JP6654609B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
このような車両には、例えば特許文献1に示すような、複数の半導体モジュールと、冷媒通路を備えた複数の冷却体と、が交互に積層されて配置された半導体積層体を備えた電力変換装置が搭載されている。
この電力変換装置における半導体積層体では、複数の半導体モジュールと、複数の冷却体と、を例えば板バネ等の保持部材により積層方向に押圧する。これにより、半導体モジュールおよび冷却体の、積層方向と直交する直交方向の位置ずれを防止している。
本発明に係る電力変換装置は、車両に搭載される電力変換装置(例えば実施形態における電力変換装置1)であって、複数の半導体モジュール(例えば実施形態における半導体モジュール10)と、冷媒通路(例えば実施形態における冷媒通路21)を備えた複数の冷却体(例えば実施形態における冷却体20)と、が交互に積層されて配置された半導体積層体(例えば実施形態における半導体積層体30)と、前記半導体積層体を、積層方向に押圧して保持する保持部(例えば実施形態における保持部35)と、を備え、前記半導体モジュールおよび前記冷却体は、絶縁性を備えた板状の樹脂接着部材(例えば実施形態における樹脂接着部材60)により互いに接着され、前記半導体モジュールの積層方向における端部には、金属板(例えば実施形態における銅板12)が配置され、前記樹脂接着部材は、前記金属板の全体を覆っており、前記冷却体の外表面のうち、前記半導体モジュールと対向する面には、少なくとも前記樹脂接着部材が貼付される部分に粗化処理が施されて形成された粗化領域(例えば実施形態における粗化領域A1)と、粗化処理が施されていない非粗化領域(例えば実施形態における非粗化領域A2)と、を有し、前記粗化領域は、積層方向から見た断面視で、前記半導体モジュールにおける前記金属板の外側にまで及んでいる、
ことを特徴とする電力変換装置。
また、冷却体の外表面のうち、樹脂接着部材が貼付される部分に粗化処理が施されている。このため、冷却体の外表面における直交方向の摩擦係数を向上させることが可能になり、半導体積層体を保持するために要する積層方向の押圧力を抑制することができる。
また、樹脂接着部材が、金属板の全体を覆っているので、半導体モジュールと冷却体との接着力を効果的に向上することができる。
また、冷却体の外表面に粗化処理が施されている。このため、冷却体の外表面と、樹脂接着部材と、の接触面積を大きく確保することが可能になり、金属板から、樹脂接着部材を介して冷却体に放熱するのを促しやすくなる。したがって、半導体モジュールと冷却体との間の熱抵抗の増加を抑制し、効果的に半導体モジュールを冷却することができる。
また、冷却体の外表面のうち、半導体モジュールと対向する面に、粗化領域および非粗化領域が形成されているので、粗化領域と非粗化領域との境界部分を視認しやすくすることができる。このため、前記境界部分を、製造設備による位置認識のための目印として、半導体モジュールと冷却体との接着時の位置合せの基準とすることで、製造時の直交方向における半導体モジュールおよび冷却体の位置決めを容易に行うことができる。
また、粗化領域が金属板の外側にまで及んでいるので、金属板により前記境界部分が隠れることがなく、この境界部分を確実に位置合わせの基準とすることができる。
本実施形態に係る電力変換装置1は、車両のモータルーム(図示せず)内に搭載されている。
バッテリ71は、電力変換装置1の直流コネクタ71aに接続される正極端子PBおよび負極端子NBを備えている。
第1モータ72は、バッテリ71から供給される電力によって回転駆動力を発生させる。第2モータ73は、回転軸に入力される回転駆動力によって回生電力を発生させる。例えば、第1モータ72および第2モータ73の各々は、3相交流のブラシレスDCモータである。
パワーモジュール81は、第1モータ72および第2モータ73に対して電力を授受する電力変換回路を構成する半導体モジュール10を備えている。パワーモジュール81は、半導体素子から成る半導体モジュール10として、第1電力変換回路部91と、第2電力変換回路部92と、第3電力変換回路部93と、を備えている。
以下の説明において、半導体積層体30における半導体モジュール10および冷却体20が交互に積層された方向を積層方向Xといい、積層方向Xと直交する方向を直交方向Yという。
本実施形態では、保持部35として板バネが採用されている。保持部35とケース37との間にくさび部材36を挿入することで、保持部35が半導体積層体30を積層方向Xに押圧して保持する。
半導体モジュール10は、積層方向Xの中央部に配置された電子チップ11と、電子チップ11を積層方向Xの両側から挟む銅板(金属板)12と、電子チップ11および銅板12を一体に保持するモールド13と、を備えている。銅板12および電子チップ11は、導電性接着剤14により互いに接続されている。導電性接着剤14としては、例えばはんだを採用することができる。
