WO2023286479A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2023286479A1
WO2023286479A1 PCT/JP2022/022253 JP2022022253W WO2023286479A1 WO 2023286479 A1 WO2023286479 A1 WO 2023286479A1 JP 2022022253 W JP2022022253 W JP 2022022253W WO 2023286479 A1 WO2023286479 A1 WO 2023286479A1
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WO
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substrate
housing
base substrate
space
power
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/022253
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English (en)
French (fr)
Inventor
孝志 中神
壮一郎 梅本
雄介 吉野
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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Publication date
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Priority to EP22841826.5A priority patent/EP4354724A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14322—Housings specially adapted for power drive units or power converters wherein the control and power circuits of a power converter are arranged within the same casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • Patent Literature 1 discloses a power module containing a power semiconductor element and a power conversion device including a gate drive substrate for controlling switching and the like of this power module.
  • Electronic components (gate driver IC, etc.) in the gate drive circuit of the gate drive substrate may have lower heat resistance than power semiconductor elements. Therefore, in order to realize a power conversion device with a large current, there is a demand for a technology that makes it difficult for the heat of the power semiconductor element to be transmitted to the gate driving substrate.
  • a cooler is interposed between the gate driving substrate and the power module. This makes it difficult for heat to be conducted from the power module to the gate driving substrate, thereby suppressing the temperature rise of the gate driving substrate.
  • Patent Document 1 a cooler is interposed between the gate driving substrate and the power module. Therefore, the wiring (connection conductor) for connecting these and transmitting the control signal from the gate drive substrate to the power semiconductor element is lengthened by the dimension of the cooler. Therefore, while it is possible to suppress the conduction of heat from the power semiconductor element to the gate drive circuit, there is a possibility that the wiring inductance generated in this wiring will increase at least by the size of the cooler.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and provides a power conversion device that can reduce the wiring inductance of connection conductors while suppressing the conduction of heat from a power semiconductor element to a gate drive circuit. intended to provide
  • the power conversion device includes a housing that forms an accommodation space inside, and divides the accommodation space into a first space on the first side and a second space on the second side.
  • a base substrate fixed to the inner surface of the housing, a first substrate laminated on a part of the main surface of the base substrate facing the first side and having a power semiconductor element, the base substrate and The power semiconductor element is arranged to face the base substrate and the first substrate so as to be separated from the first substrate via a space on the first side, is fixed to the inner surface of the housing, and has a connection conductor connected to the power semiconductor element.
  • a second substrate having a gate drive circuit for inputting a gate voltage through the second substrate.
  • the present disclosure it is possible to provide a power converter that can reduce the wiring inductance of the connection conductor while suppressing heat conduction from the power semiconductor element to the gate drive circuit.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a power converter according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a power module according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a cross-sectional view along line III-III in FIG. 1;
  • the power conversion device of this embodiment is a device that converts DC power into three-phase AC power or the like.
  • the power conversion device of the present embodiment includes, for example, an inverter used in a system such as a power plant, an inverter used for driving an electric motor such as an electric vehicle, and the like.
  • an inverter for controlling an electric motor will be described as an example of a power conversion device.
  • the power converter 1 includes a housing 10 , an external input conductor 11 , a rectifying section 12 , a power converting section 13 , a relay conductor 14 and a cooler 100 .
  • the housing 10 forms an outer shell of the power converter 1 .
  • the housing 10 exemplified in the present embodiment is made of synthetic resin or the like, and has a rectangular parallelepiped shape.
  • the housing 10 has an inner surface 15 forming an accommodation space R inside. Note that the housing 10 in FIG. 1 is indicated by a two-dot chain line.
  • the inner surface 15 of the housing 10 includes a bottom surface 15a, a top surface 15g, an input side surface 17, an output side surface (not shown), a first side surface 15b, and a first side surface 15b. It has a fixing surface 15c, a second side surface 15d, a second fixing surface 15e, and a third side surface 15f.
  • the bottom surface 15a forms a bottom portion of the inner surface 15 forming the accommodation space R.
  • the top surface 15g forms a ceiling portion of the inner surface 15 forming the accommodation space R, which faces the bottom surface 15a.
  • the input-side side surface 17 and the output-side side surface are surfaces that connect the bottom surface 15a and the top surface 15g, and form side portions of the inner surface 15 that forms the accommodation space R.
  • a conductor for inputting DC power which is an input to the power conversion device 1 , extends from the housing space R toward the outside of the housing 10 through the input side surface 17 .
  • a conductor for outputting AC power which is the output of the power conversion device 1 , extends, for example, from the housing space R toward the outside of the housing 10 through the side surface on the output side.
  • the output side surface faces the input side surface 17 .
  • the first side surface 15b extends from the bottom surface 15a in a direction perpendicular to the bottom surface 15a.
  • the first side surface 15b forms a side portion of the inner surface 15 forming the housing space R, and connects the input side surface 17 and the output side surface. More specifically, the inner surface 15 of the housing 10 has a pair of first side surfaces 15b, and these pair of first side surfaces 15b face each other.
  • the first fixing surface 15c extends from the first side surface 15b in a direction perpendicular to the first side surface 15b, that is, parallel to the bottom surface 15a, and connects the input side surface 17 and the output side surface. More specifically, the inner surface 15 of the housing 10 has a pair of first fixing surfaces 15c.
  • the second side surface 15d extends from the first fixing surface 15c in a direction perpendicular to the first fixing surface 15c.
  • the first side surface 15b forms a side portion of the inner surface 15 forming the housing space R, and connects the input side surface 17 and the output side surface. More specifically, the inner surface 15 of the housing 10 has a pair of second side surfaces 15d, and the pair of second side surfaces 15d face each other.
  • the second fixing surface 15e extends from the second side surface 15d in a direction perpendicular to the second side surface 15d, that is, parallel to the bottom surface 15a, and connects the input side surface 17 and the output side surface. More specifically, the inner surface 15 of the housing 10 has a pair of second fixing surfaces 15e.
  • the third side surface 15f extends from the second fixing surface 15e in a direction perpendicular to the second fixing surface 15e and connects to the top surface 15g.
  • the third side surface 15f forms a side portion of the inner surface 15 forming the housing space R and connects the input side surface 17 and the output side surface. More specifically, the inner surface 15 of the housing 10 has a pair of third side surfaces 15f, and these pair of third side surfaces 15f face each other.
  • the external input conductor 11 is an electrical conductor that guides DC power supplied from the outside of the power converter 1 to the housing space R inside the housing 10 .
  • the external input conductor 11 in this embodiment is an electrical conductor (bus bar) made of metal containing copper or the like.
  • the external input conductor 11 extends in a direction crossing the input-side side surface 17 of the housing 10 .
  • the rectifier 12 rectifies DC power input from the external input conductor 11 .
  • the rectifying section 12 in this embodiment includes a plurality of capacitors (not shown) that remove high frequency components and the like superimposed on the power input from the external input conductor 11 .
  • the rectifying section 12 may be provided as necessary, and for example, the rectifying section 12 may be omitted.
  • the power converter 13 converts the DC power from which the high-frequency component has been removed by the rectifier 12, and outputs three-phase AC power as AC power.
  • the power conversion unit 13 includes a base substrate 30, a first substrate 40, an input conductor 70, a second substrate 50, a connection conductor 60, an output conductor 80, a block body 90. Note that the second substrate 50 and the block body 90 in FIG. 2 are indicated by two-dot chain lines.
  • the base substrate 30 is a flat member.
  • the base substrate 30 has a main surface 30a and a back surface 30b located on the back side of the main surface 30a.
  • the main surface 30a and the back surface 30b of the base substrate 30 are arranged in parallel and back to back.
  • copper is used for the base substrate 30 in the present embodiment.
  • a metal other than copper may be employed for the base substrate 30 .
