WO2023243238A1

WO2023243238A1 - 電力変換装置

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Publication number: WO2023243238A1
Application number: PCT/JP2023/016666
Authority: WO
Inventors: 亨太浅井; 明博難波; 典男石塚; 健徳山
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2022-06-14
Filing date: 2023-04-27
Publication date: 2023-12-21
Also published as: JP2023182331A

Abstract

電力変換装置（１００）は、直流電力を交流電力に変換する複数のパワーモジュール（２０１）と、複数のパワーモジュール（２０１）に直流電力を伝達する直流配線（２２）と、複数のパワーモジュール（２０１）を配置し、直流配線（２２）を実装した回路基板（３０）と、複数のパワーモジュール（２０１）と回路基板（３０）とを覆って封止したモールド樹脂（２３）と、を備え、モールド樹脂（２３）は、複数のパワーモジュール（２０１）の周囲にシール面部（２３１、２３２）を有し、シール面部（２３１、２３２）の厚さは、複数のパワーモジュール（２０１）を封止する領域の厚さより薄い。

Description

電力変換装置

　本発明は、電力変換装置に関し、特にハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータに交流電流を供給する電力変換装置に関する。

　近年、電力変換装置では、出力の増大が求められている一方、製造性の向上も要求されている。電力変換装置のパワーモジュールが１相分の上アーム回路又は下アーム回路を１つのモジュールとして、かつ３相分設ける場合には、６個のモジュールを設ける必要がある。そのため、パワーモジュールの製造性の向上が重要になる。

　一方で、製造性の向上とともに冷却性能の向上も重要な課題であり、冷却性能が低い場合には、電力変換装置の出力増大の妨げとなってしまう。車載用の電力変換装置は、産業用などと比較すると温度変化の大きい環境で使用される。このため、高温の環境に置かれていながら高い信頼性を維持できる電力変換装置が要求されている。

　特許文献１に記載の電力変換装置は、金属ベースと、金属ベースの上面における周縁部を除く領域に配置された絶縁基板と、絶縁基板の上面に搭載された半導体素子と、金属ベースの上面における周縁部に接着剤により接着され、半導体素子の側面を囲繞する樹脂ケースと、樹脂ケース内に充填され、半導体素子を封止する封止樹脂と、を備える。金属ベースの上面における周縁部には、接着剤を充填する溝部が形成されている。このような構成によれば、樹脂ケースの厚みが薄い場合にも、封止樹脂の漏れと絶縁不良の発生を抑制することができる。

特開２０２１－１１１６６９号公報

　特許文献１に記載のパワーモジュール（半導体装置）では、半導体素子を封止する封止樹脂が金属ベースと樹脂ケースで覆われており、これらの剛性により封止樹脂の常温硬化時に発生する反りを抑制している。しかし、本構造では、パワーモジュールの下面を冷却面として採用する片面冷却であるため、パワーモジュールの上下両面を冷却する両面冷却に比べて冷却性能が低い課題がある。

　本発明の目的は、パワーモジュールの両面冷却によって冷却性能を向上し、かつ、封止樹脂の常温硬化時に発生する反りを抑制することである。

　本発明の一態様による電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換する複数のパワーモジュールと、複数の前記パワーモジュールに直流電力を伝達する直流配線と、複数の前記パワーモジュールを配置し、前記直流配線を実装した回路基板と、複数の前記パワーモジュールと前記回路基板とを覆って封止したモールド樹脂と、を備え、前記モールド樹脂は、複数の前記パワーモジュールの周囲にシール面部を有し、前記シール面部の厚さは、複数の前記パワーモジュールを封止する領域の厚さより薄い。

