデンサに接続されるバスバーや、外部出力端子に接続されるバスバーが、パワー端子に接続される。 These three power terminals are arranged side by side in a direction parallel to the main surface of the semiconductor module. The power terminal is connected to an external power wiring of the semiconductor module. That is, for example, the bus bar connected to the capacitor and the bus bar connected to the external output terminal are connected to the power terminal.
しかしながら、3本以上のパワー端子を備えた半導体モジュールにおいては、パワー端子の配置によっては、それぞれのパワー端子に接続される接続配線が長くなるおそれがある。すなわち、スイッチング素子を内蔵したモジュール本体部と、モジュール本体部から突出したパワー端子との位置関係によって、パワー端子に接続される接続配線を長くせざるを得なくなるおそれがある。その結果、配線抵抗の低減、損失の低減を図ることが困難となるおそれがある。 However, in a semiconductor module provided with three or more power terminals, the connection wiring connected to each power terminal may be long depending on the arrangement of the power terminals. That is, depending on the positional relationship between the module body incorporating the switching element and the power terminal projecting from the module body, there is a possibility that the connection wiring connected to the power terminal can not but be lengthened. As a result, it may be difficult to reduce the wiring resistance and the loss.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、パワー端子に接続される接続配線を短くしやすい半導体モジュール及び電力変換装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor module and a power conversion device in which the connection wiring connected to the power terminal can be easily shortened.
本発明の一態様は、スイッチング素子(24)を内蔵したモジュール本体部(21)と、
上記モジュール本体部から、該モジュール本体部の主面に平行な方向に、互いに平行に突出した3本以上のパワー端子(22)からなるパワー端子群(220)と、を有し、
上記パワー端子の突出方向に平行な方向をZ方向とし、上記モジュール本体部の主面の法線方向をX方向とし、X方向とZ方向との双方に直交する方向をY方向とし、Y方向における上記モジュール本体部の両端をそれぞれ第1端部(211)及び第2端部(212)とし、Y方向における上記第1端部と上記第2端部との中央をモジュール中央(C21)としたとき、
上記パワー端子群のうちの過半数の上記パワー端子は、上記モジュール中央と上記第1端部との間の第1領域(201)に収まるように配置されている、半導体モジュール(2)にある。
One aspect of the present invention is a module body (21) incorporating a switching element (24);
A power terminal group (220) composed of three or more power terminals (22) projecting in parallel with each other in a direction parallel to the main surface of the module main body from the module main body;
The direction parallel to the projecting direction of the power terminal is the Z direction, the normal direction of the main surface of the module main body is the X direction, and the direction orthogonal to both the X direction and the Z direction is the Y direction. The two ends of the module main body in the first and second ends are respectively the first end (211) and the second end (212), and the center of the first end and the second end in the Y direction is the module center (C21) When you
A majority of the power terminals of the power terminal group are in the semiconductor module (2), which is arranged to be contained in a first region (201) between the module center and the first end.
本発明の他の態様は、上記半導体モジュールを備えた電力変換装置(1)であって、
上記半導体モジュールは、上記モジュール本体部から上記パワー端子と反対側へ、制御端子(23)を突出してなり、
上記半導体モジュールに電気的に接続される電子部品(3)と、
上記パワー端子の一つに接続される出力配線(41)の一部を保持する配線保持体(5)と、
上記制御端子と接続される制御基板(6)と、をさらに有し、
上記制御基板は、Z方向において上記半導体モジュールに対向配置されており、
上記電子部品と上記配線保持体とは、上記半導体モジュールを挟んでY方向における互いに反対側に配置されている、電力変換装置にある。
Another aspect of the present invention is a power converter (1) provided with the above semiconductor module, which
The semiconductor module has a control terminal (23) projecting from the module body to the opposite side of the power terminal,
An electronic component (3) electrically connected to the semiconductor module;
A wiring holding body (5) holding a part of the output wiring (41) connected to one of the power terminals;
A control board (6) connected to the control terminal;
The control substrate is disposed to face the semiconductor module in the Z direction,
The electronic component and the wiring holder are included in the power conversion device, which are disposed on opposite sides in the Y direction with the semiconductor module interposed therebetween.
上記半導体モジュールにおいては、上記パワー端子群のうちの過半数の上記パワー端子は、上記第1領域に収まるように配置されている。これにより、過半数のパワー端子を、Y方向において、上記モジュール本体部の第1端部に近い位置に配置することができる。その結果、過半数のパワー端子にそれぞれ接続される接続配線を、第1端部側に引き出すことにより、接続配線を短くしやすくなる。 In the semiconductor module, a majority of the power terminals of the power terminal group are arranged to be contained in the first region. As a result, a majority of the power terminals can be disposed at a position near the first end of the module body in the Y direction. As a result, by drawing out the connection wires respectively connected to the majority of the power terminals to the first end side, the connection wires can be easily shortened.