  • the base board 30 is fixed to the inner surface 15 of the housing 10 . More specifically, fastening holes 112 to which bolts 110 can be fastened are formed in the four corners of the base substrate 30, and are fixed to the first fixing surface 15c using the bolts 110. As shown in FIG. By being fixed to the first fixing surface 15c, the base substrate 30 divides the accommodation space R into a first space R1 on the first side and a second space R2 on the second side.
  • accommodation space R in this embodiment is not divided into the first side and the second side only by the base substrate 30, but is also divided into the first side and the second side by an imaginary plane extending so as to extend the base substrate 30. It is partitioned into a first space R1 on the side and a second space R2 on the second side.
  • the first substrate 40 has a first substrate body 41 , a power conversion circuit 42 and a power semiconductor element 43 .
  • the first substrate body 41 has a flat plate shape.
  • the first substrate body 41 has a first surface 41a and a second surface 41b located on the back side of the first surface 41a.
  • the first surface 41a and the second surface 41b of the first substrate body 41 are parallel to each other and back to back.
  • the second surface 41b of the first substrate body 41 is fixed to the principal surface 30a of the base substrate 30 via a bonding material or the like.
  • three first substrates 40 are arranged side by side on the major surface 30a of the base substrate 30 . More specifically, the first substrates 40 are arranged side by side on the major surface 30a of the base substrate 30 in the direction in which the pair of second side surfaces 15d face each other.
  • the first substrate body 41 is made of an insulating material such as ceramic.
  • an insulating material such as ceramic.
  • paper phenol, paper epoxy, glass composite, glass epoxy, glass polyimide, fluorine resin, etc. can be used in addition to ceramics.
  • the power conversion circuit 42 is a pattern of copper foil or the like formed on the first surface 41 a of the first substrate body 41 .
  • the power conversion circuit 42 in the present embodiment is formed, for example, by being fixed to the first surface 41a of the first substrate main body 41 by adhesion or the like and then etching or the like.
  • An input circuit (not shown) and an output circuit (not shown) are formed in the power conversion circuit 42 of the present embodiment.
  • the input circuit is a circuit pattern for inputting power input from the outside to the power semiconductor element 43 .
  • the output circuit is a circuit pattern for outputting power converted by the power semiconductor element 43 .
  • the power semiconductor element 43 is, for example, a switching element such as IGBT or MOSFET. In this embodiment, six power semiconductor elements 43 are mounted on the power conversion circuit 42 of the first substrate 40 .
  • the power semiconductor element 43 includes an input terminal (not shown), an output terminal (not shown), and a control terminal (not shown).
  • the input terminal of the power semiconductor element 43 is electrically connected to the input circuit of the power conversion circuit 42 formed on the first surface 41a of the first substrate body 41 via a bonding material or the like.
  • one end of a lead frame (not shown) as a conducting wire is electrically connected to the output terminal of the power semiconductor element 43 .
  • the other end of the lead frame is electrically connected to the output circuit of power conversion circuit 42 . That is, a DC current flows into the input terminal (not shown) via the power conversion circuit 42, and an AC current converted by the power semiconductor element 43 is output from the output terminal (not shown).
  • a control signal for controlling switching of the power semiconductor element 43 or the like is input to the control terminal from the outside of the first substrate 40 .
  • the bonding material used for bonding the base substrate 30 and the first substrate body 41 and for bonding the power semiconductor element 43 and the power conversion circuit 42 is, for example, solder or a sintering material (powder of metal, ceramic, etc.). can be adopted.
  • the input conductor 70 is a current path for receiving a current input from the capacitor of the rectifying section 12 and passing a DC current to the power conversion circuit 42 of the first substrate 40 . As shown in FIG. 2 , the ends of the input conductors 70 are electrically connected to the power conversion circuit 42 formed on the first surface 41 a of the first substrate body 41 .
  • the input conductor 70 has a first input conductor 71 and a second input conductor 72 as two terminals forming a PN terminal.
  • the first input conductor 71 and the second input conductor 72 are arranged side by side with a space therebetween in the direction along the base substrate 30 .
  • three sets of input conductors 70 are arranged so as to correspond to the first substrate 40, respectively.
  • the first input conductor 71 is an electrical conductor made of metal such as copper as a positive electrode that transmits power to the power semiconductor element 43 of the first substrate 40 .
  • the second input conductor 72 is an electrical conductor made of metal such as copper as a negative electrode that transmits power to the power semiconductor element 43 of the first substrate 40 .
  • Fastening holes 112 to which bolts 110 can be fastened are formed in the first input conductor 71 and the second input conductor 72 .
  • the second substrate 50 has a second substrate body 51 and a gate drive circuit 52 .
  • the second substrate body 51 has a flat plate shape.
  • the second substrate main body 51 has a mounting surface 51a and a facing surface 51b located on the back side of the mounting surface 51a.
  • the mounting surface 51a and the opposing surface 51b of the second substrate body 51 are parallel to each other and back to back.
  • the second board body 51 is fixed to the inner surface 15 of the housing 10 . More specifically, a fastening hole 112 to which a bolt 110 can be fastened is formed at the end of the second substrate 50, and is located on the first side of the first fixing surface 15c of the inner surface 15 of the housing 10. is fixed with a bolt 110 to the second fixing surface 15e facing the direction.
  • the second substrate body 51 is arranged to face the base substrate 30 and the first substrate 40 so as to be separated from the base substrate 30 and the first substrate 40 on the first side with a space therebetween. Therefore, as shown in FIG. 3 , the base substrate 30 and the second substrate 50 are connected only through the housing 10 .
  • the second substrate body 51 is made of an insulating material such as glass epoxy.
  • glass epoxy paper phenol, paper epoxy, glass composite, glass polyimide, fluororesin, ceramic, and the like can be used as the material for forming the second substrate main body 51 .
  • the gate drive circuit 52 is a circuit for controlling switching of the power semiconductor element 43 .
  • the gate drive circuit 52 is a pattern of copper foil or the like formed on the mounting surface 51 a of the second substrate body 51 .
  • a copper foil is formed on the mounting surface 51a of the second substrate body 51, and then an etching resist is applied on the surface of the copper foil.
  • the gate drive circuit 52 is formed on the second substrate main body 51 by performing exposure, development, etching, and the like. That is, the gate drive circuit 52 is formed on the second substrate body 51 by a subtractive method.
  • a gate driver IC (not shown) that generates the control signal to be input to the control terminal of the power semiconductor element 43 is mounted on the gate drive circuit 52 in this embodiment.
  • a gate driver IC generates a gate voltage for driving the gate of the power semiconductor element 43 .
  • the gate drive circuit 52 inputs (applies) the gate voltage generated by the gate driver IC to the power semiconductor element 43 .
  • connection conductor 60 electrically connects the gate drive circuit 52 of the second substrate 50 and the power semiconductor element 43 of the first substrate 40, and transmits the control signal from the gate drive circuit 52 to the power semiconductor element 43.
  • is an electrical conductor of The connection conductor 60 has a first connection portion 61 and a second connection portion 62 . Note that the connection conductor 60 in FIG. 3 is indicated by a dotted line.
  • the first connection portion 61 extends from the gate drive circuit 52 of the second substrate 50 through the second substrate body 51 toward the base substrate 30, and then penetrates through the block body 90 to be exposed in the potting space P. are doing. As shown in FIG. 2, the first connecting portion 61 in this embodiment has an L shape.
  • the second connection portion 62 is a lead wire that connects the first connection portion 61 and the power semiconductor element 43 .
  • the control signal generated by the gate drive circuit 52 is input to the control terminal of the power semiconductor element 43 via the first connection portion 61 and the second connection portion 62 .
  • Aluminum for example, is used for the first connection portion 61 and the second connection portion 62 in the present embodiment.
  • Metal such as copper other than aluminum may be employed for the first connection portion 61 and the second connection portion 62 .
  • the first connection portion 61 and the gate drive circuit 52 of the second substrate 50 in the present embodiment are connected, for example, by soldering (the state of connection is not shown).
