JP2022143749A - パワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】モジュールケースが外部接続端子を保持する端子保持部を有するパワーモジュールにおいて、リフロー時の熱影響により端子保持部が変形することを抑止可能とする。
【解決手段】複数のパワーデバイスと、パワーデバイスと接続されたバスバー１０ｃと、パワーデバイスを収容すると共にバスバー１０ｃをバスバー１０ｃの外部接続端子１０ｄを露出させた状態で保持する樹脂製のパワーモジュールケースとを備えるパワーモジュールであって、パワーモジュールケースが、外部接続端子１０ｄを保持すると共に一部が外部接続端子１０ｄの端子面１０ｇに対して突出した端子保持部２０を有し、端子保持部２０が、端子面１０ｇに対して突出した一部の角部が切除された形状に形成された切欠部２１ｃを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、パワーモジュールに関するものである。

電気自動車等の車両には、バッテリとモータとの間に電力変換装置（ＰＣＵ：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が設けられている。このような電力変換装置は、例えば特許文献１に開示されているように、複数のパワーデバイス（パワー半導体チップ）を有するパワーモジュールを備えている。

特開２０１６－８６００９号公報

特許文献１に開示されたようなパワーモジュールは、複数の半導体チップと電気的に接続されたバスバーを備えている。バスバーの端部は、パワーモジュールをモータ等の外部機器と接続するための外部接続端子として用いられる。パワーモジュールは、このような半導体チップとバスバーを収容するモジュールケースを備えている。また、モジュールケースは、外部接続端子の外縁を囲うように設けられた端子保持部を有する場合がある。

ところで、パワーモジュールの製造工程では、半導体チップやバスバー等を接合するためのリフロー工程が設けられている。このようなリフロー工程では、パワーモジュールは、ヒータが設置されたリフロー炉の内部で加熱される。このとき、外部接続端子を保持するモジュールケースの端子保持部が外部接続端子に対して外側に突出していると、突出した部位の角部がヒータに近くかつ熱容量が小さいために熱溶融によって変形する恐れがある。モータ等の外部機器の取付部でもある端子保持部が変形すると、組み立て時にパワーモジュールと外部機器との取付けに支障が出る恐れがある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、モジュールケースが外部接続端子を保持する端子保持部を有するパワーモジュールにおいて、リフロー時の熱影響により端子保持部が変形することを抑止可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

本発明の第１の態様は、複数の半導体チップと、上記半導体チップと接続されたバスバーと、上記半導体チップを収容すると共に上記バスバーを上記バスバーの外部接続端子を露出させた状態で保持する樹脂製のモジュールケースとを備えるパワーモジュールであって、上記モジュールケースが、上記外部接続端子を保持すると共に一部が上記外部接続端子の端子面に対して突出した端子保持部を有し、上記端子保持部が、上記端子面に対して突出した上記一部の角部が切除された形状に形成された切欠部を有するという構成を採用する。

本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、上記外部接続端子が、一対の側縁と上記側縁の端部同士を接続する接続縁とを有すると共に上記端子面が側方に向けられた矩形状に形成され、上記端子保持部が、上記側縁を保持して上記側縁に沿って延伸すると共に先端が上記接続縁を超えて突出した柱状部を上記一部として有し、上記切欠部が、上記柱状部の先端に設けられているという構成を採用する。

本発明の第３の態様は、上記第２の態様において、上記切欠部が、上記端子面と同一方向に向けられた上記柱状部の前面と上記柱状部の延伸方向における端部に位置する先端面とを接続する傾斜面を有するという構成を採用する。

本発明の第４の態様は、上記第１～第３いずれかの態様において、上記端子面が同一方向に向けられた複数の上記外部接続端子と、上記外部接続端子ごとに設けられた複数の端子保持部とを有するという構成を採用する。

本発明においては、端子保持部に対して、端子面に対して突出した一部の角部が切除された形状に形成された切欠部が設けられている。つまり、本発明においては、リフロー時の熱影響によって変形が生じやすい部位に対して切欠部が設けられることで、変形が生じやすい部位が切除されている。したがって、本発明によれば、モジュールケースが外部接続端子を保持する端子保持部を有するパワーモジュールにおいて、リフロー時の熱影響による端子保持部の変形を抑止することが可能となる。

本発明の第１実施形態におけるパワーモジュールを備える電力変換装置の概略的な構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態におけるパワーモジュールが備える外部接続端子を含む模式的な拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態におけるパワーモジュールが備える柱状部の先端部の模式図である。 本発明の第２実施形態におけるパワーモジュールが備える柱状部の先端部の模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るパワーモジュールの一実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態のパワーモジュール１０を備える電力変換装置１の概略的な構成を示す分解斜視図である。電力変換装置１は、電気自動車等の車両に搭載され、不図示のモータ（負荷）とバッテリとの間に設けられている。このような電力変換装置１は、図１に示すように、インテリジェントパワーモジュール２と、コンデンサ３と、リアクトル４と、ＤＣＤＣコンバータ５と、本体ケース６とを備えている。