すなわち、接続配線による接続先である電子部品や、接続配線を保持する保持部品を、半導体モジュールの近傍に配置する際、これらの部品がモジュール本体部に干渉しないように配置することとなる。それゆえ、過半数のパワー端子を第1領域に配置することで、これらのパワー端子と第1端部側に配置した上記部品との間の距離を短くしやすくなる。その結果、接続配線を短くしやすくなる。 That is, when arranging the electronic component which is the connection destination by the connection wiring and the holding component which holds the connection wiring in the vicinity of the semiconductor module, these components are arranged so as not to interfere with the module body. Therefore, by arranging a majority of the power terminals in the first region, it becomes easy to shorten the distance between these power terminals and the above-mentioned components arranged on the first end side. As a result, the connection wiring can be easily shortened.
上記電力変換装置においては、上記電子部品と上記配線保持体とが、上記半導体モジュールを挟んでY方向における互いに反対側に配置されている。それゆえ、過半数のパワー端子22が第1領域に収まるように配置されることで、接続配線の短縮を効果的に図りやすくなる。
In the power converter, the electronic component and the wiring holder are disposed on opposite sides of the semiconductor module in the Y direction. Therefore, by arranging the majority of the
以上のごとく、上記態様によれば、パワー端子に接続される接続配線を短くしやすい半導体モジュール及び電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a semiconductor module and a power conversion device that can easily shorten the connection wiring connected to the power terminal.
The reference numerals in parentheses described in the claims and the means for solving the problems indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and the technical scope of the present invention is limited. It is not a thing.
(実施形態1)
半導体モジュール及び電力変換装置に係る実施形態について、図1〜図9を参照して説明する。
本実施形態の半導体モジュール2は、図1に示すごとく、スイッチング素子24を内蔵したモジュール本体部21と、3本以上のパワー端子22からなるパワー端子群220と、を有する。
(Embodiment 1)
Embodiments according to a semiconductor module and a power conversion device will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
As shown in FIG. 1, the
パワー端子22は、モジュール本体部21から、モジュール本体部21の主面に平行な方向に突出している。3本のパワー端子22は、互いに平行に突出している。本形態において、パワー端子群220は、3本のパワー端子22を有する。
The
図1、図2に示すごとく、パワー端子22の突出方向に平行な方向をZ方向とし、モジュール本体部21の主面の法線方向をX方向とする。X方向とZ方向との双方に直交する方向をY方向とする。Y方向におけるモジュール本体部21の両端をそれぞれ第1端部211及び第2端部212とする。Y方向における第1端部211と第2端部212との中央をモジュール中央C21とする。
As shown in FIGS. 1 and 2, the direction parallel to the projecting direction of the
パワー端子群220のうちの過半数のパワー端子22は、モジュール中央C21と第1端部211との間の第1領域201に収まるように配置されている。本形態においては、パワー端子群220は3本のパワー端子22からなるため、2本以上のパワー端子22が第1領域201に収まるように配置されていることとなる。特に本形態においては、2本のパワー端子22が第1領域201に収まるように配置されている。
The majority of the