  • the first connection portion 61 and the gate driving circuit 52 may be connected via a connector or the like.
  • a through hole electrically connected to the gate driving circuit 52 is formed in the second substrate main body 51, and the first connecting portion 61 as a press-fit terminal is press-fitted into this through hole. , the first connection portion 61 and the gate drive circuit 52 may be connected.
  • the output conductor 80 is an output bus bar for receiving the current output from the power semiconductor element 43 and outputting the current to the outside of the power converter 1 .
  • One end of the output conductor 80 is electrically connected to the output circuit of the power conversion circuit 42 on the first substrate 40 .
  • the other end of the output conductor 80 extends outside the housing 10 through the output-side side surface of the inner surface 15 of the housing 10 .
  • the other end of the output conductor 80 is connected to an output wiring or the like (not shown) for current output. This makes it possible to output AC power to the outside of the power converter 1 .
  • three output conductors 80 are arranged so as to correspond to the first substrate 40, respectively.
  • the block body 90 is a member that is fixed to the main surface 30a of the base substrate 30 and mechanically reinforces the input conductors 70 and the output conductors 80 .
  • the block body 90 is made of a synthetic resin material.
  • the block body 90 covers the first input conductor 71 and the second input conductor 72 from the outside and surrounds the first substrate 40 at least from the outside. That is, the block body 90 has a frame shape extending along the main surface 30a of the base substrate 30 and accommodates the first substrate 40 inside.
  • the second substrate 50 is provided so as to be separated from the block body 90 on the first side via a space. Note that the block 90 in FIG. 3 is indicated by a dotted line.
  • the block body 90 is fixed to the main surface 30a of the base substrate 30 via an adhesive or the like.
  • an insulating material such as PPS (polyphenylene sulfide) can be used as a synthetic resin material for the block body 90 in the present embodiment.
  • An insulating material other than PPS may be used for the block body 90 .
  • the block body 90 defines a space together with the first substrate 40.
  • the space defined by these block bodies 90 and the first substrate 40 is called "potting space P".
  • a liquid potting material is poured into the potting space P from the outside (potting), and at least the power conversion circuit 42 of the first substrate body 41, the power semiconductor element 43, and a portion of the input exposed in the potting space P are exposed.
  • Conductor 70 is encapsulated.
  • the potting material poured into the potting space P hardens over a predetermined period of time, and electrically insulates the power conversion circuit 42 and the power semiconductor element 43 of the first substrate 40 from the space outside the power module 20. do.
  • Silicon gel or epoxy resin for example, can be used as the potting material in this embodiment.
  • a synthetic resin other than silicone gel or epoxy resin may be used as the potting material.
  • the relay conductor 14 is an electrical conductor (bus bar) for transmitting power from the rectifying section 12 to the power converting section 13 .
  • One end of the relay conductor 14 is connected to the rectifying section 12 (illustration of the connection state is omitted).
  • the other end of the relay conductor 14 is connected to the input conductor 70 of the power converter 13 .
  • a fastening hole 112 for fastening a bolt 110 is formed at the other end of the relay conductor 14 in this embodiment.
  • the other end of the relay conductor 14 is fastened to a fastening hole 112 formed in the input conductor 70 via this bolt 110, and the relay conductor 14 and the input conductor 70 are connected.
  • the relay conductor 14 includes a first relay conductor 14a and a second relay conductor 14b.
  • the first relay conductor 14 a is a current path that connects the capacitor of the rectifying section 12 and the positive electrode of the input conductor 70 of the power converting section 13 .
  • the second relay conductor 14 b is a current path that connects the capacitor of the rectifying section 12 and the negative electrode of the input conductor 70 of the power converting section 13 .
  • the first relay conductor 14a and the second relay conductor 14b are arranged side by side.
  • the cooler 100 is a device that cools the base substrate 30 and the first substrate 40 of the power converter 13 .
  • the cooler 100 is provided in the second space R2, contacts only the back surface 30b of the base substrate 30 facing the second side, and is provided on the back surface 30b of the base substrate 30 via a bonding material or the like.
  • the cooler 100 in this embodiment has a cooler main body 101 , a coolant inlet portion 102 and a coolant outlet portion 103 .
  • the cooler main body 101 is bonded to the back surface 30b of the base substrate 30 via a bonding material or the like. Inside the cooler main body 101, a channel through which the coolant W flows is formed.
  • the coolant inlet portion 102 guides the coolant W supplied from, for example, a coolant supply device (not shown) provided outside the electric power converter 1 to the inside of the cooler body 101 .
  • the coolant outlet portion 103 discharges the coolant W that has flowed through the cooler main body 101 from the coolant inlet portion 102 to the outside.
  • the coolant W discharged from the coolant outlet portion 103 is returned to, for example, the coolant supply device.
  • the heat of the power semiconductor element 43 is transmitted to the coolant W via the power conversion circuit 42, the first substrate main body 41, the base substrate 30, the cooler main body 101, and the like.
  • the cooler 100 can cool the base substrate 30 and the power semiconductor elements 43 of the first substrate 40 .
  • a joining material such as solder, a sintering material (powder of metal, ceramic, etc.), or an adhesive can be used.
  • a sintering material paste of metal, ceramic, etc.
  • an adhesive for joining the base substrate 30 and the cooler main body 101
  • materials for the cooler main body 101, the coolant inlet portion 102, and the coolant outlet portion 103 for example, aluminum, iron, copper, ceramics, and the like can be used.
  • the direct connection between the power semiconductor element 43 of the first substrate 40 and the gate drive circuit 52 of the second substrate 50 is only the connection conductor 60 .
  • the connection conductor 60 electrically connecting them can be kept short. can be done. Therefore, the wiring inductance of the connection conductor 60 can be reduced while suppressing heat conduction from the power semiconductor element 43 to the gate drive circuit 52 .
  • the power conversion device 1 includes a block body 90 that is fixed to the main surface 30a, extends along the main surface 30a, has a frame shape, and accommodates the first substrate 40 inside.
  • the number of parts can be reduced compared to the case where the block body 90 and the case for housing the first substrate 40 are separately provided.
  • the first substrate 40 can be kept safe.
  • the mode of connection between the base substrate 30 and the second substrate 50 is only via the housing 10 .
  • the heat generated in the power semiconductor element 43 passes through at least the housing 10 in the process of being conducted to the second substrate 50, so the amount of heat that is finally conducted is reduced. Therefore, the direct heat effect from the first substrate 40 to the second substrate 50, that is, the temperature rise of the second substrate 50 can be suppressed.
  • the base substrate 30 is fixed to the first fixing surface 15c of the inner surface 15 of the housing 10
  • the second substrate 50 is fixed to the second fixing surface 15 of the inner surface 15 of the housing 10. It is fixed to the surface 15e.
  • the base substrate 30 and the second substrate 50 are fixed to the first fixing surface 15c and the second fixing surface 15e of the inner surface 15 of the housing 10, the heat conducting path from the first substrate 40 to the second substrate 50 becomes longer. Therefore, the temperature rise of the gate drive circuit 52 of the second substrate 50 can be further suppressed.
  • the power conversion device 1 further includes a cooler 100 that cools the base substrate 30 by contacting only the back surface 30b of the base substrate 30 facing the second side. Since the base substrate 30 and the first substrate 40 are thereby cooled, the amount of heat conducted from the first substrate 40 to the second substrate 50 via the housing 10 can be reduced. In addition, the base substrate 30 and the first substrate 40 can be intensively cooled without reducing the cooling efficiency of the cooler 100 .
  • an inverter was used as an example of the power conversion device 1, but the power conversion device 1 is not limited to an inverter.
  • the power conversion device 1 may be, for example, a device that performs power conversion using a power semiconductor element, such as a converter or a combination of an inverter and a converter.
