电力转换器的制作方法

本发明涉及具有通过将半导体模块从两侧夹住以用于冷却半导体模块的多个冷却管的电力转换器。

背景技术：

作为示例，存在一种安装在电动车或混合动力车上的诸如反相器之类的电力转换器，该电力转换器设置有通过将半导体模块从两侧夹住以用于冷却半导体模块的多个冷却管。

在这种电力转换器中，通过由压力构件(诸如板簧)在层叠方向上按压半导体模块层叠和冷却管的层叠来得到半导体模块和冷却管之间的粘附。

此外，日本专利No.4867889公开了将半导体模块和反应器连同多个冷却管一起层叠的结构。

然后，日本专利No.4867889公开了具有由压力构件在层叠方向上按压半导体模块、反应器和多个冷却管的层叠的结构的电力转换器。

然而，在上述结构的电力转换器中存在以下问题。

即，根据上述压力结构，作用于反应器的压力和作用于半导体模块的压力变得相等。

然而，当对半导体模块进行冷却时，不要求对反应器进行冷却。

因此，相比于半导体模块和冷却管之间的接触压力，优选降低反应器和冷却管之间的接触压力。

这是因为如果作用于反应器的压力比需要的大，那么反应器所需的承受负载变大，并且存在反应器变大和变重的风险。

因此，这可能是阻止电力转换器的小型化和重量减少的因素。

此外，当作用于反应器的压力过大时，还存在由压力构件吸收反应器的热膨胀和收缩变得困难的风险。

另一方面，从抑制半导体模块温度增加的角度，需要作用于半导体模块的指定水平的或更高水平的压力。

不仅限于反应器，类似于以上的问题还可能发生在其他电子部件，诸如电容器或DC-DC转换器，例如，当采用半导体模块和冷却管被层叠并且被按压在一起的结构时。

技术实现要素：

本发明针对上述问题而作出，并且其目的在于提供一种电力转换器，所述电力转换器能足够地得到半导体模块和冷却管之间的接触压力，并且能控制作用于电连接至半导体模块的电子部件的压力。

根据第一方面的电力转换器中，该电力转换器包含具有内置开关元件的半导体模块、电连接至半导体模块的电子部件、通过从两侧夹住半导体模块和电子部件以用于冷却半导体模块和电子部件的多个冷却管、用于容纳半导体模块、电子部件和冷却管的外壳、用于在层叠方向上按压通过层叠半导体模块和冷却管形成的层叠的半导体部的主压力构件以及用于在层叠方向上按压通过层叠电子部件和冷却管形成的层叠的部件部的子压力构件。

层叠的半导体部和层叠的部件部层叠成直线状，主压力构件的压力大于子压力构件的压力，主压力构件设置在远离层叠的部件部的层叠的半导体部的端部，以及从层叠的部件部一侧支承层叠的半导体部的支承部设置在外壳中以阻止主压力构件的压力作用于层叠的部件部。

