电力转换装置的制作方法

本发明涉及一种电力转换装置。

背景技术：

混合动力汽车、电动汽车等车辆驱动用的电力转换装置具有内置逆变电路的上/下臂串联电路的例如3相的功率半导体模块。功率半导体模块的输入输出端子例如连接至模塑母线的母线，该模塑母线是母线一体化于树脂部中而得到的，信号端子连接至控制电路基板。

近年来，业界在研究谋求电力转换装置的进一步的小型化、利用具有散热性的金属制构件来保持功率半导体模块的结构。在这种结构中，功率半导体模块的输入输出端子穿过金属制构件上设置的开口而突出至外部。

作为将功率半导体模块的信号端子连接至控制电路基板的结构，已知有以下结构。通过嵌插有多个信号中继端子的模块按压构件和散热件来夹压功率半导体模块。在模块按压构件的上方配置有控制电路基板。在功率半导体模块的信号端子上连接模块按压构件的信号中继端子的一端，将信号中继端子的另一端连接至控制电路基板(例如参考专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2002-320392号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在上述专利文献1记载的结构中，由于是将功率半导体模块夹压在模块按压构件与散热件之间的结构，因此模块按压构件和散热件需要较大的刚性。因此，难以谋求小型化。在引用文献1中，还考虑设为利用金属制构件来支承功率半导体模块的结构。但是，对功率半导体模块的信号端子间是施加低电压，而对电源用输入输出端子是施加强电压。若谋求电力转换装置的小型化而使得金属制构件的开口的缘与输入输出端子之间的空间变小，则无法确保绝缘性，有可能发生短路。

解决问题的技术手段

根据本发明的一形态，电力转换装置具备：半导体模块，其具有输入用或输出用的端子；连接用构件，其一体地设置有树脂部和连接至所述端子的连接导体；以及金属制构件，其具备供所述端子突出的开口，支承所述半导体模块，所述连接用构件具有延伸至所述端子与所述金属制构件的所述开口之间的空间的绝缘性的延伸材料部。

发明的效果

根据本发明，能够确保半导体模块的端子与金属制构件的绝缘性。

附图说明

图1为表示本发明的电力转换装置的一实施方式的分解立体图。

图2为图1图示的电力转换装置的中间组件的分解立体图。

图3的(a)为图1图示的功率半导体模块的端子部周边的放大图，图3的(b)为表示功率半导体模块中内置的电路的一例的电路图。

图4为图1的区域iv的放大图。

图5为图4的v-v线截面图。

图6为对图5图示的状态装配模塑母线之后的状态的截面图。

图7为从背面侧观察图2图示的模塑母线的立体图。

图8为图7的区域viii的放大图。

图9为图2图示的绝缘构件的放大图。

图10为利用图1的x-x线切割而得的立体图。

图11为对图10图示的状态装配控制电路基板之后的状态的截面图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明的电力转换装置的一实施方式进行说明。

图1为表示本发明的电力转换装置的一实施方式的分解立体图，图2为图1图示的电力转换装置的中间组件的分解立体图。

电力转换装置10具备由壳体主体11和上部盖15构成的壳体。壳体主体11例如通过铝合金等金属的铸造而形成，是在上部形成有开口部11a的盒状构件。上部盖15将壳体主体11的开口部11a封口。在壳体主体11的侧部安装有侧部盖16。

壳体主体11为冷却流路形成体，在底部形成有导入冷却水等制冷剂的制冷剂导入口12以及制冷剂导出口13。制冷剂导入口12及制冷剂导出口13在底部的下表面具有开口部。

在壳体主体11和上部盖15内收纳有6个功率半导体模块(以下也简称为“半导体模块”)30、金属制构件40、模塑母线50、绝缘构件60、控制电路基板70及保持构件80。再者，图1图示的中间组件20像图2所示那样是在壳体主体11内收壳纳有6个功率半导体模块30、金属制构件40、模塑母线50及绝缘构件60而构成。

作为冷却流路形成体的壳体主体11具有收纳各功率半导体模块30的收纳部17。虽未图示，但在壳体主体11的内部形成有将收纳各功率半导体模块30的收纳部17呈锯齿状连通的冷却流路。冷却水等制冷剂从制冷剂导入口12导入至壳体主体11的内部而冷却各功率半导体模块30，并从制冷剂导出口13导出。

金属制构件40由铁、sus等具有弹簧性的金属形成。金属制构件40配置在功率半导体模块30的上方，通过螺钉等紧固构件91而固定在壳体主体11上。金属制构件40的周缘部与壳体主体11的周缘部设为使用了密封构件的水密结构。在金属制构件40上，与壳体主体11的各收纳部17对应地形成有开口41。各功率半导体模块30的端子部33从金属制构件40的开口41突出到外部(也参考图10、图11)。