  • the inner surface 15 of the housing 10 has the first fixing surface 15c to which the base substrate 30 is fixed and the second fixing surface 15e to which the second substrate 50 is fixed. It is not limited to this configuration. Instead of the structure in which the inner surface 15 of the housing 10 has the first fixing surface 15c and the second fixing surface 15e, it is fixed to the inner surface 15, and the first fixing surface 15c and the second fixing surface are provided as the inner surface 15 of the housing 10.
  • the power conversion device 1 may include another member forming 15e. As a result, the housing 10 can be manufactured more easily, that is, the manufacturing cost of the housing 10 can be reduced, and the base substrate 30 and the second substrate 50 can be directly connected thermally. It can be fixed within the housing 10 .
  • the base substrate 30 and the second substrate 50 are fixed to the first fixing surface 15c and the second fixing surface 15e with the bolts 110, but the configuration is not limited to this.
  • the base substrate 30 and the second substrate 50 may be fixed to the first fixing surface 15c and the second fixing surface 15e by, for example, an adhesive or the like.
  • the main surface 30a and the back surface 30b of the base substrate 30, the first surface 41a and the second surface 41b of the first substrate body 41, the mounting surface 51a and the opposing surface 51b of the second substrate body 51 are mutually
  • the configuration is not limited to a back-to-back relationship in a parallel state, and may be slightly slanted.
  • each surface (bottom surface 15a, top surface 15g, input side surface 17, output side surface, first side surface 15b, first fixing surface 15c, second side surface 15d, second
  • the second fixed surface 15e and the third side surface 15f) are not limited to the parallel and vertical arrangement relationship as described above, and may be arranged in an arrangement relationship slightly inclined from the parallel and vertical arrangement.
  • the power conversion device according to the embodiment is understood as follows, for example.
  • a power conversion device 1 includes a housing 10 that forms an accommodation space R inside, and the accommodation space R is divided into a first space R1 on the first side and a second space R2 on the second side.
  • a base substrate 30 fixed to the inner surface 15 of the housing 10 and a power semiconductor element 43 laminated on a part of the main surface 30a of the base substrate 30 facing the first side so as to be divided into
  • a first substrate 40 is arranged opposite to the base substrate 30 and the first substrate 40 so as to be separated from the base substrate 30 and the first substrate 40 to the first side via a space, and the a second substrate 50 fixed to the inner surface 15 and having a gate drive circuit 52 for inputting a gate voltage to the power semiconductor element 43 via a connection conductor 60 ;
  • the direct connection between the power semiconductor element 43 of the first substrate 40 and the gate drive circuit 52 of the second substrate 50 is only the connection conductor 60 .
  • the connection conductor 60 electrically connecting them can be kept short. can be done.
  • a power conversion device 1 according to a second aspect is the power conversion device 1 of (1), which is fixed to the main surface 30a and has a frame-like shape extending along the main surface 30a.
  • a block body 90 that houses the first substrate 40 may be further provided, and the second substrate 50 may be provided so as to be separated from the block body 90 on the first side with a space therebetween.
  • the block body 90 and the case for housing the first substrate 40 are separately provided. Moreover, since the first substrate 40 is accommodated by the block body 90, the first substrate 40 can be kept safe.
  • a power conversion device 1 according to a third aspect is the power conversion device 1 of (1) or (2), wherein the base substrate 30 and the second substrate 50 are connected via the housing 10 may be connected only
  • the heat generated by the power semiconductor element 43 passes through at least the housing 10 in the process of being conducted to the second substrate 50, so the amount of heat that is finally conducted is reduced.
