JP6340904B2 - Inverter device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

この発明は、高圧直流電源を備えた各種車両向けのインバータ装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an inverter device for various vehicles provided with a high-voltage DC power supply and a method for manufacturing the same.

近年、ハイブリット自動車や燃料電池自動車などに代表される高圧直流電源を備えた車両が急速に普及しつつある。
こうした高圧直流電源を備えた車両では、主に安全性の観点から、モータ駆動電圧よりも低い電圧の高圧直流電源を用いている。そして、この高圧直流電源の出力電圧を昇圧コンバータ(アップコンバータ)により昇圧し、モータ駆動用のインバータに印加する昇圧コンバータ・インバータ回路方式が主に採用されている。
In recent years, vehicles equipped with a high-voltage DC power source typified by a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle are rapidly spreading.
A vehicle equipped with such a high-voltage DC power supply uses a high-voltage DC power supply having a voltage lower than the motor drive voltage mainly from the viewpoint of safety. A boost converter / inverter circuit system is mainly employed in which the output voltage of the high-voltage DC power source is boosted by a boost converter (up converter) and applied to an inverter for driving a motor.

こうした昇圧コンバータ・インバータ回路では、高圧直流電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータと、この昇圧直流電圧を交流電圧して交流回転電機に印加するインバータとを接続したものから構成されている(例えば、特許文献1参照)。   Such a boost converter / inverter circuit is configured by connecting a boost converter that boosts the voltage of a high-voltage DC power supply and an inverter that applies this boost DC voltage to an AC rotating electrical machine as an AC voltage (for example, a patent) Reference 1).

昇圧コンバータ・インバータ回路では、昇圧コンバータの一対の入力端子間にコンバータ用の平滑コンデンサを接続し、また、インバータの一対の入力端子間にインバータ用の平滑コンデンサを接続している。これら平滑コンデンサは交直変換によって生じる直流波形中の脈流(リップル)を低減するためのコンデンサであって、スイッチングサージ電圧低減のためにコンバータ用の平滑コンデンサは昇圧コンバータのスイッチング素子に近接して、またインバータ用の平滑コンデンサはインバータのスイッチング素子に近接して配置されている。   In a boost converter / inverter circuit, a smoothing capacitor for a converter is connected between a pair of input terminals of the boost converter, and a smoothing capacitor for an inverter is connected between a pair of input terminals of the inverter. These smoothing capacitors are capacitors for reducing pulsating current (ripple) in the DC waveform generated by AC / DC conversion, and the smoothing capacitor for the converter is close to the switching element of the boost converter to reduce the switching surge voltage, Further, the smoothing capacitor for the inverter is arranged in the vicinity of the switching element of the inverter.

そして、昇圧コンバータ・インバータ回路では、インバータ用の平滑コンデンサと並列に放電抵抗素子が接続されている。放電抵抗素子は、モータの運転停止時にインバータの一対の入力端子間を放電させる常用の放電抵抗素子(以下、通常放電抵抗素子と称する)と、車両に何らかの異常、例えば衝突などが生じた場合に、安全確保のためにインバータの一対の入力端子間を短時間で放電させる非常用の放電抵抗素子(以下、短時間放電抵抗素子と称する)とが並列に接続されている。   In the boost converter / inverter circuit, a discharge resistance element is connected in parallel with the smoothing capacitor for the inverter. The discharge resistance element is a normal discharge resistance element that discharges between a pair of input terminals of the inverter when the motor is stopped (hereinafter referred to as a normal discharge resistance element), and when an abnormality such as a collision occurs in the vehicle. In order to ensure safety, an emergency discharge resistance element (hereinafter referred to as a short-time discharge resistance element) that discharges between a pair of input terminals of the inverter in a short time is connected in parallel.

短時間放電抵抗素子は、高圧直流電源と昇圧コンバータとの間の電力ケーブルが断線するなどして、高圧直流電源から昇圧コンバータ・インバータ回路への給電が途絶えた場合に、コンバータ用の平滑コンデンサ及びインバータ用の平滑コンデンサを短時間(たとえば数分以内)に放電させ、電気的安全性を向上させる。即ち、短時間放電抵抗素子はインバータ用の平滑コンデンサを直接放電するとともに、コンバータ用の平滑コンデンサを昇圧コンバータ内蔵のダイオードを通じて放電する。
こうした目的のため、短時間放電抵抗素子には、例えば、車両の衝突衝撃を検出するセンサからの信号によって開閉されるスイッチ素子等が直列に接続される場合もある。
The short-time discharge resistor element is a smoothing capacitor for the converter when the power cable from the high-voltage DC power supply to the boost converter / inverter circuit is cut off due to the power cable between the high-voltage DC power supply and the boost converter being disconnected. The smoothing capacitor for the inverter is discharged in a short time (for example, within several minutes) to improve electrical safety. That is, the short-time discharge resistance element directly discharges the smoothing capacitor for the inverter and discharges the smoothing capacitor for the converter through a diode built in the boost converter.
For this purpose, for example, a switch element that is opened and closed by a signal from a sensor that detects a collision impact of a vehicle may be connected in series to the short-time discharge resistance element.

特開2005−253276号公報JP 2005-253276 A

従来、インバータに組み込まれる通常放電抵抗素子や、短時間放電抵抗素子としては、比較的設置スペースの大きいセメント抵抗体が用いられ、放熱のために個々に離間して配置されていた。このため、インバータ装置の設置スペースが大きくなり、省スペース化が困難であった。   Conventionally, a cement resistor having a relatively large installation space has been used as a normal discharge resistance element or a short-time discharge resistance element incorporated in an inverter, and is arranged separately for heat dissipation. For this reason, the installation space for the inverter device is increased, and space saving is difficult.

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、放電抵抗素子を備えたインバータ装置の省スペース化を可能にし、かつ、放電抵抗体の確実な冷却が可能なインバータ装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and enables an inverter device provided with a discharge resistance element to save space, and can reliably cool the discharge resistor, and its An object is to provide a manufacturing method.

上記課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、Alからなる放熱部材と、第一セラミックス部材の一面側に形成した抵抗体を備えた放電抵抗体と、第二セラミックス部材の一面側に回路層を形成した絶縁回路基板と、を有するインバータ装置であって、前記放熱部材の一面側に、前記放電抵抗体および前記絶縁回路基板が、それぞれ、ろう材によって接合されており、前記放電抵抗体として、通常放電抵抗体と短時間放電抵抗体とが前記放熱部材の一面側に配設されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an inverter device according to the present invention includes a heat dissipation member made of Al, a discharge resistor including a resistor formed on one surface side of a first ceramic member, and one surface side of a second ceramic member. An insulating circuit board having a circuit layer formed thereon, wherein the discharge resistor and the insulating circuit board are respectively joined to one surface side of the heat dissipation member by a brazing material, and the discharge resistance The body is characterized in that a normal discharge resistor and a short-time discharge resistor are disposed on one surface side of the heat radiating member .

