JP5581131B2 - パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置 - Google Patents

パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5581131B2
JP5581131B2 JP2010148465A JP2010148465A JP5581131B2 JP 5581131 B2 JP5581131 B2 JP 5581131B2 JP 2010148465 A JP2010148465 A JP 2010148465A JP 2010148465 A JP2010148465 A JP 2010148465A JP 5581131 B2 JP5581131 B2 JP 5581131B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lead frame
power
power module
housing
insulating member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010148465A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2012015224A (ja
Inventor
裕二朗 金子
時人 諏訪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Systems Ltd filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority to JP2010148465A priority Critical patent/JP5581131B2/ja
Priority to US13/807,277 priority patent/US9277682B2/en
Priority to EP11800916.6A priority patent/EP2590213B1/en
Priority to CN201180031877.1A priority patent/CN102986026B/zh
Priority to PCT/JP2011/064950 priority patent/WO2012002454A1/ja
Publication of JP2012015224A publication Critical patent/JP2012015224A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5581131B2 publication Critical patent/JP5581131B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334—Auxiliary members in encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/33—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601—Structure
    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/33—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73221—Strap and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8384—Sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/84801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/8484—Sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/30107—Inductance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3025—Electromagnetic shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/35—Mechanical effects
    • H01L2924/351—Thermal stress

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載される電力変換装置に係り、特に、発熱を伴う電子部品を搭載したパワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置に関する。
例えば、発熱を伴う電子部品の両面放熱構造としては、以下の文献が開示されている。
特開２００５−５７２１２号公報
特許文献１では、パワーモジュールが搭載されたケースの開口面を、蓋体を用いて封口し、パワー半導体素子の発熱をケースと蓋体の両面に放熱する構造において、蓋体をケースに搭載されたパワーモジュールに押付け、固定する構造としている。
特許文献１のように蓋体を用いてパワーモジュールを押付け固定する場合、放熱性能を確保するためには蓋体とパワーモジュールを精度よく密着させる必要があり、最適な押し付け力で密着さなければならない。押付け力が強過ぎるとパワーモジュールが損傷することが懸念され、弱過ぎるとパワーモジュールと蓋体との接触面積が低下し放熱性能が低下することが懸念される。従って、適切な押付け力の設定が容易ではない。
本発明の課題は、発熱量の大きいパワー半導体素子を搭載したパワーモジュールの高放熱化を図ることである。
また、本発明の別の課題として、パワー半導体素子の接続信頼性が向上することである。
また、本発明の別の課題として、パワーモジュールの構成品の高さバラツキを吸収することである。
また、本発明の別の課題として、組み付け時の、パワーモジュールに発生する応力を抑制することである。
パワーモジュールはパワー半導体素子と、リードフレームと、封止樹脂から構成され、パワー半導体素子の両面にリードフレームが接続され、上側および下側リードフレームの外面の一部が封止樹脂より露出する。ハウジングケースは、ハウジングベースとハウジングカバーから構成される。放熱構造は、ハウジングベース，放熱材，パワーモジュール，放熱材，ハウジングカバーの順に積層され、パワーモジュールの発熱を放熱材を介してハウジングケースに放熱する。積層方向と垂直な面において、ハウジングベースの外形サイズをＳ1、ハウジングカバーの外形サイズをＳ2、パワーモジュールのリードフレーム露出部サイズをＳ3としたとき、Ｓ1＞Ｓ2＞Ｓ3とする。ハウジングカバーをハウジングベースの受け部まで押しつけ固定する。
本発明によれば、発熱量の大きいパワー半導体素子を搭載したパワーモジュールの高放熱化が可能となる。
また、本発明の別の効果として、パワー半導体素子の接続信頼性が向上する。
また、本発明の別の効果として、パワーモジュールの構成品の高さバラツキを吸収できる。
また、本発明の別の効果として、組み付け時の、パワーモジュールに発生する応力を抑制できる。
ハイブリッド自動車のシステムを示すシステム図である。 図１に示す電気回路の構成を示す回路図である。 電力変換装置の構成を説明するための分解斜視図である。 電力変換装置の全体構成を説明するために構成要素に分解した斜視図である。 流路形成体１２を説明するために、図４に示す流路形成体１２を底側から見た図である。 本実施形態のパワーモジュール３００ａの斜視図である。 本実施形態のパワーモジュール３００ａの断面図である。 （ａ）は、理解を助けるために、モジュールハウジング３０４と放熱材３３３と封止樹脂３４８を取り除いた内部断面図である。（ｂ）は、内部斜視図である。 ケース封止したパワーモジュールの搭載方法を示す平面図である。 ケース封止したパワーモジュールの主要部寸法を示す断面図である。 コンデンサモジュール５００の内部構造を説明するための分解斜視図である。 ハウジングケースの固定方法を示す断面図である。 ハウジングケースの固定方法を示す断面図である。 ハウジングケースの固定方法を示す断面図である。
図面を使用して本発明に係る実施の形態を説明する。図１は本発明に係る電力変換装置を、エンジンとモータの両方を使用して走行するいわゆるハイブリッド用自動車に適用したシステムズである。本発明に係る電力変換装置はハイブリッド用車両のみならず、モータのみで走行するいわゆる電気自動車にも適用可能であり、また一般産業機械に使用されているモータを駆動するための電力変換装置としても使用可能である。しかし上述あるいは以下に説明のとおり、本発明に係る電力変換装置は特に上記ハイブリッド用自動車や上記電気自動車に適用すると、小型化の観点あるいは信頼性の観点、その他、いろいろの観点で優れた効果が得られる。ハイブリッド用自動車に適用した電力変換装置は電気自動車に適用した電力変換装置と略同じ構成であり、代表例としてハイブリッド自動車に適用した電力変換装置について説明する。
図１は、ハイブリッド自動車（以下「ＨＥＶ」と記述する）の制御ブロックを示す図である。エンジンＥＧＮおよびモータジェネレータＭＧ１，モータジェネレータＭＧ２は車両の走行用トルクを発生する。またモータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２は回転トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータＭＧ１あるいはモータジェネレータＭＧ２に外部から加えられる機械エネルギを電力に変換する機能を有する。
モータジェネレータＭＧ１あるいはＭＧ２は、例えば同期機あるいは誘導機であり、上述のごとく、運転方法によりモータとしても発電機としても動作する。モータジェネレータＭＧ１あるいはＭＧ２を自動車に搭載する場合に、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジュームなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また永久磁石型の同期電動機は、誘導電動機に比べて回転子の発熱が少なく、この観点でも自動車用として優れている。
