电力转换装置的制造方法_3

文档序号:8303608阅读:来源:国知局
发射极电极155对应,信号端子325L与图2所示的栅极电极164和发射极电极165对应。此外,直流正极端子315B与图2所示的正极端子157相同,直流负极端子319B与图2所示的负极端子158相同。此夕卜,交流端子320B与图2所示的交流端子159相同。图6 (a)是本实施方式的功率半导体模块300a的立体图。图6 (b)是对本实施方式的功率半导体模块300a在截面D切断并从方向E看时的截面图。图7是表示为了有助于理解,从图6所示的状态除去螺钉309和第二密封树脂351 了的功率半导体模块300a的图。图7 (a)是立体图,图7(b)是与图6(b)同样在截面D切断并从方向E看时的截面图。此外,图7(c)表示翅片305被加压、薄壁部304A变形前的截面图。
[0071]图8是表示从图7所示的状态进一步除去模块壳体304后的功率半导体模块300a的图。图8 (a)是立体图,图8(b)是与图6(b)、图7(b)同样在截面D切断并从方向E看时的截面图。
[0072]图9是从图8所示的状态进一步除去第一密封树脂348和配线绝缘部608后的功率半导体模块300a的立体图。图10是用于说明模块一次密封体302的组装工序的图。构成上下臂的串联电路150的功率半导体元件(IGBT328、IGBT330、二极管156、二极管166)如图8和图9所示,被导体板315和导体板318、或导体板320和导体板319从两面夹住固定。导体板315等在其散热面露出的状态下被第一密封树脂348密封,在该散热面热压接绝缘部件333。第一密封树脂348如图8所示,具有多面体形状(此处为大致长方体形状)。
[0073]被第一密封树脂348密封的模块一次密封体302,插入模块壳体304中,夹着(隔着)绝缘部件333热压接在作为CAN型冷却器的模块壳体304的内表面。此处,CAN型冷却器指的是一个面具有插入口 306、另一个面具有底部的成筒形状的冷却器。在模块壳体304的内部残留的空隙中,填充第二密封树脂351。
[0074]模块壳体304由具有导电性的部件、例如铝合金材料(Al、AlS1、AlSiC、Al-C等)构成。插入口 306被凸缘304B包围其外周。此外,如图6(a)所示,具有比其他面更宽广的面的第一散热面307A和第二散热面307B以分别相对的状态配置,与这些散热面相对地配置有各功率半导体元件(IGBT328、IGBT330、二极管156、二极管166)。
[0075]与该相对的第一散热面307A和第二散热面307B连接的三个面以比该第一散热面307A和第二散热面307B窄的宽度构成密闭(即,密封)的面,在剩余的一边的面形成插入口 306。模块壳体304的形状不需要是精确的长方体,也可以使角如图6 (a)所示形成曲面。通过使用这样的形状的金属制的壳体,即使将模块壳体304插入流动水或油等冷却介质的流路内,也能够用凸缘304B确保对于冷却介质的密封,因此能够用简易的结构防止冷却介质进入模块壳体304的内部。此外,在相对的第一散热面307A和第二散热面307B,分别均匀地形成翅片305。进而,在第一散热面307A和第二散热面307B的外周,形成有厚度非常薄的薄壁部304A。薄壁部304A使厚度极端薄至通过对翅片305加压而简单地变形的程度,因此提高了插入模块一次密封体302后的生产效率。
[0076]如上所述,通过将导体板315等隔着绝缘部件333热压接在模块壳体304的内壁,能够减少导体板315等与模块壳体304的内壁之间的空隙,能够使功率半导体元件产生的热效率良好地向翅片305传导。进而,通过使绝缘部件333具有一定程度的厚度和柔软性,能够用绝缘部件333吸收热应力的产生,良好地适合于在温度变化剧烈的车辆用的电力转换装置中使用。
[0077]在模块壳体304之外,设置有用于与电容器模块500电连接的金属制的直流正极配线315A和直流负极配线319A,在其前端部分别形成有直流正极端子315B和直流负极端子319B。此外,设置有用于对电动发电机MGl或MG2供给交流电力的金属制的交流配线320A,在其前端形成有交流端子320B。本实施方式中,如图9所示,直流正极配线315A与导体板315连接,直流负极配线319A与导体板319连接,交流配线320A与导体板320连接。
[0078]在模块壳体304之外,还设置有用于与驱动电路174电连接的金属制的信号配线324U和324L,在其前端部分别形成有信号端子325U和信号端子325L。本实施方式中,如图9所示,信号配线324U与IGBT328连接,信号配线324L与IGBT330连接。
[0079]直流正极配线315A、直流负极配线319A、交流配线320A、信号配线324U和信号配线324L,在通过用树脂材料成形的配线绝缘部608相互绝缘的状态下,作为辅助模制体(也称为“辅助模塑体”)600—体地成型。配线绝缘部608也作为用于支承各配线的支承部件起作用,关于其使用的树脂材料,具有绝缘性的热固化性树脂或热塑性树脂是合适的。由此,能够确保直流正极配线315A、直流负极配线319A、交流配线320A、信号配线324U和信号配线324L之间的绝缘性,能够实现高密度配线。辅助模制体600在与模块一次密封体302在连接部370金属接合后,通过贯通配线绝缘部608上设置的螺钉孔的螺钉309固定在模块壳体304上。连接部370处的模块一次密封体302与辅助模制体600的金属接合,例如能够使用TIG焊接等。
