JP6686848B2 - Power module - Google Patents
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Description
本明細書で開示する技術は、パワーモジュールに関する。 The technology disclosed in this specification relates to a power module.
特許文献1に、パワーモジュールが開示されている。このパワーモジュールは、パワーカードと冷却器とが交互に積層された積層体と、積層体の一端に位置する最外の冷却器を積層体の積層方向に沿って押圧する押圧機構とを備える。 Patent Document 1 discloses a power module. This power module includes a stacked body in which power cards and coolers are alternately stacked, and a pressing mechanism that presses the outermost cooler located at one end of the stacked body along the stacking direction of the stacked body.
上述した構成を有するパワーモジュールにおいて、押圧機構による押圧力がパワーカードの中心部へ局所的に作用していると、パワーカードが局所的に変形することによって、例えばリードフレームと樹脂モールドとの間で剥離が生じることがある。このような剥離又はその他の損傷がパワーカードに生じると、例えばパワーカードの内部へ水分が侵入することによって、パワーカードの寿命が早期に尽きてしまうことがある。 In the power module having the above-mentioned configuration, when the pressing force of the pressing mechanism acts locally on the central portion of the power card, the power card is locally deformed, and for example, between the lead frame and the resin mold. May peel off. If such peeling or other damage occurs in the power card, the life of the power card may be exhausted early due to, for example, water entering the inside of the power card.
上記を鑑み、本開示は、押圧力がパワーカードの中心部へ局所的に作用することを抑制し得る技術を提供する。 In view of the above, the present disclosure provides a technique capable of suppressing the pressing force from locally acting on the central portion of the power card.
本明細書が開示するパワーモジュールは、パワーカードと冷却器とが交互に積層された積層体と、積層体の一端に位置する最外の冷却器を積層体の積層方向に沿って押圧する押圧機構とを備える。最外の冷却器に隣接するパワーカードと押圧機構との間に位置する少なくとも一つの構成部材には、当該隣接するパワーカードの中心部に対応する箇所に凹部が設けられている。ここでいうパワーカードの中心部とは、当該パワーカードを積層方向(即ち、押圧機構による押圧方向)に沿って見たときの中心部を意味し、特に、端子といった突出部を除いた部分の中心部を意味する。また、凹部が設けられた構成部材は、例えば冷却器であってもよいし、スペーサ又は絶縁板といった付加的な部材であってもよい。 A power module disclosed in the present specification is a press for pressing a laminated body in which a power card and a cooler are alternately laminated and an outermost cooler located at one end of the laminated body along a laminating direction of the laminated body. And a mechanism. At least one component member located between the power card adjacent to the outermost cooler and the pressing mechanism is provided with a recess at a location corresponding to the center of the adjacent power card. The central portion of the power card here means the central portion when the power card is viewed along the stacking direction (that is, the pressing direction by the pressing mechanism), and particularly, the portion excluding the protruding portion such as the terminal. Means the center. The component provided with the recess may be, for example, a cooler, or may be an additional member such as a spacer or an insulating plate.
上記したパワーモジュールでは、冷却器又はその他の構成部材に設けられた凹部によって、最外のパワーカードの中心部と押圧機構との間に空間が形成されている。このような構成によると、押圧機構による押圧力が、当該空間の周りに分散されることから、パワーカードの中心部へ局所的に作用することが抑制される。これにより、例えばリードフレームと樹脂モールドとの間の剥離といったパワーカードの損傷が抑制される。 In the above-described power module, a space provided between the central portion of the outermost power card and the pressing mechanism is formed by the recess provided in the cooler or other component members. With such a configuration, the pressing force of the pressing mechanism is dispersed around the space, so that it is suppressed that the pressing force locally acts on the central portion of the power card. This suppresses damage to the power card, such as peeling between the lead frame and the resin mold.