本発明のインバータ装置によれば、インバータ回路を構成する絶縁回路基板と、放電抵抗素子とを、1つの放熱部材の一面側にろう材を介して直接接合した。これによって、これら絶縁回路基板や放電抵抗体に生じる熱を、1つの放熱部材によって効率的に放熱することが可能になる。個々の絶縁回路基板や放電抵抗体ごとに放熱部材を設ける場合と比較して、簡易な構成にすることができ、低コストなインバータ装置を実現できる。また、インバータ装置を小型、軽量化することが可能になる。
また、放電抵抗素子を放熱部材の一面側にろう材を介して直接接合することで、例えば、短時間放電動作時に急激な温度上昇を伴う放電抵抗素子を確実に冷却し、放電抵抗素子の熱破損を防止することができる。
さらに、放電抵抗体として通常放電抵抗体および短時間放電抵抗体とを備えることによって、例えば、電気自動車の車載用に最適な、インバータ回路と通常放電抵抗体および短時間放電抵抗体とを1つの放熱部材に搭載した省スペースなインバータ装置を実現できる。
According to the inverter device of the present invention, the insulating circuit board constituting the inverter circuit and the discharge resistance element are directly joined to one surface side of one heat radiating member via the brazing material. As a result, it is possible to efficiently dissipate heat generated in these insulating circuit boards and discharge resistors by one heat dissipating member. Compared with the case where a heat dissipating member is provided for each individual insulating circuit board or discharge resistor, a simple configuration can be achieved, and a low-cost inverter device can be realized. In addition, the inverter device can be reduced in size and weight.
In addition, by directly bonding the discharge resistance element to the one surface side of the heat radiating member via a brazing material, for example, the discharge resistance element with a rapid temperature rise during a short discharge operation can be reliably cooled, and the heat of the discharge resistance element can be reduced. Breakage can be prevented.
Furthermore, by providing a normal discharge resistor and a short-time discharge resistor as the discharge resistors, for example, an inverter circuit, a normal discharge resistor, and a short-time discharge resistor, which are optimal for on-vehicle use of an electric vehicle, are combined into one. A space-saving inverter device mounted on the heat dissipation member can be realized.

本発明においては、前記放電抵抗体および前記絶縁回路基板の少なくともいずれか一方が、前記放熱部材の一面側に、複数個配設されていてもよい。
1つの放熱部材に、複数個の放電抵抗体および絶縁回路基板の少なくともいずれか一方を配設することによって、複数の放電抵抗体および絶縁回路基板を、1つの放熱部材で一括して効率よく冷却することができる。
In the present invention, at least one of the discharge resistor and the insulated circuit board may be disposed on one side of the heat radiating member.
By disposing at least one of the plurality of discharge resistors and the insulated circuit board on one heat radiating member, the plurality of discharge resistors and the insulated circuit board are efficiently cooled together by one heat radiating member. can do.

本発明においては、前記絶縁回路基板の前記回路層にパワー素子が搭載されていてもよい。
絶縁回路基板にパワー素子を形成することによって、このパワー素子の種類に応じて、任意の電気回路を構成することができる。例えば、このパワー素子によって、インバータ回路を形成することができる。
In the present invention, a power element may be mounted on the circuit layer of the insulating circuit board.
By forming the power element on the insulating circuit board, an arbitrary electric circuit can be configured according to the type of the power element. For example, an inverter circuit can be formed by this power element.

本発明においては、前記絶縁回路基板は、第二セラミックス部材の他面側に、緩衝層を備えていてもよい。
第二セラミックス部材の他面側に、緩衝層を形成することによって、放熱部材と第二セラミックス部材との熱膨張係数の差によって生じる熱応力を吸収することができ、第二セラミックス部材の破損を防止できる。
In the present invention, the insulated circuit board may include a buffer layer on the other surface side of the second ceramic member.
By forming a buffer layer on the other surface side of the second ceramic member, it is possible to absorb the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the heat dissipation member and the second ceramic member, and to damage the second ceramic member. Can be prevented.

本発明においては、前記放電抵抗体は、第一セラミックス部材の他面側に、緩衝層を備えていてもよい。
第一セラミックス部材の他面側に、緩衝層を形成することによって、放熱部材と第一セラミックス部材との熱膨張係数の差によって生じる熱応力を吸収することができ、第一セラミックス部材の破損を防止できる。
In the present invention, the discharge resistor may include a buffer layer on the other surface side of the first ceramic member.
By forming a buffer layer on the other surface side of the first ceramic member, it is possible to absorb the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the heat radiating member and the first ceramic member, and to damage the first ceramic member. Can be prevented.

本発明においては、前記放熱部材の他面側には、前記放熱部材を冷却する冷媒流通部材が形成されていてもよい。
放熱部材の他面側に、更に冷媒流通部材を設けて、冷媒を流通させることにより、放熱部材からの放熱をより効率的に行い、インバータ装置の冷却能力を一層高めることができる。
In this invention, the refrigerant | coolant distribution | circulation member which cools the said heat radiating member may be formed in the other surface side of the said heat radiating member.
By further providing a refrigerant flow member on the other surface side of the heat dissipation member and allowing the refrigerant to flow, it is possible to more efficiently dissipate heat from the heat dissipation member and further increase the cooling capacity of the inverter device.

本発明のインバータ装置の製造方法は、前記インバータ装置の製造方法であって、前記放熱部材の一面側に、前記放電抵抗体および前記絶縁回路基板を一括して接合することを特徴とする。   The method for manufacturing an inverter device according to the present invention is a method for manufacturing the inverter device, wherein the discharge resistor and the insulating circuit substrate are collectively bonded to one surface side of the heat radiating member.

本発明のインバータ装置の製造方法によれば、放熱部材の一面側に放電抵抗体および絶縁回路基板を一括して接合することによって、例えば、複数の放電抵抗体および絶縁回路基板をもつインバータ装置の接合工程を、これら放電抵抗体および絶縁回路基板を個々に接合する場合と比較して大幅に簡略化することができる。よって、低コストにインバータ装置を製造することが可能になる。また、1つの絶縁回路基板に複数の放電抵抗体および絶縁回路基板を接合すれば、インバータ装置の小型、軽量化を達成することが可能になる。   According to the method for manufacturing an inverter device of the present invention, a discharge resistor and an insulating circuit board are collectively bonded to one surface side of a heat dissipation member, for example, an inverter device having a plurality of discharge resistors and an insulating circuit board. The joining process can be greatly simplified as compared with the case where the discharge resistor and the insulated circuit board are joined individually. Therefore, it becomes possible to manufacture an inverter device at low cost. Further, if a plurality of discharge resistors and an insulating circuit board are bonded to one insulating circuit board, it is possible to achieve a reduction in size and weight of the inverter device.

前記放電抵抗体および前記絶縁回路基板の接合時において、前記放電抵抗体の上面と前記絶縁回路基板の上面が同一平面に位置していてもよい。
これにより、例えば、放電抵抗体および絶縁回路基板に接する加圧面が平坦な加圧治具を用いて、放電抵抗体および絶縁回路基板に対して均等な加圧力で荷重を印加し、これら放電抵抗体と絶縁回路基板との間で歪応力を生じさせることなく各構成部材を接合することができる。
The upper surface of the discharge resistor and the upper surface of the insulated circuit board may be located on the same plane when the discharge resistor and the insulated circuit board are joined.
Thus, for example, using a pressurizing jig with a flat pressing surface in contact with the discharge resistor and the insulating circuit board, a load is applied to the discharge resistor and the insulating circuit board with a uniform pressure, and these discharge resistors Each structural member can be joined without generating a strain stress between the body and the insulating circuit board.

本発明によれば、インバータ装置に組み込まれる放電抵抗体の実装を簡素化し、かつ、放電抵抗体への通電時に確実に冷却が可能なインバータ装置、およびその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the mounting of the discharge resistor incorporated in an inverter apparatus can be simplified, and the inverter apparatus which can be cooled reliably at the time of electricity supply to a discharge resistor, and its manufacturing method can be provided.

本発明のインバータ装置の平面図である。It is a top view of the inverter apparatus of this invention. 本発明のインバータ装置の断面図である。It is sectional drawing of the inverter apparatus of this invention. 本発明のインバータ装置の電気的構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electrical constitution of the inverter apparatus of this invention. 本発明のインバータ装置における冷媒流通部材の別な実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another embodiment of the refrigerant | coolant distribution | circulation member in the inverter apparatus of this invention. 本発明のインバータ装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the inverter apparatus of this invention. 本発明のインバータ装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the inverter apparatus of this invention. 本発明のインバータ装置の製造方法の別な実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another embodiment of the manufacturing method of the inverter apparatus of this invention.

以下、図面を参照して、本発明のインバータ装置について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, an inverter device of the present invention will be described with reference to the drawings. Each embodiment described below is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easier to understand, there is a case where a main part is shown in an enlarged manner for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. Not necessarily.