換言すると、モジュール本体部21のY方向の全幅を、モジュール中央C21を境に2つの領域に分けたとき、いずれか一方の領域に、過半数のパワー端子22が収まるように配置されている。この過半数のパワー端子22が収まるように配置された側の領域が、第1領域201ということとなる。そして、この第1領域201がある側の、モジュール本体部21の端部が第1端部211であり、反対側の端部が第2端部212である。
In other words, when the full width in the Y direction of the
3本のパワー端子22は、Z方向の同じ方向に突出している。すなわち、パワー端子群220は、モジュール本体部21から互いに同じ方向に突出した3本以上のパワー端子22からなる。
モジュール本体部21は、Y方向の寸法Lyが、Z方向の寸法Lzよりも大きい。
The three
The
モジュール本体部21における、パワー端子22が突出した面とは異なる面から、制御端子23が突出している。本形態においては、制御端子23は、モジュール本体部21における、パワー端子22が突出した面と反対側の面から突出している。すなわち、制御端子23は、Z方向において、パワー端子22と反対向きに突出している。
The
モジュール本体部21は、互いに直列接続されると共にY方向に並んだ複数のスイッチング素子24を内蔵している。また、モジュール本体部21は、互いに並列接続されると共にY方向に並んだ複数のスイッチング素子24を内蔵している。すなわち、モジュール本体部21は、後述する上アームスイッチング素子24uと下アームスイッチング素子24dとをそれぞれ複数内蔵している。上アームスイッチング素子24uと下アームスイッチング素子24dとは、互いに直列に接続されている。また、上アームスイッチング素子24u同士が並列に接続され、下アームスイッチング素子24d同士も並列に接続されている。
The
本形態においては、モジュール本体部21は、2個の上アームスイッチング素子24uと2個の下アームスイッチング素子24dとを内蔵している。これら4個のスイッチング素子24は、Y方向に並んで配置されている。モジュール本体部21は、図1、図8に示すごとく、スイッチング素子24を、絶縁樹脂216によって封止している。
In the present embodiment, the
また、図1に示すごとく、制御端子23としては、上アームスイッチング素子24uに接続される制御端子23uと、下アームスイッチング素子24dに接続される制御端子23dとがある。そして、上アーム側の制御端子23uは、第2領域202に配置されている。下アーム側の制御端子23dは、第1領域201に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
制御端子23は、一つのスイッチング素子24に対応して、それぞれ複数本ずつ設けてある。各グループの制御端子23は、それぞれ対応するスイッチング素子24に対応するY方向の位置に、配置されている。特に、本形態においては、各グループの制御端子23は、対応する各スイッチング素子24のY方向の幅内に配置されている。
A plurality of
スイッチング素子24は、IGBTにて構成することができる。ここで、IGBTは、Insulated Gate Bipolar Transistor、すなわち、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略である。また、スイッチング素子は、MOSFETとすることもできる。MOSFETは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor、すなわち、金属酸化物電界効果トランジスタの略である。
The switching
パワー端子群220に属するパワー端子22としては、正極端子22Pと負極端子22Nと出力端子22Aとがある。本形態においては、正極端子22Pが、Y方向における最も第1端部211に近い位置に配置されている。出力端子22Aが、Y方向における最も第2端部212に近い位置に配置されている。負極端子22Nは、Y方向において、負極端子22Nと出力端子22Aとの間に配置されている。このように、本形態においては、3本のパワー端子22は、Y方向に並んで配置されている。
The
正極端子22Pと負極端子22Nとは、第1領域201に収まるように配置されている。出力端子22Aは、モジュール中央C21と第2端部212との間の第2領域202に収まるように配置されている。
The
モジュール本体部21内において、正極端子22Pは、上アームスイッチング素子24uのコレクタに接続されている(図6参照)。負極端子22Nは、下アームスイッチング素子24dのエミッタに接続されている。出力端子22Aは、上アームスイッチング素子24uのエミッタと下アームスイッチング素子24dのコレクタとの接続点に接続されている。
In the module
図8に示すごとく、モジュール本体部21において、並列接続された複数のスイッチング素子24同士は、そのコレクタ面24cを、同一の導電部材213cに接合している。すなわち、2個の上アームスイッチング素子24uは、共に、一つの導電部材213cに、コレクタ面24cを接合している。また、2個の下アームスイッチング素子24dは、共に、他の一つの導電部材213cに、コレクタ面24cを接合している。このようにすることで、並列接続された複数のスイッチング素子24への電流経路中のインピーダンスを低減することができる。
As shown in FIG. 8, in the module