銅板12は、積層方向Xから見て矩形状をなしている。銅板12は、半導体モジュール10の積層方向Xにおける両端部に各別に配置されている。銅板12は、具体的には、中央層としての絶縁層と、積層方向Xにおいて該絶縁層を両側から挟む銅パターン(導体パターン)と、によって構成されている。
モールド13は、例えば合成樹脂材料により形成されている。
冷却体20の内部には、冷媒通路21が形成されている。冷媒通路21は、直交方向のうち、前記一方向と交差する方向に延びる複数の通路が互いに連通することで、1つの通路を構成している。冷媒通路21内を冷却水等の冷媒が通過することで、冷却体20の外表面から、半導体モジュール10の熱を奪うことができる。
本実施形態では、図3および図4に示すように、半導体モジュール10および冷却体20は、絶縁性を備えた板状の樹脂接着部材60により互いに接着されている。
樹脂接着部材60は、積層方向Xから見て矩形状をなしている。樹脂接着部材60の積層方向Xの厚みTは、樹脂接着部材60の全域にわたって同等となっている。樹脂接着部材60は、銅板12の全体を覆っている。このため樹脂接着部材60における直交方向Yの大きさL1は、銅板12における直交方向Yの大きさL2よりも大きくなっている。
粗化領域A1の表面粗さは、冷却体20の外表面のうち、粗化処理が施されていない他の領域(例えば非粗化領域A2や、冷却体20における冷媒通路21の内部表面等の通常の加工表面)における表面粗さに比べて、粗くなっている。粗化領域A1の表面粗さは、樹脂接着部材60の厚みTよりも小さくなっている。この点について、以下に詳述する。
Ra<T・・・(1)式
を満足するように形成される。
なお、このような態様に限られず、冷却体20の粗化領域A1の最大高さをRz(μm)としたとき、粗化領域A1および樹脂接着部材60は、
Rz<T・・・(2)式
を満足するように形成されてもよい。
したがって、半導体積層体30を積層方向Xに保持する保持部35の大型化を抑制し、コンパクトな構成を実現することができる。
また、冷却体20の外表面に粗化処理が施されている。このため、冷却体20の外表面と、樹脂接着部材60と、の接触面積を大きく確保することが可能になり、金属板から、樹脂接着部材60を介して冷却体20に放熱するのを促しやすくなる。したがって、半導体モジュール10と冷却体20との間の熱抵抗の増加を抑制し、効果的に半導体モジュール10を冷却することができる。
また、粗化領域A1が銅板12の外側にまで及んでいるので、銅板12により前記境界部分が隠れることがなく、この境界部分を確実に位置合わせの基準とすることができる。
以下、本発明の参考例に係る電力変換装置2について、図5に基づいて説明する。なお、以下の説明において第1実施形態と同一の構成および機能については説明を省略する。図5は、本発明の参考例に係る電力変換装置2における半導体積層体30の積層前の状態を、簡略化して示す模式図である。
本実施形態に係る電力変換装置2では、図5に示すように、冷却体20の外表面における全体に、粗化領域A1が形成されている。このため、冷却体20の外表面には非粗化領域A2が形成されていない。
例えば、上記各実施形態においては、冷却体20の外表面のうち、粗化処理が施された部分の表面粗さは、樹脂接着部材60の厚みTよりも小さい構成を示したが、このような態様に限られない。前記粗化処理が施された部分の表面粗さは、樹脂接着部材60の厚みTよりも大きくてもよい。
Claims (3)
- 車両に搭載される電力変換装置であって、
複数の半導体モジュールと、冷媒通路を備えた複数の冷却体と、が交互に積層されて配置された半導体積層体と、
前記半導体積層体を、積層方向に押圧して保持する保持部と、
を備え、
前記半導体モジュールおよび前記冷却体は、絶縁性を備えた板状の樹脂接着部材により互いに接着され、
前記半導体モジュールの積層方向における端部には、金属板が配置され、
前記樹脂接着部材は、前記金属板の全体を覆っており、
前記冷却体の外表面のうち、前記半導体モジュールと対向する面には、
少なくとも前記樹脂接着部材が貼付される部分に粗化処理が施されて形成された粗化領域と、粗化処理が施されていない非粗化領域と、を有し、
前記粗化領域は、積層方向から見た断面視で、前記半導体モジュールにおける前記金属板の外側にまで及んでいる、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記粗化領域の表面粗さは、前記樹脂接着部材の厚みよりも小さい、
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記板状の樹脂接着部材は、母材樹脂に対して、前記母材樹脂よりも熱伝導性の良いフィラーを添加して構成されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。
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