　本発明に係る電力変換装置によれば、パワーモジュールの両面冷却によって冷却性能を向上し、かつ、封止樹脂の常温硬化時に発生する反りを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る電力変換装置を示す概略平面図であって、流路形成体を省略して示した図である。本発明の第１実施形態に係る電力変換装置を図１のＡ－Ａ線からの断面にて示す概略断面図である。本発明の第１実施形態に係る電力変換装置を示す概略平面図であって、モールド樹脂を省略して示した図である。本発明の第１実施形態に係る第１パワーモジュールを示す概略上面図である。本発明の第１実施形態に係る第１パワーモジュールを示す概略斜視図である。本発明の第１実施形態に係る第１パワーモジュールを示す概略断面図である。本発明の第１実施形態に係る第２パワーモジュールを示す概略上面図である。本発明の第１実施形態に係る第２パワーモジュールを示す概略斜視図である。本発明の第１実施形態に係る第２パワーモジュールを示す概略断面図である。本発明の第２実施形態に係る電力変換装置を示す概略平面図であって、流路形成体を省略して示した図である。本発明の第３実施形態に係る電力変換装置を図１のＡ－Ａ線からの断面にて示す概略断面図である。本発明の第４実施形態に係る電力変換装置を図１のＡ－Ａ線からの断面にて示す概略断面図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、公知の他の構成要素を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。また、各図においてＵ方向が上方向であり、Ｄ方向が下方向であり、Ｆ方向が正面方向であり、Ｂ方向が背面方向であり、Ｒ方向が右方向であり、Ｌ方向が左方向である。

　＜第１実施形態＞
　図１は、本実施形態に係る電力変換装置１００を示す概略平面図である。なお、図１では、流路形成体２５（図２参照）の図示が省略されている。図２は、本実施形態に係る電力変換装置１００を図１のＡ－Ａ線からの断面にて示す概略断面図である。図３は、本実施形態に係る電力変換装置１００を示す概略平面図である。なお、図３では、モールド樹脂２３（図２参照）の図示が省略されている。

　電力変換装置１００は、バッテリなどからの直流電力を電動機に供給する交流電力に変換するものである。電力変換装置１００は、３相分の上アーム回路及び下アーム回路を構成する。電力変換装置１００は、上アーム回路を構成する第１パワーモジュール２０１と、下アーム回路を構成する第２パワーモジュール２０２と、で構成された１相分の回路を３相分有する。

　電力変換装置１００は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２に直流電力を伝達する直流配線２２と、交流出力端子導体３３と、電力変換装置１００に印加される電圧を平滑化するコンデンサ４０と、制御信号を伝達する制御回路５０と、これら全てを搭載したプリント回路基板などの回路基板３０と、を備える。

　電力変換装置１００は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２と回路基板３０とをモールド樹脂２３によって覆って封止している。つまり、モールド樹脂２３は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２と回路基板３０とを回路基板３０の上下にて覆って封止する。
これにより、複雑な形状のバスバーが不要となり、生産性が向上する。

　第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の全ては、直流配線２２の図３の左方向Ｌと右方向Ｒとに伸びる方向から見た場合に、６つ並列に配置されている。

　直流配線２２は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２で構成された１相分の回路に流入する電流が流れる正極電源端子導体３１と、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２で構成された１相分の回路から流出する電流が流れる負極電源端子導体３２と、を有する。正極電源端子導体３１及び負極電源端子導体３２は、上方向Ｕから下方向Ｄに積層されている。

　第１パワーモジュール２０１は、正極電源端子３１１を有する正極電源端子導体３１と、交流出力端子３３１を有する交流出力端子導体３３と、に接続されている。一方で、第２パワーモジュール２０２は、負極電源端子３２１を有する負極電源端子導体３２と、交流出力端子導体３３と、に接続されている。

　これにより、バッテリからの電動機の駆動に必要な電気エネルギーは、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２に供給され、交流出力端子導体３３に設けられた交流出力端子３３１から出力される交流電力を制御する。第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２が１相分の回路を形成し、この組を３相分備えて回路基板３０に搭載される。これにより、複雑な形状のバスバーが不要となり、生産性が向上する。

　回路基板３０は、銅材などにより構成された複数の導体層を備え、他の箇所がガラスエポキシ樹脂などの絶縁部材で構成されている。回路基板３０の導体層を４層構造で構成する場合には、正極電源端子３１１が設けられた正極電源端子導体３１は、回路基板３０の上面と第３内層が主な電流経路となり、回路基板３０の上面に接続された第１パワーモジュール２０１に接続されている。

　一方で、負極電源端子３２１が設けられた負極電源端子導体３２は、回路基板３０の第２内層と下面が主な電流経路となるが、回路基板３０の上面に接続された第２パワーモジュール２０２との接続部付近では、ビア３０１を介して第２パワーモジュール２０２に接続される。