  • a power conversion device 1 according to a fourth aspect is the power conversion device 1 according to any one of (1) to (3), wherein the inner surface 15 is a first fixing surface 15c facing the first side. and a second fixing surface 15e facing the first side on the first side of the first fixing surface 15c, the base substrate 30 being fixed to the first fixing surface 15c and the second The two substrates 50 may be fixed to the second fixing surface 15e.
  • the base substrate 30 and the second substrate 50 are fixed to the first fixing surface 15c and the second fixing surface 15e of the inner surface 15 of the housing 10, the heat conducting path from the first substrate 40 to the second substrate 50 becomes longer.
  • a power conversion device 1 according to a fifth aspect is the power conversion device 1 according to any one of (1) to (4), which is provided in the second space R2 and in the base substrate 30
  • a cooler 100 that cools the base substrate 30 by contacting only the back surface 30b facing the second side may be further provided.
  • the base substrate 30 and the first substrate 40 are cooled, the amount of heat conducted from the first substrate 40 to the second substrate 50 via the housing 10 can be reduced.
  • the base substrate 30 and the first substrate 40 can be intensively cooled without reducing the cooling efficiency of the cooler 100 .
  • the power conversion device of the present disclosure it is possible to reduce the wiring inductance of the connection conductor while suppressing heat conduction from the power semiconductor element to the gate drive circuit.
  • Power conversion device 10 ... Case 11... External input conductor 12... Rectification unit 13... Power conversion unit 14... Relay conductor 14a... First relay conductor 14b... Second relay conductor 15... Inner surface 15a... Bottom surface 15b... First side surface 15c... First fixed surface 15d... Second side surface 15e... Second fixed surface 15f... Third side surface 15g... Top surface 17... Input side surface 20... Power module 30... Base board 30a... Main surface 30b... Back surface 40... First Substrate 41 First substrate main body 41a First surface 41b Second surface 42 Power conversion circuit 43 Power semiconductor element 50 Second substrate 51 Second substrate main body 51a Mounting surface 51b Opposite surface 52 Gate drive Circuit 60... Connection conductor 61... First connection part 62... Second connection part 70... Input conductor 71...
  • First input conductor 72 Second input conductor 80
  • Output conductor 90 Block body 100
  • Cooler 101 Cooler body 102
  • Refrigerant inlet 103 ...Refrigerant outlet 110
  • Bolt 112 Glass-Initiated space
  • P...Potting space R...Accommodating space
  • R1 First space
  • R2 ...Second space

Abstract

内側に収容空間を形成する筐体と、前記収容空間を第一側の第一空間と第二側の第二空間とに区画するように、前記筐体の内面に固定されたベース基板と、前記ベース基板における前記第一側を向く主面の一部に積層され、パワー半導体素子を有する第一基板と、前記ベース基板及び前記第一基板から前記第一側に空間を介して離間するようにこれらベース基板及び第一基板に対向配置され、前記筐体の前記内面に固定されるとともに、前記パワー半導体素子に接続導体を介してゲート電圧を入力するゲート駆動回路を有する第二基板と、を備える。

Description

電力変換装置
　本開示は、電力変換装置に関する。
　本願は、２０２１年７月１４日に日本に出願された特願２０２１－１１６２４２号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、パワー半導体素子を内蔵するパワーモジュール、及びこのパワーモジュールのスイッチング等を制御するためのゲート駆動用基板を備える電力変換装置が開示されている。ゲート駆動用基板のゲート駆動回路における電子部品（ゲートドライバＩＣ等）は、パワー半導体素子と比較して耐熱性が低い場合がある。このため、電力変換装置の大電流化を実現するために、パワー半導体素子の熱をゲート駆動用基板に伝わりにくくする技術が求められている。
　特許文献１に記載されている電力変換装置では、ゲート駆動用基板とパワーモジュールとの間に冷却器を介在させている。これにより、パワーモジュールからゲート駆動用基板に熱を伝わりにくくさせ、ゲート駆動用基板の温度上昇を抑制している。
特開２０１２－１０５４１９号公報
　上記特許文献１では、ゲート駆動用基板とパワーモジュールとの間に冷却器が介在している。そのため、これらを接続してゲート駆動用基板からパワー半導体素子へ制御信号を送信するための配線（接続導体）が冷却器の寸法分長くなる。したがって、パワー半導体素子からゲート駆動回路への熱の伝導を抑制することができる一方で、少なくとも冷却器の寸法分はこの配線に生じる配線インダクタンスが増加してしまう可能性がある。
　本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、パワー半導体素子からゲート駆動回路への熱の伝導を抑制しつつ、接続導体の配線インダクタンスを低減することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る電力変換装置は、内側に収容空間を形成する筐体と、前記収容空間を第一側の第一空間と第二側の第二空間とに区画するように、前記筐体の内面に固定されたベース基板と、前記ベース基板における前記第一側を向く主面の一部に積層され、パワー半導体素子を有する第一基板と、前記ベース基板及び前記第一基板から前記第一側に空間を介して離間するようにこれらベース基板及び第一基板に対向配置され、前記筐体の前記内面に固定されるとともに、前記パワー半導体素子に接続導体を介してゲート電圧を入力するゲート駆動回路を有する第二基板と、を備える。
　本開示によれば、パワー半導体素子からゲート駆動回路への熱の伝導を抑制しつつ、接続導体の配線インダクタンスを低減することができる電力変換装置を提供することができる。
本開示の実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す斜視図である。 本開示の実施形態に係るパワーモジュールの概略構成を示す斜視図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線方向の断面図である。
（電力変換装置）
　以下、本実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照して説明する。