在电力转换器中，支承部设置在外壳中。

支承部从层叠的部件部一侧支承层叠的半导体部以阻止主压力构件的压力作用于层叠的部件部。

因此，可阻止按压层叠的半导体部的主压力构件的压力作用于层叠的部件部中的电子部件。

因此，可控制作用于电子部件的压力。

另一方面，主压力构件的压力作用于层叠的半导体部，因此能够得到半导体模块和冷却管之间足够的接触压力。

因此，可得到对于半导体模块的足够的冷却效率。

然后，电力转换器具有子压力构件。

因此，子压力构件的压力作用于层叠的部件部。

因此，冷却管可以以适当的接触压力压靠部件层叠部中的反应器。

因此，可在不增大电子部件的尺寸的情况下适当地进行对电子部件的冷却。

如上所述，根据以上方面，可以提供一种能足够地得到半导体模块和冷却管之间的接触压力并且能控制作用于电连接至半导体模块的电子部件的压力的电力转换器。

附图说明

在附图中：

图1示出根据第一实施例的电力转换器的平面视图；

图2示出沿着图1的线II-II取得的剖视图；

图3是根据第一实施例的电力转换器的立体图；

图4示出根据第一实施例的外壳的立体图；

图5示出根据第一实施例的电力转换器的分解立体图；

图6示出根据第二实施例的电力转换器的平面视图；

图7示出根据第二实施例的电力转换器的立体图；

图8示出根据第二实施例的外壳的立体图；

图9示出根据第三实施例的电力转换器的平面视图；

图10示出根据第四实施例的电力转换器的平面视图；

图11示出根据第四实施例的电力转换器的立体图；

图12示出根据第四实施例的外壳的立体图；

图13示出根据第四实施例的电力转换器的分解立体图；

图14示出根据第五实施例的电力转换器的平面视图；

图15示出根据第五实施例的电力转换器的立体图；

图16示出根据第五实施例的外壳的立体图；

图17示出根据第五实施例的电力转换器的分解立体图；

图18示出根据第六实施例的电力转换器的平面视图；

图19示出根据第七实施例的电力转换器的平面视图；

图20示出根据第八实施例的电力转换器的平面视图；

图21示出根据第九实施例的电力转换器的平面视图；

图22示出根据第九实施例的修改的电力转换器的平面视图；

图23示出根据第十实施例的电力转换器的平面视图；

图24示出根据第十实施例的电力转换器的立体图；以及

图25示出根据第十实施例的电力转换器的分解立体图。

具体实施方式

[第一实施例]

