JP5872223B2 - 半導体制御装置 - Google Patents
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Description
装着されるが、かかる回路基板のうちには、発熱源や大電流経路から遠ざけることがより好ましいものがある。ここで、特許文献1は、複数のパワーモジュールをヒートシンク上に千鳥状に配置する構成を開示するものではあるが、かかる回路基板を発熱源や大電流経路から遠ざける具体的構成については、何等の教示をしていない。
された同一の構成を有する半導体制御装置である。
まず、本実施形態における半導体制御装置である電力制御装置が適用される制御システムの構成について、詳細に説明する。
である。また、電力制御装置1を燃料電池自動車に適用した場合には、電力制御装置1は、燃料電池から電動モータへの駆動電力の供給を制御自在であると共に、回生機構からバッテリへの回生電力の供給を制御自在である。また、電力制御装置1を電気自動車、ハイブリッド自動車及び燃料電池自動車のいずれに適用した場合においても、電力制御装置1は、必要に応じて、制動時等における電動モータからバッテリへの回生電力の供給を制御することも可能である。
次に、本実施形態における半導体制御装置である電力制御装置1の全体構成につき、主としてバッテリからの直流電流を三相交流電流に変換して電動モータに供給する場合を例に挙げて、詳細に説明する。
と第2の接続導体82(P)との間に互いに電気的に並列に接続されると共に、第1の半導体素子23(U)〜25(W)及び第2の半導体素子33(U)〜35(W)に対して電気的に並列に接続されて、電動モータに電力を供給する場合には、バッテリからの直流電流を平滑化する平滑コンデンサとして機能する。なお、バッテリを充電する場合には、第1のコンデンサ91及び第2のコンデンサ92は、第1の半導体素子23(U)〜25(W)及び第2の半導体素子33(U)〜35(W)からの直流電流を平滑化する平滑コンデンサとして機能する。また、必要に応じて、第1のコンデンサ91及び第2のコンデンサ92を統合して、単一のコンデンサを採用してもよいし、よりコンデンサの数を増やして、3個以上のコンデンサを採用してもよい。
図1から図4に示すように、第1の半導体モジュール2は、第1の冷却部材21、並びに第1の半導体素子23(U)、24(V)及び25(W)を備えると共に、更に、フレーム41、押さえ部材42及び回路基板51を備える。
用される。第1の電源入力端子231のインナー側は、封止体内において半導体チップの入力端子に電気的に接続され、第1の電源入力端子231のアウター側は、第1の接続導体81(N)に電気的に接続される。第1の出力端子232のインナー側は、封止体内において半導体チップの出力端子に電気的に接続され、第1の出力端子232のアウター側は、第3の接続導体83(U)に電気的に接続される。
〜25(W)を第1の冷却部材21の一方の表面21A上に載置された絶縁シート22に当接した状態で、押さえ部材42や回路基板51用の符号を省略したねじ等の締結部材を共用して、第1の冷却部材21の一方の表面21A上に固定される。絶縁シート22は、第1の冷却部材21と第1の半導体素子23(U)〜25(W)との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、第1の半導体素子23(U)〜25(W)の動作によって発生する熱を効率良く第1の冷却部材21に伝達自在な伝熱性を有する。絶縁シート22には、典型的にはシリコーンゴム系シートが使用される。
的に接続される。また、第2の半導体素子34(V)は、第2の半導体素子33(U)と同一の構成を有するものであるが、V相の高電位側交流電流を生成するハイサイド側スイッチング機能を有し、第2の半導体素子33(U)と同様に第2の電源入力端子341及び第2の出力端子342等を備え、これらは、第2の接続導体82(P)及び第3の接続導体84(V)等に対応して電気的に接続される。また、第2の半導体素子35(W)は、第2の半導体素子33(U)と同一の構成を有するものであるが、三相交流電流のうちのW相の高電位側交流電流を生成するハイサイド側スイッチング機能を有し、第1の半導体素子23(U)と同様に第2の電源入力端子351及び第2の出力端子352等を備え、これらは、第2の接続導体82(P)及び第3の接続導体85(W)等に対応して電気的に接続される。
図1から図4に示すように、ケース7は、典型的にはPPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂等の樹脂製の一体成形品である。つまり、ケース7の側壁71は、上下方向に延在する典型的には矩形状の筒状部材として一体成形されて得られ、その内部に内部空間Sを画成すると共に、側壁71の上下方向の両端で互いに対向しながら内部空間Sを外部に開放する第2の開口7H2及び第1の開口7H1をかかる両端に画成する。
、側壁71の上下両端と第1の冷却部材21及び第2の冷却部材31との間に対応して、溝部と突起との組み合わせといった凹凸形状等の嵌合構造を設けてもよい。
図1、図3及び図4に示すように、第1の接続導体81(N)は、相対的に大電流が流れる電流経路であり、ケース7の内部空間S内の間隙部を有効に利用し、この間隙部をx軸方向に延在すると共に、ケース7の側壁71から貫通孔711を介し延出してその突出端が第1の電源入力端子72として使用される。第1の電源入力端子72には、バッテリのマイナス端子からの電気配線の接続端子を締結する雌ねじを有した締結孔815が配設
される。