図面を参照して実施例のパワーモジュール2について説明する。パワーモジュール2は、コンバータやインバータといった電力変換回路を有しており、例えばハイブリッド車、燃料電池車又は電気自動車といった電動型の自動車に搭載され、電源と走行用モータとの間の電力供給を制御する。
The
図1、図2に示すように、パワーモジュール2は、積層体10と押圧機構20とを備える。積層体10は、複数のパワーカード12と複数の冷却器14とを有しており、パワーカード12と冷却器14とが交互に積層された構造となっている。パワーカード12と冷却器14との間には、絶縁性の材料で形成された絶縁板18が配設されている。各々のパワーカード12は、パワー半導体素子を内蔵する半導体パッケージである。複数のパワーカード12は、全てが同一構造のものであってもよいし、少なくとも一部が異なる構造のものであってもよい。パワーカード12の具体的な構造は特に限定されない。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
各々の冷却器14は、板状に広がる形状を有しており、例えばアルミニウムといった金属材料によって形成されている。各々の冷却器14の内部には、冷却水といった冷媒が流れる流路が画定されている。複数の冷却器14は、互いに平行に配列されており、二つの管路16によって互いに連結されている。各々の冷却器14には、二つの管路16を通じて冷媒が循環し、それによってパワーカード12の冷却が行われる。
Each
押圧機構20は、積層体10の一端に位置する最外の冷却器14aを、積層体10の積層方向(図1の左右方向)に沿って押圧する機構である。これにより、全てのパワーカード12が隣接する冷却器14へそれぞれ密着し、パワーカード12の冷却が効果的に行われる。押圧機構20の具体的な構成については特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における押圧機構20は、弾性部材22と押圧プレート24とを用いて構成されている。弾性部材22は、特に限定されないが、金属板を曲げ加工によって成形した板ばねである。弾性部材22の両端は、ピン26を介してハウジング(図示省略)に固定されている。弾性部材22の中央部は、積層体10に向けて突出しており、押圧プレート24を介して積層体10を押圧する。
The
最外の冷却器14aは、凹部30を有する。凹部30は、隣接するパワーカード12aとは反対側の表面、即ち、押圧機構20の押圧プレート24に対向する表面に設けられている。凹部30は、最外の冷却器14aと押圧プレート24との間に空間を形成する。凹部30は、最外の冷却器14aに隣接するパワーカード12aの中心部に対応する箇所に位置している。ここでいうパワーカード12aの中心部とは、当該パワーカード12aを積層方向(即ち、押圧機構20による押圧方向)に沿って見たときの中心部を意味し、特に、端子(後述する電力端子64、66、68及び信号端子群60、62)といった突出部を除いた部分の中心部を意味する。そして、凹部30がパワーカード12aの中心部に対応する箇所に位置するとは、積層体10を積層方向に沿って見たときに、凹部30が形成された範囲内にパワーカード12aの中心部が位置することを意味する。
The
図3、図4を参照して、本実施例におけるパワーカード12の構成について説明する。但し、ここで説明する構成は一例であり、パワーカード12の構成を限定するものではない。図3、図4に示すように、パワーカード12は、複数のパワー半導体素子42、44、46、48と、それらを封止する樹脂モールド50を有する。複数のパワー半導体素子42、44、46、48には、第1スイッチング素子42と第1ダイオード44と第2スイッチング素子46と第2ダイオード48とが含まれる。第1スイッチング素子42と第2スイッチング素子44には、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を採用することができる。
The configuration of the
パワーカード12は、複数の放熱板52、54、56、58をさらに有する。各々の放熱板52、54、56、58は、銅で形成されており、導電性及び熱伝導性に優れる。各々の放熱板52、54、56、58は、複数のパワー半導体素子42、44、46、48のいくつかと電気的に接続されているとともに、樹脂モールド50の表面に露出している。例えば、第1の放熱板52は、導電性ブロック43を介して、第1スイッチング素子42のエミッタ及び第1ダイオード44のアノードと電気的に接続されており、樹脂モールド50の一方の表面に露出している。第2の放熱板54は、第1スイッチング素子42のコレクタ及び第1ダイオード44のカソードと電気的に接続されており、樹脂モールド50の他方の表面に露出している。同様に、第3の放熱板56は、第2スイッチング素子46のエミッタ及び第2ダイオード48のアノードと電気的に接続されており、樹脂モールド50の一方の表面に露出している。第4の放熱板58は、第2スイッチング素子46のコレクタ及び第2ダイオード48のカソードと電気的に接続されており、樹脂モールド50の他方の表面に露出している。また、第1の放熱板52と第4の放熱板58は互いに、樹脂モールド50の内部で電気的に接続されている。