エンジンＥＧＮの出力側及びモータジェネレータＭＧ２の出力トルクは動力分配機構ＴＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に伝達され、動力分配機構ＴＳＭからの回転トルクあるいはモータジェネレータＭＧ１が発生する回転トルクは、トランスミッションＴＭおよびデファレンシャルギアＤＥＦを介して車輪に伝達され、一方回生制動の運転時には、車輪から回転トルクがモータジェネレータＭＧ１に伝達され、供給されてきた回転トルクに基づいて交流電力を発生する。発生した交流電力は後述するように電力変換装置２００により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ１３６を充電し、充電された電力は再び走行エネルギとして使用される。また高電圧用のバッテリ１３６の蓄電している電力が少なくなった場合に、エンジンＥＧＮが発生する回転エネルギをモータジェネレータＭＧ２により交流電力に変換し、次に交流電力を電力変換装置２００により直流電力に変換し、バッテリ１３６を充電することができる。エンジンＥＧＮからモータジェネレータＭＧ２への機械エネルギの伝達は動力分配機構ＴＳＭによって行われる。
次に電力変換装置２００について説明する。インバータ回路１４０と１４２は、バッテリ１３６と直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ回路１４０あるいは１４２との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータＭＧ１をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４０は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流端子１８８を介してモータジェネレータＭＧ１に供給する。モータジェネレータＭＧ１とインバータ回路１４０からなる構成は第１電動発電ユニットとして動作する。同様にモータジェネレータＭＧ２をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４２は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流端子１５９を介してモータジェネレータＭＧ２に供給する。モータジェネレータＭＧ２とインバータ回路１４２からなる構成は第２電動発電ユニットとして動作する。第１電動発電ユニットと第２電動発電ユニットは、運転状態に応じて両方をモータとしてあるいは発電機として運転する場合、あるいはこれらを使い分けて運転する場合がある。また片方を運転しないで、停止することも可能である。なお、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータＭＧ１の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力あるいは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機用のモータとしては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６から直流電力が補機用パワーモジュール３５０に供給され、補機用パワーモジュール３５０で交流電力を発生し、交流端子１２０を介して補機用モータ１９５に供給される。補機用パワーモジュール３５０はインバータ回路１４０や１４２と基本的には同様の回路構成および機能を持ち、補機用モータ１９５に供給する交流の位相や周波数，電力を制御する。補機用モータ１９５の容量がモータジェネレータＭＧ１や１９４の容量より小さいので、補機用パワーモジュール３５０の最大変換電力がインバータ回路１４０や１４２より小さいが、上述の如く補機用パワーモジュール３５０の基本的な構成や基本的な動作はインバータ回路１４０や１４２と略同じである。なお、電力変換装置２００は、インバータ回路１４０やインバータ回路１４２，インバータ回路３５０Ｂに供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサモジュール５００を備えている。
電力変換装置２００は上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりするための通信用のコネクタ２１を備えている。コネクタ２１からの指令に基づいて制御回路１７２でモータジェネレータＭＧ１やモータジェネレータＭＧ２，補機用モータ１９５の制御量を演算し、さらにモータとして運転するか発電機として運転するかを演算し、演算結果に基づいて制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４や補機用パワーモジュール３５０のドライバ回路３５０Ｂへ、上記制御パルスを供給する。補機用パワーモジュール３５０は専用の制御回路を有しても良い、この場合はコネクタ２１からの指令に基づいて上記専用の制御回路が制御パルスを発生し、補機用パワーモジュール３５０のドライバ回路３５０Ｂへ供給する。上記制御パルスに基づいてドライバ回路１７４がインバータ回路１４０やインバータ回路１４２を制御するための駆動パルスを発生する。また補機用パワーモジュール３５０のインバータ回路３５０Ｂを駆動するための制御パルスをドライバ回路３５０Ａが発生する。
次に、図２を用いてインバータ回路１４０やインバータ回路１４２の電気回路の構成を説明する。図１に示す補機用パワーモジュール３５０のインバータ３５０Ｂの回路構成も基本的にはインバータ回路１４０の回路構成と類似しているので、図２においてインバータ３５０Ｂの具体的な回路構成の説明は省略し、インバータ回路１４０を代表例として説明する。ただし、補機用パワーモジュール３５０は出力電力が小さいので、以下に説明する各相の上アームや下アームを構成する半導体チップや該チップを接続する回路が補機用パワーモジュール３５０の中に集約されて配置されている。
さらにインバータ回路１４０やインバータ回路１４２は回路構成も動作も極めて類似しているので、インバータ回路１４０で代表して説明する。
なお以下で半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。インバータ回路１４０は、上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、からなる上下アームの直列回路１５０を、出力しようとする交流電力のＵ相，Ｖ相，Ｗ相からなる３相に対応して備えている。これらの３相はこの実施の形態では、モータジェネレータＭＧ１の電機子巻線の３相の各相巻線に対応している。３相のそれぞれの上下アームの直列回路１５０は、前記直列回路の中点部分である中間電極１６９から交流電流が出力され、この交流電流は交流端子１５９及び交流コネクタ１８８を通して、モータジェネレータＭＧ１への交流電力線である以下に説明の交流バスバー８０２や８０４と接続する。
上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は正極端子１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６に、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側のコンデンサ端子５０４にそれぞれ電気的に接続されている。
上述のように、制御回路１７２は上位の制御装置からコネクタ２１を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路１４０を構成する各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４に供給する。ドライバ回路１７４は、上記制御パルスに基づき、各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための駆動パルスを各相のＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０に供給する。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、ドライバ回路１７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この変換された電力はモータジェネレータＭＧ１に供給される。
ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５５と、ゲート電極１５４を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、コレクタ電極１５３とエミッタ電極との間に電気的に接続されている。また、ダイオード１６６が、コレクタ電極１６３とエミッタ電極との間に電気的に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子としてはＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。
コンデンサモジュール５００は、複数の正極側のコンデンサ端子５０６と複数の負極側のコンデンサ端子５０４とバッテリ正極側端子５０９とバッテリ負極側端子５０８とを備えている。バッテリ１３６からの高電圧の直流電力は、直流コネクタ１３８を介して、バッテリ正極側端子５０９やバッテリ負極側端子５０８に供給され、コンデンサモジュール５００の複数の正極側のコンデンサ端子５０６や複数の負極側のコンデンサ端子５０４から、インバータ回路１４０やインバータ回路１４２，補機用パワーモジュール３５０へ供給される。一方交流電力からインバータ回路１４０やインバータ回路１４２によって変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子５０６や負極側のコンデンサ端子５０４からコンデンサモジュール５００に供給され、バッテリ正極側端子５０９やバッテリ負極側端子５０８から直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６に供給され、バッテリ１３６に蓄積される。
制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンへの入力情報として、モータジェネレータＭＧ１に対して要求される目標トルク値、上下アームの直列回路１５０からモータジェネレータＭＧ１に供給される電流値、及びモータジェネレータＭＧ１の回転子の磁極位置がある。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０による検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータＭＧ１に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では、電流センサ１８０は３相の電流値を検出する場合を例に挙げているが、２相分の電流値を検出するようにし、演算により３相分の電流を求めても良い。