将参考图1至5描述电力转换器的实施例。

如图1至3所示，电力转换器1包括半导体模块2、作为电子部件的反应器3、多个冷却管4、外壳5、主压力构件61和子压力构件62。

半导体模块2的每一个由内置开关元件形成。

反应器3是电连接至半导体模块2的电子部件。

多个冷却管4通过从两侧夹住半导体模块2和反应器3来冷却它们。

外壳5在其中容纳半导体模块2、反应器3和冷却管4。

层叠半导体模块2和冷却管3以形成层叠的半导体部11，并且主压力构件61在层叠方向X上按压层叠的半导体部11。

层叠反应器3和冷却管4以形成层叠的部件部12，并且子压力构件62在层叠方向X上按压层叠的部件部12。

层叠的半导体部11和层叠的部件部12层叠成直线状。

主压力构件61的压力大于子压力构件62的压力。

主压力构件61设置在远离层叠的部件部12的层叠的半导体部11的端部。

从层叠的部件部12一侧支承层叠的半导体部11的支承部7设置在外壳5中。

因此，配置电力转换器1以阻止主压力构件61的压力作用于层叠的部件部12。

本实施例的电力转换器1例如可作为安装在电动车或混合动力车上的反相器使用。

如图1至3和图5所示，在层叠方向X上以布置成平行于彼此的状态并排设置多个冷却管4。

冷却管4配置为使得制冷剂在其中流动。

冷却管4的每一个设置为使得其纵向方向(也是制冷剂的流动方向)与层叠方向X以直角交叉。

冷却管4的纵向方向被称为横向方向Y。

由在横向方向Y上的两个端部附近的连接管41来连接在层叠方向X上毗邻的冷却管4。

应当注意的是，连接管41可以由与冷却管4一起单一地形成的部分构成，或者可以由与冷却管4分离的构件形成。

此外，制冷剂导入管421和制冷剂排出管422设置为在定位在多个冷却管4之中的在层叠方向X上的一端处的冷却管4上沿层叠方向X突出。

在本实施例的电力转换器1中，设置制冷剂导入管421和制冷剂排出管422的一侧被称为前侧，而与前侧相对的一侧被称为后侧。

此外，与层叠方向X和横向方向Y正交的方向被称为向上/向下方向Z。

然而，前、后、上和下的表示是为了方便，而电力转换器1的设置和取向不旨在被如此具体地限制。

通过将多个冷却管4、多个连接管41、制冷剂导入管421和制冷剂排出管422如上所述那样设置并且组装在一起来配置冷却器40。

然后，每个半导体模块2和反应器3设置在于层叠方向X上毗邻的冷却管4之间。

将反应器3在层叠方向X上夹在于前端处的冷却管4和从前端起第二个冷却管4之间。

然而，如图1至3所示，在本实施例中支承部7置于来自前端的第二冷却管4和反应器3之间。

层叠的部件部12由在前端处的冷却管4和反应器3配置。

此外，除了在前端处的冷却管4以外的多个冷却管4和多个半导体模块2在层叠方向X上交替层叠。

因此，构成了层叠的半导体部11。

层叠的半导体部11中的多个冷却管4设置为处于在层叠方向X上的基本上相等的间隔处的状态。

另一方面，在前端处的冷却管4和从前端起第二个冷却管4之间的空间大于层叠的半导体部11中的多个冷却管4的设置间隔。

因此，前端的连接管41在层叠方向X上比在后面的其他连接管41长。

半导体模块2和反应器3配置为由流动穿过冷却管4的制冷剂来冷却。

即，导入到冷却器40中的来自制冷剂导入管421的制冷剂通过经由合适的连接管41被分布在多个冷却管4中的方式流动。

在此期间，制冷剂与半导体模块2或反应器3热交换。

已经接收了热量的制冷剂经由连接管41和制冷剂排出管422从冷却器40排出。

以这种方式，半导体模块2和反应器3被冷却。

此外，冷却器40配置为由在层叠方向X上的压力而变形以便减少在层叠方向X上的毗邻的冷却管4之间的空间。

例如，可在层叠方向X上将连接管41压缩地变形或将隔膜结构设置在连接管41和冷却管4之间的接合处中。

冷却管4由热导率极好的金属(例如铝)制成。

此外，构成冷却器40的连接管41、制冷剂导入管421和制冷剂排出管422也由与冷却管4相似的金属构成。

此外，外壳5可以例如由诸如铝之类的金属制成。

如图4所示，外壳5具有基本上矩形的平行六面体的形状，并且可以是在向上/向下方向Z的任一方向具有开口的形状。

外壳5开口的方向被方便地称为向上，而相反的一侧被称为向下。

然后，外壳5包括具有向上/向下方向Z的垂直方向的底板部51、从底板部51的前端向上设置的前壁部52、从底板部51的后端向上设置的后壁部53和从底板部51的侧边向上设置的一对侧壁部54。