The
パワーカード12は、複数の電力端子64、66、68及び二つの信号端子群60、62を有する。一方の信号端子群60は、第1スイッチング素子42へ電気的に接続されており、他方の信号端子群62は、第2スイッチング素子46へ電気的に接続されている。複数の電力端子64、66、68には、P電力端子64とN電力端子66とO電力端子68が含まれる。P電力端子64は、樹脂モールド50の内部で第2の放熱板54と電気的に接続されており、N電力端子66は、樹脂モールド50の内部で第3の放熱板56と電気的に接続されており、O電力端子68は、樹脂モールド50の内部で第4の放熱板58(又は第1の放熱板52)と電気的に接続されている。以上の構成により、各々のパワーカード12は、DC−DCコンバータ又はインバータの上下アームを構成し得る回路構造を有している。
The
図5に示すように、パワーカード12では、その中心部Cの一方側(図5中の左側)に第1の放熱板52や第1スイッチング素子42などが配置されており、他方側(図5中の右側)に第3の放熱板56や第2スイッチング素子46が配置されている。一方、パワーカード12の中心部Cは、樹脂モールド50のみが存在しており、外力に対して比較的に変形しやすい。かかる構成のパワーカード12において、仮に、パワーカード12の中心部Cに押圧力Fが局所的に作用すると、中心部Cの局所的な変形に伴って放熱板52、56に反力Rが作用し、例えば図5中の範囲Aにおいて引っ張り応力が生じ得る。その結果、放熱板52、56(又はその他のリードフレーム)と樹脂モールド50との間で剥離が生じることがある。このような剥離又はその他の損傷がパワーカード12に生じると、例えばパワーカード12の内部へ水分が侵入することによって、パワーカード12の寿命が早期に尽きてしまうことがある。なお、このような事象は、積層体10のなかの複数のパワーカード12において、押圧機構20の近くに位置するパワーカード12ほど生じやすい。
As shown in FIG. 5, in the
上記の問題に関して、本実施例では、押圧機構20に最も近い最外の冷却器14aに凹部30が設けられている。それにより、図6に示すように、最外のパワーカード12aの中心部Cと押圧機構20との間に、凹部30による空間が形成されている。このような構成によると、押圧機構20による押圧力Fが、当該空間の周りに分散されることによって、最外のパワーカード12aの中心部Cへ局所的に作用することが抑制される。この点は、他のパワーカード12においても同様である。これにより、上述した放熱板52、56と樹脂モールド50との間の剥離といったパワーカード12の損傷が抑制される。特に、本実施例におけるパワーカード12の構造によると、分散された押圧力Fが二つの放熱板52、56へそれぞれ加えられる。これにより、パワーカード12の変形がより効果的に抑制され、パワーカード12の損傷がより有意に抑制される。
With respect to the above problem, in the present embodiment, the
上記した実施例において、凹部30の形状は特に限定されない。例えば、凹部30の開口形状は、円形状、長円形状、楕円形状、矩形状、又はその他の形状であってもよい。また、凹部30の断面形状は、半円形状、半長円形状、半楕円形状、矩形状又はその他の形状であってもよい。また、凹部30は一つに限られず、複数の凹部30が設けられてもよい。
In the embodiment described above, the shape of the
また、凹部30は、最外の冷却器14aに代えて、又は加えて、他の部材に設けてもよい。凹部30は、最外の冷却器14aに隣接するパワーカード12aと押圧機構20との間に位置する構成部材に設けることができ、それによって上述と同様の効果を得ることができる。例えば、図7に示すように、最外の冷却器14aと押圧機構20との間に、凹部72を有するスペーサ70を設けてもよい。このような形態によっても、パワーカード12aの中心部Cに対応する箇所に、凹部72による空間が形成されることによって、押圧力Fが中心部Cの周囲へ分散して作用する。
Further, the
上記したスペーサ70には、パワーカード12aの第1の放熱板52及び第3の放熱板56に対応する箇所に、突出部74、76をさらに設けることができる。このような構成によると、押圧力Fが二つの放熱板52、56へそれぞれ加えられ、パワーカード12の局所的な変形を抑制することができる。なお、突出部74、76は、スペーサ70に限られず、最外の冷却器14aや絶縁板18など、パワーカード12aと押圧機構20との間に位置する他の構成部材に設けることができる。また、突出部74、76は、放熱板52、56に限られず、樹脂モールド50の表面に露出するリードフレームやその他の部材であって、押圧機構20による押圧力が作用する部材に対応する箇所に設けることができる。
The