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータＭＧ１のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路１７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。
また、制御部１７０は、異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行い、上下アームの直列回路１５０を保護している。このため、制御回路１７２にはセンシング情報が入力されている。例えば各アームの信号用エミッタ電極１５５及び信号用エミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。上下アームの直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アームの直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アームの直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度あるいは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。
図３は、本発明に係る実施の形態としての電力変換装置２００の分解斜視図を示す。電力変換装置２００は、トランスミッションＴＭに固定された電力変換装置２００の回路部品を収納するためのアルミニウム製の底を有するハウジング１０と蓋８とを有する。電力変換装置２００は、底面及び上面の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また生産し易い効果がある。流路形成体１２は、後述するパワー半導体モジュール３００及びコンデンサモジュール５００を保持するとともに、冷却媒体によってこれらを冷却する。また、流路形成体１２は、ハウジング１０に固定され、かつハウジング１０の底部に入口配管１３と出口配管１４が設けられている。入口配管１３から冷却媒体である水が流路形成体１２に流入し、冷却に使用した後と出口配管１４から流出する。
蓋８は、電力変換装置２００を攻勢する回路部品を収納し、ハウジング１０に固定される。蓋８の内側の上部には、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、外部に繋がる第１開口２０２と第２開口２０４とが設けられており、第１開口２０２を介して前記コネクタ２１が外部の制御装置と接続され、制御回路基板２０に設けられた制御回路１７２と上位の制御装置などの外部の制御装置との間で信号伝送を行う。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、前記コネクタ２１から供給される。第２開口２０４には、バッテリ１３６との間で直流電力を送受するための直流コネクタ１３８が設けられており、電力変換装置２００内部に高電圧直流電力を供給するための負極側電力線５１０と正極側電力線５１２は、バッテリ１３６と直流電力の授受を行う直流コネクタ１３８とコンデンサモジュール５００などとを電気的に接続する。
コネクタ２１と負極側電力線５１０や正極側電力線５１２は、蓋８の底面に向かって延ばされ、コネクタ２１は第１開口２０２から突出し、また負極側電力線５１０や正極側電力線５１２の先端部は、第２開口２０４から突出して直流コネクタ１３８の端子を構成する。蓋８には、その内壁の第１開口２０２及び第２開口２０４の周りにシール部材（不図示）が設けられる。コネクタ２１等の端子の嵌合面の向きは、車種により種々の方向となるが、特に小型車両に搭載しようとした場合、エンジンルーム内の大きさの制約や組立性の観点から嵌合面を上向きにして出すことが好ましい。特に、本実施形態のように、電力変換装置２００が、トランスミッションＴＭの上方に配置される場合には、トランスミッションＴＭの配置側とは反対側に向かって突出させることにより、作業性が向上する。また、コネクタ２１は外部の雰囲気からシールする必要があるが、コネクタ２１に対して蓋８を上方向から組付ける構成となることで、蓋８がハウジング１０に組付けられたときに、蓋８と接触するシール部材がコネクタ２１を押し付けることができ、気密性が向上する。
図４は、電力変換装置２００のハウジング１０の内部に収納される構成を理解を助けるために分解した斜視図である。流路形成体１２には、図５に示す流路１９が両サイドに沿うように形成されている。該流路１９の一方側の上面には、開口部４００ａ〜４００ｃが冷媒の流れ方向４１８に沿って形成され、また該流路１９の他方側の上面には、開口部４０２ａ〜４０２ｃが冷媒の流れ方向４２２に沿って形成されている。開口部４００ａ〜４００ｃは、挿入されたパワーモジュール３００ａ〜３００ｃによって塞がれる、また開口部４０２ａ〜４０２ｃは挿入されたパワーモジュール３０１ａ〜３０１ｃによって塞がれる。
流路形成体１２が形成する一方と他方の流路の間には、コンデンサモジュール５００を収納するための収納空間４０５が形成され、コンデンサモジュール５００は、収納空間４０５に収納される。ことにより、流路１９内に流れる冷媒によってコンデンサモジュール５００は冷やされる。コンデンサモジュール５００は、冷媒の流れ方向４１８を形成するための流路１９と、冷媒の流れ方向４２２を形成するための流路１９に挟まれるため、効率良く冷却することができる。またコンデンサモジュール５００の外側面に沿って冷媒を流す流路が形成されているので、冷却効率が向上すると共に、冷媒流路やコンデンサモジュール５００やパワー半導体モジュール３００と３０１との配置が整然と整い、全体がより小型と成る。また流路１９がコンデンサモジュール５００の長辺に沿って配置されており、流路１９と流路１９に挿入固定されるパワー半導体モジュール３００と３０１との距離が略一定となるので、平滑コンデンサとパワー半導体モジュール回路との回路定数が３相の各層においてバランスし易くなり、スパイク電圧を低減し易い回路構成となる。本実施の形態では、冷媒としては水が最も適している。しかし、水以外であっても利用できるので、以下冷媒と記す。
流路形成体１２には、入口配管１３と出口配管１４と対向する位置に冷媒の流れを変える空間を内部に備える冷却部４０７が設けられている。冷却部４０７は、流路形成体１２と一体に形成され、この実施の形態では、補機用パワーモジュール３５０を冷却するために利用される。補機用パワーモジュール３５０は冷却部４０７の外周面である冷却面に固定され、前記冷却面の内側に形成された空間に冷媒を蓄え、この冷媒によって冷却部４０７が冷却され、補機用パワーモジュール３５０の温度上昇が抑えられる。前記冷媒は前記流路１９内を流れる冷媒であり、パワー半導体モジュール３００や３０１とコンデンサモジュール５００と共に補機用パワーモジュール３５０が冷却される。補機用パワーモジュール３５０の両側部には、後述するバスバーアッセンブリ８００が配置される。バスバーアッセンブリ８００は、交流バスバー１８６や保持部材を備えており、電流センサ１８０を保持し、固定している。詳細は後述する。
このように流路形成体１２の中央部にコンデンサモジュール５００の収納空間４０５を設け、その収納空間４０５を挟むように流路１９を設け、それぞれの流路１９に車両駆動用のパワーモジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃを配置し、さらに流路形成体１２の上面に補機用パワーモジュール３５０を配置することで、少ない空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。
また流路形成体１２の流路１９の主構造を流路形成体１２と一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、流路１９は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造で作ることで流路形成体１２と流路１９とが一体構造となり、熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。なお、パワーモジュール３００ａ〜３００ｃとパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃを流路１９に固定することで流路１９を完成させ、水路の水漏れ試験を行う。水漏れ試験に合格した場合に、次にコンデンサモジュール５００や補機用パワーモジュール３５０や基板を取り付ける作業を行うことができる。このように、電力変換装置２００の底部に流路形成体１２を配置し、次にコンデンサモジュール５００，補機用パワーモジュール３５０，バスバーアッセンブリ８００，基板等の必要な部品を固定する作業を上から順次行えるように構成されており、生産性と信頼性が向上する。
ドライバ回路基板２２は、補機用パワーモジュール３５０及びバスバーアッセンブリ８００の上方、すなわち蓋側に配置される。またドライバ回路基板２２と制御回路基板２０の間には金属ベース板１１が配置され、金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２及び制御回路基板２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共にドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。さらに制御回路基板２０の機械的な共振周波数を高める作用をする。すなわち金属ベース板１１に制御回路基板２０を固定するためのねじ止め部を短い間隔で配置することが可能となり、機械的な振動が発生した場合の支持点間の距離を短くでき、共振周波数を高くできる。トランスミッションから伝わる振動周波数に対して制御回路基板２０の共振周波数を高くできるので、振動の影響を受け難く、信頼性が向上する。
図５は流路形成体１２を説明するための説明図で、図４に示す流路形成体１２を下から見た図である。流路形成体１２とこの流路形成体１２の内部にコンデンサモジュール５００の収納空間４０５（図４参照）に沿って形成された流路１９は一体に鋳造されている。流路形成体１２の下面には、１つに繋がった開口部４０４が形成され、該開口部４０４は、中央部に開口を有する下カバー４２０によって塞がれる。下カバー４２０と流路形成体１２の間には、シール部材４０９ａ及びシール部材４０９ｂが設けられ気密性を保っている。
