维修插头的制作方法

本发明涉及一种维修插头。

背景技术：

传统地，已经提出了用于断开或闭合(即，允许或禁止导通)连接电池(高压电池)与负载(高压设备)的电源路径的维修插头。

例如，一个传统的维修插头(在下文中称为“传统插头”)构造成能够被插入到安置在电源路径上的插头收纳单元内和从该插头收纳单元拔出。当将维修插头从插头收纳单元拔出时，内置的互锁开关关断，并且将表示该关断的信号(断开信号)发送到互锁控制单元。当从维修插头接收到该信号时，互锁控制单元断开设置在电源路径上的继电器。结果，禁止电源路径的导通，并且能够将维修插头从插头收纳单元安全地拔出(例如，参见专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP-A-2013-143806

专利文献2：JP-A-2012-43915

技术实现要素：

本发明要解决的问题

在传统插头所应用到的上述系统中，当将传统插头从插头收纳单元拔出时，将用于断开继电器的信号发送到互锁控制单元，并且互锁控制单元断开继电器。

然而，在以上系统中，传统插头与继电器互相分离，并且需要用于检测传统插头从插头收纳单元的拔出的开关、信号线等。从而，部件的数量增加。此外，在以上系统中，由于将机械继电器用作继电器，所以随着要由电源路径传递的电力增加，继电器和整个系统的尺寸增大。

已经鉴于以上情况做出了本发明，并且因此本发明的目的是提供一种维修插头，该维修插头能够抑制维修插头所应用到的系统的整体的尺寸增大，同时能够抑制该系统的部件数量的增加。

解决问题的方案

为了实现上述目的，根据本发明的维修插头的特征在于下面的条目(1)至(5)。

(1)

一种维修插头，该维修插头能够被插入到插头收纳单元内并且从该插头收纳单元被拔出，该插头收纳单元安置在连接电池与负载的电源路径上，所述维修插头包括：

第一端子，在所述维修插头插入到所述插头收纳单元中的状态下，所述第一端子连接于电池侧的电源路径；

第二端子，在所述维修插头插入到所述插头收纳单元中的状态下，所述第二端子连接于负载侧的电源路径；

半导体器件，该半导体器件安置在所述第一端子与所述第二端子之间，并且该半导体器件响应于所述半导体器件的接通和断开的控制而允许或禁止所述第一端子与所述第二端子之间的导通。

(2)

根据条目(1)的维修插头，还包括控制电路，该控制电路控制所述半导体器件的接通和断开。

(3)

根据条目(1)或(2)的维修插头，还包括：作为用于所述半导体器件的散热结构的热管，该热管由金属制成并且安置成接触所述半导体器件的一个表面上形成的第一电极；和模制部，该模制部树脂密封所述半导体器件以及包括所述热管的一部分的该半导体器件的周围。

(4)

根据条目(3)的维修插头，还包括：

第一汇流条，该第一汇流条连接于所述热管并从而电连接于所述第一电极；和

第二汇流条，该第二汇流条通过连接部件电连接于形成在所述半导体器件的另一个表面上的第二电极，

其中，所述模制部还树脂密封所述连接部件及该连接部件周围以及所述第二汇流条与所述连接部件的连接区域及该连接区域周围。

(5)

根据条目(3)或(4)的维修插头，还包括连接于所述热管的散热器。

根据具有条目(1)的构造的维修插头，由于该维修插头包括当接通/断开控制时允许或禁止第一端子与第二端子之间的导通的半导体器件，所以该半导体器件能够代替应用传统插头的系统中采用的继电器使用。由于能够省去作为单独部件的继电器，所以能够抑制系统的尺寸增加。此外，由于半导体器件与维修插头一体化，所以当将维修插头从插头收纳单元拔出时，不需要例如从维修插头的外部发送用于断开功率器件的信号。不需要用于该目的的开关、信号线等。

这样，具有以上构造的维修插头能够抑制应用维修插头的系统的整体的尺寸增加，同时能够抑制系统的部件数量的增加。

根据具有条目(2)的构造的维修插头，由于该维修插头通过例如具有接受从用于测量电池电压的传感器发送的信号的控制电路而并入接通/断开控制半导体器件的控制电路，所以在电池电压异常时，能够将半导体器件关断，而不需要从外部接收指令信号。此外，能够使维修插头自身具有抑制冲击电流的发生的功能。更具体地，通过使维修插头具有预充电继电器和预充电电阻器的功能而抑制冲击电流的发生的措施有助于使系统小型化到对应于这些功能的整合的程度。