(インバータ装置)
本発明のインバータ装置について、添付した図1〜3を参照して説明する。
図1は、インバータ装置を上面から見た時の平面図、図2(a)は図1のインバータ装置におけるA−A線に沿った断面図、図2(b)は図1のインバータ装置におけるB−B線に沿った断面図である。また、図3は、インバータ装置の電気的な構成を示した説明図である。
(Inverter device)
The inverter device of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a plan view of the inverter device as viewed from above, FIG. 2 (a) is a cross-sectional view taken along the line AA in the inverter device of FIG. 1, and FIG. 2 (b) is the inverter device of FIG. It is sectional drawing along the BB line. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an electrical configuration of the inverter device.

インバータ装置10は、Alからなる放熱部材11と、互いに放電特性が異なる2種類の放電抵抗体21、22と、複数のパワーモジュール31,31…と、放熱部材11を冷却するための冷媒流通部材41と、を備えている。なお、放熱部材11と冷媒流通部材41とは、一体に形成された部材であってもよい。   The inverter device 10 includes a heat radiating member 11 made of Al, two types of discharge resistors 21, 22 having different discharge characteristics, a plurality of power modules 31, 31, and a refrigerant flow member for cooling the heat radiating member 11. 41. In addition, the heat radiating member 11 and the refrigerant | coolant distribution | circulation member 41 may be a member formed integrally.

放熱部材11は、Al又はAlを含むAl合金から構成されている。例えば、A1000系Al合金、A3000系Al合金、A6000系Al合金などを用いることができる。本実施形態では、A1000系Al合金(A1050)が用いられている。   The heat dissipation member 11 is made of Al or an Al alloy containing Al. For example, A1000 series Al alloy, A3000 series Al alloy, A6000 series Al alloy, etc. can be used. In this embodiment, an A1000 series Al alloy (A1050) is used.

放電抵抗体21は、第一セラミックス部材23aと、この第一セラミックス部材23aの一面上に形成された抵抗体24aと、この抵抗体24aの電極25a,25aとを備えている。また、それぞれの電極25a,25aには、例えば、はんだ層26a,26aとを介して接続端子27a,27aが接続されている。   The discharge resistor 21 includes a first ceramic member 23a, a resistor 24a formed on one surface of the first ceramic member 23a, and electrodes 25a and 25a of the resistor 24a. In addition, connection terminals 27a and 27a are connected to the electrodes 25a and 25a via, for example, solder layers 26a and 26a.

放電抵抗体21は、放熱部材11の一面11a側に接合されている。即ち、放電抵抗体21を構成する第一セラミックス部材23aと、放熱部材11の一面11aとが、ろう材、例えばAl−Si系ろう材によって接合されている。   The discharge resistor 21 is joined to the one surface 11 a side of the heat dissipation member 11. That is, the first ceramic member 23a constituting the discharge resistor 21 and the one surface 11a of the heat radiating member 11 are joined by a brazing material, for example, an Al—Si based brazing material.

放電抵抗体22は、例えば、第一セラミックス部材23bと、この第一セラミックス部材23bの一面上に形成された抵抗体24bと、この抵抗体24bの電極25b,25bとを備えている。また、それぞれの電極25b,25bには、例えば、はんだ層26b,26bとを介して接続端子27b,27bが接続されている。   The discharge resistor 22 includes, for example, a first ceramic member 23b, a resistor 24b formed on one surface of the first ceramic member 23b, and electrodes 25b and 25b of the resistor 24b. In addition, connection terminals 27b and 27b are connected to the respective electrodes 25b and 25b through solder layers 26b and 26b, for example.

放電抵抗体22は、放熱部材11の一面11a側に接合されている。即ち、放電抵抗体21を構成する第一セラミックス部材23bと、放熱部材11の一面11aとが、ろう材、例えばAl−Cu系ろう材によって接合されている。   The discharge resistor 22 is joined to the one surface 11 a side of the heat dissipation member 11. That is, the first ceramic member 23b constituting the discharge resistor 21 and the one surface 11a of the heat radiating member 11 are joined by a brazing material, for example, an Al—Cu brazing material.

第一セラミックス部材23a,23bは、例えば、絶縁性および放熱性に優れたSi(窒化ケイ素)、AlN(窒化アルミニウム)、Al(アルミナ)等のセラミックスで構成されている。本実施形態では、第一セラミックス部材23a,23bは、Al(アルミナ)で構成されている。また、第一セラミックス部材23a,23bの厚さは、例えば、0.2〜1.5mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.635mmに設定されている。 The first ceramic members 23a and 23b are made of ceramics such as Si 3 N 4 (silicon nitride), AlN (aluminum nitride), and Al 2 O 3 (alumina), which are excellent in insulation and heat dissipation, for example. In the present embodiment, the first ceramic members 23a and 23b are made of Al 2 O 3 (alumina). The thickness of the first ceramic members 23a and 23b is set, for example, within a range of 0.2 to 1.5 mm, and is set to 0.635 mm in the present embodiment.

抵抗体24a,24bは、放電抵抗体21,22に電流が流れた際の電気抵抗として機能させるためのものであり、構成材料の一例として、Ta−Si系薄膜抵抗体やRuO厚膜抵抗体が挙げられる。抵抗体12は、本実施形態においては、Ta−Si系薄膜抵抗体によって構成され、厚さが例えば0.5μmとされている。 The resistors 24a and 24b are for functioning as electric resistance when current flows through the discharge resistors 21 and 22. As an example of the constituent material, Ta-Si thin film resistors and RuO 2 thick film resistors are used. The body is mentioned. In the present embodiment, the resistor 12 is composed of a Ta—Si-based thin film resistor and has a thickness of, for example, 0.5 μm.

電極25a,25bは、抵抗体24a,24bにそれぞれ電圧を印加するための電気的な接続部であり、導電体、例えば、Cu、Cu合金、或いはAl,Ag,銀−パラジウム合金などにより構成されている。本実施形態においては、銀−パラジウム合金によって構成されている。厚さが例えば0.5μmとされている   The electrodes 25a and 25b are electrical connection portions for applying voltages to the resistors 24a and 24b, respectively, and are made of a conductor such as Cu, Cu alloy, Al, Ag, silver-palladium alloy, or the like. ing. In this embodiment, it is composed of a silver-palladium alloy. For example, the thickness is 0.5 μm

接続端子27a,27bは、電極25a,25bに接続される引出端子であり、導電体、例えば、Cu、Cu合金より構成されている。本実施形態においては、Cuによって構成されている。接続端子27a,27bの厚さは、例えば2μm以上3μm以下とされており、本実施形態においては、1.6μmとされている。なお、接続端子27a,27bとして、Cu以外にも、例えば、Al,Agなど、高導電率の各種金属を採用することもできる。   The connection terminals 27a and 27b are lead terminals connected to the electrodes 25a and 25b, and are made of a conductor, for example, Cu or Cu alloy. In this embodiment, it is made of Cu. The thickness of the connection terminals 27a and 27b is, for example, not less than 2 μm and not more than 3 μm. In the present embodiment, the thickness is 1.6 μm. Note that, as the connection terminals 27a and 27b, various metals having a high conductivity such as Al and Ag can be adopted in addition to Cu.

はんだ層26a,26bは、それぞれの放電抵抗体21,22の電極25a,25bと接続端子27a,27bとを電気的に相互に接続するものである。はんだ層26a,26bを構成するはんだとしては、例えば、Sn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだが挙げられる。   The solder layers 26a and 26b electrically connect the electrodes 25a and 25b of the discharge resistors 21 and 22 and the connection terminals 27a and 27b to each other. Examples of the solder constituting the solder layers 26a and 26b include Sn-Ag, Sn-In, or Sn-Ag-Cu solder.