下カバー４２０には、一方の端辺の近傍であって当該端辺に沿って、入口配管１３（図４参照）を挿入するための入口孔４０１と、出口配管１４（図４参照）を挿入するための出口孔４０３が形成される。また下カバー４２０には、トランスミッションＴＭの配置方向に向かって突出する凸部４０６が形成される。凸部４０６は、パワーモジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃに対応して設けられている。冷媒は、点線で示す流れ方向４１７の方向に、入口孔４０１を通って、流路形成体１２の短手方向の辺に沿って形成された第１流路部１９ａに向かって流れる。第１流路部１９ａは冷媒の流れを変える空間を形成しており、該空間で冷却部４０７の内面に衝突し、流れの方向を変える。この衝突時に冷却部４０７の熱を奪う作用を為す。そして冷媒は、流れ方向４１８のように、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って形成された第２流路部１９ｂを流れる。また冷媒は、流れ方向４２１のように、流路形成体１２の短手方向の辺に沿って形成された第３流路部１９ｃを流れる。第３流路部１９ｃは折り返し流路を形成する。また、冷媒は、流れ方向４２２のように、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って形成された第４流路部１９ｄを流れる。第４流路部１９ｄは、コンデンサモジュール５００を挟んで第２流路部１９ｂと対向する位置に設けられる。さらに、冷媒は、流れ方向４２３のように、流路形成体１２の短手方向の辺に沿って形成された第５流路部１９ｅ及び出口孔４０３を通って出口配管１４に流出する。
第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃ，第４流路部１９ｄ及び第５流路部１９ｅは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。パワーモジュール３００ａ〜３００ｃが、流路形成体１２の上面側に形成された開口部４００ａ〜４００ｃから挿入され（図４参照）、第２流路部１９ｂ内の収納空間に収納される。なお、パワーモジュール３００ａの収納空間とパワーモジュール３００ｂの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ａが形成される。同様に、パワーモジュール３００ｂの収納空間とパワーモジュール３００ｃの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ｂが形成される。中間部材４０８ａ及び中間部材４０８ｂは、その主面が冷媒の流れ方向に沿うように形成される。第４流路部１９ｄも第２流路部１９ｂと同様にパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃの収納空間及び中間部材を形成する。また、流路形成体１２は、開口部４０４と開口部４００ａ〜４００ｃ及び４０２ａ〜４０２ｃとが対向するように形成されているので、アルミ鋳造により製造し易い構成になっている。
下カバー４２０には、ハウジング１０と当接し、電力変換装置２００を支持するための支持部４１０ａ及び支持部４１０ｂが設けられる。支持部４１０ａは下カバー４２０の一方の端辺に近づけて設けられ、支持部４１０ｂは下カバー４２０の他方の端辺に近づけて設けられる。これにより、電力変換装置２００の流路形成体１２を、トランスミッションＴＭやモータジェネレータＭＧ１の円柱形状に合わせて形成されたハウジング１０の内壁に強固に固定することができる。
また、支持部４１０ｂは、抵抗器４５０を支持するように構成されている。この抵抗器４５０は、乗員保護やメンテナンス時における安全面に配慮して、コンデンサセルに帯電した電荷を放電するためのものである。抵抗器４５０は、高電圧の電気を継続的に放電できるように構成されているが、万が一抵抗器もしくは放電機構に何らかの異常があった場合でも、車両に対するダメージを最小限にするように配慮した構成とする必要がある。つまり、抵抗器４５０がパワー半導体モジュールやコンデンサモジュールやドライバ回路基板等の周辺に配置されている場合、万が一抵抗器４５０が発熱，発火等の不具合を発生した場合に主要部品近傍で延焼する可能性が考えられる。
そこで本実施形態では、パワーモジュール３００ａ〜３００ｃやパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃやコンデンサモジュール５００は、流路形成体１２を挟んで、トランスミッションＴＭを収納したハウジング１０とは反対側に配置され、かつ抵抗器４５０は、流路形成体１２とハウジング１０との間の空間に配置される。これにより、抵抗器４５０が金属で形成された流路形成体１２及びハウジング１０で囲まれた閉空間に配置されることになる。なお、コンデンサモジュール５００内のコンデンサセルに貯まった電荷は、図４に示されたドライバ回路基板２２に搭載されたスイッチング手段のスイッチング動作によって、流路形成体１２の側部を通る配線を介して抵抗器４５０に放電制御される。本実施形態では、スイッチング手段によって高速に放電するように制御される。放電を制御するドライバ回路基板２２と抵抗器４５０の間に、流路形成体１２が設けられているので、ドライバ回路基板２２を抵抗器４５０から保護することができる。また、抵抗器４５０は下カバー４２０に固定されているので、流路１９と熱的に非常に近い位置に設けられているので、抵抗器４５０の異常な発熱を抑制することができる。
図６乃至図１３を用いてインバータ回路１４０およびインバータ回路１４２に使用されるパワーモジュール３００ａ〜３００ｃおよびパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃの詳細構成を説明する。上記パワーモジュール３００ａ〜３００ｃおよびパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃはいずれも同じ構造であり、代表してパワーモジュール３００ａの構造を説明する。尚、図６乃至図１３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３２１は、図２に開示した交流端子１５９と同じものである。
図６（ａ）は、本実施形態のパワーモジュール３００ａの斜視図である。図６（ｂ）は、本実施形態のパワーモジュール３００ａの断面図である。
上下アームの直列回路１５０を構成するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０，ダイオード１５６，ダイオード１６６）が、図７に示す如く、リードフレーム３１５やリードフレーム３１８によって、あるいはリードフレーム３１６やリードフレーム３１９によって、両面から挟んで固着される。これら導体板には、信号端子３２５Ｕや信号端子３２５Ｌである信号配線を一体成型して成る補助モールド体６００が組みつけられる。リードフレーム３１５等は、その放熱面が露出した状態で封止樹脂３４８によって封止され、当該放熱面に放熱材３３３が熱圧着される。封止樹脂３４８により封止されたモジュール封止体３０２は、モジュールハウジング３０４の中に挿入して放熱材３３３を挟んで、ＣＡＮ型冷却器であるモジュールハウジング３０４の内面に熱圧着される。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。
このような形状の金属性のケースを用いることで、モジュールハウジング３０４を水や油などの冷媒が流れる流路１９内に挿入しても、冷媒に対するシールをフランジ３０４Ｂにて確保できるため、冷却媒体がモジュールハウジング３０４の内部に侵入するのを簡易な構成で防ぐことができる。
図８及び図９に示されるように、コンデンサモジュール５００と電気的に接続するための直流正極端子３１５Ｂ（１５７）と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）が形成されている。モータジェネレータＭＧ１あるいは１９４に交流電力を供給するための交流端子３２１（１５９）が形成されている。本実施形態では、直流正極端子３１５Ｂはリードフレーム３１５と一体成形され、直流負極端子３１９Ｂはリードフレーム３１９と一体成形され、交流端子３２１はリードフレーム３１６と一体成形される。
上述のようにリードフレーム３１５等を放熱材３３３を介してモジュールハウジング３０４の内壁に熱圧着することにより、導体板とモジュールハウジング３０４の内壁の間の空隙を少なくすることができ、パワー半導体素子の発生熱を効率良くフィン３０５へ伝達できる。さらに放熱材３３３にある程度の厚みと柔軟性を持たせることにより、熱応力の発生を放熱材３３３で吸収することができ、温度変化の激しい車両用の電力変換装置に使用するのに良好となる。
図７（ａ）は、理解を助けるために、モジュールハウジング３０４と放熱材３３３と封止樹脂３４８を取り除いた内部断面図である。図７（ｂ）は、内部斜視図である。
図７（ｂ）に示されるように、直流正極側のリードフレーム３１５と交流出力側のリードフレーム３１６は、略同一平面状に配置される。リードフレーム３１５には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム側のダイオード１５６のカソード電極が固着される。リードフレーム３１６には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム側のダイオード１６６のカソード電極が固着される。同様に、交流リードフレーム３１８とリードフレーム３１９は、略同一平面状に配置される。交流リードフレーム３１８には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極が固着される。リードフレーム３１９には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極が固着される。各パワー半導体素子は、各導体板に設けられた素子固着部３２２に、金属接合材１６０を介してそれぞれ固着される。金属接合材１６０は、例えばはんだ材や銀シート及び微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材、等である。