インテリジェントパワーモジュール２は、パワーモジュール１０、回路基板１１等を備えている。パワーモジュール１０は、パワー半導体素子を有する複数のパワーデバイス１０ａ（半導体チップ）、これらのパワーデバイス１０ａを収容する樹脂製のパワーモジュールケース１０ｂ（モジュールケース）、パワーデバイス１０ａと接続されたバスバー１０ｃを備えている。また、パワーモジュール１０は、バスバー１０ｃの短絡を防ぐ絶縁樹脂部材、及び、冷却用のウォータジャケット等を備えている。回路基板１１は、パワーモジュール１０に積層されており、パワーデバイス１０ａを駆動する駆動回路等を備えている。

図１に示すように、バスバー１０ｃは、不図示のモータ等の外部機器に対して接続するための複数の外部接続端子１０ｄを備えている。図２は、外部接続端子１０ｄを含む模式的な拡大斜視図である。この図に示すように、外部接続端子１０ｄは、一対の側縁１０ｅと側縁１０ｅの上端部同士を接続する上縁１０ｆ（接続縁）とを有する矩形状とされている。つまり、外部接続端子１０ｄは、端子面１０ｇ（外部接続端子１０ｄの外側に向けられた表面）の法線方向から見て、矩形状に形成されている。

外部接続端子１０ｄは、端子面１０ｇが上下方向（インテリジェントパワーモジュール２の厚さ方向であって、パワーモジュール１０と回路基板１１との積層方向）と直交する方向（側方）に向けて配置されている。なお、ここでの上下方向は、説明の便宜上の方向であり、パワーモジュール１０及び電力変換装置１の設置姿勢を限定するものではない。

パワーモジュールケース１０ｂは、パワーデバイス１０ａを収容すると共にバスバー１０ｃをバスバー１０ｃの外部接続端子１０ｄを露出させた状態で保持している。このようなパワーモジュールケース１０ｂは、樹脂によって形成されている。図２に示すように、外部接続端子１０ｄの外縁を保持する端子保持部２０を備えている。端子保持部２０は、外部接続端子１０ｄの側縁１０ｅを保持する柱状部２１（端子保持部２０の一部）を備えている。柱状部２１は、外部接続端子１０ｄの各々に設けられている。このため、１つの外部接続端子１０ｄに対して２つの柱状部２１が設けられている。また、端子保持部２０は、外部接続端子１０ｄの背面に対向して設けられ、２つの柱状部２１を接続する背面壁部２２を有している。

図２に示すように、各々の柱状部２１は、外部接続端子１０ｄの側縁１０ｅに沿って上下方向に延伸する部位であり、平面視が矩形状の四角柱状に形成されている。この柱状部２１は、図２に示すように、外部接続端子１０ｄの側縁１０ｅを内包するように外部接続端子１０ｄを保持する。柱状部２１の前面２１ａ（外部接続端子１０ｄの端子面１０ｇと同一方向に向けられた面）は、外部接続端子１０ｄの端子面１０ｇと同一方向に向けられている。

また、柱状部２１の前面２１ａは、外部接続端子１０ｄの端子面１０ｇよりも前方（端子面１０ｇから突出した位置）に配置されている。つまり、柱状部２１は、外部接続端子１０ｄに対して端子面１０ｇの法線方向に突出して設けられている。このように、端子保持部は、外部接続端子１０ｄを保持すると共に一部（柱状部２１）が外部接続端子１０ｄの端子面１０ｇに対して突出している。

柱状部２１は、先端を上方に向けるように上下方向に延伸して設けられている。この柱状部２１の延伸方向の先端には先端面２１ｂが設けられている。この先端面２１ｂは、水平面とされており、上方に向けられている。また、柱状部２１の先端面２１ｂは、外部接続端子１０ｄの上縁１０ｆよりも上方に位置している。つまり、本実施形態においては、側縁１０ｅを保持して側縁１０ｅに沿って延伸すると共に先端が上縁１０ｆを超えて突出した柱状部２１を有している。

図２に示すように柱状部２１の先端部には、切欠部２１ｃが設けられている。図３は、柱状部２１の先端部の模式図である。図３に示すように、この切欠部２１ｃは、四角柱状の柱状部２１の角部（図３にて二点鎖線で示す部位）を切除することによって形成された部位である。本実施形態においては、切欠部２１ｃは、傾斜面２１ｄを有している。この傾斜面２１ｄは、柱状部２１の前面２１ａと柱状部２１の先端面２１ｂとを接続する平坦面である。