　本実施形態の電力変換装置は、直流電力を三相交流電力等に変換する装置である。本実施形態の電力変換装置には、例えば、発電所等の系統内で用いられるインバータや、電気自動車等の電動機の駆動用に用いられるインバータ等が挙げられる。本実施形態では、電力変換装置として電動機を制御するためのインバータを一例にして説明する。
　図１に示すように、電力変換装置１は、筐体１０と、外部入力導体１１と、整流部１２と、電力変換部１３と、中継導体１４と、冷却器１００とを備えている。
（筐体）
　筐体１０は、電力変換装置１の外殻を成している。本実施形態で例示する筐体１０は、合成樹脂等により形成されており、直方体状を成している。筐体１０は、内側に収容空間Ｒを形成する内面１５を有している。なお、図１中における筐体１０は、二点鎖線で示されている。
　図１から図３に示すように、筐体１０の内面１５は、底面１５ａと、天面１５ｇと、入力側側面１７と、出力側側面（図示省略）と、第一側面１５ｂと、第一固定面１５ｃと、第二側面１５ｄと、第二固定面１５ｅと、第三側面１５ｆとを有している。
　底面１５ａは、収容空間Ｒを形成する内面１５のうち、底面部分を成している。天面１５ｇは、収容空間Ｒを形成する内面１５のうち、底面１５ａと対向する天井部分を成している。
　入力側側面１７及び出力側側面は、底面１５ａと天面１５ｇとを接続する面であり、収容空間Ｒを形成する内面１５のうち、側面部分を成している。電力変換装置１の入力となる直流電力を入力するための導体は、例えば、この入力側側面１７を貫通して収容空間Ｒから筐体１０の外部に向かって延びている。電力変換装置１の出力となる交流電力を出力するための導体は、例えば、出力側側面を貫通して収容空間Ｒから筐体１０の外部に向かって延びている。出力側側面は、入力側側面１７に対向している。
　第一側面１５ｂは、底面１５ａからこの底面１５ａに対して垂直の方向に広がっている。第一側面１５ｂは、収容空間Ｒを形成する内面１５のうち側面部分を成すとともに、入力側側面１７と出力側側面とを接続している。より詳しくは、筐体１０の内面１５は、一対の第一側面１５ｂを有しており、これら一対の第一側面１５ｂは、互いに対向している。
　第一固定面１５ｃは、第一側面１５ｂからこの第一側面１５ｂに対して垂直の方向、即ち、底面１５ａと平行に広がるとともに、入力側側面１７と出力側側面とを接続している。より詳しくは、筐体１０の内面１５は、一対の第一固定面１５ｃを有している。
　第二側面１５ｄは、第一固定面１５ｃからこの第一固定面１５ｃに対して垂直の方向に広がっている。第一側面１５ｂは、収容空間Ｒを形成する内面１５のうち側面部分を成すとともに、入力側側面１７と出力側側面とを接続している。より詳しくは、筐体１０の内面１５は、一対の第二側面１５ｄを有しており、これら一対の第二側面１５ｄは、互いに対向している。
　第二固定面１５ｅは、第二側面１５ｄからこの第二側面１５ｄに対して垂直の方向、即ち、底面１５ａと平行に広がるとともに、入力側側面１７と出力側側面とを接続している。より詳しくは、筐体１０の内面１５は、一対の第二固定面１５ｅを有している。
　第三側面１５ｆは、第二固定面１５ｅからこの第二固定面１５ｅに対して垂直の方向に広がり、天面１５ｇに接続している。第三側面１５ｆは、収容空間Ｒを形成する内面１５のうち側面部分を成すとともに、入力側側面１７と出力側側面とを接続している。より詳しくは、筐体１０の内面１５は、一対の第三側面１５ｆを有しており、これら一対の第三側面１５ｆは、互いに対向している。
（外部入力導体）
　外部入力導体１１は、電力変換装置１の外部から供給される直流電力を筐体１０内側の収容空間Ｒに導く電気導体である。本実施形態における外部入力導体１１は、銅等を含む金属により形成された電気導体（バスバー）である。外部入力導体１１は、筐体１０の入力側側面１７と交差する方向に延びている。
（整流部）
　整流部１２は、外部入力導体１１から入力された直流電力を整流する。本実施形態における整流部１２は、外部入力導体１１から入力された電力に重畳された高周波成分等を除去する複数のコンデンサ（図示省略）を備えている。整流部１２は、必要に応じて設ければよく、例えば、整流部１２を省略してもよい。
（電力変換部）
　電力変換部１３は、整流部１２で高周波成分が除去された直流電力を変換し、交流電力としての三相交流電力を出力する。
　図１及び図２に示すように、電力変換部１３は、ベース基板３０と、第一基板４０と、入力導体７０と、第二基板５０と、接続導体６０と、出力導体８０と、ブロック体９０とを備えている。なお、図２中における第二基板５０及びブロック体９０は、二点鎖線で示されている。
（ベース基板）
　ベース基板３０は、平板状を成す部材である。ベース基板３０は、主面３０ａ及びこの主面３０ａの裏側に位置する裏面３０ｂを有している。ベース基板３０の主面３０ａと裏面３０ｂとは互いに平行をなした状態で背合わせになっている。本実施形態におけるベース基板３０には、例えば銅が採用される。なお、ベース基板３０には、銅以外の金属が採用されてもよい。
　ベース基板３０は、筐体１０の内面１５に固定されている。より詳しくは、ベース基板３０の四隅にはボルト１１０が締結可能な締結孔１１２が形成されており、ボルト１１０を用いて第一固定面１５ｃに固定されている。ベース基板３０は、第一固定面１５ｃに固定されることで、収容空間Ｒを第一側の第一空間Ｒ１と第二側の第二空間Ｒ２とに区画している。
　なお、本実施形態における収容空間Ｒは、ベース基板３０のみによって第一側と第二側とに区画されるわけではなく、このベース基板３０を延長するように広がる仮想的な面によっても第一側の第一空間Ｒ１と第二側の第二空間Ｒ２とに区画されている。
（第一基板）
　図２に示すように、第一基板４０は、第一基板本体４１と、電力変換回路４２と、パワー半導体素子４３とを有している。
　第一基板本体４１は、平板状を成している。第一基板本体４１は、第一面４１ａと、この第一面４１ａの裏側に位置する第二面４１ｂとを有している。第一基板本体４１の第一面４１ａと第二面４１ｂとは互いに平行をなした状態で背合わせになっている。第一基板本体４１の第二面４１ｂは、ベース基板３０の主面３０ａに接合材等を介して固定されている。本実施形態では、三つの第一基板４０がベース基板３０の主面３０ａ上に並んで配置されている。より詳しくは、これら第一基板４０は、一対の第二側面１５ｄが対向する方向でベース基板３０の主面３０ａに並んで配置されている。
　第一基板本体４１は、例えばセラミック等の絶縁材料により形成されている。なお、第一基板本体４１を形成する絶縁材料としては、セラミック以外にも、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスエポキシ、ガラスポリイミド、フッ素樹脂等を用いることができる。
　電力変換回路４２は、第一基板本体４１の第一面４１ａに形成された銅箔等のパターンである。本実施形態における電力変換回路４２は、例えば、第一基板本体４１の第一面４１ａに接着等で固定された後、エッチング等がなされることにより形成される。本実施形態の電力変換回路４２には、入力回路（図示省略）と、出力回路（図示省略）と、が形成されている。
　入力回路は、外部から入力された電力をパワー半導体素子４３に入力するための回路パターンである。出力回路は、パワー半導体素子４３が変換した電力を出力するための回路パターンである。
　パワー半導体素子４３は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子である。本実施形態では、六つのパワー半導体素子４３が第一基板４０の電力変換回路４２に実装されている。パワー半導体素子４３は、入力用端子（図示省略）と、出力用端子（図示省略）と、制御用端子（図示省略）とを備えている。パワー半導体素子４３の入力用端子は、第一基板本体４１の第一面４１ａに形成されている電力変換回路４２の入力回路に、接合材等を介して電気的に接続されている。
　パワー半導体素子４３の出力用端子には、例えば、導線としてのリードフレーム（図示省略）の一端が電気的に接続されている。リードフレームの他端は、電力変換回路４２の出力回路に電気的に接続されている。つまり、入力用端子（図示省略）には、電力変換回路４２を介して直流電流が流入し、パワー半導体素子４３により変換された交流電流が、出力用端子（図示省略）から出力される。制御用端子には、パワー半導体素子４３のスイッチング等を制御するための制御信号が第一基板４０の外側から入力される。
　ベース基板３０と第一基板本体４１との接合、パワー半導体素子４３と電力変換回路４２との接合に用いられる接合材には、例えば、半田や焼結材（金属やセラミック等の粉末）等を採用することができる。
（入力導体）
　入力導体７０は、整流部１２のコンデンサから入力される電流を受け入れて、第一基板４０の電力変換回路４２へ直流電流を流すための電流経路である。図２に示すように、入力導体７０の端部は、第一基板本体４１の第一面４１ａ上に形成されている電力変換回路４２に電気的に接続されている。
　入力導体７０は、ＰＮ端子を成す二つの端子として、第一入力導体７１と、第二入力導体７２とを有している。第一入力導体７１及び第二入力導体７２は、ベース基板３０に沿う方向に互いに間隔をあけて並設されている。図１に示すように、本実施形態では三組の入力導体７０がそれぞれ第一基板４０に対応するように配置されている。
　図２に示すように、第一入力導体７１は、第一基板４０のパワー半導体素子４３に電力を伝達する正極としての銅等の金属からなる電気導体である。第二入力導体７２は、第一基板４０のパワー半導体素子４３に電力を伝達する負極としての銅等の金属からなる電気導体である。これら第一入力導体７１及び第二入力導体７２にはボルト１１０が締結可能な締結孔１１２が形成されている。
（第二基板）
　第二基板５０は、第二基板本体５１と、ゲート駆動回路５２とを有している。
　第二基板本体５１は、平板状を成している。第二基板本体５１は、実装面５１ａと、この実装面５１ａの裏側に位置する対向面５１ｂとを有している。第二基板本体５１の実装面５１ａと対向面５１ｂとは互いに平行をなした状態で背合わせになっている。