模塑母线50是在绝缘性的树脂部52中通过嵌件成形一体地形成作为连接导体的母线51而得的构件。母线51具有连接至各半导体模块30的端子部33的一部分的连接端子51a。模塑母线50通过螺钉等紧固构件(未图示)而固定在壳体主体11上。

绝缘构件60将各半导体模块30的端子部33与金属制构件40绝缘。绝缘构件60以插入在金属制构件40的各开口41内的状态固定在模塑母线50上。绝缘构件60的结构及绝缘作用将于后文叙述。

控制电路基板70配置在模塑母线50及绝缘构件60的上方。控制电路基板70具有连接至各半导体模块30的端子部33的另一部分的连接器71。控制电路基板70具有控制各半导体模块30中内置的开关电路部的控制电路部。

图3的(a)为图1图示的功率半导体模块30的端子部33周边的放大图，图3的(b)为表示功率半导体模块30中内置的电路的一例的电路图。

半导体模块30具有形成有大量散热片31a(参考图5等)的主体部31(参考图5等)、凸缘部32以及端子部33。6个功率半导体模块30例如内置用于驱动马达、电动发电机的u相、v相、w相用的上下臂电路，输出三相交流电。

如图3的(b)所示，半导体模块30中内置有2个igbt110、120和2个二极管130、140。igbt110和二极管130构成上臂电路。igbt120和二极管140构成下臂电路。

igbt110的发射极与igbt120的集电极相连。二极管130的阳极与二极管140的阴极的连接点与该连接点连接，此外，交流输出端子102与该连接点连接。igbt110的集电极以及二极管130的阴极连接至直流正极性的输入端子101。igbt120的发射极以及二极管140的阳极连接至直流负极性的输入端子103。此外，igbt110、120的栅极分别连接至作为信号端子的栅极端子111、121，igbt110、120的发射极分别连接至作为信号端子的发射极端子112、122。

再者，图3的(b)中的t表示igbt，d表示二极管。

图3的(b)图示的输入输出端子101～103及信号端子111、112、121、122像图3的(a)所示那样从半导体模块30的凸缘部32的开口导出至外部。但是，如图3的(a)所示，直流负极性的输入端子103是以103a、103b的形式一分为二地形成，在半导体模块30的内部电连接。此外，直流正极性的输入端子101是以101a、101b的形式一分为二地形成，在半导体模块30的内部电连接。凸缘部32由树脂等绝缘性构件形成，在内部填充有密封树脂32a。再者，图3的(a)中，图3的(b)未图示的4个信号端子113、123～125是用以检测igbt110、120的过流和过温的传感器信号用端子。

图4为图1的区域iv的放大图，图5为图4的v-v线截面图，图6为对图5图示的状态装配模塑母线之后的状态的截面图。

半导体模块30中的形成有大量散热片31a的主体部31以及凸缘部32被收纳在壳体主体11的收纳部17内。在凸缘部32的上方配置有金属制构件40，金属制构件40通过螺钉等紧固构件91而紧密固定在壳体主体11的上表面(也参考图11)。因而，凸缘部32与金属制构件40被热耦合，从半导体模块30产生的热传递至金属制构件40而被散发掉。

半导体模块30的凸缘部32与壳体主体11通过o形圈等の密封构件34(参考图5等)而设为水密结构。

再者，图5、6中，半导体模块30的散热片31a是以在表面及背面形成为不同形状及尺寸的结构的形式加以例示的。

各半导体模块30的直流正/负极性的输入端子101、103、交流输出端子102、信号端子111～113、121～125穿过金属制构件40的开口41而突出到外部。

再者，在以下的说明中，有时代表直流正/负极性的输入端子101、103、交流输出端子102而称为输入输出端子101等，代表信号端子111～113、121～125而称为信号端子111等。

如图5、图6所示，半导体模块30具有igbt110、120及二极管130、140等功率半导体元件151、引线框152、以及与引线框152连接的输入输出端子101等及信号端子111等。

如图6所示，模塑母线50的母线51的连接端子51a朝上方也就是朝与半导体模块30侧相反那一侧弯曲。在模塑母线50上设置有供半导体模块30的输入输出端子101等及信号端子111等插通的开口部53。模塑母线50的母线51的连接端子51a与穿过金属制构件40的开口41以及模塑母线50的开口部53之后的半导体模块30的输入输出端子101等紧密贴合，通过焊接等与该输入输出端子101等接合。再者，母线51包含连接至直流正极性的输入端子101的正极用母线、连接至直流负极性的输入端子103的负极用母线、以及连接至交流输出端子102的交流母线。