顺便提及，在将半导体器件并入到维修插头内时，优选地，尽可能有效地发散在半导体器件的使用期间产生的热。

例如，一个传统的散热结构(在下文中称为“传统散热结构”)包括布置成夹持半导体器件的前表面和后表面的一对热管以及连接于各个热管的电极。绝缘板夹在一对热管之间。使用形成在各自中的突起和孔进行绝缘板与一对热管之间的定位(例如，参见专利文献2)。然而，在该散热结构中，由于定位突起和孔，所以该散热结构整体复杂化。

根据具有条目(3)的构造的维修插头，由于维修插头与半导体器件的第一电极互相直接连接，所以半导体器件产生的热能够容易地散逸到热管，并且第一电极能够经由该热管电连接于外部的汇流条等。此外，热管与半导体器件能够通过模制部(树脂成型)一体化到一起，从而能够省略用于固定它们的相对位置的绝缘板、导热部件等。从而，能够通过简单结构实现比传统散热结构中更好的散热效果。这使得能够抑制应用维修插头的系统的整体的尺寸增加。

根据具有条目(4)的构造的维修插头，在将热管、第一汇流条与第二汇流条一体化到一起的同时，能够容易地进行热管与第一汇流条和第二汇流条之间的绝缘。

根据具有条目(5)的构造的维修插头，能够通过热管将半导体器件的热传递到散热器。这使得能够从半导体器件有效地放热。

发明的优点

本发明能够提供一种维修插头，该维修插头能够抑制应用维修插头的系统的整体的尺寸增大，同时能够抑制系统的部件数量的增加。

以上已经简要描述了本发明。当参考附图通读下面描述的实施本发明的形态(在下文中称为实施例)时，本发明的细节将变得更加清楚。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的维修插头的使用位置及其概略构造的电路图。

图2是示出图1所示的维修插头的机械构造的立体图。

图3是示出图2所示的维修插头的内部构造的透视立体图。

图4是示出图3所示的半导体断路器的内部构造的立体图。

图5是示意性地示出根据本发明的第二实施例的用于半导体器件的散热结构的立体图。

图6是示意性地示出图5所示的用于半导体器件的散热结构的平面图。

图7是示意性地示出图5所示的用于半导体器件的散热结构的前视图。

参考标记列表

1：维修插头

B：电池

C：插头收纳单元

L：负载

R：电源路径

S：半导体断路器

S1：功率器件(半导体器件)

S7：栅极控制电路(控制电路)

T1：第一端子

T2：第二端子

W1：电线(电源路径)

W2：电线(电源路径)

2：散热结构

10：半导体断路器

20：热管

30：第一汇流条

40：第二汇流条

50：电线(连接部件)

60：模制部

70：散热器

具体实施方式

<实施例1>

在下文中将参考附图描述根据本发明的第一实施例的维修插头(在下文中称为“维修插头1”)。

如图1所示，维修插头1设置在连接电池(用于行驶的高压电池)B与负载(高压从电池B输入到的高压负载，诸如逆变器、变流器等)L的电源路径R上。更具体地，如图2所示，维修插头1构造成插入到插头收纳单元C内和从插头收纳单元C拔出。插头收纳单元C具有构成连接于电池B的电源路径R1的电线W1和构成连接于负载L的电源路径的电线W2。

如图3所示，维修插头1包括容纳在壳体H中的第一端子T1、第二端子T2和内置半导体器件的半导体断路器S。在维修插头1插入到插头收纳单元C中的状态下，第一端子T1连接于用作电池B侧的电源路径R1的电线W1。在维修插头1插入到插头收纳单元C中的状态下，第二端子T2连接于用作负载L侧的电源路径R2的电线W2。

更具体地，第一端子T1和第二端子T2是所谓的阳端子。另一方面，插头收纳单元C形成有连接于各个电线W1和W2的阴端子(未示出)。当将维修插头1插入到插头收纳单元C中时，阳端子电连接于各个阴端子。

如图2和3所示，维修插头1具有用于辅助将维修插头1插入到插头收纳单元C内和将维修插头1从插头收纳单元C拔出的杠杆操作部O。工人能够通过操作杠杆操作部O而容易地插入和移除维修插头1。

维修插头1还包括位于第一端子T1与第二端子T2之间的半导体断路器S。如图4所示，半导体断路器S包括在接通/断开控制时用于允许或禁止第一端子T1与第二端子T2之间的导通的功率器件(半导体器件)S1。

更具体地，功率器件S1是由诸如Si、SiC、GaN等这样的材料制成的MOSFET，并且经由模结合材料安装在汇流条(漏极电极汇流条S4)上。功率器件S1以其栅极电极、源极电极和漏极电极分别连接于栅极线S2、源极线S3和漏极电极汇流条S4的方式构成。栅极电极汇流条S5连接于栅极线S2的与其连接于栅极电极的端部相反的端部，并且源极电极汇流条S6连接于源极线S3的与其连接于源极电极的端部相反的端部。