　このように、正極電源端子導体３１と負極電源端子導体３２との積層構造により、それぞれの導体を流れる電流が対向し、磁束打ち消し効果によりインダクタンスを低減できる。

　交流出力端子導体３３は、図示していないビアを介して各層に形成され、電動機に交流電力を出力する交流出力端子３３１を有する。これにより、導体の断面積が拡大され、インダクタンスを低減できる。

　直流配線２２には、流路形成体２５の外部に正極端子４０１及び負極端子４０２を有するコンデンサ４０が搭載されている。正極端子４０１及び負極端子４０２は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２から見た場合に、並列に配置されている。コンデンサ４０は、フィルムコンデンサなどで構成され、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２と、正極電源端子３１１及び負極電源端子３２１と、の間に搭載されている。

　これにより、コンデンサ４０から第１パワーモジュール２０１に流入する電流経路と、第２パワーモジュール２０２からコンデンサ４０に流出する電流経路と、を均一にできインダクタンスを低減できる。

　制御回路５０は、図示していない制御信号生成回路に接続され、ワイヤボンディングなどの制御信号配線５１及び基板内制御信号配線５２を介して第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２に接続され、それぞれ隣接して配置される。

　これにより、制御信号配線５１のインダクタンスを低減し、素子駆動性能の低下を防ぐことで損失増加を防止する。

　第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２は、回路基板３０内にあるパワーモジュール組込孔３０２に組み込まれ、モールド樹脂２３で密閉する構造となる。

　電力変換装置１００は、回路基板３０の上下に、回路基板３０との間にて流路を形成する流路形成体２５をそれぞれ備え、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の上下それぞれを冷媒により冷却する。

　第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２は、上面に第１放熱面２３３を有し、下面に第２放熱面２３４を有する。第１放熱面２３３は、冷媒が接する面であり、モールド樹脂２３及び導体板の上面により構成される。第２放熱面２３４は、冷媒が接する面であり、モールド樹脂２３及び導体板の下面により構成される。第１放熱面２３３及び第２放熱面２３４には、放熱フィン２４が配置されている。上側の流路形成体２５は、第１放熱面２３３を覆うように配置されている。下側の流路形成体２５は、第２放熱面２３４を覆うように配置されている。

　＜第１パワーモジュール２０１＞
　図４は、本実施形態に係る第１パワーモジュール２０１を示す概略上面図である。図５は、本実施形態に係る第１パワーモジュール２０１を示す概略斜視図である。図６は、本実施形態に係る第１パワーモジュール２０１を示す概略断面図である。

　第１パワーモジュール２０１は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置１００における１相分の上アーム回路を構成する。第１パワーモジュール２０１は、ＩＧＢＴ１０と、ダイオード１１と、ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１の下部に配置された第１コレクタ導体板２１１と、ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１の上部に配置された第１エミッタ導体板２２１と、によって構成されている。

　第１コレクタ導体板２１１及び第１エミッタ導体板２２１には、１以下の屈曲部２３０が設けられている。第１コレクタ導体板２１１及び第１エミッタ導体板２２１は、回路基板３０上部の直流配線２２に接続されている。より詳しくは、第１コレクタ導体板２１１は、第１コレクタ導体板２１１の回路基板３０上部に突出した部位から屈曲部無く直線状に延長されて回路基板３０上部の直流配線２２に接続されている。第１エミッタ導体板２２１は、第１エミッタ導体板２２１の回路基板３０上部に突出した部位から左方向Ｌに伸びた後に１つの屈曲部２３０を介して下方向Ｄに屈曲されて回路基板３０上部の直流配線２２に接続されている。

　ＩＧＢＴ１０は、板形状で主電極１０１と当該主電極１０１に流れる主電流を制御する制御電極１０２とを有する。ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１は、第１コレクタ導体板２１１と第１エミッタ導体板２２１とによって両面からそれぞれ挟まれている。ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１は、はんだなどの金属接合材１２を介して第１コレクタ導体板２１１及び第１エミッタ導体板２２１に接続される。第１コレクタ導体板２１１及び第１エミッタ導体板２２１は、銅材で構成されている。

　＜第２パワーモジュール２０２＞
　図７は、本実施形態に係る第２パワーモジュール２０２を示す概略上面図である。図８は、本実施形態に係る第２パワーモジュール２０２を示す概略斜視図である。図９は、本実施形態に係る第２パワーモジュール２０２を示す概略断面図である。