[0080]直流正极配线315A和直流负极配线319A成为在直流正极配线315A与直流负极配线319A之间夹着配线绝缘部608相对的状态相互叠层、大致平行地延伸的形状。通过采用这样的配置和形状,功率半导体元件的开关动作时瞬间流动的电流相对并且在相反方向流动。由此,起到电流产生的磁场相互抵消的作用,通过该作用能够实现低电感化。此外,交流配线320A和信号端子325U、325L也在与直流正极配线315A和直流负极配线319A同样的方向延伸。
[0081]通过金属接合来连接模块一次密封体302与辅助模制体600的连接部370,被第二密封树脂351密封在模块壳体304内。由此,能够在连接部370与模块壳体304之间稳定地确保必要的绝缘距离,因此与不密封的情况相比能够实现功率半导体模块300a的小型化。
[0082]如图9所示,在连接部370的辅助模制体600 —侧,辅助模块侧直流正极连接端子315C、辅助模块侧直流负极连接端子319C、辅助模块侧交流连接端子320C、辅助模块侧信号连接端子326U和辅助模块侧信号连接端子326L排成一列地配置。另一方面,在连接部370的模块一次密封体302 —侧,沿着具有多面体形状的第一密封树脂348的一个面,元件侧直流正极连接端子315D、元件侧直流负极连接端子319D、元件侧交流连接端子320D、元件侧信号连接端子327U和元件侧信号连接端子327L排成一列地配置。通过像这样采用在连接部370处各端子排成一列的结构,通过传递成型(transfer mold)进行的模块一次密封体302的制造变得容易。
[0083]此处,对于将模块一次密封体302的从第一密封树脂348向外侧延伸的部分按其种类视为一个端子时的各端子的位置关系进行叙述。以下说明中,将由直流正极配线315A (包括直流正极端子315B和辅助模块侧直流正极连接端子315C)和元件侧直流正极连接端子31?构成的端子称为正极侧端子,将由直流负极配线319A (包括直流负极端子319B和辅助模块侧直流负极连接端子319C)和元件侧直流正极连接端子31?构成的端子称为负极侧端子,将由交流配线320A (包括交流端子320B和辅助模块侧交流连接端子320C)和元件侧交流连接端子320D构成的端子称为输出端子,将由信号配线324U(包括信号端子325U和辅助模块侧信号连接端子326U)和元件侧信号连接端子327U构成的端子称为上臂用信号端子,将由信号配线324L (包括信号端子325L和辅助模块侧信号连接端子326L)和元件侧信号连接端子327L构成的端子称为下臂用信号端子。
[0084]上述各端子均从第一密封树脂348和第二密封树脂351通过连接部370突出,从该第一密封树脂348突出的各部分(元件侧直流正极连接端子31?、元件侧直流负极连接端子319D、元件侧交流连接端子320D、元件侧信号连接端子327U和元件侧信号连接端子327L),如上所述沿着具有多面体形状的第一密封树脂348的一个面排成一列。此外,正极侦_子和负极侧端子从第二密封树脂351以叠层状态突出,延伸到模块壳体304的外部。通过采用这样的结构,能够防止在用第一密封树脂348密封功率半导体元件而制造模块一次密封体302时的合模时,对功率半导体元件与该端子的连接部分产生过大的应力、以及产生模具的间隙。此外,因叠层的正极侧端子和负极侧端子各自中流动的相反方向的电流,产生相互抵消的方向的磁通,因此能够实现低电感化。
[0085]在辅助模制体600 —侧,辅助模块侧直流正极连接端子315C、辅助模块侧直流负极连接端子319C分别形成在与直流正极端子315B、直流负极端子319B相反侧的直流正极配线315A、直流负极配线319A的前端部。此外,辅助模块侧交流连接端子320C在交流配线320A形成在与交流端子320B相反侧的前端部。辅助模块侧信号连接端子326U、326L分别形成在信号配线324U、324L上与信号端子325U、325L相反侧的前端部。
[0086]另一方面,在模块一次密封体302 —侧,元件侧直流正极连接端子31?、元件侧直流负极连接端子319D、元件侧交流连接端子320D分别形状在导体板315、319、320。此外,元件侧信号连接端子327U、327L通过接合线371与IGBT328、330分别连接。如图10所示,直流正极侧的导体板315和交流输出侧的导体板320、与元件侧信号连接端子327U和327L,在被共用的连接杆372连接的状态下,以使它们成为大致同一平面状的配置的方式被一体地加工。导体板315上固定有上臂侧的IGBT328的集电极电极和上臂侧的二极管156的阴极电极。导体板320上固定有下臂侧的IGBT330的集电极电极和下臂侧的二极管166的阴极电极。在IGBT328、330和二极管156、166上,导体板318和导体板319大致呈同一平面状地配置。导体板318上固定有上臂侧的IGBT328的发射极电极和上臂侧的二极管156的阳极电极。导体板319上固定有下臂侧的IGBT330的发射极电极和下臂侧的二极管166的阳极电极。各功率半导体元件通过金属接合材料(也称为“金属接合件”)160分别固定在各导体板上设置的元件固定部322。金属接合材料160例如是焊锡材料或含有银片和金属微细颗粒的低温烧结接合材料等。各功率半导体元件是板状的扁平结构,该功率半导体元件的各电极形成在正反面。如图10所示,功率半导体元件的各电极被导体板315和导体板318、或导体板320和导体板319夹着。S卩,导体板315和导体板318成为隔着IGBT328和二极管156大致平行地相对的叠层配
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