は、第3の接続導体85(W)と同様に、ケース7の内部空間S内の間隙部を有効に利用し、この間隙部をy軸方向に延在すると共に、ケース7の側壁71から延出してその突出端が出力端子74として使用される。第3の接続導体83(U)及び84(V)の出力端子74には、電動モータのU相及びV相の駆動電流入力端子を対応して締結する雌ねじを有した締結孔832及び842が対応して配設される。ここで、第2の半導体素子33(U)の第2の出力端子332は、締結部材835及び雌ねじを有する締結孔831を用いて第3の接続導体83(U)の起立ブロック部の上端面に機械的に締結されて電気的に接続されると共に、第1の半導体素子23(U)の第1の出力端子232は、各々同じ符号で図示する締結部材835及び雌ねじを有する締結孔831を用いて第3の接続導体83(U)の起立ブロック部の下端面に機械的に締結されて電気的に接続される。また、第2の半導体素子34(V)の第2の出力端子342は、締結部材845及び雌ねじを有する締結孔841を用いて第3の接続導体84(V)の起立ブロック部の上端面に機械的に締結されて電気的に接続されると共に、第1の半導体素子24(V)の第1の出力端子242は、各々同じ符号で図示する締結部材845及び雌ねじを有する締結孔841を用いて第3の接続導体84(V)の起立ブロック部の下端面に機械的に締結されて電気的に接続される。また、電動モータのU相の駆動電流入力端子は、第3の接続導体83(U)の出力端子74に配設された締結孔832を介して、機械的に締結されて支持されながら電気的に接続され、電動モータのV相の駆動電流入力端子は、第3の接続導体84(V)の出力端子74に配設された締結孔842を介して、機械的に締結されて支持されながら電気的に接続される。
以上の構成を有する電力制御装置1の組み立て方法につき、以下詳細に説明する。
2を取り付けると共に駆動IC511等が実装された回路基板51を取り付け、かかる状態のフレーム41を、絶縁シート22を介して、第1の冷却部材21の一方の表面21Aに対して締結して取り付けることにより、第1の半導体モジュール2を組み上げる。
の半導体モジュール3とを位置決めしながら、回路基板55をケース7の固定部に取り付ける。
2、3…半導体モジュール
21、31…冷却部材
211、311…貫通孔
215、315…放熱フィン
21A、21B、31A、31B…表面
22、32…絶縁シート
23、24、25、33、34、35…半導体素子
231、241、251、331、341、351…電源入力端子
232、242、252、332、342、352…出力端子
41、43…フレーム
411、431…枠体
412、413、432、433…位置決めピン
42、44…押さえ部材
51、52、55…回路基板
511、521…駆動IC
512、522、555…位置決め孔
551…制御IC
552…電流センサ
553…張り出し部
554…貫通孔
7…ケース
71…側壁
711、712、713…貫通孔
7H1、7H2…開口
72、73…電源入力端子
74…出力端子
75…制御用コネクタ
81、82、83、84、85…接続導体
811、812、821、822、835、845、855…締結部材
813、814、815、823、824、825、831、832、841、842、851、852…締結孔
91、92…コンデンサ
911、912、921、922…接続端子
Claims (5)
- 冷却部材及び半導体素子を各々有する複数の半導体モジュールと、前記複数の半導体モジュールを制御する制御素子を実装した回路基板と、前記複数の半導体モジュールに対する平滑コンデンサと、前記複数の半導体モジュール、前記回路基板及び前記平滑コンデンサを装着するケースと、を備えた半導体制御装置であって、
前記ケースは、前記ケース内に内部空間を画成する筒状の側壁を備え、前記側壁の両端には、第1の方向において互いに対向した第1の開口及び第2の開口が画成され、
前記複数の半導体モジュールは、前記第1の開口側で前記側壁に装着された第1の半導体モジュールと、前記第2の開口側で前記側壁に装着された第2の半導体モジュールと、を含み、
前記第1の半導体モジュールの一部、前記第2の半導体モジュールの一部及び前記平滑コンデンサは、前記内部空間内に収容され、
前記回路基板は、前記内部空間内で前記第1の方向において、前記第1の半導体モジュールと前記第2の半導体モジュールとの間に配置され、
前記第1の半導体モジュールの前記一部、前記第2の半導体モジュールの前記一部及び前記回路基板と、前記平滑コンデンサと、は、前記第1の方向に直交する第2の方向において離間して配置されたことを特徴とする半導体制御装置。 - 前記第1の半導体モジュールは、第1の冷却部材の一方の表面に対して第1の半導体素子を装着し、
前記第2の半導体モジュールは、前記第1の冷却部材の前記一方の表面に対向した第2の冷却部材の一方の表面に対して第2の半導体素子を装着し、
前記回路基板は、前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子の各々のスイッチング動作を制御する前記制御素子を実装した制御回路基板であることを特徴とする請求項1に記載の半導体制御装置。 - 更に、前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子に対する入力側接続導体と、前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子に対する出力側接続導体と、を備え、
前記内部空間は、前記内部空間内で前記第1の半導体モジュール、前記第2の半導体モジュール及び前記制御回路基板が占める占有領域以外の間隙部を有し、
前記入力側接続導体及び前記出力側接続導体は、前記間隙部を延在しながら前記側壁を貫通して前記ケース外に延出することを特徴とする請求項2に記載の半導体制御装置。 - 前記第1の半導体モジュールは、前記第1の半導体素子を前記第1の開口を介して前記内部空間内に配置すると共に前記第1の冷却部材の他方の表面を前記ケース外に露出する状態で、前記ケースに装着されて、前記第1の冷却部材により前記第1の開口を塞ぎ、
前記第2の半導体モジュールは、前記第2の半導体素子を前記第2の開口を介して前記内部空間内に配置すると共に前記第2の冷却部材の他方の表面を前記ケース外に露出する状態で、前記ケースに装着されて、前記第2の冷却部材により前記第2の開口を塞ぐことを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体制御装置。 - 前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子は、各々、ハイサイド側のスイッチング機能及びローサイド側のスイッチング機能を各々実現自在な同一の構成を有し、かつ、前記第1の冷却部材及び前記第2の冷却部材は、各々同一種の材料で構成されて同一の形状が付与された同一の構成を有することを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の半導体制御装置。
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