　第２パワーモジュール２０２は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置１００における１相分の下アーム回路を構成する。第２パワーモジュール２０２は、ＩＧＢＴ１０と、ダイオード１１と、ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１の下部に配置された第２コレクタ導体板２１２と、ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１の上部に配置された第２エミッタ導体板２２２と、によって構成されている。

　第２コレクタ導体板２１２及び第２エミッタ導体板２２２には、１以下の屈曲部２３０が設けられている。第２コレクタ導体板２１２及び第２エミッタ導体板２２２は、回路基板３０上部の直流配線２２に接続されている。より詳しくは、第２コレクタ導体板２１２は、第２コレクタ導体板２１２の回路基板３０上部に突出した部位から屈曲部無く直線状に延長されて回路基板３０上部の直流配線２２に接続されている。第２エミッタ導体板２２２は、第２エミッタ導体板２２２の回路基板３０上部に突出した部位から背面方向Ｂに伸びた後に１つの屈曲部２３０を介して下方向Ｄに屈曲されて回路基板３０上部の直流配線２２に接続されている。

　ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１は、第２コレクタ導体板２１２と第２エミッタ導体板２２２とによって両面からそれぞれ挟まれている。ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１は、はんだなどの金属接合材１２を介して第２コレクタ導体板２１２及び第２エミッタ導体板２２２に接続される。第２コレクタ導体板２１２及び第２エミッタ導体板２２２は、銅材で構成されている。第２エミッタ導体板２２２は、第２エミッタ導体板２２２の回路基板３０上部に突出した部位から水平方向に伸びた後に１つの屈曲部を介して下方向Ｄに屈曲されて回路基板３０上部の直流配線２２に接続されている。

　＜モールド樹脂２３の特徴＞
　図１～図３に戻り、モールド樹脂２３は、回路基板３０の上側において、３つの第１パワーモジュール２０１及び３つの第２パワーモジュール２０２の全てを囲むように形成された第１シール面部２３１と、回路基板３０の下側において、３つの第１パワーモジュール２０１及び３つの第２パワーモジュール２０２の全てを囲むように形成された第２シール面部２３２を有する。

　複数のパワーモジュール２０１、２０２の周囲に形成された第１シール面部２３１には、上側の流路形成体２５のシール面部が当接される。複数のパワーモジュール２０１、２０２の周囲に形成された第２シール面部２３２には、下側の流路形成体２５のシール面部が当接される。上側の流路形成体２５のシール面部にはシール溝が形成され、このシール溝に上側の流路形成体２５と第１シール面部２３１との間を封止するシール部材であるＯリング２６が配置されている。同様に、下側の流路形成体２５のシール面部にはシール溝が形成され、このシール溝に下側の流路形成体２５と第２シール面部２３２との間を封止するシール部材であるＯリング２６が配置されている。

　モールド樹脂の第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２の厚さは、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２を封止するモールド樹脂２３の領域の厚さより薄い。また、第１シール面部２３１の厚さは、モールド樹脂２３において第１放熱面２３３が形成される部位より薄く形成されている。第２シール面部２３２の厚さは、モールド樹脂２３において第２放熱面２３４が形成される部位とほぼ等しい厚さに形成されている。

　第１シール面部２３１は、回路基板３０上部に形成されている。第２シール面部２３２は、第１シール面部２３１とは回路基板３０に対して反対側に形成されている。第１シール面部２３１の厚みＨ１及び第２シール面部２３２の厚みＨ２は、回路基板３０に対して同じ厚み（Ｈ１＝Ｈ２）で形成されている。

　第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２は、回路基板３０に対して厚み方向で重なる同じ形状で形成されている。このため、第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２は、回路基板３０に対して同じ厚みであるから、第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２は、同じ体積で形成されている。

　第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の全てが６つ並列に配置された方向の両側（図１の左方向Ｌ及び右方向Ｒ）にて、回路基板３０からそれぞれはみ出ている。

　これにより、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の配置されていないモールド樹脂２３周縁の第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２においてモールド樹脂２３の体積を均一にすることができる。このため、モールド樹脂２３の常温硬化時の収縮量を均一にし、反りが抑制できる。この結果、第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２の研磨プロセスを削減し、製造性が向上する。