各パワー半導体素子は板状の扁平構造であり、当該パワー半導体素子の各電極は表裏面に形成されている。図７（ａ）に示されるように、パワー半導体素子の各電極は、リードフレーム３１５とリードフレーム３１８、またはリードフレーム３１６とリードフレーム３１９によって挟まれる。つまり、リードフレーム３１５とリードフレーム３１８は、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を介して略平行に対向した積層配置となる。同様に、リードフレーム３１６とリードフレーム３１９は、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を介して略平行に対向した積層配置となる。また、リードフレーム３１６とリードフレーム３１８は中間電極３２９を介して接続されている。この接続により上アーム回路と下アーム回路が電気的に接続され、上下アーム直列回路が形成される。
なお、ＩＧＢＴ３２８，３３０の代替として、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を用いても良い。また、金属接合部１６０には、熱伝導率が高くて環境性に優れた鉛フリーはんだ等、例えば、Ｓｎ−Ｃｕはんだ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉはんだ等を用いる。
本実施形態に係るリードフレーム３１５等は、大電流回路用配線であり、純銅もしくは銅合金等の熱伝導性が高くて電気抵抗の低い材料からなり、厚さは０.５mm以上がよい。リードフレーム３１５等はヒートシンクの機能も兼ねるため、発熱素子搭載部は発熱素子向きに凸形状とし、凸部５外形サイズは発熱素子外形サイズ以上がよい。これにより、熱伝導経路が確保でき、放熱性向上が期待できる。ただし、リードフレーム凸部３８１Ａはパワー半導体素子１のゲート電極６を避ける必要がある。また、上下のリードフレーム３１５等を一括接続する場合等は、素子上側のリードフレーム凸部３８１Ｂ外形サイズは素子サイズ以下の方がよい。これは、素子上側のリードフレーム凸部３８１Ｂの外形サイズが素子サイズ以上であると、素子上側のはんだが素子より外側に濡れ広がる際に流れ落ち、素子下側のはんだもしくはリードフレーム３１５等と短絡する可能性があるためである。
次に、制御基板と接続するための信号電極を搭載する。パワー半導体素子のゲート電極と信号端子３２５Ｕ間をワイヤボンディング３２７，リボンボンディング等により接続する。ワイヤ，リボンにはアルミニウムを用いるとよい。また、はんだ等の金属接合部１６０を用いて信号端子３２５Ｕをゲート電極に接続してもよい。信号端子３２５Ｕは、純銅もしくは銅合金を用いるとよい。本実施例では、信号端子３２５Ｕと大電流回路用リードフレーム３１５等を別体成形としたが、工程簡略化のため、一体成形してもよい。
信号電極を接続したリードフレーム組みは、信頼性向上，リードフレーム保持のため樹脂封止する。封止樹脂３４８はエポキシ樹脂を用い、トランスファーモールドにより成形する。その際、発熱素子両面に搭載されたリードフレームの外側面３２３はモジュールハウジング３０４への放熱面となるため封止樹脂３４８より露出させる。
リードフレーム３１５等を封止樹脂３４８より露出させる面積は凸部面積より大きくする方がよい。これにより、熱伝導経路が確保でき、放熱性向上が期待できる。また、図３に示すようにモールド外周側面の隣り合う２辺に突起３７３Ａ及び３７３Ｂを設ける。これにより、樹脂封止したモジュール封止体３０２をハウジングベース３７１に搭載する際の位置決めが容易となる。なお、突起３７３Ａ及び３７３Ｂは、封止樹脂３４８と一体に形成されていてもよく、別部材により構成されていても良い。
モジュール封止体３０２をハウジングベース３７１に搭載する際に、矢印方向にスライドさせ、突起３７３Ａ及び３７３Ｂとハウジングベース内面３７４を合わせることにより、モジュール封止体３０２とハウジングベース３７１の位置決めを行う。これにより、モジュール封止体３０２の信号端子３２５Ｕ等の外部リードを制御基板等の所定位置に容易に搭載できる。
続いて、モジュール封止体３０２の発熱をモジュールハウジング３０４に放熱させるため、モジュール封止体３０２を放熱材３３３を介してモジュールハウジング３０４に搭載する。放熱材３３３は、導体間に配置されるため電気絶縁性を有する必要がある。
本実施例の放熱材３３３は、軟質シートで硬さが１〜６０（Asker C）、熱伝導率が０.５〜１０.０（Ｗ／ｍＫ）、シート厚みが２mm以下である高熱伝導性の絶縁樹脂材料とした。軟質シートを用いることで、ハウジングカバー３７０搭載時に軟質シートを圧縮でき、構成品高さバラツキを吸収できる。構成品高さバラツキを吸収するための放熱シート厚みｔは、図４に示すように、ハウジングベース３７１高さをｈ1、ハウジングカバー３７０高さをｈ2、モジュール封止体３０２高さをｈ3、とし、各構成品の高さバラツキを考慮したときに、ｔ＞（ｈ1max.−ｈ2min.−ｈ3min.）／２の関係式を満足する放熱シート厚みｔとすればよい。さらに、圧縮する効果としては、熱抵抗が小さくなることで、放熱性向上が期待できる。また、シート状であることから、モジュール封止体３０２製作時のハンドリングが容易なため、生産効率が向上する。本実施例は構成部品の高さバラツキが大きい場合に有効な手段であり、上下の放熱シートが均等に圧縮されるため、上下の放熱性バランスが保たれる。放熱シート圧縮率は１０〜６０％が好ましい。圧縮率が小さ過ぎると、熱劣化等により放熱シートが被着体から剥れ、放熱性が低下してしまう。一方、圧縮率が大き過ぎると、ハウジングカバー３７０搭載時の押し付け荷重が大きくなり、放熱シート，モジュール封止体３０２の内部部品が損傷する恐れがある。本実施例ではシート材にシリコーン樹脂を用いたが、樹脂よりも熱伝導性に優れる酸化アルミニウム，窒化ケイ素，窒化アルミニウム等のセラミックシートの両面に放熱グリースを塗布したシートを用いてもよい。放熱シートの密着信頼性の向上および製作時のハンドリング性の向上のために、予め、放熱シート表面に接着層を設けてもよい。本実施例ではシートを用いたが、シート以外にも、グリース，コンパウンド等の使用も可能である。
なお、他の実施形態として、構成部品の高さバラツキが小さい場合は、上下の放熱シートのどちらか一方のシート厚みを小さくするとよい。これにより、上下放熱シートの硬さは変わらないものの、薄いシートの方が見かけ上硬くなり、もう一方の厚いシートが優先的に圧縮される。その際、発熱素子両面の熱抵抗を等価にする場合は、薄いシートの熱伝導率を小さくすることが可能となり、安価な放熱シートにて放熱性を満足することが期待できる。
次に、前述のように製作したモジュール封止体３０２をハウジングベース３７１に搭載し、ハウジングベース３７１の開口部をハウジングカバー３７０にて閉口する。ハウジングカバー３７０搭載時は、ハウジングベース３７１の受け部３７２まで押し付け固定する。受け部３７２があることにより、モジュール封止体３０２への過大な負荷を抑制することが可能である。ハウジングベース３７１、およびハウジングカバー３７０の外面にはフィン３０５が配置され、非常に効率良く外部へ放熱させることが可能となる。ハウジングベース３７１、およびハウジングカバー３７０は、他の金属材料に比べ高い熱伝導性を有した金属材料であることが好ましく、量産性，軽量化，放熱性の向上の点から、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金材料であり、例えば、冷間鍛造，ダイキャストにより製造する。また、切削加工による製造であっても良い。
表１は、ハウジングベース３７１とハウジングカバー３７０間の固定方法及びシール方法を示す。この表１の固定方法とは、ハウジングカバー３７０をハウジングベース３７１に機械的に固定するための方法を示す。一方、表１のシール方法とは、ハウジングベース３７１の内部を気密するための方法を示す。
Figure 0005581131
表１にてＡで示された溶接によって、図１１に示されるように、接合ツール３７５が、ハウジングベース３７１とハウジングカバー３７０を跨る位置に配置されて、接合部３７６が形成される。溶接によってハウジングベース３７１とハウジングカバー３７０を接合した場合には、双方を固定するとともに、ハウジングベース３７１のシールを兼ねることができる。
同様に、表１にてＢで示された摩擦攪拌接合によって、図１１に示されるように、接合ツール３７５が、ハウジングベース３７１とハウジングカバー３７０を跨る位置に配置されて、接合部３７６が形成される。摩擦攪拌接合によってハウジングベース３７１とハウジングカバー３７０を接合した場合には、双方を固定するとともに、ハウジングベース３７１のシールを兼ねることができる。
表１にてＣ及び図１３で示されたバネ性クリップ３８０によりハウジングベース３７１とハウジングカバー３７０を固定させた場合には、図１３に示されるように、液状ガスケット３７９によりハウジングベース３７１をシールすることが好ましい。
表１にてＤで示されたかしめ３７７によりハウジングベース３７１とハウジングカバー３７０を固定させた場合には、図１２に示されるように、Ｏリング３７８によりハウジングベース３７１をシールすることが好ましい。
モジュールハウジング３０４にて封止したモジュール封止体３０２は、信号端子３２５Ｕを制御基板と接続し、大電流用リードフレーム３１５等を電力供給バスバーと接続する。
図１０は、コンデンサモジュール５００の内部構造を説明するための分解斜視図である。積層導体板５０１は、板状の幅広導体で形成された負極導体板５０５及び正極導体板５０７、さらに負極導体板５０５と正極導体板５０７に挟まれた絶縁シート５１７により構成されている。積層導体板５０１は以下に説明の如く、各相の上下アームの直列回路１５０を流れる電流に対して磁束を互いに相殺しあうので、上下アームの直列回路１５０を流れる電流に関して低インダクタンス化が図られる。積層導体板５０１は、略長方形形状を成す。バッテリ負極側端子５０８及びバッテリ正極側端子５０９は、積層導体板５０１の短手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成され、それぞれ正極導体板５０７と負極導体板５０５に接続されている。バッテリ正極側端子５０９及びバッテリ負極側端子５０８には、図２で説明した如く、直流コネクタ１３８を介して直流電力が供給される。
コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは、積層導体板５０１の長手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で、各パワー半導体モジュール３００の正極端子１５７（３１５Ｂ）及び負極端子１５８（３１９Ｂ）に対応して形成される。また、コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆは、積層導体板５０１の長手方向の他方の辺から立ち上げられた状態で、各パワー半導体モジュール３０１の正極端子１５７（３１５Ｂ）及び負極端子１５８（３１９Ｂ）に対応して形成される。なお、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆは、積層導体板５０１の主面を横切る方向に立ち上げられている。コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは、パワーモジュール３００ａ〜３００ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆは、パワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ａを構成する負極側コンデンサ端子５０４ａと正極側コンデンサ端子５０６ａとの間には、絶縁シート５１７の一部が設けられ、絶縁が確保されている。他のコンデンサ端子５０３ｂ〜５０３ｆも同様である。なお、本実施形態では、負極導体板５０５，正極導体板５０７，バッテリ負極側端子５０８，バッテリ正極側端子５０９，コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆは、一体に成形された金属製板で構成され、上下アームの直列回路１５０を流れる電流に対してインダクタンス低減の効果を有する。
コンデンサセル５１４は、積層導体板５０１の下方であるコンデンサモジュール５００の内部側に、複数個設けられる。本実施の形態では、８つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の一方の辺に沿って一列に並べられ、かつさらに別の８つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の他方の辺に沿って一列に並べられ、合計１６個のコンデンサセルが設けられる。積層導体板５０１の長手方向のそれぞれの辺に沿って並べられたコンデンサセル５１４は、図１０に示される点線ＡＡを境にて対称に並べられる。これにより、コンデンサセル５１４によって平滑化された直流電流をパワーモジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃに供給する場合に、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃとコンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆとの間の電流バランスが均一化され、積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができる。また、電流が積層導体板５０１にて局所的に流れることを防止できるので、熱バランスが均一化されて耐熱性も向上させることができる。
コンデンサセル５１４が冷媒流路に沿った方向に多数配置されているので、冷媒流路に沿って配置されるパワーモジュール３００やパワー半導体モジュール３０１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の上下アームの直列回路１５０に対して均一化し易い傾向となる。また各コンデンサセル５１４を冷媒により均一に冷却できる効果がある。またコンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃとコンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆとの間の電流バランスが均一化されて積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができ、かつ熱バランスが均一化されて耐熱性も向上させることができる。
コンデンサセル５１４は、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であり、片面にアルミなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回して、２枚の金属の各々を正極，負極としたフィルムコンデンサを用いる。コンデンサセル５１４の電極は、巻回した軸面がそれぞれ、正極，負極電極となり、スズなどの導電体を吹き付けて製造される。
コンデンサケース５０２は、コンデンサセル５１４を収納するための収納部５１１を備え、上記収納部５１１は、図に記載の上面及び下面が略長方形状を成す。コンデンサケース５０２には、コンデンサモジュール５００を流路形成体１２に固定するための固定手段例えば螺子を貫通させるための孔５２０ａ〜５２０ｈが設けられる。パワー半導体モジュールとの間に、孔５２０ｂ，孔５２０ｃ，孔５２０ｆ，孔５２０ｇが設けられることで、パワー半導体モジュールと流路１９との気密性を向上させている。収納部５１１の底面部５１３は、円筒形のコンデンサセル５１４の表面形状に合わせるように、なめらかな凹凸形状若しくは波形形状を成している。これにより、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４が接続されたモジュールをコンデンサケース５０２に位置決めさることが容易になる。また、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４がコンデンサケース５０２に収納された後に、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆとバッテリ負極側端子５０８及びバッテリ正極側端子５０９を除いて、積層導体板５０１が覆われるようにコンデンサケース５０２内に充填材（不図示）が充填される。底面部５１３がコンデンサセル５１４の形状に合わせて波形形状となっていることにより、充填材がコンデンサケース５０２内に充填される際に、コンデンサセル５１４が所定位置からずれることを防止できる。
また、コンデンサセル５１４は、スイッチング時のリップル電流により、内部のフィルム上に蒸着された金属薄膜，内部導体の電気抵抗により発熱する。そこで、コンデンサセル５１４の熱を、コンデンサケース５０２を介して逃がし易くするために、コンデンサセル５１４を充填材でモールドする。さらに樹脂製の充填材を用いることにより、コンデンサセル５１４の耐湿も向上させることができる。本実施形態では、コンデンサモジュール５００の収納部５１１の長手方向に沿って冷媒流路が設けられており、冷却効率が向上する。さらに、本実施形態では、コンデンサモジュール５００は、収納部５１１の長手方向の辺を形成する側壁が流路１９に挟まれように配置されているので、コンデンサモジュール５００を効率良く冷やすことができる。また、コンデンサセル５１４は、当該コンデンサセル５１４の電極面の一方が収納部５１１の長手方向の辺を形成する内壁と対向するように配置されている。これにより、フィルムの巻回軸の方向に熱が伝達し易いので、熱がコンデンサセル５１４の電極面を介してコンデンサケース５０２に逃げやすくなっている。
以上、本発明に係る制御装置の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
１０ ハウジング
１１ 金属ベース板
１２ 流路形成体
１３ 入口配管
１４ 出口配管
１９ 流路
２０ 制御回路基板
１３６ バッテリ
１４０，１４２ インバータ回路
１５０ 直列回路
１７４ ドライバ回路
１８０ 電流センサ
２００ 電力変換装置
３００ａ〜３００ｃ パワーモジュール
３０４ モジュールハウジング
３２３ リードフレームの外側面
３２７ ワイヤボンディング
３３３ 放熱材
３４８ 封止樹脂
３５０ 補機用パワーモジュール
３７０ ハウジングカバー
３７１ ハウジングベース
３７２ 受け部
３７３Ａ 突起
３７４ ハウジングベース内面
３７５ 接合ツール
３７６ 接合部
３７７ かしめ，ツール
３７８ Ｏリング
３７９ 液状ガスケット
３８０ バネ性クリップ
４０７ 冷却部
５００ コンデンサモジュール
５０４ 負極側のコンデンサ端子
５０６ 正極側のコンデンサ端子
５０８ バッテリ負極側端子
５０９ バッテリ正極側端子
５１４ コンデンサセル
８００ バスバーアッセンブリ

Claims (7)

  1. 複数のパワー半導体素子を搭載したモジュール封止体と、放熱材と、ハウジングケースから構成されるパワーモジュールにおいて、前記モジュール封止体はパワー半導体素子と、リードフレームと、封止樹脂から構成され、前記パワー半導体素子の両面に前記リードフレームが接続され、上側および下側リードフレームの外面の一部が前記封止樹脂より露出し、前記ハウジングケースはハウジングベースとハウジングカバーから構成され、前記ハウジングベース，前記放熱材，前記パワーモジュール，前記放熱材，前記ハウジングカバーの順に積層され、前記ハウジングベースの外形サイズをＳ1，前記ハウジングカバーの外形サイズをＳ2，前記パワーモジュールのリードフレーム露出部サイズをＳ3としたとき、Ｓ1＞Ｓ2＞Ｓ3の関係が成立し、前記ハウジングカバーを前記ハウジングベースの受け部まで押しつけ固定することを特徴とするパワーモジュール。
  2. 請求項１記載のパワーモジュールにおいて、前記放熱部材は前記封止樹脂よりも軟質であることを特徴とするパワーモジュール。
  3. 半導体素子と、前記半導体素子の一方の電極面と金属接合材を介して接続される第１リードフレームと、前記半導体素子の他方の電極面と金属接合材を介して接続される第２リードフレームと、前記半導体素子と前記第１リードフレームと前記第２リードフレームを封止するための封止材と、を有する封止体と、
    前記封止体を収納し、かつ開口部を形成するケースと、
    前記ケースの開口部の開口面積より大きく形成されたカバーと、
    前記封止体と前記ケースの内壁との間に配置される第１絶縁部材と、
    前記封止体と前記カバーとの間に配置される第２絶縁部材と、を備え、
    前記第１リードフレームは前記封止材から露出され、かつ当該第１リードフレームの露出面が前記第１絶縁部材と接触され、
    前記第２リードフレームは前記封止材から露出され、かつ当該第２リードフレームの露出面が前記第２絶縁部材と接触され、
    前記ケースは、当該ケースの開口部の周囲に形成されたカバー受け部を形成し、
    前記カバーは、前記第２絶縁部材との対向部分が前記封止体側に向かって突出する突出部を形成し、かつ当該カバーは前記カバー受け部に固定され、
    前記第１絶縁部材または前記第２絶縁部材の少なくとも一方が、所定以上の押圧力に応じてその厚さが変化するように構成され、かつ当該第１絶縁部材または当該第２絶縁部材の少なくとも一方が前記カバーの突出部から押圧力によりその厚さを変化させた状態で前記封止体に押し付けられるパワーモジュール。