なお、放電抵抗体21,22と放熱部材11との間には、更に緩衝層が形成されていることも好ましい。こうした緩衝層は、例えば、純度が99.98mass%以上の高純度Alからなる板状の部材でから構成される。この緩衝層の厚みは、例えば、0.4mm以上、2.5mm以下であればよい。こうした緩衝層を放電抵抗体21,22と放熱部材11との間に更に形成することによって、放熱部材11と第一セラミックス部材23aとの熱膨張係数の差によって生じる熱応力を吸収することができ、第一セラミックス部材23aの破損を防止することができる。   It is also preferable that a buffer layer is further formed between the discharge resistors 21 and 22 and the heat radiating member 11. Such a buffer layer is comprised from the plate-shaped member which consists of high purity Al whose purity is 99.98 mass% or more, for example. The thickness of this buffer layer should just be 0.4 mm or more and 2.5 mm or less, for example. By further forming such a buffer layer between the discharge resistors 21 and 22 and the heat radiating member 11, it is possible to absorb the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the heat radiating member 11 and the first ceramic member 23a. The damage of the first ceramic member 23a can be prevented.

また、緩衝層を純度99.98mass%以上の高純度Alで形成することによって、変形抵抗が小さくなり、冷熱サイクルが負荷された際に第一セラミックス部材23a,23bに発生する熱応力をこの緩衝層によって吸収でき、第一セラミックス部材23a,23bに熱応力が加わって割れが発生することを抑制できる。   Further, by forming the buffer layer with high purity Al having a purity of 99.98 mass% or more, the deformation resistance is reduced, and the thermal stress generated in the first ceramic members 23a and 23b when the cooling / heating cycle is loaded is applied to the buffer layer. It can be absorbed by the layer, and it is possible to suppress the occurrence of cracks due to thermal stress applied to the first ceramic members 23a and 23b.

パワーモジュール31は、第二セラミックス部材32とこの第二セラミックス部材32の一面側および他面側にそれぞれ形成された金属部材33,34とからなる絶縁回路基板35、絶縁回路基板35の一面側の金属部材33に搭載されたパワー素子36からなる。 第二セラミックス部材32の一面側に形成された金属部材(回路層)33は、インバータ回路の回路層を構成している。また、パワー素子36には、接続端子37が接続されている。   The power module 31 includes an insulating circuit board 35 including a second ceramic member 32 and metal members 33 and 34 formed on one surface side and the other surface side of the second ceramic member 32, respectively. The power element 36 is mounted on the metal member 33. The metal member (circuit layer) 33 formed on one surface side of the second ceramic member 32 constitutes a circuit layer of the inverter circuit. In addition, a connection terminal 37 is connected to the power element 36.

第二セラミックス部材32は、例えば、絶縁性、および放熱性に優れたSi(窒化ケイ素)、AlN(窒化アルミニウム)、Al(アルミナ)等のセラミックスで構成されている。本実施形態では、第二セラミックス部材32は、特に放熱性の優れたAlN(窒化アルミニウム)で構成されている。また、第二セラミックス部材32の厚さは、例えば、0.2〜1.5mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.635mmに設定されている。 The second ceramic member 32 is made of, for example, ceramics such as Si 3 N 4 (silicon nitride), AlN (aluminum nitride), and Al 2 O 3 (alumina) that are excellent in insulation and heat dissipation. In the present embodiment, the second ceramic member 32 is made of AlN (aluminum nitride) that is particularly excellent in heat dissipation. Moreover, the thickness of the 2nd ceramic member 32 is set, for example in the range of 0.2-1.5 mm, and is set to 0.635 mm in this embodiment.

金属部材33,34は、例えば、Al、Cuなど、導電性、熱伝導性に優れた金属から構成される。本実施形態では、金属部材33,34として、純度が99.99mass%以上のAl(いわゆる4N−Al)が用いられている。また、金属部材33,34の厚さは0.1mm〜5.0mmとされ、本実施形態では0.4mmとされている。   The metal members 33 and 34 are made of a metal having excellent conductivity and thermal conductivity, such as Al and Cu. In the present embodiment, Al (so-called 4N—Al) having a purity of 99.99 mass% or more is used as the metal members 33 and 34. Moreover, the thickness of the metal members 33 and 34 is 0.1 mm-5.0 mm, and is 0.4 mm in this embodiment.

金属部材(回路層)33と第二セラミックス部材32、および金属部材34と第二セラミックス部材32とは、それぞれろう材を用いて直接接合されている。ろう材としては、Al−Cu系ろう材、Al−Si系ろう材などが挙げられる。本実施形態で、Al−Si系ろう材が用いられている。
また、金属部材34と放熱部材11の一面11a側も、同様にろう材、例えばAl−Si系ろう材によって直接接合されている。
The metal member (circuit layer) 33 and the second ceramic member 32, and the metal member 34 and the second ceramic member 32 are each directly joined using a brazing material. Examples of the brazing material include an Al—Cu based brazing material and an Al—Si based brazing material. In this embodiment, an Al—Si brazing material is used.
Similarly, the metal member 34 and the one surface 11a side of the heat radiating member 11 are also directly joined by a brazing material, for example, an Al—Si brazing material.

パワー素子36は、インバータ回路を構成するパワー電子部品であり、例えば、抵抗、サイリスタ、トランジスタなどである。こうしたパワー素子36は、金属部材(回路層)33に対して、はんだ層38を介して接続されている。
はんだ層38を構成するはんだとしては、例えば、Sn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだが挙げられる。
The power element 36 is a power electronic component that constitutes an inverter circuit, such as a resistor, a thyristor, or a transistor. Such a power element 36 is connected to a metal member (circuit layer) 33 via a solder layer 38.
Examples of the solder constituting the solder layer 38 include Sn-Ag, Sn-In, or Sn-Ag-Cu solder.

接続端子37は、パワー素子36の一方の電極に接続される引出端子であり、導電体、例えば、Cu、Cu合金より構成されている。本実施形態においては、Cuによって構成されている。接続端子37の厚さは、例えば2μm以上3μm以下とされており、本実施形態においては、1.6μmとされている。なお、接続端子37として、Cu以外にも、例えば、Al,Agなど、高導電率の各種金属を採用することもできる。   The connection terminal 37 is a lead terminal connected to one electrode of the power element 36, and is made of a conductor, for example, Cu or Cu alloy. In this embodiment, it is made of Cu. The thickness of the connection terminal 37 is, for example, 2 μm or more and 3 μm or less, and is 1.6 μm in the present embodiment. In addition to Cu, for example, various metals having high conductivity such as Al and Ag can be used as the connection terminal 37.

なお、パワーモジュール31を構成する絶縁回路基板35の他面側の金属部材34と、放熱部材11との間には、更に緩衝層が形成されていることも好ましい。こうした緩衝層は、例えば、純度が99.98mass%以上の高純度Alからなる薄板状の部材から構成される。この緩衝層の厚みは、例えば、0.4mm以上、2.5mm以下であればよい。こうした緩衝層を金属部材34と放熱部材11との間に更に形成することによって、放熱部材11と第二セラミックス部材32との熱膨張係数の差によって生じる熱応力を吸収することができ、第二セラミックス部材32の破損を防止することができる。   It is also preferable that a buffer layer is further formed between the metal member 34 on the other surface side of the insulated circuit board 35 constituting the power module 31 and the heat radiating member 11. Such a buffer layer is comprised from the thin plate-shaped member which consists of high purity Al whose purity is 99.98 mass% or more, for example. The thickness of this buffer layer should just be 0.4 mm or more and 2.5 mm or less, for example. By further forming such a buffer layer between the metal member 34 and the heat radiating member 11, it is possible to absorb the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the heat radiating member 11 and the second ceramic member 32. Damage to the ceramic member 32 can be prevented.

また、緩衝層を純度99.98mass%以上の高純度Alで形成することによって、変形抵抗が小さくなり、冷熱サイクルが負荷された際に第二セラミックス部材32に発生する熱応力をこの緩衝層によって吸収でき、第二セラミックス部材32に熱応力が加わって割れが発生することを抑制できる。   Further, by forming the buffer layer with high purity Al having a purity of 99.98 mass% or more, the deformation resistance is reduced, and the thermal stress generated in the second ceramic member 32 when the cooling / heating cycle is loaded is caused by the buffer layer. It can absorb, and it can control that a thermal stress is added to the 2nd ceramic member 32, and a crack occurs.