並列接続された複数のスイッチング素子24同士は、そのエミッタ面24eを、個別の導電ブロック214を介して、同一の導電部材213eに接合している。すなわち、2個の上アームスイッチング素子24uは、共通の導電部材213eに接合された個別の導電ブロック214に、エミッタ面24eを接合している。また、2個の下アームスイッチング素子24dは、共通の導電部材213eに接合された個別の導電ブロック214に、エミッタ面24eを接合している。
The plurality of switching
導電部材213c、213eは、モジュール本体部21の主面に露出した放熱板213でもある。上アームのエミッタ側の導電部材213eと、下アームのコレクタ側の導電部材213cとは、モジュール本体部21内において互いに接続されて、同電位となる。そして、これらは、出力端子21Aとも同電位である。上アームのコレクタ側の導電部材213cは、正極端子22Pと同電位となる。下アームのエミッタ側の導電部材213eは、負極端子22Nと同電位である。
The
また、図9に示すごとく、モジュール本体部21において、並列接続された複数のスイッチング素子24同士は、そのエミッタ面24eを、同一の導電部材213cに直接接合した構成とすることもできる。すなわち、エミッタ側の導電部材213eに、複数の凸部215を設け、それぞれの凸部215に、スイッチング素子24のエミッタ面24eを当接させる。換言すると、図9の構成は、上述の図8に示した導電ブロック214を、エミッタ側の導電部材213eと一体化した構成ということもできる。
Further, as shown in FIG. 9, in the module
この構成の場合、並列接続された2つのスイッチング素子24同士は、エミッタ面24eを共通の一つの導電部材213eに直接接合することとなる。それゆえ、より、インピーダンスの低減を図ることができる。
In this configuration, the two switching
互いに並列接続された複数のスイッチング素子24に接続されたパワー端子22の少なくとも一つは、当該パワー端子22のY方向の中央である端子中央C22が、Y方向において、当該パワー端子22に接続されたスイッチング素子24の間に配置されている。本形態においては、図1に示すごとく、負極端子22Nの端子中央C22が、これに接続された2つの下アームスイッチング素子24dの間に配置されている。そして、負極端子22Nから2つの下アームスイッチング素子24dまでの電流経路の長さは、略同等となっている。
At least one of the
具体的には、端子中央C22は、互いに並列接続された2つのスイッチング素子24のそれぞれにおけるY方向の中心同士の間の、Y方向の位置にある。より好ましくは、端子中央C22は、並列接続された2個のスイッチング素子24の、それぞれのY方向の内側端縁の間の位置にある。
Specifically, the terminal center C22 is located in the Y direction between the centers in the Y direction of each of the two switching
本形態の電力変換装置1は、複数の半導体モジュール2を備えている。
図3、図4に示すごとく、電力変換装置1は、半導体モジュール2の他に、コンデンサ3と、配線保持体5と、制御基板6とを有する。コンデンサ3は、半導体モジュール2に電気的に接続される電子部品である。配線保持体5は、パワー端子22の一つに接続される出力配線41の一部を保持する部品である。制御基板6には、制御端子23が接続される。制御基板6は、Z方向において半導体モジュール2に対向配置されている。コンデンサ3と配線保持体5とは、半導体モジュール2を挟んでY方向における互いに反対側に配置されている。
The
As shown in FIGS. 3 and 4, the
コンデンサ3は、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサ本体部31から、コンデンサバスバー32P、32Nを突出している。コンデンサバスバー32Pは、半導体モジュール2の正極端子22Pに接続され、コンデンサバスバー32Nは、半導体モジュール2の負極端子22Nに接続される。図4においては、コンデンサ3から3本のコンデンサバスバー32Pと3本のコンデンサバスバー32Nとが突出した形となっている。ただし、複数のコンデンサバスバー32P同士は同電位であり、複数のコンデンサバスバー32N同士も同電位である。そして、複数のコンデンサバスバー32P同士を一体化し、複数のコンデンサバスバー32N同士を一体化してもよい。
The
コンデンサバスバー32P、32Nは、Y方向において、コンデンサ3と半導体モジュール2とを接続する。つまり、コンデンサバスバー32P、32Nは、Y方向における第1端部211側から正極端子22P及び負極端子22Nへ向かって延びている。すなわち、第1端部211に近い第1領域201に収まるように配置された正極端子22P及び負極端子22Nに対して、第1端部211側から延びるコンデンサバスバー32P、32Nが接続される。
Capacitor bus bars 32P and 32N connect
本形態において、配線保持体5は、出力バスバー41と、外部配線(図示略)とを接続するための端子台である。つまり、端子台としての配線保持体5には、出力バスバー41の端子を、外部配線の端子とともに載置し、ボルト等によって両者を締結することにより、接続することができるよう構成されている。ここで、外部配線は、例えば回転電機に接続される配線である。なお、配線保持体5は、樹脂成形体からなる。そして、配線保持体5は、電力変換装置1の筐体に固定されている。