このような柱状部２１は、図２に示すように、外部接続端子１０ｄの２つの側縁１０ｅの各々に対して設けられている。つまり、１つの外部接続端子１０ｄに対して２つの柱状部２１が設けられている。

また、図１に示すように、上述の外部接続端子１０ｄ及び端子保持部２０は、略直方体形状のインテリジェントパワーモジュール２の側面に複数設けられている。図１に示すように、平面視の略直方体に形成されたインテリジェントパワーモジュール２の長辺に沿って、複数の外部接続端子１０ｄが配列されており、各々の外部接続端子１０ｄに対して２つの柱状部２１が設けられている。

コンデンサ３は、インテリジェントパワーモジュール２と接続されており、パワーモジュール１０の側方に配置されている。リアクトル４は、インテリジェントパワーモジュール２の下方に配置されている。ＤＣＤＣコンバータ５は、リアクトル４の側方であって、インテリジェントパワーモジュール２の下方に配置されている。なお、ＤＣＤＣコンバータ５は、バッテリ電力を周囲の電子機器（回路基板１１に実装された電子機器等）に適した電圧に変換する。

本体ケース６は、インテリジェントパワーモジュール２、コンデンサ３、リアクトル４及びＤＣＤＣコンバータ５を収容するケースであり、上部ケース６ａと、中央ケース６ｂと、下部ケース６ｃとを備えている。これらの上部ケース６ａ、中央ケース６ｂ及び下部ケース６ｃは、パワーモジュール１０と回路基板１１との積層方向に分割可能に接続されている。上部ケース６ａは、回路基板１１側からインテリジェントパワーモジュール２を覆っており、中央ケース６ｂと締結されている。中央ケース６ｂは、インテリジェントパワーモジュール２、コンデンサ３、リアクトル４及びＤＣＤＣコンバータ５の周囲を覆っている。下部ケース６ｃは、リアクトル４及びＤＣＤＣコンバータ５を下方から覆っており、インテリジェントパワーモジュール２とモータとを接続するための接続コネクタが設けられ、中央ケース６ｂに締結されている。

このような構成の電力変換装置１のパワーモジュール１０の製造過程では、パワーデバイス１０ａやバスバー１０ｃを接合するためのリフロー工程が行われる。このリフロー工程において、パワーモジュール１０は、リフロー炉の内部にて上方及び下方からヒータによって加熱される。

ここで、本実施形態のパワーモジュール１０は、複数のパワーデバイス１０ａと、パワーデバイス１０ａと接続されたバスバー１０ｃと、樹脂製のパワーモジュールケース１０ｂとを備えている。また、パワーモジュールケース１０ｂは、パワーデバイス１０ａを収容すると共にバスバー１０ｃをバスバー１０ｃの外部接続端子１０ｄを露出させた状態で保持する。

また、本実施形態のパワーモジュール１０においては、パワーモジュールケース１０ｂが、外部接続端子１０ｄを保持すると共に柱状部２１が外部接続端子１０ｄの端子面１０ｇに対して突出した端子保持部２０を有している。この端子保持部２０が、端子面１０ｇに対して突出した柱状部２１の角部が切除された形状に形成された切欠部２１ｃを有している。

このような本実施形態のパワーモジュール１０においては、端子保持部２０に対して、端子面１０ｇに対して突出した柱状部２１の角部が切除された形状に形成された切欠部２１ｃが設けられている。つまり、本実施形態のパワーモジュール１０においては、リフロー時の熱影響によって変形が生じやすい部位に対して切欠部２１ｃが設けられることで、変形が生じやすい部位が切除されている。したがって、本実施形態のパワーモジュール１０によれば、リフロー時の熱影響による端子保持部２０の変形を抑止することが可能となる。

また、本実施形態のパワーモジュール１０においては、外部接続端子１０ｄが、一対の側縁１０ｅと側縁１０ｅの端部同士を接続する上縁１０ｆとを有すると共に端子面１０ｇが側方に向けられた矩形状に形成されている。また、端子保持部２０が、側縁１０ｅを保持して側縁１０ｅに沿って延伸すると共に先端が上縁１０ｆを超えて突出した柱状部２１を有している。さらに、切欠部２１ｃが、柱状部２１の先端に設けられている。このような本実施形態のパワーモジュール１０においては、柱状部２１の先端が外部接続端子１０ｄの上縁１０ｆを超えるため、柱状部２１の先端がリフロー時のヒータに近づく。これに対して、本実施形態のパワーモジュール１０においては、柱状部２１の先端に切欠部２１ｃが設けられているため、リフロー時のヒータに近い部位が変形することを抑止することが可能となる。