制冷剂导入管421和制冷剂排出管422分别通过其插入的通孔521、522在前壁部52中形成。

此外，在本实施例中，如图2和4所示，支承部7形成为从在底板部51上的预定的位置向上突出。

支承部7与外壳5单一地形成。

如图1至3所示，前壁部52从前面与层叠的部件部12相对。

后壁部53从后面与层叠的半导体部11相对。

制冷剂导入管421和制冷剂排出管422分别插入形成在前壁部52上的通孔521、522，并且向前面突出。

然后，主压力构件61置于后壁部53和层叠的半导体部11之间。

因此，置于主压力构件61和支承部7之间的层叠的半导体部11在层叠方向X上被压缩地按压。

另一方面，子压力构件62设置在远离层叠的半导体部11的层叠的部件部12的端部。

更具体地，子压力构件62置于前壁部52和层叠的部件部12之间。

因此，反应器3和设置在反应器3的前侧的冷却管4处于被夹在子压力构件62和支承部7之间的状态。

因此，子压力构件62的压力作用于在前端的冷却管4和反应器3。

然后，支承部7的存在阻止了主压力构件61的压力作用于反应器3。

尽管未示出，主压力构件61可以由例如板簧构成。

具体地，板簧可以通过将弹簧钢弯曲来构成。

此外，也可将具有高硬度的压力板置于板簧和冷却管4之间。

因此，可由板簧所施加的局部压力来阻止冷却管4变形。

此外，子压力构件62例如可以由诸如橡胶片之类的弹性构件制成。

子压力构件62以压缩地弹性变形的状态置于前壁部52和冷却管4之间。

半导体模块2通过由树脂来模塑开关元件而形成，所述开关元件由IGBT等组成。

IGBT表示绝缘栅双极晶体管。

半导体模块2可以通过集成多个开关元件而形成，或可以通过将二极管和开关元件集成在一起而形成。

此外，如图5所示，半导体模块2具有矩形平行六面体形状，其在层叠方向X上的尺寸短于在横向方向Y上的尺寸和在向上/向下方向Z上的尺寸。

此外，半导体模块2通过在向上/向下方向Z上从树脂部突出端子(未示出)而形成。

接着，描述本实施例的功能和效果。

在电力转换器1中，支承部7设置在外壳5中。

支承部7从前面支承层叠的半导体部11以阻止主压力构件61的压力作用于层叠的部件部12。

因此，可阻止按压层叠的半导体部11的主压力构件61的压力作用于层叠的部件部12中的反应器3。

因此，可控制作用于反应器3的压力。

另一方面，主压力构件61的压力将作用于层叠的半导体部11，因此能够得到半导体模块2和冷却管4之间足够的接触压力。

因此，可得到半导体模块2的足够的冷却效率。

然后，电力转换器1具有子压力构件62。

因此，子压力构件62的压力作用于层叠的部件部12。

因此，冷却管4可以以合适的接触压力压靠部件层叠部12中的反应器3。

因此，在不增大反应器3的尺寸的情况下能够适当地进行对反应器3的冷却。

此外，反应器3的热膨胀和收缩能够被子压力构件62足够地吸收。

支承部7与外壳5单一地形成。

因此，可减少电力转换器1中部件的数量。

与该减少一起，可减少电力转换器1的组装步骤的数量。

子压力构件62设置在与反应器3一侧相对的冷却管4的表面上。

因此，可将冷却管4向反应器3按压。

因此，可提高反应器3的散热效率。

如上所述，根据本实施例，足够地得到半导体模块2和冷却管4之间的接触压力的同时，可提供能够抑制压力作用于反应器3的电力转换器1。

[第二实施例]

如图6至8所示，本实施例的支承部7的形状具有与第一实施例中示出的支承部7不同的形状。

即，在本实施例中，支承部7包括形成为与前壁部52和后壁部53平行的主板部71以及形成为与侧壁部54平行的一对竖直板部72以便从主板部71的两端向前延伸。

主板部71和竖直板部72互相单一地且连续地形成。

此外，主板部71和竖直板部72相互正交。

如图8所示，主板部71和竖直板部72从底板部51向上设置，并且与外壳5单一地形成。

根据本实施例的支承部7具有在根据第一实施例的支承部中增加一对竖直板部72的形状。

如图6和7所示，在层叠的半导体部11的前端的冷却管4压靠支承部7的主板部71。

此外，层叠的部件部12的反应器3压靠主板部71。

反应器3设置在由构成支承部7的主板部71和该对竖直板部72包围的空间内。

即，该对竖直板部72被设置成在反应器3的横向方向Y上面对侧表面。

然后，该对竖直板部72置于反应器3和冷却器40的连接管41之间。

此外，在该对竖直板部72的前端和设置在反应器3的前侧的冷却管4之间设置间隙。

其他配置与第一实施例中的相同。

应当理解，在第二实施例和随后的实施例中，对与第一实施例中相同或相似的部件给予相同的附图标记，除非另外指明，并且将不会描述它们的重复的结构和特征，以避免冗余的解释。

在本实施例中，由于支承部7具有竖直板部72，可在层叠方向X上增加支承部7的承受负载。

即，主压力构件61的压力能够由支承部7更加可靠地支承。

除此之外，其具有与第一实施例相同的功能和效果。

[第三实施例]

如图9所示，本实施例是其中支承部7置于一对冷却管4之间的实施例。

在本实施例中，层叠的部件部12由反应器3和在层叠方向X上从两侧夹住反应器3的一对冷却管4构成。

然后，支承部7被夹在层叠的部件部12的后端的冷却管4和层叠的半导体部11的前端的冷却管4之间。

其他配置与第一实施例中的相同。

在本实施例中，可以是由冷却管4在层叠方向X上从两侧夹住反应器3的结构。

因此，可提高反应器3的冷却效率。

除此之外，其具有与第一实施例相同的功能和效果。

[第四实施例]