　第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２は、周縁部に流路形成体挟持部２３５を有する。モールド樹脂２３は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２を囲うように２つの流路形成体２５により挟持される。また、制御信号配線５１も、流路形成体２５の内部に構成されている。ここで、コンデンサ４０及び制御回路５０は、流路形成体２５の内部に含まれない。

　流路形成体挟持部２３５に用いるねじ等の挟持部品によって、Ｏリング２６を有する２つの流路形成体２５が回路基板３０上下で締結されている。これにより、回路基板３０に締結部を設ける場合と比較して流路形成体２５の小型化が可能となる。また、回路基板３０の導体層による段差に影響されず、気密性の高い流路を構成することが可能となる。

　モールド樹脂２３の第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２は、光沢表面で形成されている。これにより、第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２とＯリング２６との密着性が増し、気密性が向上する。

　モールド樹脂２３のシール面部以外の表面は、梨地表面で形成されている。これにより、モールド樹脂２３の形成時に、形成金型からの取り外しが容易となる。

　回路基板３０では、モールド樹脂２３との接着面に導体層が配置されず、モールド樹脂２３の周縁部には、基板内配線を介して導体が接続されている。これにより、モールド樹脂２３形成時に樹脂の漏れを防ぎ、製造性が向上する。

　第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の上下面に放熱フィン２４が形成される。これにより、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の半導体素子から放熱フィン２４まで絶縁部材を介さずに放熱経路を形成できる。そして、油などの冷媒により第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の半導体素子から放熱フィン２４が直接冷却されるため、熱抵抗の増加を抑制し、電力変換装置の出力増大を図ることが可能となる。

　コンデンサ４０及び制御回路５０は、流路形成体２５の内部に含まれないため、冷媒の接触による電子部品の腐食を防止できる。一方で、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２と、制御信号配線５１と、は、流路形成体２５の内部に構成される。しかし、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２と、制御信号配線５１と、は、モールド樹脂２３により冷媒の接触による電気的影響を受けない。制御信号配線５１は、回路基板３０に設けられた基板内制御信号配線５２を介して制御回路５０に接続されている。

　＜本実施形態の効果＞
　以上の通り、本実施形態においては、モールド樹脂２３周縁の第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２において、回路基板３０上下のモールド樹脂２３の体積を均一にしている。これにより、モールド樹脂２３の常温硬化時の収縮量を均一にし、反りが抑制できる。この結果、第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２の研磨プロセスを削減でき、電力変換装置１００の製造性が向上する。さらに、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の上下面に放熱フィン２４を有し、油などの冷媒によって第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の半導体素子から放熱フィン２４が直接冷却されるため、冷却性能が向上する。

　＜第２実施形態＞
　本実施形態では、上記実施形態と同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。

　図１０は、本実施形態に係る電力変換装置１００を示す概略平面図である。なお、図１０では、流路形成体２５の図示が省略されている。各パワーモジュール２０１、２０２の間には、モールド樹脂２３の第１放熱面２３３及び第２放熱面２３４にスリット２３６が形成されている。これにより、モールド樹脂２３の常温硬化時の反り抑制効果が高まり、電力変換装置１００の製造性が向上する。

　＜第３実施形態＞
　本実施形態では、上記実施形態と同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。

　図１１は、本実施形態に係る電力変換装置１００を図１のＡ－Ａ線からの断面にて示す概略断面図である。回路基板３０から第１放熱面２３３及び第２放熱面２３４までのモールド樹脂２３の厚みが同じに形成されている。このため、本実施形態では、第１パワーモジュール２０１の第１コレクタ導体板２１１の高さが第１実施形態よりも高くなっている。これにより、モールド樹脂２３の常温硬化時の反り抑制効果が高まり、電力変換装置１００の製造性が向上する。

　＜第４実施形態＞
　本実施形態では、上記実施形態と同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。

　図１２は、本実施形態に係る電力変換装置１００を図１のＡ－Ａ線からの断面にて示す概略断面図である。ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１から第１放熱面２３３及び第２放熱面２３４までのモールド樹脂２３の厚みが均一に形成されている。これにより、モールド樹脂２３の常温硬化時の反り抑制効果が高まり、電力変換装置１００の製造性が向上する。