図8に、他の変形例を示す。この変形例では、最外の冷却器14aとそれに隣接するパワーカード12aとの間に位置する絶縁板18に、凹部80が設けられている。このような形態によっても、パワーカード12aの中心部Cに対応する箇所に、凹部80による空間が形成されることによって、押圧力Fが中心部Cの周囲へ分散して作用する。凹部80は、冷却器14a側の表面に限られず、パワーカード12a側の表面に設けられてもよい。また、絶縁板18の凹部80は、放熱グリスによって満たされていてもよい。
FIG. 8 shows another modification. In this modification, a
以上、本技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書又は図面に記載された技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示された技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present technology have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technique illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving the one purpose among them has technical utility.
2:パワーモジュール
10:積層体
12:パワーカード
12a:積層体10の一端に位置する最外のパワーカード
14:冷却器
14a:最外のパワーカード12aに隣接するパワーカード
16:管路
18:絶縁板
20:押圧機構
22:弾性部材
24:押圧プレート
30:最外の冷却器14aに設けられた凹部
42、44、46、48:パワー半導体素子(スイッチング素子又はダイオード)
50:樹脂モールド
52、54、56、58:放熱板
60、62:信号端子群
64、66、68:電力端子
70:スペーサ
72:スペーサ70に設けられた凹部
74、76:ペーサ70に設けられた突出部
80:絶縁板18に設けられた凹部
2: power module 10: laminated body 12:
50:
Claims (1)
前記積層体の一端に位置する最外の冷却器を、前記積層体の積層方向に沿って押圧する押圧機構と、を備え、
前記パワーカードでは、その中心部の両側の部分にパワー半導体素子及び放熱板が配置されているとともに、前記パワー半導体素子及び前記放熱板が樹脂モールドによって一体に保持されており、前記中心部が前記両側の部分よりも外力に対して変形しやすく、
前記押圧機構は、前記パワーカードの前記中心部に対応する箇所に押圧力を加える弾性部材を有し、
前記最外の冷却器に隣接するパワーカードと前記押圧機構との間に位置する少なくとも一つの部材には、前記隣接するパワーカードの前記中心部に対応する箇所に凹部が設けられている、
パワーモジュール。 A laminated body in which a power card and a cooler are alternately laminated,
An outermost cooler located at one end of the laminated body, a pressing mechanism for pressing along the stacking direction of the laminated body,
In the power card, the power semiconductor element and the heat dissipation plate are arranged on both sides of the center part, and the power semiconductor element and the heat dissipation plate are integrally held by a resin mold. It is easier to be deformed by external force than the parts on both sides,
The pressing mechanism has an elastic member that applies a pressing force to a location corresponding to the central portion of the power card,
Wherein at least one member located between the power card and the pressing mechanism adjacent the outermost of the cooler, the recess at locations corresponding to the central portion of the power cards said adjacent are provided,
Power module.
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