如图10至图13所示，本实施例是具有单一地形成在外壳5中的负载承受部74和与外壳5分离的作为支承部7的部件的支承板73的实施例。

支承板73置于负载承受部74和层叠的半导体部11之间。

在本实施例中，支承部7的支承板73和负载承受部74设置在分别对应于第二实施例中的支承部7的主板部71和竖直板部72的位置的位置处(参照图6至8)。

如图13所示，第二实施例和本实施例的配置中的区别在于一点：支承板73是与外壳5分离的部件。

如图12所示，负载承受部74从外壳5的底板部51向上设置。

即，该对板状的负载承受部74从底板部51平行于彼此向上设置。

该对负载承受部74设置成使得它们的垂直方向是横向方向Y。

支承板73由刚性金属板等的板状主体制成。

此外，支承板73由具有高热导率的金属部件(诸如铜)制成。

然后，如图10和11所示，在支承板73的横向方向Y上的两个端部与该对负载承受部74的后端接触。

因此，支承板73将由负载承受部74从前面支承。

因此，配置为作用于层叠的半导体部11的主压力构件61的压力被支承部7支承，并且不作用于层叠的部件部12。

此外，在本实施例中，子压力构件62配置成从前面作用于层叠的部件部12。

作用于层叠的部件部12的子压力构件62的压力还经由支承板7作用于层叠的半导体部11。

即，除了主压力构件61的压力，子压力构件62的压力也作用于层叠的半导体部11。这点与第二实施例不同。

其他配置与第一实施例中的相同。

在本实施例中，由与外壳5不同的材料配置支承板73变得容易。

因此，例如通过由具有比外壳5高的热导率的材料来形成支承板73，能够提高反应器3的冷却效率。

更具体地，例如，外壳5可以由铝构成，以及支承板73可以由铜构成。

在这种情况下，确保外壳5的重量减少和耐久度的同时，可改善反应器3的散热。

除此之外，其具有与第一实施例相同的功能和效果。

[第五实施例]

本实施例是对第四实施例的修改，并且如图14至图17所示，改变构成支承部7的负载承受部74和支承板73的形状、布置等。

即，在本实施例中，如图14和图15所示，支承板73在横向方向Y上的长度增加到在冷却器40中在横向方向Y上设置的一对连接管41的外部。

然后，如图17所示，一对切口部731形成在支承板73中以避免连接管41之间的干扰。

每个切口部731具有在支承板73中向下开口的形状。

如图16所示，负载承受部74沿着外壳5的侧壁部54形成。

即，如图14所示，该对负载承载部74设置在连接管41的外部，所述连接管41设置为在横向方向Y上与反应器3毗邻。

负载承受部74与底板部51和侧壁部54单一地形成。

然后，支承板73在横向方向Y上的两个端部设置在外壳5内，处于与负载承受部74的后端接触的状态。

在此状态下，连接管41被设置给该对切口部731的每一个切口部。

其他配置与第四实施例中的相同。

在本实施例中，由于可增加支承板73在横向方向Y上的长度，在层叠的半导体部11的前端的冷却管4能够被更宽的区域支承。

此外，通过在设置在反应器3的横向方向Y上的连接管41和外壳5的侧壁部54之间的空间中设置负载承受部74，实现空间节约变得容易。

除此之外，其具有与第四实施例相同的功能和效果。

应当注意的是，尽管未示出，作为对上述第五实施例的变化，用于支承板73的适配边缘的适配凹部(诸如槽)可以设置在例如外壳5的内表面中，代替设置负载承受部74。

在这种情况下，通过将支承板73设置为处于支承板73的边缘适配到适配凹部内的状态，支承板73能够接收来自层叠的半导体部11的压力。

适配凹部优选地设置在外壳5的侧壁部54的内表面上。

此外，适配凹部优选地设置在侧壁部54的内表面上和底板部51的上表面上。

此外，通过将这种变化应用到第三实施例，作为与外壳5分离的部件的支承板73可以配置为设置在该对冷却管4之间。

[第六实施例]

如图18所示，本实施例是子压力构件62设置在冷却管4和反应器3之间的电力转换器1的实施例。

在本实施例中，子压力构件62具有导热性。

例如包含热导填充物的硅酮树脂片可作为具有导热性的子压力构件62使用。

本实施例的电力转换器1具有其中从相互层叠的反应器3和冷却管4之间、在层叠方向X上向外按压层叠的部件部12的配置。

因此，设置在子压力构件62的前侧上的冷却管4压靠前壁部52，设置在子压力构件62的后侧上的反应器3压靠支承部7。

然后，子压力构件62以被弹性地压缩的状态压靠反应器3和冷却管两者。

因此，通过使具有导热性的子压力构件62与反应器3和冷却管4两者压力接触，反应器3和冷却管4之间的热阻变得更小。

因此，反应器3配置为由冷却管4有效地冷却。

其他配置、功能和效果与第一实施例中的相同。

[第七实施例]