  4. 請求項３に記載のパワーモジュールであって、
    前記ケースの内壁から前記カバー受け部の前記カバーとの対向面までの高さをｈ1と定義し、前記突出部の高さをｈ2と定義し、前記第１リードフレームの露出面から前記第２リードフレームの露出面までの高さをｈ3と定義し、前記第１絶縁部材の厚さと前記第２絶縁部材の厚さの和をＴと定義したとき、Ｔ＞ｈ1−ｈ2−ｈ3の関係が成り立つパワーモジュール。
  5. 請求項３または４に記載のいずれかのパワーモジュールであって、
    前記第１絶縁部材または前記第２絶縁部材の少なくとも一方の圧縮率は１０％以上〜６０％以下であるパワーモジュール。
  6. 請求項３ないし５に記載のいずれかのパワーモジュールであって、
    前記第２リードフレームは、前記半導体素子の他方の電極面との対向部分に凸部を形成し、かつ前記半導体素子は当該凸部に配置され、
    前記第２リードフレームの露出面は、前記凸部の面積よりも大きく形成されるパワーモジュール。
  7. 請求項３ないし６に記載のいずれかのパワーモジュールであって、
    前記封止体は、前記第１リードフレームの露出面の垂直方向から投影した投影部が略四角形状を成し、かつ当該略四角形状の隣り合う２辺からそれぞれ突出した突起を形成し、
    前記ケースは、前記突起と嵌合するための凹部を当該ケース内壁に形成するパワーモジュール。
JP2010148465A 2010-06-30 2010-06-30 パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置 Active JP5581131B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010148465A JP5581131B2 (ja) 2010-06-30 2010-06-30 パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置
US13/807,277 US9277682B2 (en) 2010-06-30 2011-06-29 Power module and power conversion device using power module
EP11800916.6A EP2590213B1 (en) 2010-06-30 2011-06-29 Power module and power converter using same
CN201180031877.1A CN102986026B (zh) 2010-06-30 2011-06-29 功率模块和使用它的电力变换装置
PCT/JP2011/064950 WO2012002454A1 (ja) 2010-06-30 2011-06-29 パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010148465A JP5581131B2 (ja) 2010-06-30 2010-06-30 パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012015224A JP2012015224A (ja) 2012-01-19
JP5581131B2 true JP5581131B2 (ja) 2014-08-27

Family

ID=45402158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010148465A Active JP5581131B2 (ja) 2010-06-30 2010-06-30 パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9277682B2 (ja)
EP (1) EP2590213B1 (ja)
JP (1) JP5581131B2 (ja)
CN (1) CN102986026B (ja)
WO (1) WO2012002454A1 (ja)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103582976A (zh) * 2011-05-31 2014-02-12 伊顿公司 插入式复合配电组件和包括该组件的系统
JP5502805B2 (ja) 2011-06-08 2014-05-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュールおよびそれを用いた電力変換装置
JP5338932B2 (ja) * 2011-07-26 2013-11-13 株式会社デンソー 電力変換装置
JP5567530B2 (ja) 2011-08-19 2014-08-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 摩擦攪拌接合構造およびパワー半導体装置
JP5995417B2 (ja) * 2011-08-31 2016-09-21 日立オートモティブシステムズ株式会社 半導体モジュールおよびその製造方法
CN103023279B (zh) * 2011-09-27 2015-05-13 株式会社京浜 半导体控制装置
US9048721B2 (en) * 2011-09-27 2015-06-02 Keihin Corporation Semiconductor device
US8760872B2 (en) * 2011-09-28 2014-06-24 Texas Instruments Incorporated DC-DC converter vertically integrated with load inductor structured as heat sink
JP5505451B2 (ja) * 2012-04-13 2014-05-28 株式会社デンソー 電力変換装置
CN104412383B (zh) * 2012-06-29 2017-09-26 株式会社电装 半导体装置以及半导体装置的连接构造
US9088203B2 (en) * 2012-07-26 2015-07-21 General Electric Company Current balance for a multi-phase electric power converter and method for operating the same
JP5941787B2 (ja) * 2012-08-09 2016-06-29 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュールおよびパワーモジュールの製造方法
KR101381051B1 (ko) 2013-05-02 2014-04-07 남부대학교산학협력단 방열기능형 태양광 접속반
JP6214973B2 (ja) * 2013-09-02 2017-10-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 ヒートシンク及びヒートシンクの製造方法
EP2908336A1 (en) * 2014-02-17 2015-08-19 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. A package of power dies
US9357670B2 (en) * 2014-02-18 2016-05-31 Lockheed Martin Corporation Efficient heat transfer from conduction-cooled circuit cards
JP6192585B2 (ja) * 2014-04-25 2017-09-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置
US9680385B2 (en) * 2014-11-04 2017-06-13 Ge Aviation Systems Llc Power converter
JP6344215B2 (ja) 2014-11-21 2018-06-20 株式会社デンソー 半導体装置及びパワーモジュール
CN107112316B (zh) 2014-12-26 2020-04-21 三菱电机株式会社 半导体模块
US10177675B2 (en) * 2015-03-31 2019-01-08 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Electric power conversion device
US9454189B1 (en) * 2015-04-16 2016-09-27 Quanta Computer Inc. Systems and methods for distributing power in a server system
US10217683B2 (en) * 2015-05-13 2019-02-26 Mitsubishi Electric Corporation Mounted semiconductor module with a mold resin portion
WO2017033295A1 (ja) * 2015-08-26 2017-03-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 構造体
KR101734712B1 (ko) * 2015-12-09 2017-05-11 현대자동차주식회사 파워모듈
JP6480856B2 (ja) * 2015-12-14 2019-03-13 株式会社東芝 半導体モジュール
DE102016215982A1 (de) * 2016-08-25 2018-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Leistungsmodul, Verfahren zur Herstellung und Leistungselektronikschaltung
US10411486B2 (en) 2016-09-09 2019-09-10 Delta Electronics (Thailand) Public Company Limited Power conversion device
DE102016120778B4 (de) 2016-10-31 2024-01-25 Infineon Technologies Ag Baugruppe mit vertikal beabstandeten, teilweise verkapselten Kontaktstrukturen