In the present embodiment, the
上述のように、下アームスイッチング素子24dは、第1領域201に配置されている。制御基板6は、半導体モジュール2と配線保持体5との双方に対して、Z方向に対向している。配線保持体5は、出力配線である出力バスバー41に流れる電流を検出する電流センサ7を備えている。
As described above, the lower
制御基板6の主面がZ方向を向いており、モジュール本体部21及び配線保持体5に、Z方向から対向している。電流センサ7の信号線71は、配線保持体5から制御基板6側へ突出している。そして、信号線71が、制御基板6に接続されている。
The main surface of the
電力変換装置1において、図4、図5に示すごとく、複数の半導体モジュール2が互いにX方向に積層配置されている。複数の半導体モジュール2は、Z方向の同じ方向に、パワー端子22を突出させている。これに伴い、複数の半導体モジュール2は、Z方向の同じ方向に、制御端子23を突出させている。
In the
複数の半導体モジュール2は、複数の冷却管81と共に、X方向に積層されており、冷却管81は、Y方向に冷媒wを流通させるよう構成されている。第2端部212よりも第1端部211側が、冷媒wの上流側である。なお、図3においては、冷却管81を省略してある。
The plurality of
半導体モジュール2は、略直方体形状のモジュール本体部21を有する。モジュール本体部21は、他の面よりも面積の大きい一対の主面を備えている。この主面の法線方向が、X方向である。また、半導体モジュール2のパワー端子22は、略板状に形成されている。パワー端子22の主面は、モジュール本体部21の主面と略平行である。
The
図1、図3、図8に示すごとく、モジュール本体部21は、その両主面に、放熱板213を露出させている。冷却管81は、半導体モジュール2の放熱板213に熱的に接触するように、配置されている。
As shown in FIGS. 1, 3 and 8, the
図4に示すごとく、冷却管81は、内部に冷媒wを流通させる冷媒流路を備えている。X方向に隣り合う冷却管81同士は、Y方向における両端部付近において、連結管82によって接続されている。また、X方向の一端に配された冷却管81には、冷媒wを導入する冷媒導入管83と、冷媒wを排出する冷媒排出管84とが設けてある。冷却管81は、アルミニウム合金等、熱伝導性に優れた金属によって構成されている。
As shown in FIG. 4, the cooling
冷媒導入管83から導入された冷媒wは、適宜、連結管82を介して各冷却管81に流入する。冷却管81に導入された冷媒wは、Y方向に流れる。このときの冷媒wの流れる向きは、モジュール本体部21の第1端部211側から第2端部212側へ向かう向きである。そして、この間に、冷媒wは、モジュール本体部21と熱交換を行うことで、モジュール本体部21を冷却する。受熱した冷媒wは、第2端部212側の連結管82を適宜介して、冷媒排出管84から排出される。
The refrigerant w introduced from the
図6に回路図を示すように、本実施形態の電力変換装置1は、例えば、車両に搭載されるインバータである。そして、直流電源BATと三相交流の回転電機MGとの間において、直流電力と交流電力との電力変換を行う。電力変換装置1のスイッチング回路部は、3相のレグを備える。すなわち、3相のレグは、直流電源BATの正極に接続される正極配線12Pと、直流電源BATの負極に接続される負極配線12Nとの間に、互いに並列に接続されている。
As a circuit diagram is shown in FIG. 6, the
各レグは、互いに直列接続された上アームスイッチング素子24uと下アームスイッチング素子24dとによって形成されている。また、各アームは、2つのスイッチング素子24を並列接続してなる。すなわち、互いに並列接続された2つの上アームスイッチング素子24uと、互いに並列接続された2つの下アームスイッチング素子24dとが、直列接続されて、一つのレグを構成している。そして、これら2つの上アームスイッチング素子24uと2つの下アームスイッチング素子24dとが、一つの半導体モジュール2に内蔵されている。
Each leg is formed of an upper
そして、各レグにおける、上アームスイッチング素子24uと下アームスイッチング素子24dとの接続点が、それぞれ出力配線(すなわち出力バスバー41)を介して、回転電機MGの3つの電極に接続されている。また、直流電源BATとスイッチング回路部との間において、正極配線12Pと負極配線12Nとを懸架するように、コンデンサ3が接続されている。また、各スイッチング素子24には、フライホイールダイオードが逆並列接続されている。
The connection point between the upper
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記半導体モジュール2において、パワー端子群220のうちの過半数のパワー端子22は、第1領域201に収まるように配置されている。これにより、過半数のパワー端子22を、Y方向において、モジュール本体部21の第1端部211に近い位置に配置することができる。その結果、過半数のパワー端子22にそれぞれ接続される接続配線(すなわち、コンデンサバスバー32P、32N)を、第1端部211側に引き出すことにより、接続配線を短くしやすくなる。
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.