如图19所示，本实施例是其中子压力构件62设置在反应器3的层叠方向X上的两侧上的实施例。

即，具有导热性的子压力构件62设置在反应器3的前表面和后表面上。

设置在反应器3的后表面上的子压力构件62置于支承部7和反应器3之间。

其他配置与第六实施例中的相同。

此外，即使在本实施例中，也可得到与第六实施例中相同的功能和效果。

[第八实施例]

如图20所示，本实施例是其中没有子压力构件62设置在反应器3的前侧，但有子压力构件62设置在反应器3的后表面和支承部7之间的实施例。

即，在本实施例中，子压力构件62设置在层叠的半导体部11一侧的层叠的部件部12的端部处。

更具体地，子压力构件62置于层叠的部件部12和支承部7之间。

其他配置与第一实施例中的相同。

在本实施例中，通过向前按压层叠的部件部12，可得到反应器3和冷却管4之间的接触压力。

除此之外，其具有与第一实施例相同的功能和效果。

[第九实施例]

如图21和图22所示，本实施例是其中子压力构件62设置在冷却管4和反应器3之间且处于支承部7置于一对冷却管4之间的配置的实施例。

即，如在第三实施例中的(参照图9)，层叠的部件部12由反应器3和在层叠方向X上从两侧夹住反应器3的该对冷却管4构成。

然后，在图21示出的电力转换器1中，子压力构件62置于在前端的冷却管4和反应器3的前表面之间。

此外，在图22示出的电力转换器1中，子压力构件62置于反应器3的后表面和冷却管4之间。

应当注意的是，尽管未示出，在反应器3的前表面和后表面中，子压力构件62均可以配置为被夹在反应器3和冷却管4之间。

其他配置与第三或第六实施例中的相同。

在本实施例中，可通过将第三实施例的效果和第六实施例的效果结合得到有利的效果。

[第十实施例]

如图23至图25所示，本实施例是其中层叠的部件部11通过将多个类型的电子部件连同冷却管层叠在一起而形成的电力转换器1的实施例。

冷却管4置于在层叠方向X上毗邻的多个类型的电子部件之间。

在本实施例中，层叠的部件部12中的多个电子部件是反应器3和DC-DC转换器30。

即，在本实施例中，层叠的部件部12通过除了反应器3以外还将DC-DC转换器30连同冷却管4层叠在一起而形成。

如图23和图24所示，层叠的部件部12包括设置在前侧的DC-DC转换器30、设置在后侧的反应器3和设置在它们之间的冷却管4。

然后，反应器3的后表面与支承部7接触。

此外，子压力构件62在DC-DC转换器30的前表面上压力接触。

然后，子压力构件62置于DC-DC转换器30和外壳5的前壁部52之间，处于在层叠方向X上被弹性地压缩的状态。

因此，子压力构件62朝向支承部7按压层叠的部件部12。

因此，层叠的部件部12被按压，从而在层叠方向X上被压缩。

然后，DC-DC转换器30和反应器3将分别压靠设置在它们之间的冷却管4的前表面和后表面。

此外，如在第一实施例中，层叠的半导体部11和主压力构件61设置在支承部7的后面。

因此，阻止主压力构件61的压力作用于层叠的部件部12。

其他配置与第一实施例中的相同。

在本实施例中，反应器3和DC-DC转换器30均能被冷却管4有效地冷却。

然后，可阻止主压力构件61的压力作用于反应器3和DC-DC转换器30。

除此之外，其具有与第一实施例相同的功能和效果。

本发明不限于上述实施例，但可被应用到各种实施例而不背离本发明的范围。

也可为一个实施例适当地结合如上所述的多个实施例。

此外，作为层叠的部件部中的电子部件，除了反应器或DC-DC转换器，可以使用电容器、树脂密封的电路板等。

此外，如果电子装置(诸如由多个部件组成的DC-DC转换器)被合并为电力转换器的固有单元，则其被解释为单个电子部件。