冷媒流通部材41は、放熱部材11の他面11b側に形成されている。この冷媒流通部材41は、例えば、放熱部材11を冷却するための冷媒を流通させる流路41aを備えた部材である。放熱部材11を冷却させる冷媒としては、例えば、水、空気、有機ガスなどが挙げられる。本実施形態では、流路41aを流通させる冷媒として水を用いた、いわゆる水冷方式としている。   The refrigerant circulation member 41 is formed on the other surface 11 b side of the heat dissipation member 11. The refrigerant circulation member 41 is, for example, a member provided with a flow path 41 a for circulating a refrigerant for cooling the heat dissipation member 11. Examples of the refrigerant that cools the heat radiating member 11 include water, air, and organic gas. In the present embodiment, a so-called water-cooling method is used in which water is used as the coolant that circulates the flow path 41a.

こうした冷媒流通部材41は、放熱部材11と同様の材料、例えばAlより形成されている。また、冷媒流通部材41は、放熱部材11と一体に形成されていることも好ましい。本実施形態では、放熱部材11と冷媒流通部材41とを一体のAl部材で形成している。   Such a refrigerant circulation member 41 is made of the same material as the heat radiating member 11, for example, Al. It is also preferable that the refrigerant flow member 41 is formed integrally with the heat dissipation member 11. In this embodiment, the heat radiating member 11 and the refrigerant | coolant distribution | circulation member 41 are formed with the integral Al member.

なお、冷媒流通部材の別な実施形態として、例えば、図4に示すように、冷媒として空気を用い、この空気が流通するように、互いに間隔をあけて配置した多数のフィン45,45…を備えた冷媒流通部材46を、放熱部材11の他面11b側に形成した構成とすることもできる。   As another embodiment of the refrigerant circulation member, for example, as shown in FIG. 4, air is used as the refrigerant, and a large number of fins 45, 45,. The provided refrigerant circulation member 46 may be formed on the other surface 11b side of the heat radiating member 11.

図1に示すように、本実施形態のインバータ装置10は、6個のパワーモジュール31,31…と、互いに特性の異なる放電抵抗体21および放電抵抗体22とが、1つの放熱部材11の一面11a上に配列実装されている。   As shown in FIG. 1, the inverter device 10 according to the present embodiment includes six power modules 31, 31..., And a discharge resistor 21 and a discharge resistor 22 having different characteristics. An array is mounted on 11a.

これら6個のパワーモジュール31,31…と、放電抵抗体21および放電抵抗体22は、1つの1つの放熱部材11およびこれを冷却する冷媒流通部材41(図2参照)によって、全体が一括して冷却される。   These six power modules 31, 31..., And the discharge resistor 21 and the discharge resistor 22 are collectively put together by one heat radiating member 11 and a refrigerant flow member 41 (see FIG. 2) that cools this. Cooled.

本実施形態のインバータ装置10は、例えば、電気自動車の駆動系に組み込まれ、図3に示すように、一方の接続側が昇圧コンバータ(アップコンバータ)回路2を介して高圧直流電源3に接続されている。また、一方の接続側がモータ4に接続されている。   The inverter device 10 of this embodiment is incorporated in, for example, a drive system of an electric vehicle, and one connection side is connected to a high-voltage DC power source 3 via a boost converter (up-converter) circuit 2 as shown in FIG. Yes. One connection side is connected to the motor 4.

高圧直流電源3は、例えば燃料電池やリチウムイオン電池など高圧直流電流を供給可能なバッテリからなる。昇圧コンバータ回路2は、高圧直流電源3の電圧を、モータ4を駆動可能な電圧、例えば600V程度まで昇圧させる。インバータ装置10は、この昇圧コンバータ回路2とモータ4との間にあって、高圧直流電流を交流電流に変換する、いわゆる交直変換を行う。   The high-voltage DC power source 3 is a battery that can supply a high-voltage DC current, such as a fuel cell or a lithium ion battery. The boost converter circuit 2 boosts the voltage of the high-voltage DC power supply 3 to a voltage capable of driving the motor 4, for example, about 600V. The inverter device 10 is between the step-up converter circuit 2 and the motor 4 and performs so-called AC / DC conversion that converts a high-voltage DC current into an AC current.

インバータ装置10は、パワーモジュール31,31…(図1、2参照)からなるインバータ回路15を備える。そして、放電抵抗体21は通常放電抵抗素子16を構成し、また、放電抵抗体22は、短時間放電抵抗素子17を構成する。
また、インバータ装置10は、一対の入力端子間に平滑コンデンサ18を備えている。この平滑コンデンサ18は、交直変換によって生じる直流波形中の脈流(リップル)を低減する。
The inverter device 10 includes an inverter circuit 15 including power modules 31, 31... (See FIGS. 1 and 2). The discharge resistor 21 normally constitutes the discharge resistor element 16, and the discharge resistor 22 constitutes the short-time discharge resistor element 17.
Further, the inverter device 10 includes a smoothing capacitor 18 between a pair of input terminals. The smoothing capacitor 18 reduces pulsating current (ripple) in a DC waveform caused by AC / DC conversion.

通常放電抵抗素子16(放電抵抗体21)は、モータ4の運転停止時にインバータ装置10の一対の入力端子間を放電させる。   The normal discharge resistance element 16 (discharge resistance body 21) discharges between the pair of input terminals of the inverter device 10 when the operation of the motor 4 is stopped.

一方、短時間放電抵抗素子17(放電抵抗体22)は、電気自動車に何らかの異常、例えば衝突などが生じた場合に、安全確保のためにインバータ装置10の一対の入力端子間を短時間で放電させ、電気的な安全を確保する。短時間放電抵抗素子17は、通電時には平滑コンデンサ18を直接放電させるとともに、昇圧コンバータ装置2の平滑コンデンサ19を昇圧コンバータ回路2に内蔵されたダイオードを通じて放電させる。   On the other hand, the short-time discharge resistance element 17 (discharge resistor 22) discharges between the pair of input terminals of the inverter device 10 in a short time to ensure safety when an abnormality such as a collision occurs in the electric vehicle. To ensure electrical safety. The short-time discharge resistance element 17 directly discharges the smoothing capacitor 18 when energized, and discharges the smoothing capacitor 19 of the boost converter device 2 through a diode built in the boost converter circuit 2.

こうした目的のため、短時間放電抵抗素子17には、例えば、車両の衝突衝撃を検出する衝突センサ51からの信号によって開閉されるスイッチ素子52が直列に接続されている。このスイッチ素子52が閉じることによって、短時間放電抵抗素子17の通電が行われる。   For this purpose, for example, a switch element 52 that is opened and closed by a signal from a collision sensor 51 that detects a collision impact of a vehicle is connected in series to the short-time discharge resistance element 17. When the switch element 52 is closed, the discharge resistance element 17 is energized for a short time.

以上のように本発明のインバータ装置10は、インバータ回路15を構成する複数のパワーモジュール31,31…と、通常放電抵抗素子16(放電抵抗体21)と、短時間放電抵抗素子17(放電抵抗体22)とを、1つの放熱部材11の一面11a上にろう材を介して直接接合した。これによって、これらパワーモジュール31,31…、放電抵抗体21、放電抵抗体22の動作時に生じる熱を、1つの放熱部材11によって効率的に放熱することが可能になる。個々の素子ごとに放熱部材を設ける場合と比較して、簡易な構成にすることができ、低コストなインバータ装置10を実現できる。また、インバータ装置10を小型、軽量化することも可能になる。   As described above, the inverter device 10 of the present invention includes the plurality of power modules 31, 31... Constituting the inverter circuit 15, the normal discharge resistance element 16 (discharge resistor 21), and the short-time discharge resistance element 17 (discharge resistance). The body 22) was directly joined to one surface 11a of one heat radiating member 11 via a brazing material. This makes it possible to efficiently dissipate heat generated during the operation of the power modules 31, 31..., The discharge resistor 21 and the discharge resistor 22 by the single heat radiating member 11. Compared with the case where a heat radiating member is provided for each individual element, a simple configuration can be achieved, and the low-cost inverter device 10 can be realized. Further, the inverter device 10 can be reduced in size and weight.