　＜＜相違点の効果＞＞
　（Ａ）
　電力変換装置１００は、直流電力を交流電力に変換する第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２を備える。電力変換装置１００は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２に直流電力を伝達する直流配線２２を備える。電力変換装置１００は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２を配置し、直流配線２２を実装した回路基板３０を備える。電力変換装置１００は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２と回路基板３０とを覆って封止したモールド樹脂２３を備える。モールド樹脂２３は、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の周囲に第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２を有する。第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２の厚さは、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２を封止する領域の厚さより薄い。

　この構成では、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の配置されていないモールド樹脂２３の周縁の第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２において回路基板３０の上下でモールド樹脂２３の体積を均一にすることで、モールド樹脂２３の常温硬化時の収縮量を均一にし、反りを抑制することができる。この結果、第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２の研磨プロセスを削減し、製造性が向上する。また、回路基板３０の上下でモールド樹脂２３に覆われるので、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２を両面冷却可能な構造とすることができる。したがって、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の両面冷却によって冷却性能を向上し、かつ、封止樹脂の常温硬化時に発生する反りを抑制することができる。

　（Ｂ）
　シール面部２３１、２３２は、回路基板３０上部に形成された第１シール面部２３１と、第１シール面部２３１とは回路基板３０に対して反対側に形成された第２シール面部２３２と、を有する。第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２は、回路基板３０に対して同じ厚みで形成されている。

　この構成では、第１パワーモジュール２０１及び第２パワーモジュール２０２の配置されていないモールド樹脂２３の周縁の第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２においてモールド樹脂２３の体積を均一にすることで、第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２のモールド樹脂２３の常温硬化時の収縮量を均一にし、反りを抑制することができる。

　（Ｃ）
　複数のパワーモジュール２０１、２０２は、上アーム回路を構成する第１パワーモジュール２０１と、下アーム回路を構成する第２パワーモジュール２０２と、で構成された１相分の回路を３相分有する。複数のパワーモジュール２０１、２０２は、直流配線２２の伸びる方向から見た場合に、並列に配置されている。

　この構成では、６つのパワーモジュール２０１、２０２が整列でき、モールド樹脂２３のシール面部２３１、２３２を簡易な形状に構成することができる。

　（Ｄ）
　各パワーモジュール２０１、２０２の間には、モールド樹脂２３の第１放熱面２３３及び第２放熱面２３４にスリット２３６が形成されている。

　この構成では、６つのパワーモジュール２０１、２０２が整列でき、各パワーモジュール２０１、２０２の間の非接触状態を保持することができる。

　電力変換装置１００は、回路基板３０の上下に、回路基板３０との間にて流路を形成する流路形成体２５をそれぞれ備え、複数のパワーモジュール２０１、２０２の上下それぞれを冷媒により冷却する。

　この構成では、モールド樹脂２３に覆われた回路基板３０の上下に流路形成体２５をそれぞれ備えるので、全部のパワーモジュール２０１、２０２を両面冷却可能な構造とすることができる。

　（Ｅ）
　電力変換装置１００は、シール面部２３１、２３２の周縁部に流路形成体２５を挟持した流路形成体挟持部２３５を有する。

　この構成では、回路基板３０に流路形成体２５を締結する締結部を設ける場合と比較して流路形成体２５を小型化することができる。

　（Ｆ）
　モールド樹脂２３のシール面部２３１、２３２は、光沢表面である。モールド樹脂２３のシール面部２３１、２３２以外の表面は、梨地表面である。

　この構成では、シール面部２３１、２３２が光沢表面であることで、第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２とＯリング２６などのシール部材との密着性が増し、気密性が向上する。シール面部２３１、２３２以外の表面が梨地表面であることで、モールド樹脂２３の形成時に、形成金型からの取り外しが容易となる。

　（Ｇ）
　直流配線２２は、２つのパワーモジュール２０１、２０２で構成された１相分の回路に流入する電流が流れる正極電源端子導体３１と、２つのパワーモジュール２０１、２０２で構成された１相分の回路から流出する電流が流れる負極電源端子導体３２と、を有する。正極電源端子導体３１及び負極電源端子導体３２は、積層されている。

　この構成では、正極電源端子導体３１及び負極電源端子導体３２が積層構造であり、それぞれの導体層を流れる電流が対向して磁束打ち消し効果を発揮することによって、インダクタンスを低減することができる。