　第二基板本体５１は、筐体１０の内面１５に固定されている。より詳しくは、第二基板５０の端部にはボルト１１０が締結可能な締結孔１１２が形成されており、筐体１０の内面１５の第一固定面１５ｃよりも第一側で、第一側を向く第二固定面１５ｅにボルト１１０で固定されている。第二基板本体５１は、ベース基板３０及び第一基板４０から第一側に空間を介して離間するようにこれらベース基板３０及び第一基板４０に対向配置されている。したがって、図３に示すように、ベース基板３０と第二基板５０とは、筐体１０を介してのみ接続されている。
　第二基板本体５１は、ガラスエポキシ等の絶縁材料により形成されている。なお、第二基板本体５１を形成する材料としては、ガラスエポキシ以外にも、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスポリイミド、フッ素樹脂、セラミック等を用いることができる。
　ゲート駆動回路５２は、パワー半導体素子４３のスイッチングを制御するための回路である。ゲート駆動回路５２は、第二基板本体５１の実装面５１ａに形成された銅箔等のパターンである。本実施形態におけるゲート駆動回路５２の成形工程としては、はじめに第二基板本体５１の実装面５１ａに銅箔を形成した後、この銅箔表面上にエッチングレジストを塗布する。このエッチングレジスト上に回路パターン通りのマスキングを施した後に、露光や現像、エッチング等を行うことで、ゲート駆動回路５２が第二基板本体５１に形成される。即ち、ゲート駆動回路５２は、サブトラクティブ法により第二基板本体５１に形成される。
　本実施形態におけるゲート駆動回路５２には、パワー半導体素子４３の制御用端子に入力する上記制御信号を生成するゲートドライバＩＣ（図示省略）が実装されている。ゲートドライバＩＣは、パワー半導体素子４３のゲートを駆動するためのゲート電圧を生成する。ゲート駆動回路５２は、このゲートドライバＩＣが生成したゲート電圧をパワー半導体素子４３に入力（印加）する。
（接続導体）
　接続導体６０は、第二基板５０のゲート駆動回路５２と、第一基板４０のパワー半導体素子４３とを電気的に接続し、ゲート駆動回路５２からパワー半導体素子４３に上記制御信号を送信するための電気導体である。接続導体６０は、第一接続部６１と、第二接続部６２とを有している。なお、図３中における接続導体６０は、点線で示されている。
　第一接続部６１は、第二基板５０のゲート駆動回路５２から第二基板本体５１を貫通してベース基板３０に向かって延びた後、ブロック体９０を貫通して、ポッティング空間Ｐ内に露出している。図２に示すように、本実施形態における第一接続部６１は、Ｌ字状を成している。
　第二接続部６２は、第一接続部６１とパワー半導体素子４３とを接続するリード線である。
　したがって、これら第一接続部６１及び第二接続部６２を介してゲート駆動回路５２で生成された制御信号がパワー半導体素子４３の制御用端子に入力される。
　本実施形態における第一接続部６１及び第二接続部６２には、例えばアルミニウムが用いられる。なお、第一接続部６１及び第二接続部６２にはアルミニウム以外の銅等の金属が採用されてもよい。
　本実施形態における第一接続部６１と第二基板５０のゲート駆動回路５２とは、例えば、半田付けにより接続されている（接続の状態は、図示省略）。なお、第一接続部６１とゲート駆動回路５２とは、コネクタ等を介して接続されてもよい。また、例えば、第二基板本体５１にゲート駆動回路５２と電気的に接続されているスルーホールが形成されており、プレスフィット端子としての第一接続部６１が、このスルーホールに圧入されることで第一接続部６１とゲート駆動回路５２とが接続されてもよい。
（出力導体）
　出力導体８０は、パワー半導体素子４３から出力される電流を受け入れて、電力変換装置１の外部へ電流を出力するための出力バスバーである。出力導体８０の一端は、第一基板４０における電力変換回路４２の出力回路に電気的に接続されている。図１及び図２に示すように出力導体８０の他端は、筐体１０の内面１５の出力側側面を貫通して、筐体１０の外部に延びている。出力導体８０の他端には電流出力用の出力配線等（図示省略）が接続される。これによって、電力変換装置１の外部へ交流電力を出力することが可能となる。図１に示すように、本実施形態では三つの出力導体８０がそれぞれ第一基板４０に対応するように配置されている。
（ブロック体）
　ブロック体９０は、ベース基板３０の主面３０ａに固定されて入力導体７０及び出力導体８０を機械的に補強する部材である。ブロック体９０は、合成樹脂材料により形成されている。ブロック体９０は、第一入力導体７１及び第二入力導体７２を外側から覆うとともに、第一基板４０を少なくとも外側から囲っている。即ち、ブロック体９０は、ベース基板３０の主面３０ａに沿って延びる枠状をなして、内側に第一基板４０を収容する。ここで、第二基板５０は、ブロック体９０から第一側に空間を介して離間するように設けられている。なお、図３中におけるブロック体９０は、点線で示されている。
　ブロック体９０は、ベース基板３０の主面３０ａに接着剤等を介して固定されている。本実施形態におけるブロック体９０には、例えば、合成樹脂材料としてＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の絶縁材料を採用することができる。なお、ＰＰＳ以外の絶縁材料を、ブロック体９０に採用してもよい。
　ブロック体９０は、第一基板４０とともに空間を画成している。本実施形態では、これらブロック体９０及び第一基板４０により画成された空間を「ポッティング空間Ｐ」と称する。ポッティング空間Ｐには、外部から液状のポッティング材が流し込まれ（ポッティング）、少なくとも第一基板本体４１の電力変換回路４２、パワー半導体素子４３、及びポッティング空間Ｐ内に露出している一部の入力導体７０が封止される。
　ポッティング空間Ｐに流し込まれたポッティング材は、所定の時間がかけられることで硬化し、第一基板４０の電力変換回路４２及びパワー半導体素子４３と、パワーモジュール２０外部の空間とを電気的に絶縁する。本実施形態におけるポッティング材には、例えばシリコンゲルやエポキシ樹脂を用いることができる。なお、シリコンゲルやエポキシ樹脂以外の合成樹脂を、ポッティング材として採用してもよい。
（中継導体）
　中継導体１４は、電力を整流部１２から電力変換部１３に伝えるための電気導体（バスバー）である。中継導体１４の一端は、整流部１２に接続されている（接続状態の図示は、省略する）。中継導体１４の他端は、電力変換部１３の入力導体７０に接続されている。
　なお、本実施形態における中継導体１４の他端には、ボルト１１０を締結するための締結孔１１２が形成されている。中継導体１４の他端は、このボルト１１０を介して入力導体７０に形成された締結孔１１２に締結され、中継導体１４と入力導体７０とが接続されている。
　中継導体１４は、第一中継導体１４ａと、第二中継導体１４ｂとを含んでいる。
　第一中継導体１４ａは、整流部１２のコンデンサと電力変換部１３の入力導体７０の正極とを接続する電流経路である。第二中継導体１４ｂは、整流部１２のコンデンサと電力変換部１３の入力導体７０の負極とを接続する電流経路である。これら第一中継導体１４ａ及び第二中継導体１４ｂは、並んで配置されている。
（冷却器）
　冷却器１００は、電力変換部１３のベース基板３０及び第一基板４０を冷却する装置である。冷却器１００は、第二空間Ｒ２内に設けられるとともに、ベース基板３０における第二側を向く裏面３０ｂにのみ接触するとともに、接合材等を介して、ベース基板３０の裏面３０ｂに設けられている。本実施形態における冷却器１００は、冷却器本体１０１と、冷媒入口部１０２と、冷媒出口部１０３とを有している。
　冷却器本体１０１は、接合材等を介してベース基板３０の裏面３０ｂに接合されている。冷却器本体１０１の内部には、冷媒Ｗの流れる流路が形成されている。冷媒入口部１０２は、例えば、電力変換装置１の外部に設けられている冷媒供給装置（図示省略）から供給された冷媒Ｗを冷却器本体１０１の内部に導く。冷媒出口部１０３は、冷媒入口部１０２から流入して冷却器本体１０１の内部を流れた冷媒Ｗを外部に排出する。冷媒出口部１０３から排出された冷媒Ｗは、例えば、冷媒供給装置へ戻される。
　即ち、パワー半導体素子４３の熱は、電力変換回路４２、第一基板本体４１、ベース基板３０、冷却器本体１０１等を介して冷媒Ｗに伝わる。これによって、冷却器１００は、ベース基板３０、及び第一基板４０のパワー半導体素子４３を冷却することができる。
　ベース基板３０と冷却器本体１０１との接合には、例えば、半田や焼結材（金属やセラミック等の粉末）や接着剤等の接合材を用いることができる。また、本実施形態において、冷却器本体１０１、冷媒入口部１０２、及び冷媒出口部１０３の材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅、及びセラミック等を採用することができる。
（作用効果）
　上記実施形態に係る電力変換装置１では、第一基板４０のパワー半導体素子４３と第二基板５０のゲート駆動回路５２との直接的な接続が、接続導体６０のみである。これにより、第一基板４０の全体で発生する熱が第二基板５０へ直接的に伝導してしまうことを抑制することができる。さらに、第二基板５０が第一基板４０から第一側に空間を介して離間するように第一基板４０に対向配置されているため、これらを電気的に接続する接続導体６０を短く抑えることができる。したがって、パワー半導体素子４３からゲート駆動回路５２への熱の伝導を抑制しつつ、接続導体６０の配線インダクタンスを低減することができる。
　また、上記実施形態に係る電力変換装置１は、主面３０ａに固定され、この主面３０ａに沿って延びる枠状をなして内側に第一基板４０を収容するブロック体９０を備えている。これにより、例えば、ブロック体９０と第一基板４０を収容するケースとを個別に設ける場合と比較して、部品点数を削減することができる。また、ブロック体９０によって第一基板４０が収容されることで、第一基板４０を安全に保つことができる。
　また、上記実施形態に係る電力変換装置１では、ベース基板３０と第二基板５０との接続の態様が筐体１０を介してのみである。これにより、パワー半導体素子４３で生じる熱が第二基板５０へ伝導する過程で少なくとも筐体１０を経由するため、最終的に伝導する熱の量が減少する。したがって、第一基板４０から第二基板５０への直接的な熱の影響、即ち、第二基板５０の温度上昇を抑制することができる。