また、通常放電抵抗素子16(放電抵抗体21)が放熱部材11の一面11a上にろう材を介して直接接合されることで、通常放電抵抗素子16(放電抵抗体21)を確実に冷却し、放電動作時の温度上昇を防ぎ、通常放電抵抗素子16(放電抵抗体21)の熱破損を防止することができる。
さらに、短時間放電抵抗素子17(放電抵抗体22)が放熱部材11の一面11a上にろう材を介して直接接合されることで、非常時に急激な温度上昇が発生したとしても短時間放電抵抗素子17(放電抵抗体22)を確実に冷却し、短時間放電抵抗素子17(放電抵抗体22)の熱破損を防止することができる。
Moreover, the normal discharge resistance element 16 (discharge resistor 21) is directly bonded to the one surface 11a of the heat radiating member 11 via the brazing material, so that the normal discharge resistance element 16 (discharge resistor 21) is reliably cooled. The temperature rise during the discharge operation can be prevented, and the thermal damage of the normal discharge resistance element 16 (discharge resistor 21) can be prevented.
Further, the short-time discharge resistance element 17 (discharge resistor 22) is directly bonded to the one surface 11a of the heat radiating member 11 via the brazing material, so that even if a rapid temperature rise occurs in an emergency, the short-time discharge resistance The element 17 (discharge resistor 22) can be reliably cooled to prevent thermal damage to the discharge resistor element 17 (discharge resistor 22) for a short time.

以上、本発明のインバータ装置の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、放電抵抗体として、電気自動車に適用する通常放電抵抗素子と、短時間放電抵抗素子とを例示したが、これ以外にも、例えば、電気特性の同じ放電抵抗体を複数配置したり、3種類以上の電気特性の異なる放電抵抗体を配置する構成などであってもよい。
As mentioned above, although embodiment of the inverter apparatus of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example, in the above-described embodiment, the normal discharge resistance element applied to the electric vehicle and the short-time discharge resistance element are exemplified as the discharge resistor, but other than this, for example, a plurality of discharge resistors having the same electrical characteristics are provided. The structure etc. which arrange | position, or arrange | position the discharge resistor from which three or more types of electrical characteristics differ may be sufficient.

また、上記実施形態では、通常放電抵抗素子と、短時間放電抵抗素子とを並列に配置した構成となっているが、これら通常放電抵抗素子と短時間放電抵抗素子とを一体化した1つの放電抵抗素子として放熱部材上に形成するような構成であってもよい。   Moreover, in the said embodiment, although it has the structure which has arrange | positioned the normal discharge resistance element and the short time discharge resistance element in parallel, one discharge which integrated these normal discharge resistance elements and the short time discharge resistance elements. The resistor element may be formed on the heat dissipating member.

また、放電条件によっては、短時間放電抵抗素子の方が発熱量が少ない場合があり、そのような場合には、放熱部材上であれば短時間放電抵抗素子の配置に制限はない。例えば、放熱部材の端部や流路直上以外の部分など、冷却効率の悪い箇所に短時間放電抵抗素子を配置することも可能である。また、空冷の場合は、短時間放電抵抗素子の直下には、フィンがない構成であってもよい。   Depending on the discharge conditions, the short-time discharge resistance element may generate less heat, and in such a case, there is no limitation on the arrangement of the short-time discharge resistance element as long as it is on the heat dissipation member. For example, it is also possible to arrange the discharge resistance element for a short time at a location where the cooling efficiency is poor, such as an end portion of the heat radiating member or a portion other than directly above the flow path. In the case of air cooling, a structure without fins may be provided directly under the short-time discharge resistance element.

また、上記実施形態では、パワーモジュール31,31…によってインバータ回路を構成しているが、パワーモジュール31,31…は、これ以外の電子部品、例えば、コンデンサなと、インバータ回路を構成する以外の電子部品を含んでいてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the inverter circuit is comprised by power module 31,31 ..., power module 31,31 ... is an electronic component other than this, for example, it is a capacitor | condenser other than comprising an inverter circuit. An electronic component may be included.

(インバータ装置の製造方法)
本発明のインバータ装置の製造方法について、添付した図5、図6を参照して説明する。
図5、図6は、本発明のインバータ装置の製造方法を段階的に示した断面図である。なお、本実施形態においては、説明を簡潔にするために、図5、図6に示すように、放電抵抗素子とパワーモジュールとをそれぞれ1つずつ隣接して形成する例を示す。
(Inverter device manufacturing method)
A method for manufacturing an inverter device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
5 and 6 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the inverter device of the present invention step by step. In the present embodiment, in order to simplify the description, an example in which a discharge resistance element and a power module are formed adjacent to each other as shown in FIGS. 5 and 6 is shown.

まず、図5(a)に示すように、冷媒流通部材41が一体に形成された放熱部材11の一面11a上に、放電抵抗体21を構成する緩衝層61、第一セラミックス部材23を順に載置する。第一セラミックス部材23は、例えば、Alが用いられる。また、緩衝層61は、例えば、純度が99.98mass%以上の高純度Alからなる薄板状の部材が用いられる。 First, as shown in FIG. 5A, the buffer layer 61 and the first ceramic member 23 constituting the discharge resistor 21 are sequentially mounted on the one surface 11a of the heat radiating member 11 integrally formed with the refrigerant flow member 41. Put. For example, Al 2 O 3 is used for the first ceramic member 23. The buffer layer 61 is made of, for example, a thin plate member made of high-purity Al having a purity of 99.98 mass% or more.

なお、第一セラミックス部材23には、予め、抵抗体24、および電極25が印刷焼成によって形成されている。また、放熱部材11と緩衝層61との間、緩衝層61と第一セラミックス部材23との間に、それぞれAl−Siからなるろう材箔62,62を配置する。   The first ceramic member 23 is previously formed with a resistor 24 and an electrode 25 by printing and firing. Further, brazing material foils 62 and 62 made of Al—Si are disposed between the heat dissipation member 11 and the buffer layer 61 and between the buffer layer 61 and the first ceramic member 23, respectively.

また、放熱部材11の一面11a上に、絶縁回路基板35を構成する金属部材34、第二セラミックス部材32、金属部材33を順に載置する。第二セラミックス部材32は、例えば、AlNが用いられる。金属部材33,34は、例えば、純度が99.99mass%以上のAl(いわゆる4N−Al)が用いられる。   Further, the metal member 34, the second ceramic member 32, and the metal member 33 that constitute the insulating circuit substrate 35 are placed in this order on the one surface 11 a of the heat radiating member 11. For example, AlN is used for the second ceramic member 32. For the metal members 33 and 34, for example, Al (so-called 4N-Al) having a purity of 99.99 mass% or more is used.

また、放熱部材11と金属部材34との間、金属部材34と第二セラミックス部材32との間、および第二セラミックス部材32と金属部材33との間に、それぞれAl−Siからなるろう材箔62,62…を配置する。
なお、これら第二セラミックス部材32の一面及び他面に、金属部材33,34が予めろう材によって接合された絶縁回路基板35を、ろう材箔62を介して放熱部材11の一面11a上に載置する方法であってもよい。
Also, a brazing material foil made of Al-Si between the heat dissipation member 11 and the metal member 34, between the metal member 34 and the second ceramic member 32, and between the second ceramic member 32 and the metal member 33, respectively. 62, 62... Are arranged.
An insulating circuit board 35 in which the metal members 33 and 34 are bonded to one surface and the other surface of the second ceramic member 32 in advance by a brazing material is placed on the one surface 11a of the heat radiating member 11 via the brazing material foil 62. It may be a method of placing.