In the
すなわち、コンデンサ3を半導体モジュール2の近傍に配置する際、コンデンサ3がモジュール本体部21に干渉しないように配置することとなる。それゆえ、正極端子22P及び負極端子22Nを第1領域201に配置することで、これらのパワー端子22とコンデンサ3との間の距離を短くすることができる。その結果、接続配線(すなわち、コンデンサバスバー32P、32N)を短くすることができる。
That is, when arranging the
パワー端子22と接続配線との間の接続は、パワー端子22の突出先端部付近において行われる。それゆえ、接続配線は、パワー端子22からY方向に引き出すことで、接続作業性も容易となる。そして、接続配線がパワー端子22からY方向に引き出される構成において、正極端子22P及び負極端子22Nを、Y方向の一方の領域である第1領域201に偏在させることで、接続配線を短くすることができる。
The connection between the
パワー端子群220は、モジュール本体部21から互いに同じ方向に突出した3本以上のパワー端子22からなる。そのため、パワー端子22に接続される接続配線を、Z方向の同じ側に配置することができる。それゆえ、配線の簡素化を図ると共に、配線接続の作業性を向上させることができる。
The
モジュール本体部21は、Y方向の寸法Lyが、Z方向の寸法Lzよりも大きい。すなわち、モジュール本体部21はY方向に長尺の形状を有する。それゆえ、仮に、過半数のパワー端子22が第1領域201に収まらない配置とすると、第1端部211から過半数のパワー端子22への距離が長くなりやすい。そうすると、接続配線(すなわち、コンデンサバスバー32P、32N)が長くなりやすい。そこで、このような形状のモジュール本体部21の半導体モジュール2において、過半数のパワー端子22が第1領域201に収まるように配置する。これにより、接続配線(すなわち、コンデンサバスバー32P、32N)の短縮効果を大きくすることができる。
The
モジュール本体部21における、パワー端子22が突出した面とは異なる面から、制御端子23が突出している。これにより、パワー端子22に接続される接続配線(すなわち、コンデンサバスバー32P、32N、出力バスバー41)の配策を容易にすることができる。
The
モジュール本体部21は、互いに直列接続されると共にY方向に並んだ複数のスイッチング素子24を内蔵している。それゆえ、モジュール本体部21が、Y方向に大きくなりやすい。そのため、過半数のパワー端子22を第1領域201に収まるように配置することによる上述の効果を、大きく得やすい。
The
モジュール本体部21は、互いに並列接続されると共にY方向に並んだ複数のスイッチング素子24を内蔵している。これによっても、モジュール本体部21が、Y方向に大きくなりやすい。そのため、過半数のパワー端子22を第1領域201に収まるように配置することによる上述の効果を、大きく得やすい。
The
負極端子22Nは、端子中央C22が、Y方向において、下アームスイッチング素子24dの間に配置されている。これにより、互いに並列接続された2つの下アームスイッチング素子24dと、負極端子22Nとの間の電流経路の長さの差を低減することができる。これにより、2つの下アームスイッチング素子24dのそれぞれの電流経路のインピーダンスの差を小さくすることができる。
In the
電力変換装置1において、制御基板6は、Z方向において半導体モジュール2に対向配置され、電子部品(本形態においては、コンデンサ3)と配線保持体5とは、半導体モジュール2を挟んでY方向における互いに反対側に配置されている。これにより、半導体モジュール2とコンデンサ3と配線保持体5と制御基板6とをコンパクトに配置しやすくなる。そして、過半数のパワー端子22を第1領域201に収まるように配置することによる配線の短縮効果が効果的に得られる。すなわち、上記のような構成の場合、コンデンサ3とパワー端子22との接続配線(すなわちコンデンサバスバー32P、32N)の延設方向をY方向としやすい。その場合、正極端子22P及び負極端子22Nを、第1領域201に収まるように配置することで、接続配線の短縮を効果的に図ることができる。
In the
下アームスイッチング素子24dは、第1領域201に配置され、制御基板6は、半導体モジュール2と配線保持体5との双方に対してZ方向に対向しており、配線保持体5は、電流センサ7を備えている。これにより、かかる構成によって、図7に示すごとく、制御基板6における配線設計(すなわち、アートワーク)を容易にすることができる。
The lower
制御基板6は、半導体モジュール2及び配線保持体5に対して、Z方向に対向するように配置されている。それゆえ、制御基板6は、配線保持体5側(すなわち、図7の右側)に大きく面積を取りやすい。一方、上アームスイッチング素子24uの制御端子23は、U相とV相とW相との間の沿面距離を稼ぐことが求められる。それゆえ、制御基板6において、上アーム側の制御端子23uが接続されるプリント配線の形成領域を広く取ることが求められる。つまり、上アーム側の領域6uにおいては、図7に示すごとく、U相の制御端子23が接続されるプリント配線の形成領域6Uと、V相の制御端子23が接続されるプリント配線の形成領域6Vと、W相の制御端子23が接続されるプリント配線の形成領域6Wとは、互いに充分な沿面距離を介して離れて形成される。そうすると、制御基板6における上アーム側の領域6uは、大きくなりやすい。
The
一方、下アーム側の制御端子23dが接続されるプリント配線の形成領域6dは、U相、V相、W相の間において、特に沿面距離を設ける必要がない。それゆえ、この領域6dは比較的小さくしやすい。
そこで、上アーム側の領域6uを、配線保持体5に近い側とすることで、制御基板6における配線設計を容易にすることができる。
On the other hand, it is not necessary to provide a creeping distance between the U phase, the V phase and the W phase in the printed
Therefore, by setting the
出力端子22Aは、第2領域202に収まるように配置されている。これにより、出力端子22Aと、配線保持体5との間の距離を短くすることができる。その結果、出力配線(すなわち、出力バスバー41)の引き回しを簡素化することができ、出力配線を短くすることができる。
The