また、本実施形態のパワーモジュール１０においては、切欠部２１ｃが、端子面１０ｇと同一方向に向けられた柱状部２１の前面２１ａと柱状部２１の延伸方向における端部に位置する先端面２１ｂとを接続する傾斜面２１ｄを有する。このような切欠部２１ｃは、傾斜面２１ｄを有する簡素な形状である。このため、パワーモジュールケース１０ｂを成形する金型の形状を簡素化することができる。

また、本実施形態のパワーモジュール１０においては、端子面１０ｇが同一方向に向けられた複数の外部接続端子１０ｄと、外部接続端子１０ｄごとに設けられた複数の端子保持部２０とを有する。このような本実施形態のパワーモジュール１０においては、切欠部２１ｃを有する端子保持部２０が複数設けられる。このため、リフロー時の熱影響によって変形が生じることを、パワーモジュールケース１０ｂの複数箇所において抑止することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図４は、本実施形態のパワーモジュールのパワーモジュールケースが備える柱状部２１の先端部の模式図である。この図に示すように、柱状部２１の先端には、切欠部２１ｅが設けられている。この切欠部２１ｅは、図４に示すように、四角柱状の柱状部２１の角部（図４にて二点鎖線で示す部位）を直方体状に切除することによって形成された部位である。このような切欠部２１ｅは、図４に示すように、水面と鉛直面とが直角に接続された屈曲面２１ｆを有している。

このような本実施形態のパワーモジュールにおいては、屈曲面２１ｆを有することから、上記第１実施形態の切欠部２１ｃよりも切欠部２１ｅの表面積が増加する。この結果、熱の受容面積が拡大し、局所的に温度が上昇することを抑制することが可能となる。したがって、本実施形態のパワーモジュールによれば、より確実にリフロー時の熱影響による端子保持部２０の変形を抑止することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、外部接続端子１０ｄの上方に突出した部位に対して切欠部を設ける構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、外部接続端子１０ｄの下方に突出した部位に対して切欠部を設ける構成を採用することも可能である。リフロー時には、パワーモジュール１０の下方からヒータで加熱される場合もあるため、外部接続端子１０ｄの下方に突出した部位に対して切欠部を設けることで下方に突出した部位が変形することを抑止することが可能となる。

また、上記実施形態においては、端子保持部２０が２つの柱状部２１と１つの背面壁部２２とを有する形状である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。端子保持部２０は、例えば背面壁部２２を備えずに２つの柱状部２１からなる形状とすることも可能である。

１……電力変換装置、１０……パワーモジュール、１０ａ……パワーデバイス（半導体チップ）、１０ｂ……パワーモジュールケース（モジュールケース）、１０ｃ……バスバー、１０ｄ……外部接続端子、１０ｅ……側縁、１０ｆ……上縁（接続縁）、１０ｇ……端子面、２０……端子保持部、２１……柱状部、２１ａ……前面、２１ｂ……先端面、２１ｃ……切欠部、２１ｄ……傾斜面、２１ｅ……切欠部、２１ｆ……屈曲面、２２……背面壁部

Claims (4)

1. 複数の半導体チップと、前記半導体チップと接続されたバスバーと、前記半導体チップを収容すると共に前記バスバーを前記バスバーの外部接続端子を露出させた状態で保持する樹脂製のモジュールケースとを備えるパワーモジュールであって、
   前記モジュールケースは、前記外部接続端子を保持すると共に一部が前記外部接続端子の端子面に対して突出した端子保持部を有し、
   前記端子保持部は、前記端子面に対して突出した前記一部の角部が切除された形状に形成された切欠部を有する
   ことを特徴とするパワーモジュール。
2. 前記外部接続端子は、一対の側縁と前記側縁の端部同士を接続する接続縁とを有すると共に前記端子面が側方に向けられた矩形状に形成され、
   前記端子保持部は、前記側縁を保持して前記側縁に沿って延伸すると共に先端が前記接続縁を超えて突出した柱状部を前記一部として有し、
   前記切欠部は、前記柱状部の先端に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載のパワーモジュール。
3. 前記切欠部は、
   前記端子面と同一方向に向けられた前記柱状部の前面と前記柱状部の延伸方向における端部に位置する先端面とを接続する傾斜面を有する
   ことを特徴とする請求項２記載のパワーモジュール。
4. 前記端子面が同一方向に向けられた複数の前記外部接続端子と、
   前記外部接続端子ごとに設けられた複数の端子保持部と
   を有することを特徴とする請求項１～３いずれか一項に記載のパワーモジュール。

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