次に、図5(b)に示すように、これらの積層物Sを2つの加圧治具71,72の間に挟む。加圧治具71,72は、例えば、カーボンより構成され、互いに対向する加圧面71a,71bは平坦面を成している。そして、例えば、加圧治具71側から、バネ等によって荷重を印加する。印加する荷重は、例えば、1kgf/cm〜5kgf/cmの範囲が適切である。 Next, as shown in FIG. 5B, these laminates S are sandwiched between two pressing jigs 71 and 72. The pressurizing jigs 71 and 72 are made of, for example, carbon, and the pressurizing surfaces 71a and 71b facing each other form a flat surface. Then, for example, a load is applied by a spring or the like from the pressing jig 71 side. Load to be applied, for example, the range of 1kgf / cm 2 ~5kgf / cm 2 is suitable.

こうした加圧治具71,72を用いて荷重を印加する際に、放電抵抗体21の上面、即ち抵抗体24の表面又は電極25の表面と、絶縁回路基板35の上面、即ち、金属部材33の表面とが、同一平面に位置するように、各部材の厚み等を設定することが好ましい。
これによって、例えば、放電抵抗体21および絶縁回路基板35に接する加圧面72aが平坦な加圧治具72を用いて、放電抵抗体21および絶縁回路基板35に対して均等な加圧力で荷重を印加することができる。
When applying a load using such pressurizing jigs 71 and 72, the upper surface of the discharge resistor 21, that is, the surface of the resistor 24 or the surface of the electrode 25, and the upper surface of the insulated circuit board 35, that is, the metal member 33. It is preferable to set the thicknesses of the respective members so that the surface of each member is located on the same plane.
Thus, for example, a load is applied to the discharge resistor 21 and the insulating circuit board 35 with a uniform pressure using the pressing jig 72 having a flat pressing surface 72a in contact with the discharge resistor 21 and the insulating circuit board 35. Can be applied.

そして、図6(a)に示すように、2つの加圧治具71,72の間で挟み込んで荷重を印加した積層物S1を、例えば、真空加熱炉Hに導入し、ろう材箔62,62…(図5(a)参照)の溶融温度まで加熱する。例えば、積層物Sを610℃程度まで加熱する。なお、この時の加熱温度は、第一セラミックス部材23に抵抗体24が印刷焼成される際の焼成温度よりも低い温度に設定される。これにより、積層物Sの加熱時に、抵抗体24が第一セラミックス部材23から剥離するなどの不具合を防止する。   Then, as shown in FIG. 6A, the laminate S1 sandwiched between the two pressing jigs 71 and 72 and applied with a load is introduced into, for example, a vacuum heating furnace H, and the brazing material foil 62, Heating to the melting temperature of 62 (see FIG. 5A). For example, the laminate S is heated to about 610 ° C. The heating temperature at this time is set to a temperature lower than the firing temperature when the resistor 24 is printed and fired on the first ceramic member 23. Thereby, when the laminate S is heated, problems such as peeling of the resistor 24 from the first ceramic member 23 are prevented.

こうした加熱処理によって、ろう材箔62,62…が溶融し、第一セラミックス部材23の放熱部材11と緩衝層61との間、および緩衝層61と第一セラミックス部材23との間がそれぞれAl−Si系ろう材によって接合される。また、放熱部材11と金属部材34との間、金属部材34と第二セラミックス部材32との間、および第二セラミックス部材32と金属部材33との間が、それぞれAl−Si系ろう材によって接合される。
これにより、冷媒流通部材41が一体に形成された放熱部材11の一面11a上に、放電抵抗体21と絶縁回路基板35とが形成される。
By such heat treatment, the brazing material foils 62, 62... Are melted, and Al − between the heat dissipation member 11 and the buffer layer 61 of the first ceramic member 23 and between the buffer layer 61 and the first ceramic member 23, respectively. Joined by Si brazing material. Also, the Al—Si brazing material joins between the heat dissipation member 11 and the metal member 34, between the metal member 34 and the second ceramic member 32, and between the second ceramic member 32 and the metal member 33. Is done.
Thereby, the discharge resistor 21 and the insulated circuit board 35 are formed on the one surface 11a of the heat radiating member 11 in which the refrigerant circulation member 41 is integrally formed.

この後、図6(b)に示すように、回路層を成す金属部材33に対して、はんだ層38を介してパワー素子36を接合する。はんだ層38を構成するはんだとしては、例えば、Sn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだを用いることが好ましい。また、このパワー素子36に、接続端子37を接合する。接続端子37は、例えば、Cu、Cu合金より構成されている。   Thereafter, as shown in FIG. 6B, the power element 36 is joined to the metal member 33 constituting the circuit layer via the solder layer 38. As the solder constituting the solder layer 38, for example, Sn—Ag, Sn—In, or Sn—Ag—Cu solder is preferably used. Further, the connection terminal 37 is joined to the power element 36. The connection terminal 37 is made of, for example, Cu or a Cu alloy.

一方、抵抗体24の電極25に対して、はんだ層26を介して接続端子27を接続する。接続端子27は、導電体、例えば、Cu、Cu合金より構成されている。はんだ層26を構成するはんだとしては、例えば、Sn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだを用いることが好ましい。   On the other hand, the connection terminal 27 is connected to the electrode 25 of the resistor 24 via the solder layer 26. The connection terminal 27 is made of a conductor, for example, Cu or Cu alloy. As the solder constituting the solder layer 26, it is preferable to use, for example, Sn—Ag, Sn—In, or Sn—Ag—Cu solder.

これら金属部材33に対してはんだ層38を介してパワー素子36を接合する際の接合温度や、抵抗体24の電極25に対してはんだ層26を介して接続端子27を接続する際の接合温度は、第一セラミックス部材23に抵抗体24が印刷焼成される際の焼成温度、および積層物Sを加熱して各部材間をAl−Si系ろう材によって接合する接合温度よりも低い温度に設定する。すなわち、200℃〜400℃の範囲とすることが好ましい。
これによって、パワー素子36や接続端子27の接合時に、印刷焼成された抵抗体24や、Al−Si系ろう材によって接合された各部材が剥離するなどの不具合を防止する。
Bonding temperature when the power element 36 is bonded to the metal member 33 via the solder layer 38 and bonding temperature when the connection terminal 27 is connected to the electrode 25 of the resistor 24 via the solder layer 26. Is set to a temperature lower than the firing temperature at which the resistor 24 is printed and fired on the first ceramic member 23 and the joining temperature at which the laminate S is heated and the members are joined by the Al—Si brazing material. To do. That is, it is preferable to set it as the range of 200 to 400 degreeC.
Thereby, when the power element 36 and the connection terminal 27 are joined, problems such as peeling of the printed and fired resistor 24 and each member joined by the Al—Si brazing material are prevented.

以上のような工程を経て、本発明のインバータ装置10が製造される。製造されたインバータ装置10は、例えば、図に示す電気自動車の駆動系の昇圧コンバータ(アップコンバータ)2とモータ4との間に組み込まれ、交直変換用いることができる。   The inverter device 10 of the present invention is manufactured through the above steps. The manufactured inverter device 10 is incorporated, for example, between a step-up converter (upconverter) 2 and a motor 4 of a drive system of an electric vehicle shown in the figure, and can be used for AC / DC conversion.

なお、上述したインバータ装置の製造方法において、パワー素子に更に緩衝層を形成することも好ましい。
図7に示すインバータ装置の製造方法では、第二セラミックス部材32の他面側に形成された金属部材34と、放熱部材11の一面11aとの間に、更に緩衝層63を形成している。この緩衝層63は、例えば、純度が99.98mass%以上の高純度Alからなる薄板状の部材が用いられる。緩衝層63と放熱部材11の一面11a、および緩衝層63と金属部材34は、それぞれAl−Siからなるろう材によって接合される。
In the above-described method for manufacturing an inverter device, it is also preferable to further form a buffer layer on the power element.
In the method for manufacturing the inverter device shown in FIG. 7, a buffer layer 63 is further formed between the metal member 34 formed on the other surface side of the second ceramic member 32 and the one surface 11 a of the heat radiating member 11. For the buffer layer 63, for example, a thin plate member made of high purity Al having a purity of 99.98 mass% or more is used. The buffer layer 63 and the one surface 11a of the heat dissipation member 11, and the buffer layer 63 and the metal member 34 are joined together by a brazing material made of Al-Si.