在模塑母线50上，在面向开口部53的两侧面形成有朝半导体模块30侧延伸的第1延伸材料部55及第2延伸材料部56。

图7为从背面侧观察图2图示的模塑母线的立体图，图8为图7的区域viii的放大图。

第1延伸材料部55具有截面矩形形状，延伸到金属制构件40的开口41的宽度方向的一边缘41a(参考图5、图6)与连接有连接端子51a的输入输出端子101等的一面之间的空间。第2延伸材料部56呈具有尖细顶端的截面三角形状，延伸到金属制构件40的开口41的宽度方向的另一边缘41b(参考图5、图6)与输入输出端子101等的另一面也就是连接有连接端子51a那一面的相反侧那一面之间的空间。第1延伸材料部55、第2延伸材料部56沿输入输出端子101等的排列方向而形成为跨及该输入输出端子101等的全长的长度。

即，第1延伸材料部55配置在所有直流正/负极性的输入端子101、103及交流输出端子102的一面与金属制构件40的开口41的一边缘41a之间的空间内。此外，第2延伸材料部56配置在所有直流正/负极性的输入端子101、103及交流输出端子102的另一面与金属制构件40的开口41的另一边缘41b之间的空间内。

此外，第1延伸材料部55、第2延伸材料部56在上下方向上设为沿厚度方向贯穿金属构件40的开口部41的长度。

因而，金属制构件40的开口41的一边缘41a与连接有连接端子51a的输入输出端子101等的一面之间的空间距离及沿面距离因第1延伸材料部55、第2延伸材料部56而设得较大。因此，能够确保金属制构件40与半导体模块30的输入输出端子101等的绝缘性。

图9为图2图示的绝缘构件的放大图。图10为利用图1的x-x线切割而得的立体图，图11为对图10图示的状态装配控制电路基板之后的状态的截面图。

绝缘构件60是具有3个端子插入部61、3个固定用弹性部62、以及2个突起部63的树脂模塑构件。形成于端子插入部61之间的多个凹部65用于防止模塑成形时的收缩。

在各端子插入部61内排列有多个分隔片64。

在将模塑母线50的连接端子51a接合至半导体模块30的输入输出端子101等之后，将绝缘构件60安装至模塑母线50。绝缘构件60通过将各固定用弹性部62卡合至模塑母线50的固定用开口54而安装至模塑母线50。固定用弹性部62具有呈波形延伸的变形部62a和卡止部62b。卡止部62b的下表面设为朝顶端侧上升的倾斜面。若将绝缘构件60的各卡止部62b对准模塑母线50的固定用开口54而朝模塑母线50侧下压，则卡止部62b的下表面被固定用开口54的边缘挤压，变形部62a被压缩。若绝缘构件60的各卡止部62b以该状态贯穿固定用开口54，则变形部62a会因其恢复力而在模塑母线50的下方扩张。由此，绝缘构件60的各卡止部62b卡合至模塑母线50的固定用开口54的周缘部。如此，通过仅仅朝模塑母线50侧按压绝缘构件60的简单的作业即可将绝缘构件60固定至模塑母线50，作业效率高。

如图10、图11所示，在该状态下，设置在端子插入部61内的各分隔片64被设定成配置在半导体模块30的输入输出端子101等之间。各分隔片64贯穿模塑母线50的开口部53而延伸到半导体模块30的支承输入输出端子101等的支承构件36的上表面36a(参考图3的(a))附近。因此，能够确保半导体模块30的输入输出端子101等的相互间的绝缘性。

如图11所示，半导体模块30的排列在输入输出端子101等的两旁的信号端子111等贯穿模塑母线50的开口部53而连接到控制电路基板70的连接器71。控制电路基板70通过螺钉等紧固构件92而安装在保持构件80上。

在绝缘构件60的两端侧的端子插入部61的上表面分别设置有突起部63。突起部63的上表面63a与控制电路基板70的下表面70a的间隙c设为能够限制绝缘构件60脱离半导体模块30的输入输出端子101等的尺寸。

如上所述，绝缘构件60以卡止部62b卡合在模塑母线50的固定用开口54的周缘部的状态固定在模塑母线50上。因此，有可能因振动或冲击而导致卡止部62b的卡合松脱，绝缘构件60脱离模塑母线50。但是，即便绝缘构件60的卡止部62b的卡合松脱，突起部63也会抵接至控制电路基板70的下表面，由此限制绝缘构件60的脱离。

根据上述一实施方式，获得以下作用效果。

(1)一种电力转换装置10，模塑母线50的母线51连接于从金属制构件40的开口41突出的半导体模块30的输入输出用端子101等上，其中，模塑母线50具有延伸至母线51与金属制构件40的开口41之间的空间的绝缘性的延伸材料部55、56。因此，能够确保金属制构件40与半导体模块30的输入输出端子101等的绝缘性，即便对输入输出端子101等施加强电压，也能防止输入输出端子101等与金属制构件40的短路。