WO2019098298A1 (ja) * 2017-11-15 2019-05-23 株式会社Flosfia 半導体装置
WO2019098297A1 (ja) * 2017-11-15 2019-05-23 株式会社Flosfia 半導体装置
JP7045180B2 (ja) * 2017-12-18 2022-03-31 株式会社日立製作所 パワー半導体装置、モジュール及び製造方法
JP2019186403A (ja) * 2018-04-11 2019-10-24 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
CN112997297B (zh) * 2018-11-21 2024-04-02 三菱电机株式会社 半导体装置、电力变换装置以及半导体装置的制造方法
JP7003964B2 (ja) * 2019-04-05 2022-01-21 株式会社デンソー 電力変換装置
JP2023007133A (ja) * 2021-07-01 2023-01-18 日立Astemo株式会社 パワー半導体装置
US20230403817A1 (en) * 2022-05-17 2023-12-14 Hamilton Sundstrand Corporation Fluid-cooled electrical component

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3909678A (en) * 1974-04-19 1975-09-30 Ibm Packaging structure for a plurality of wafer type integrated circuit elements
JP2991010B2 (ja) * 1993-09-29 1999-12-20 富士電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JPH08130291A (ja) * 1994-10-31 1996-05-21 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
EP2234154B1 (en) * 2000-04-19 2016-03-30 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
JP2004023083A (ja) * 2002-06-20 2004-01-22 Toshiba Corp 圧接型半導体装置
US7245493B2 (en) * 2003-08-06 2007-07-17 Denso Corporation Cooler for cooling electric part
JP4039339B2 (ja) 2003-08-07 2008-01-30 トヨタ自動車株式会社 浸漬式両面放熱パワーモジュール
JP2007251076A (ja) * 2006-03-20 2007-09-27 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール
JP4711897B2 (ja) * 2006-06-15 2011-06-29 Ｊｆｅフェライト株式会社 ＭｎＣｏＺｎフェライトおよびトランス用磁心
JP2007335663A (ja) * 2006-06-15 2007-12-27 Toyota Motor Corp 半導体モジュール
JP5365627B2 (ja) * 2008-04-09 2013-12-11 富士電機株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP5557441B2 (ja) * 2008-10-31 2014-07-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置および電動車両
WO2011083578A1 (ja) * 2010-01-08 2011-07-14 トヨタ自動車株式会社 半導体モジュール
JP5618595B2 (ja) * 2010-04-01 2014-11-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール、およびパワーモジュールを備えた電力変換装置
JP5422466B2 (ja) * 2010-04-01 2014-02-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP5557585B2 (ja) * 2010-04-26 2014-07-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール
JP5380376B2 (ja) * 2010-06-21 2014-01-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体装置
JP5437943B2 (ja) * 2010-07-26 2014-03-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体ユニット、パワーモジュールおよびそれらの製造方法
JP5542646B2 (ja) * 2010-12-24 2014-07-09 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュールの製造方法、パワーモジュールの設計方法
JP5506741B2 (ja) * 2011-06-02 2014-05-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP5502805B2 (ja) * 2011-06-08 2014-05-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュールおよびそれを用いた電力変換装置
JP5520889B2 (ja) * 2011-06-24 2014-06-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置
JP5651552B2 (ja) * 2011-07-22 2015-01-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP5506749B2 (ja) * 2011-07-25 2014-05-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP5542765B2 (ja) * 2011-09-26 2014-07-09 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール
JP5663462B2 (ja) * 2011-12-15 2015-02-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体モジュールおよびパワーモジュール
JP5634429B2 (ja) * 2012-03-30 2014-12-03 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012002454A1 (ja) 2012-01-05
EP2590213B1 (en) 2019-11-13
JP2012015224A (ja) 2012-01-19
US9277682B2 (en) 2016-03-01
CN102986026A (zh) 2013-03-20
EP2590213A1 (en) 2013-05-08
CN102986026B (zh) 2015-12-02
EP2590213A4 (en) 2014-06-11
US20130265724A1 (en) 2013-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5581131B2 (ja) パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置
JP5634429B2 (ja) パワー半導体モジュール
JP5591396B2 (ja) 半導体モジュール、および半導体モジュールの製造方法
JP5422466B2 (ja) 電力変換装置
US9000582B2 (en) Power semiconductor module and power conversion device
US9999150B2 (en) Electric power converter
JP5557585B2 (ja) パワーモジュール
JP5422468B2 (ja) 電力変換装置
JP5506749B2 (ja) 電力変換装置
JP6072492B2 (ja) コンデンサモジュール及び電力変換装置
JP5486990B2 (ja) パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置
US20160095264A1 (en) Power Module and Power Conversion Apparatus Using Same
WO2014041892A1 (ja) 電力変換装置
WO2012165341A1 (ja) 電力変換装置
JP6039356B2 (ja) 電力変換装置
JP5378293B2 (ja) パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置
JP5978324B2 (ja) 電力変換装置
JP5687786B2 (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120801

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120801

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131224

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140114

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140617

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140714

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5581131

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350