　（Ｈ）
　直流配線２２には、流路形成体２５の外部に正極端子４０１及び負極端子４０２を有するコンデンサ４０が搭載されている。正極端子４０１及び負極端子４０２は、複数のパワーモジュール２０１、２０２から見た場合に、並列に配置されている。

　この構成では、コンデンサ４０から一方のパワーモジュール２０１に流入する電流経路と、対になる他方のパワーモジュール２０２からコンデンサ４０に流出する電流経路と、を均一にすることができ、インダクタンスを低減することができる。

　（Ｉ）
　モールド樹脂２３は、複数のパワーモジュール２０１、２０２と回路基板３０とを回路基板３０の上下にて覆って封止する。

　この構成では、モールド樹脂２３に覆われた回路基板３０の上下に流路形成体２５が配置でき、各パワーモジュール２０１、２０２の両面冷却によって冷却性能を向上することができる。また、回路基板３０の上下がモールド樹脂２３に覆われ、封止樹脂の常温硬化時に発生する反りを抑制することができる。

　（Ｊ）
　第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２は、回路基板３０に対して厚み方向で重なる同じ形状で形成されている。

　この構成では、パワーモジュール２０１、２０２の配置されていないモールド樹脂２３の周縁の第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２においてモールド樹脂２３の形状及び厚みを同じにして体積を均一にすることができる。

　（Ｋ）
　第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２は、同じ体積で形成されている。

　この構成では、第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２が同じ体積であるので、第１シール面部２３１及び第２シール面部２３２のモールド樹脂２３の常温硬化時の収縮量を均一にし、反りを抑制することができる。

　（Ｌ）
　シール面部２３１、２３２は、複数のパワーモジュール２０１、２０２が並列に配置された方向の両側にて、回路基板３０からそれぞれはみ出ている。

　この構成では、回路基板３０からはみ出ているモールド樹脂２３が回路基板３０の上下で繋がり、モールド樹脂２３を一体化することができる。

　（Ｍ）
　複数のパワーモジュール２０１、２０２のそれぞれは、ＩＧＢＴ１０と、ダイオード１１と、ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１の下部に配置されたコレクタ導体板２１１、２１２と、ＩＧＢＴ１０及びダイオード１１の上部に配置されたエミッタ導体板２２１、２２２と、によって構成されている。コレクタ導体板２１１、２１２及びエミッタ導体板２２１、２２２には、１以下の屈曲部２３０が設けられている。コレクタ導体板２１１、２１２及びエミッタ導体板２２１、２２２は、回路基板３０上部の直流配線２２に接続されている。

　この構成では、コレクタ導体板２１１、２１２及びエミッタ導体板２２１、２２２の屈曲部２３０が少なく、製造性が向上する。

　（Ｎ）
　コレクタ導体板２１１、２１２は、コレクタ導体板２１１、２１２の回路基板３０上部に突出した部位から屈曲部無く直線状に延長されて回路基板３０上部の直流配線２２に接続されている。

　この構成では、コレクタ導体板２１１、２１２の屈曲部が無く、製造性が向上する。

　１０…ＩＧＢＴ、１１…ダイオード、１２…金属接合材、２２…直流配線、２３…モールド樹脂、２４…放熱フィン、２５…流路形成体、２６…Ｏリング、３０…回路基板、３１…正極電源端子導体、３２…負極電源端子導体、３３…交流出力端子導体、４０…コンデンサ、５０…制御回路、５１…制御信号配線、５２…基板内制御信号配線、１００…電力変換装置、１０１…主電極、１０２…制御電極、２０１…第１パワーモジュール、２０２…第２パワーモジュール、２１１…第１コレクタ導体板、２１２…第２コレクタ導体板、２２１…第１エミッタ導体板、２２２…第２エミッタ導体板、２３０…屈曲部、２３１…第１シール面、２３２…第２シール面、２３３…第１放熱面、２３４…第２放熱面、２３５…流路形成体挟持部、２３６…スリット、３０１…ビア、３０２…パワーモジュール組込孔、３１１…正極電源端子、３２１…負極電源端子、３３１…交流出力端子、４０１…正極端子、４０２…負極端子