複数の半導体モジュール2が互いにX方向に積層配置されており、複数の半導体モジュール2は、Z方向の同じ方向に、パワー端子22を突出させている。これにより、複数の半導体モジュール2及びその周囲の部品をコンパクトに配置しやすくなる。そして、この場合、パワー端子22に対して、Y方向から接続配線(すなわち、コンデンサバスバー32P、32N、出力バスバー41)をアクセスさせる設計となりやすい。そのため、過半数のパワー端子22(正極端子22P及び負極端子22N)を第1領域201に収まるように配置することによる効果を、一層顕著に得ることができる。
The plurality of
冷却管81は、第2端部212よりも第1端部211側が、冷媒wの上流側である。これにより、モジュール本体部21における、より高温となりやすい第1端部211側の部分を、より低温となりやすい冷媒wによって冷却することができる。すなわち、半導体モジュール2は、モジュール本体部21における第1端部211側にパワー端子群220が偏った配置となっている。この場合、モジュール本体部21においては、第1端部211側において、パワー端子22とスイッチング素子24との間の電流経路が短くなりやすい。これに伴い、モジュール本体部21内における第1領域201の方が、多くの電流が流れやすくなり、発熱量も多くなりやすい。一方、冷却管81における冷媒wは、上流側の方が低温である。それゆえ、発熱量が多くなりやすい第1端部211側を、冷却管81における冷媒wの上流側とする。これにより、モジュール本体部21を全体として効率的に冷却することができる。
In the cooling
以上のごとく、上記態様によれば、パワー端子に接続される接続配線を短くしやすい電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a power conversion device in which the connection wiring connected to the power terminal can be easily shortened.
(実施形態2)
本形態においては、図10に示すごとく、モジュール本体部21において、上アームスイッチング素子24uが、第1領域201に配置されている形態である。そして、制御基板6に電流センサ7が搭載されている。
Second Embodiment
In this embodiment, as shown in FIG. 10, in the module
本形態においては、パワー端子群220のうち、負極端子22Nが、Y方向における最も第1端部211に近い位置に配置されている。正極端子22Pは、Y方向において、負極端子22Nと出力端子22Aとの間に配置されている。また、上アーム側の制御端子23uは、第1領域201に配置されている。下アーム側の制御端子23dは、第2領域202に配置されている。
In the present embodiment, in the
本形態においては、正極端子22Pの端子中央C22が、これに接続された2つの上アームスイッチング素子24uの間に配置されている。そして、正極端子22Pから2つの上アームスイッチング素子24uまでの電流経路の長さは、略同等となっている。
In the present embodiment, a terminal center C22 of the
出力バスバー41は、配線保持体5に保持されると共に、制御基板6を貫通している。そして、制御基板6における、出力バスバー41が貫通する箇所に、電流センサ7が配置されている。これにより、電流センサ7が出力バスバー41に流れる電流を検出することができるよう構成されている。なお、図11に示すごとく、電流センサ7は3個設けてあり、それぞれ、U相、V相、W相の出力バスバー41に流れる電流を検出するよう構成されている。
The
本形態において、配線保持体5は、出力バスバー41の一部をインサートした樹脂成形体からなる。
その他の構成は、実施形態1と同様である。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
In the present embodiment, the
The other configuration is the same as that of the first embodiment. In addition, the code | symbol same as the code | symbol used in already-appeared embodiment among the code | symbol used in
本形態においては、下記の観点で、制御基板6における配線設計を容易にすることができる。
上述したように、下アーム側の制御端子23dが接続されるプリント配線の形成領域6dは、上アーム側の制御端子23uが接続されるプリント配線の形成領域6uと比べて、小さくしやすい。
In the present embodiment, the wiring design in the
As described above, the printed
それゆえ、下アーム側の領域6dを、配線保持体5に近い側とすることで、制御基板6における配線保持体5とZ方向に対向する領域を、電流センサ7の搭載スペースとして確保しやすくなる。このように、本形態においても、制御基板6における配線設計を容易にすることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
Therefore, by setting the
In addition, it has the same operation effect as
(実施形態3)
本形態は、図12、図13に示すごとく、正極端子22Pと負極端子22Nとが、互いにX方向に並んで配置されている形態である。すなわち、X方向から見たとき、正極端子22Pと負極端子22Nとが互いに重なるように配置されている。
(Embodiment 3)
In this embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, the
正極端子22P及び負極端子22Nは、第1領域201に収まるように配置されている。出力端子22Aは、第2領域202に収まるように配置されている。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
The
The other configuration is the same as that of the first embodiment.