(2)延伸材料部55、56具有第1延伸材料部55和第2延伸材料部56，所述第1延伸材料部55延伸至半导体模块30的输入输出端子101等的一面与金属制构件40的开口41的一边缘41a之间的空间，所述第2延伸材料部56延伸至输入输出端子101等的与一面相对的另一面与金属制构件40的开口41的另一边缘41b之间的空间。因此，即便在装配时发生了半导体模块30与金属制构件40的相对错位的情况下，也能可靠地防止输入输出端子101等与金属制构件40的短路。

(3)金属制构件40与半导体模块30热耦合。因此，从半导体模块30产生的热可以经由金属制构件40而散发掉。

(4)电力转换装置10具备冷却流路形成体，所述冷却流路形成体具有冷却半导体模块30的冷却流路，金属制构件40形成冷却流路形成体的一面。因此，能够提高冷却效率、谋求电力转换装置的小型化。

(5)半导体模块具有多个输入输出端子101等，并且，电力转换装置10还具备绝缘构件60，所述绝缘构件60具有配置在输入输出端子101等之间的分隔片64，并被固定在模塑母线50上。因此，能够确保半导体模块30的输入输出端子101等之间的绝缘性，即便对输入输出端子101等施加强电压，也能防止输入输出端子101等之间的短路。

(6)电力转换装置10还具备与绝缘构件60隔开配置的控制电路基板70，控制电路基板70与绝缘构件60以限制绝缘构件60从输入输出端子101等脱离的间隔加以配置。因此，即便在绝缘构件60与模塑母线50的固定失效的情况下，绝缘构件60也不会脱离输入输出端子101等，从而能够提高可靠性。

再者，在上述一实施方式中，以母线51在树脂部52中嵌件成形而得的模塑母线50进行了例示。但是，母线51也可通过螺钉、销杆等紧固构件或者借助使树脂部52熔融来进行固定的敛合等而一体地固定在树脂部52上。

在上述一实施方式中，以模塑母线50的延伸材料部55、56与半导体模块30的输入输出端子101～103相对而形成的结构进行了例示。但是，模塑母线50的延伸材料部55、56仅与输入输出端子101～103当中有可能与金属制构件40发生短路的端子相对而形成即可。

在上述一实施方式中，以在绝缘构件60的上方配置控制电路基板70、通过该控制电路基板70来限制绝缘构件60从半导体模块30的输入输出端子101等脱离的结构进行了例示。但是，控制电路基板70的布局可任意，也可设为不在绝缘构件60的正上方配置控制电路基板70的结构，通过其他构件或零件来限制绝缘构件60从半导体模块30的输入输出端子101等脱离。

在上述一实施方式中，以在绝缘构件60上设置突起部63、将该突起部63抵接至控制电路基板70来限制从输入输出端子101等的脱离的结构进行了例示。但是，也可不设置绝缘构件60的突起部63而是将绝缘构件60的上表面抵接至控制电路基板70来限制该绝缘构件60从输入输出端子101等脱离。或者，也可在绝缘构件60的上方配置控制电路基板70以外的其他限制构件，通过该限制构件来限制绝缘构件的脱离。在设为设置限制构件的结构的情况下，也可以在该限制构件上设置突起部。

在上述一实施方式中，以将半导体模块30的信号端子111等连接至控制电路基板70上设置的连接器71的结构进行了例示。但是，也可将信号端子111等插通至控制电路基板70上设置的通孔，通过焊接等来进行连接。

在上述一实施方式中，以绝缘构件60的延伸材料部55、56与半导体模块30的输入输出端子111等相对而形成、未与信号端子111等相对而形成的结构进行了例示。但是，绝缘构件60的延伸材料部55、56也能以在与输入输出端子111等相对的同时与信号端子111等也相对的方式形成。

在上述一实施方式中，以配备6个功率半导体模块30的电力转换电路进行了例示，该6个功率半导体模块30具备有作为三相的臂电路的功能。但是，本发明可以运用于配备1个功率半导体模块30或3个功率半导体模块30的电力转换装置10。

在上述一实施方式中，以使用igbt110、120的逆变装置的形式例示了电力转换装置10。但是，对于使用晶闸管或gto(gateturnoffthyristor)等代替igbt110、120的逆变电路也能适用。

此外，本发明不限于进行直流-交流转换的逆变装置，对于进行交流-交流变换的矩阵变换器等其他电力转换装置也能适用。

上文中，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内想到的其他形态也包含在本发明的范围内。

符号说明

10电力转换装置

11壳体主体(冷却流路形成体)

20中间组件

30功率半导体模块

40金属制构件

41开口

41a一边缘

41b另一边缘

50模塑母线(连接用构件)

51母线(连接导体)

52树脂部

55第1延伸材料部

56第2延伸材料部

60绝缘构件

64分隔片(分隔部)

70控制电路基板(限制构件、电路基板)

101、103输入端子

102交流输出端子。