Claims

　直流電力を交流電力に変換する複数のパワーモジュールと、
　複数の前記パワーモジュールに直流電力を伝達する直流配線と、
　複数の前記パワーモジュールを配置し、前記直流配線を実装した回路基板と、
　複数の前記パワーモジュールと前記回路基板とを覆って封止したモールド樹脂と、
を備え、
　前記モールド樹脂は、複数の前記パワーモジュールの周囲にシール面部を有し、
　前記シール面部の厚さは、複数の前記パワーモジュールを封止する領域の厚さより薄い
　電力変換装置。
　請求項１に記載の電力変換装置であって、
　前記シール面部は、前記回路基板上部に形成された第１シール面部と、前記第１シール面部とは前記回路基板に対して反対側に形成された第２シール面部と、を有し、
　前記第１シール面部及び前記第２シール面部は、前記回路基板に対して同じ厚みで形成されている
　電力変換装置。
　請求項１に記載の電力変換装置であって、
　複数の前記パワーモジュールは、上アーム回路を構成する第１パワーモジュールと、下アーム回路を構成する第２パワーモジュールと、で構成された１相分の回路を３相分有し、
　複数の前記パワーモジュールは、前記直流配線の伸びる方向から見た場合に、並列に配置されている
　電力変換装置。
　請求項３に記載の電力変換装置であって、
　各パワーモジュールの間には、前記モールド樹脂にスリットが形成されている
　電力変換装置。
　請求項１に記載の電力変換装置であって、
　前記回路基板の上下に、前記回路基板との間にて流路を形成する流路形成体をそれぞれ備え、複数の前記パワーモジュールの上下それぞれを冷媒により冷却する
　電力変換装置。
　請求項５に記載の電力変換装置であって、
　前記シール面部の周縁部に前記流路形成体を挟持した流路形成体挟持部を有する
　電力変換装置。
　請求項１に記載の電力変換装置であって、
　前記モールド樹脂の前記シール面部は、光沢表面であり、
　前記モールド樹脂の前記シール面部以外の表面は、梨地表面である
　電力変換装置。
　請求項１に記載の電力変換装置であって、
　前記直流配線は、２つの前記パワーモジュールで構成された１相分の回路に流入する電流が流れる正極電源端子導体と、２つの前記パワーモジュールで構成された１相分の回路から流出する電流が流れる負極電源端子導体と、を有し、
　前記正極電源端子導体及び前記負極電源端子導体は、積層されている
　電力変換装置。
　請求項５に記載の電力変換装置であって、
　前記直流配線には、前記流路形成体の外部に正極端子及び負極端子を有するコンデンサが搭載され、
　前記正極端子及び前記負極端子は、複数の前記パワーモジュールから見た場合に、並列に配置されている
　電力変換装置。
　請求項１に記載の電力変換装置であって、
　前記モールド樹脂は、複数の前記パワーモジュールと前記回路基板とを前記回路基板の上下にて覆って封止する
　電力変換装置。
　請求項２に記載の電力変換装置であって、
　前記第１シール面部及び前記第２シール面部は、前記回路基板に対して厚み方向で重なる同じ形状で形成されている
　電力変換装置。
　請求項１１に記載の電力変換装置であって、
　前記第１シール面部及び前記第２シール面部は、同じ体積で形成されている
　電力変換装置。
　請求項３に記載の電力変換装置であって、
　前記シール面部は、複数の前記パワーモジュールが並列に配置された方向の両側にて、前記回路基板からそれぞれはみ出ている
　電力変換装置。
　請求項１に記載の電力変換装置であって、
　複数の前記パワーモジュールのそれぞれは、ＩＧＢＴと、ダイオードと、前記ＩＧＢＴ及び前記ダイオードの下部に配置されたコレクタ導体板と、前記ＩＧＢＴ及び前記ダイオードの上部に配置されたエミッタ導体板と、によって構成され、
　前記コレクタ導体板及び前記エミッタ導体板には、１以下の屈曲部が設けられ、
　前記コレクタ導体板及び前記エミッタ導体板は、前記回路基板上部の前記直流配線に接続されている
　電力変換装置。
　請求項１４に記載の電力変換装置であって、
　前記コレクタ導体板は、前記コレクタ導体板の前記回路基板上部に突出した部位から屈曲部無く直線状に延長されて前記回路基板上部の前記直流配線に接続されている
　電力変換装置。