また、上記実施形態では、第一セラミックス部材23の放熱部材11と緩衝層61との間、緩衝層61と第一セラミックス部材23との間、放熱部材11と金属部材34との間、金属部材34と第二セラミックス部材32との間および第二セラミックス部材32と金属部材33との間を同時にろう付けしたが、これに限らず、放電抵抗体21(放電抵抗体22)と絶縁回路基板35をそれぞれ別に作製し、それらを同時に放熱部材11にろう付けすることも可能である。   Moreover, in the said embodiment, between the heat radiating member 11 and the buffer layer 61 of the 1st ceramic member 23, between the buffer layer 61 and the 1st ceramic member 23, between the heat radiating member 11 and the metal member 34, a metal member 34 and the second ceramic member 32 and the second ceramic member 32 and the metal member 33 are brazed at the same time, but not limited to this, the discharge resistor 21 (discharge resistor 22) and the insulated circuit board 35 It is also possible to separately manufacture and braze them to the heat dissipation member 11 at the same time.

このような積層物S2の加圧時に、上面側の高さが均一でない、例えば、放電抵抗体21の高さが絶縁回路基板35の高さよりも低い場合、この積層物S2を挟持する加圧治具71,73のうち、上面側に接する加圧治具73の加圧面73aに段差を形成する。
例えば、加圧面73aのうち、放電抵抗体21に接する部分を、絶縁回路基板35に接する部分よりも突出させることによって、放電抵抗体21と絶縁回路基板35とを均一な加圧力で加圧することができる。
When such a laminate S2 is pressed, when the height on the upper surface side is not uniform, for example, when the height of the discharge resistor 21 is lower than the height of the insulating circuit board 35, the pressurization for sandwiching the laminate S2 is performed. Of the jigs 71 and 73, a step is formed on the pressing surface 73a of the pressing jig 73 in contact with the upper surface side.
For example, the portion of the pressing surface 73a that contacts the discharge resistor 21 protrudes more than the portion that contacts the insulating circuit substrate 35, thereby pressing the discharge resistor 21 and the insulating circuit substrate 35 with a uniform applied pressure. Can do.

なお、この加圧治具73の加圧面73aの突出部分の突出量は、放電抵抗体21と絶縁回路基板35の高さの差と同じであればよい。また、図5に示した加圧面72aが平坦な加圧治具72を用いて、上述した突出部分に相当する厚みをもつ、高さ調整部材を挟み込むこともできる。   The protruding amount of the protruding portion of the pressing surface 73 a of the pressing jig 73 may be the same as the difference in height between the discharge resistor 21 and the insulating circuit board 35. In addition, a height adjusting member having a thickness corresponding to the protruding portion described above can be sandwiched by using a pressing jig 72 having a flat pressing surface 72a shown in FIG.

以上、本発明のインバータ装置の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、放電抵抗体21と絶縁回路基板35の上面側を1つの加圧治具72で一括して加圧しているが、放電抵抗体21と絶縁回路基板35とを個別の加圧治具で、それぞれの高さに合わせて加圧することもできる。
As mentioned above, although the manufacturing method of the inverter apparatus of this invention was demonstrated, this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the technical idea of the invention, it can change suitably.
For example, in the above-described embodiment, the upper surface side of the discharge resistor 21 and the insulating circuit board 35 is collectively pressed by one pressing jig 72. However, the discharge resistor 21 and the insulating circuit board 35 are individually connected. It is also possible to pressurize according to each height with a pressurizing jig.

また、上述したインバータ装置10を製造する際の各部材どうしの接合温度やその高低関係は一例であり、インバータ装置10を構成する各部材の材料、接合に用いるろう材、はんだなどの材料に応じて、適宜選択されるものである。   Moreover, the junction temperature of each member at the time of manufacturing the inverter apparatus 10 mentioned above, and its height relationship are examples, and it depends on the material of each member which comprises the inverter apparatus 10, the material used for joining, such as a brazing material and solder. Are appropriately selected.

10 インバータ装置
11 放熱部材
21,22 放電抵抗体
23a,23b 第一セラミックス部材
24a,24b 抵抗体
32 第二セラミックス部材
33,34 金属部材
36 パワー素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inverter apparatus 11 Heat radiating member 21, 22 Discharge resistor 23a, 23b 1st ceramic member 24a, 24b Resistor 32 2nd ceramic member 33, 34 Metal member 36 Power element

Claims (8)

Alからなる放熱部材と、第一セラミックス部材の一面側に形成した抵抗体を備えた放電抵抗体と、第二セラミックス部材の一面側に回路層を形成した絶縁回路基板と、を有するインバータ装置であって、
前記放熱部材の一面側に、前記放電抵抗体および前記絶縁回路基板が、それぞれ、ろう材によって接合されており、
前記放電抵抗体として、通常放電抵抗体と短時間放電抵抗体とが前記放熱部材の一面側に配設されていることを特徴とするインバータ装置。
An inverter device comprising: a heat dissipating member made of Al; a discharge resistor including a resistor formed on one side of a first ceramic member; and an insulating circuit board having a circuit layer formed on one side of a second ceramic member. There,
The discharge resistor and the insulated circuit board are respectively joined to one surface side of the heat dissipation member by a brazing material ,
As the discharge resistor, an ordinary discharge resistor and a short-time discharge resistor are disposed on one surface side of the heat radiating member .
前記放電抵抗体および前記絶縁回路基板の少なくともいずれか一方が、前記放熱部材の一面側に、複数個配設されていることを特徴とする請求項1記載のインバータ装置。   2. The inverter device according to claim 1, wherein a plurality of at least one of the discharge resistor and the insulated circuit board are disposed on one surface side of the heat radiating member. 前記絶縁回路基板の前記回路層にパワー素子が搭載されていることを特徴とする請求項1または2記載のインバータ装置。   The inverter device according to claim 1, wherein a power element is mounted on the circuit layer of the insulating circuit board. 前記絶縁回路基板は、第二セラミックス部材の他面側に、緩衝層を備えていることを特徴とする請求項1ないし3いずれか一項記載のインバータ装置。   The inverter device according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating circuit board includes a buffer layer on the other surface side of the second ceramic member. 前記放電抵抗体は、第一セラミックス部材の他面側に、緩衝層を備えていることを特徴とする請求項1ないし4いずれか一項記載のインバータ装置。   5. The inverter device according to claim 1, wherein the discharge resistor includes a buffer layer on the other surface side of the first ceramic member. 6. 前記放熱部材の他面側には、前記放熱部材を冷却する冷媒流通部材が形成されていることを特徴とする請求項1ないし5いずれか一項記載のインバータ装置。   The inverter device according to any one of claims 1 to 5, wherein a refrigerant circulation member that cools the heat dissipation member is formed on the other surface side of the heat dissipation member. 請求項1ないし6いずれか一項記載のインバータ装置の製造方法であって、
前記放熱部材の一面側に、前記放電抵抗体および前記絶縁回路基板を一括して接合することを特徴とするインバータ装置の製造方法。
A method for manufacturing an inverter device according to any one of claims 1 to 6 ,
The method of manufacturing an inverter device, wherein the discharge resistor and the insulating circuit board are collectively bonded to one surface side of the heat dissipation member.
前記放電抵抗体および前記絶縁回路基板の接合時において、前記放電抵抗体の上面と前記絶縁回路基板の上面とが同一平面に位置していることを特徴とする請求項7記載のインバータ装置の製造方法。 8. The manufacturing method of an inverter device according to claim 7 , wherein the upper surface of the discharge resistor and the upper surface of the insulated circuit board are located on the same plane when the discharge resistor and the insulated circuit board are joined. Method.
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