　また、上記実施形態に係る電力変換装置１では、ベース基板３０は、筐体１０の内面１５の第一固定面１５ｃに固定され、第二基板５０は、筐体１０の内面１５の第二固定面１５ｅに固定されている。これにより、上記作用効果をより具体的な構成で実現することができる。また、筐体１０の内面１５の第一固定面１５ｃ及び第二固定面１５ｅにベース基板３０及び第二基板５０が固定されるため、第一基板４０から第二基板５０にかけて伝導する熱の経路が長くなる。したがって、第二基板５０のゲート駆動回路５２の温度上昇をより抑制することができる。
　また、上記実施形態に係る電力変換装置１は、ベース基板３０における第二側を向く裏面３０ｂにのみ接触してベース基板３０を冷却する冷却器１００を更に備えている。これにより、ベース基板３０及び第一基板４０が冷却されるため、第一基板４０から筐体１０を介して第二基板５０へ伝導する熱量を低減することができる。また、冷却器１００の冷却効率を低下させることなく、集中的にベース基板３０及び第一基板４０を冷却することができる。
［その他の実施形態］
　以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本開示は実施形態によって限定されることはなく、請求の範囲によってのみ限定される。
　上記実施形態では、電力変換装置１としてインバータを一例にして説明したが、電力変換装置１はインバータに限定されることはない。電力変換装置１は、例えば、コンバータや、インバータとコンバータとを組み合わせたもの等、パワー半導体素子により電力変換を行う装置であってもよい。
　また、上記実施形態では、筐体１０の内面１５は、ベース基板３０が固定される第一固定面１５ｃと、第二基板５０が固定される第二固定面１５ｅとを有しているが、この構成に限定されることはない。筐体１０の内面１５が第一固定面１５ｃ及び第二固定面１５ｅを有する構成に代えて、内面１５に固定されるとともに、筐体１０の内面１５として第一固定面１５ｃ及び第二固定面１５ｅを形成する別の部材を電力変換装置１が備えていてもよい。これにより、筐体１０をより簡易に製造することができる、即ち、筐体１０の製造コストを削減することができるとともに、ベース基板３０と第二基板５０とを熱的に直接接続させることなく筐体１０内で固定することができる。
　また、上記実施形態では、ベース基板３０及び第二基板５０は、ボルト１１０で第一固定面１５ｃ及び第二固定面１５ｅに固定されているが、この構成に限定されることはない。ベース基板３０及び第二基板５０は、例えば、接着剤等で第一固定面１５ｃ及び第二固定面１５ｅに固定されていてもよい。
　また、上記実施形態では、ベース基板３０の主面３０ａ及び裏面３０ｂ、第一基板本体４１の第一面４１ａ及び第二面４１ｂ、第二基板本体５１の実装面５１ａ及び対向面５１ｂは、互いに平行をなした状態で背合わせの関係になっている構成に限定されることはなく、多少傾斜していてもよい。
　また、上記実施形態では、筐体１０の内面１５における各面（底面１５ａ、天面１５ｇ、入力側側面１７、出力側側面、第一側面１５ｂ、第一固定面１５ｃ、第二側面１５ｄ、第二固定面１５ｅ、及び第三側面１５ｆ）は、上記のように平行、垂直の配置関係に限定されることはなく、平行及び垂直から多少傾斜した配置関係であってもよい。
［付記］
　実施形態に記載の電力変換装置は、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る電力変換装置１は、内側に収容空間Ｒを形成する筐体１０と、前記収容空間Ｒを第一側の第一空間Ｒ１と第二側の第二空間Ｒ２とに区画するように、前記筐体１０の内面１５に固定されたベース基板３０と、前記ベース基板３０における前記第一側を向く主面３０ａの一部に積層され、パワー半導体素子４３を有する第一基板４０と、前記ベース基板３０及び前記第一基板４０から前記第一側に空間を介して離間するようにこれらベース基板３０及び第一基板４０に対向配置され、前記筐体１０の前記内面１５に固定されるとともに、前記パワー半導体素子４３に接続導体６０を介してゲート電圧を入力するゲート駆動回路５２を有する第二基板５０と、を備える。
　上記構成によれば、第一基板４０のパワー半導体素子４３と第二基板５０のゲート駆動回路５２との直接的な接続が、接続導体６０のみである。これにより、第一基板４０の全体で発生する熱が、第二基板５０へ直接的に伝導してしまうことを抑制することができる。さらに、第二基板５０が第一基板４０から第一側に空間を介して離間するように第一基板４０に対向配置されているため、これらを電気的に接続する接続導体６０を短く抑えることができる。
（２）第２の態様に係る電力変換装置１は、（１）の電力変換装置１であって、前記主面３０ａに固定され、前記主面３０ａに沿って延びる枠状をなして内側に前記第一基板４０を収容するブロック体９０を更に備え、前記第二基板５０は、前記ブロック体９０から前記第一側に空間を介して離間するように設けられていてもよい。
　上記構成によれば、例えば、ブロック体９０と第一基板４０を収容するケースとを個別に設ける場合と比較して、部品点数を削減することができる。また、ブロック体９０によって第一基板４０が収容されることで、第一基板４０を安全に保つことができる。
（３）第３の態様に係る電力変換装置１は、（１）又は（２）の電力変換装置１であって、前記ベース基板３０と前記第二基板５０とは、前記筐体１０を介してのみ接続されていてもよい。
　上記構成によれば、パワー半導体素子４３で生じる熱が第二基板５０へ伝導する過程で少なくとも筐体１０を経由するため、最終的に伝導する熱の量が減少する。
（４）第４の態様に係る電力変換装置１は、（１）から（３）の何れかの電力変換装置１であって、前記内面１５は、前記第一側を向く第一固定面１５ｃと、前記第一固定面１５ｃよりも前記第一側で前記第一側を向く第二固定面１５ｅと、を有し、前記ベース基板３０は、前記第一固定面１５ｃに固定され、前記第二基板５０は、前記第二固定面１５ｅに固定されていてもよい。
　上記構成によれば、上記作用効果をより具体的な構成で実現することができる。また、筐体１０の内面１５の第一固定面１５ｃ及び第二固定面１５ｅにベース基板３０及び第二基板５０が固定されるため、第一基板４０から第二基板５０にかけて伝導する熱の経路が長くなる。
（５）第５の態様に係る電力変換装置１は、（１）から（４）の何れかの電力変換装置１であって、前記第二空間Ｒ２内に設けられるとともに、前記ベース基板３０における前記第二側を向く裏面３０ｂにのみ接触して前記ベース基板３０を冷却する冷却器１００を更に備えてもよい。
　上記構成によれば、ベース基板３０及び第一基板４０が冷却されるため、第一基板４０から筐体１０を介して第二基板５０へ伝導する熱量を低減することができる。また、冷却器１００の冷却効率を低下させることなく、集中的にベース基板３０及び第一基板４０を冷却することができる。
　本開示の電力変換装置によれば、パワー半導体素子からゲート駆動回路への熱の伝導を抑制しつつ、接続導体の配線インダクタンスを低減することができる。
１…電力変換装置　１０…筐体　１１…外部入力導体　１２…整流部　１３…電力変換部　１４…中継導体　１４ａ…第一中継導体　１４ｂ…第二中継導体　１５…内面　１５ａ…底面　１５ｂ…第一側面　１５ｃ…第一固定面　１５ｄ…第二側面　１５ｅ…第二固定面　１５ｆ…第三側面　１５ｇ…天面　１７…入力側側面　２０…パワーモジュール　３０…ベース基板　３０ａ…主面　３０ｂ…裏面　４０…第一基板　４１…第一基板本体　４１ａ…第一面　４１ｂ…第二面　４２…電力変換回路　４３…パワー半導体素子　５０…第二基板　５１…第二基板本体　５１ａ…実装面　５１ｂ…対向面　５２…ゲート駆動回路　６０…接続導体　６１…第一接続部　６２…第二接続部　７０…入力導体　７１…第一入力導体　７２…第二入力導体　８０…出力導体　９０…ブロック体　１００…冷却器　１０１…冷却器本体　１０２…冷媒入口部　１０３…冷媒出口部　１１０…ボルト　１１２…締結孔　Ｐ…ポッティング空間　Ｒ…収容空間　Ｒ１…第一空間　Ｒ２…第二空間

Claims (5)

  1. 　内側に収容空間を形成する筐体と、
    　前記収容空間を第一側の第一空間と第二側の第二空間とに区画するように、前記筐体の内面に固定されたベース基板と、
    　前記ベース基板における前記第一側を向く主面の一部に積層され、パワー半導体素子を有する第一基板と、
    　前記ベース基板及び前記第一基板から前記第一側に空間を介して離間するようにこれらベース基板及び第一基板に対向配置され、前記筐体の前記内面に固定されるとともに、前記パワー半導体素子に接続導体を介してゲート電圧を入力するゲート駆動回路を有する第二基板と、
    を備える電力変換装置。
  2. 　前記主面に固定され、前記主面に沿って延びる枠状をなして内側に前記第一基板を収容するブロック体を更に備え、
    　前記第二基板は、前記ブロック体から前記第一側に空間を介して離間するように設けられている請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記ベース基板と前記第二基板とは、前記筐体を介してのみ接続されている請求項１又は２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記内面は、
    　前記第一側を向く第一固定面と、
    　前記第一固定面よりも前記第一側で前記第一側を向く第二固定面と、
    を有し、
    　前記ベース基板は、前記第一固定面に固定され、
    　前記第二基板は、前記第二固定面に固定されている請求項１又は２に記載の電力変換装置。
  5. 　前記第二空間内に設けられるとともに、前記ベース基板における前記第二側を向く裏面にのみ接触して前記ベース基板を冷却する冷却器を更に備える請求項１又は２に記載の電力変換装置。
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