本形態においては、正極端子22Pと負極端子22Nとが、互いの主面をX方向に対向させるように配置されている。これにより、正極端子22Pと負極端子22Nとの配置スペースを、Y方向において、短くすることができる。それゆえ、正極端子22Pと負極端子22Nとを第1領域201に収めやすい。さらには、正極端子22Pと負極端子22Nとの双方を、第1端部211に近い位置に配置することも可能となる。
In the present embodiment, the
また、正極端子22Pと負極端子22Nとにおけるインダクタンスを低減することができる。すなわち、互いに逆向きに電流が流れる、正極端子22Pと負極端子22Nとを、互いに対向させることで、両者のそれぞれに起因する磁界を打ち消し合うことができる。その結果、インダクタンス低減を図ることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
Moreover, the inductance in
In addition, it has the same operation effect as
また、上記実施形態においては、半導体モジュールが4個のスイッチング素子を内蔵したものにつき、説明したが、これに限られるものではない。
例えば、図14に示すごとく、内蔵する上アームスイッチング素子24uと下アームスイッチング素子24dとを1個ずつ備えた半導体モジュール2とすることもできる。この場合においても、同図に示すように、モジュール中央C21よりも第1端部211側である、第1領域201に過半数のパワー端子22が収まるように配置される。図14に示す形態においては、パワー端子群220のうち、正極端子22P及び負極端子22Nが第1領域201に収まり、出力端子22Aが第2領域202に収まっている。
Moreover, in the said embodiment, although it demonstrated about what the semiconductor module built in 4 switching elements, it is not restricted to this.
For example, as shown in FIG. 14, the
上記実施形態においては、半導体モジュールに接続される電子部品を、コンデンサとした形態を示したが、電子部品は、これに限られることはない。この電子部品として、例えば、リアクトルなど、他の部品を配置することもできる。 In the said embodiment, although the form which used the capacitor | condenser as the electronic component connected to a semiconductor module was shown, an electronic component is not restricted to this. As this electronic component, other components, such as a reactor, can also be arranged, for example.
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention.
1 電力変換装置
2 半導体モジュール
201 第1領域
21 モジュール本体部
211 第1端部
212 第2端部
22 パワー端子
220 パワー端子群
24 スイッチング素子
C21 モジュール中央
DESCRIPTION OF
Claims (15)
上記モジュール本体部から、該モジュール本体部の主面に平行な方向に、互いに平行に突出した3本以上のパワー端子(22)からなるパワー端子群(220)と、を有し、
上記パワー端子の突出方向に平行な方向をZ方向とし、上記モジュール本体部の主面の法線方向をX方向とし、X方向とZ方向との双方に直交する方向をY方向とし、Y方向における上記モジュール本体部の両端をそれぞれ第1端部(211)及び第2端部(212)とし、Y方向における上記第1端部と上記第2端部との中央をモジュール中央(C21)としたとき、
上記パワー端子群のうちの過半数の上記パワー端子は、上記モジュール中央と上記第1端部との間の第1領域(201)に収まるように配置されている、半導体モジュール(2)。 A module body (21) incorporating a switching element (24);
A power terminal group (220) composed of three or more power terminals (22) projecting in parallel with each other in a direction parallel to the main surface of the module main body from the module main body;
The direction parallel to the projecting direction of the power terminal is the Z direction, the normal direction of the main surface of the module main body is the X direction, and the direction orthogonal to both the X direction and the Z direction is the Y direction. The two ends of the module main body in the first and second ends are respectively the first end (211) and the second end (212), and the center of the first end and the second end in the Y direction is the module center (C21) When you
The semiconductor module (2), wherein a majority of the power terminals of the power terminal group are disposed in a first region (201) between the module center and the first end.
上記半導体モジュールは、上記モジュール本体部から上記パワー端子と反対側へ、制御端子(23)を突出してなり、
上記半導体モジュールに電気的に接続される電子部品(3)と、
上記パワー端子の一つに接続される出力配線(41)の一部を保持する配線保持体(5)と、
上記制御端子と接続される制御基板(6)と、をさらに有し、
上記制御基板は、Z方向において上記半導体モジュールに対向配置されており、
上記電子部品と上記配線保持体とは、上記半導体モジュールを挟んでY方向における互いに反対側に配置されている、電力変換装置。 A power converter (1) comprising the semiconductor module according to claim 2, wherein
The semiconductor module has a control terminal (23) projecting from the module body to the opposite side of the power terminal,
An electronic component (3) electrically connected to the semiconductor module;
A wiring holding body (5) holding a part of the output wiring (41) connected to one of the power terminals;
A control board (6) connected to the control terminal;
The control substrate is disposed to face the semiconductor module in the Z direction,
The power conversion device, wherein the electronic component and the wiring holder are disposed on opposite sides in the Y direction across the semiconductor module.
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