漏极电极汇流条S4连接于第一端子T1，并且栅极电极汇流条S5连接于第二端子T2。优选地，漏极电极汇流条S4与第一端子T1互相一体化，而不从第一端子T1分离。即，优选地，漏极电极汇流条S4延伸到半导体断路器S的外侧，并且形成第一端子T1。同样，优选地，栅极电极汇流条S5不从第二端子T2分离，并且代替地，延伸到半导体断路器S的外侧，并且形成第二端子T2。

栅极电极汇流条S5设置有栅极控制电路(控制电路)S7，该栅极控制电路S7用于输出接通/断开控制功率器件S1的信号。栅极控制电路S7具有通过重复地接通和断开操作而抑制冲击电流的功能。栅极控制电路S7还可以连接于例如外部的电源ECU(未示出)。在该情况下，栅极控制电路S7能够接收到从电源ECU发送的表示电池电压的信号，并且如果电池电压异常，则输出用于断开功率器件S1的信号。

接着，将描述根据实施例的维修插头1的作用等。

如从图1至4所看到地，代替在传统插头中采用的机械继电器，维修插头1具有功率器件S1。结果，图1所示的整个系统的尺寸比采用机械继电器的系统的尺寸小。

例如，在负载L的维护时，将维修插头1从插头收纳单元C拔出。由于维修插头1与功率器件S1一体化，所以即使当例如将维修插头1从插头收纳单元C拔出时，也不需要从外部接收用于断开功率器件S1的信号。不需要用于该目的的开关、信号线等。

此外，由于栅极控制电路S7具有抑制冲击电流的功能，所以还能够将预充电继电器和预充电电阻器的功能整合到维修插头1中，这有助于应用维修插头1的系统的进一步小型化。

再者，在栅极控制电路S7连接到用于测量电池电压的电源ECU的情况下，在电池电压异常时，能够断开功率器件S1。从而，不损害异常电压发生时的保护功能。

<实施例2>

将参考附图描述根据本发明的第二实施例的维修插头，其中，将特定的散热结构2应用于并入上述维修插头1中的半导体断路器S。为了与在第一实施例中采用的半导体断路器S区别，将在该实施例(第二实施例)中采用的半导体断路器称为半导体断路器10。

如图5-7所示，半导体断路器10是例如MOSFET，并且其后表面和前表面分别具有作为第一电极的漏极电极和作为第二电极的源极电极。

半导体断路器10的散热结构2包括热管20、第一汇流条30、第二汇流条40、模制部60和散热器70。

热管20是由金属制成的长部件，并且具有热传导性和电气传导性。热管20的一端部20a安装有半导体断路器10。例如，半导体断路器10固定到施加于热管20的诸如银浆这样的粘合剂(模结合材料)上。半导体断路器10安置成与热管20表面接触，结果，半导体断路器10的后表面热连接于热管20。更具体地，形成在半导体断路器10的后表面上的漏极电极电连接于热管20。

第一汇流条30是金属板件。第一汇流条30大致成型为例如矩形，并且其先端部形成有用于连接于端子的开口31。

第一汇流条30以例如第一汇流条30与热管20布置成形成直线的方式安置在热管20的另一端部20b侧上。第一汇流条30的基端部通过诸如焊接这样的技术连接于热管20。用于连接第一汇流条30与热管20的技术可以是除了焊接之外的连接方法，诸如螺栓紧固或连接器连接。第一汇流条30可以与热管20一体化。

第二汇流条40是金属板件。第二汇流条40大致成型为例如矩形，并且其先端部形成有用于连接于端子的开口41。

第二汇流条40以例如第二汇流条40与热管20布置成形成直线的方式安置在第一汇流条30的相反侧(即，热管20的一端部20a侧)上。第二汇流条40与热管20互相隔开预定的间隙。

由诸如铝这样的金属制成的电线50连接于第二汇流条40的基端部。电线50的另一端部连接于形成在半导体断路器10的前表面上的源极电极。即，第二汇流条40与半导体断路器10的源极电极通过电线50互相电连接。可以使用诸如连接器这样的除了电线50之外的连接部件来进行第二汇流条40与半导体断路器10的连接。

模制部60树脂密封规定空间，该规定空间包含热管20的一端部20a、电线50和第二汇流条40的基端部。导体断路器10及包括热管20的一部分的该导体短路器周围、电线50及其周围，第二汇流条40的与电线50相连的连接部分及该连接部分周围一起由模制部60覆盖。

散热器70连接于散热器20，并且将由热管20传递的热辐射到外部。散热器70的一个实例是作为平行布置的多个板状片的散热片。散热器70连接于热管20的后表面。散热器70安置于在热管20的纵向上相比于一端部20a更靠近另一端部20b的位置处。

在半导体断路器10用于安装在车辆中的情况下，能够将热管20连接于车体，并从而将车体用作散热器70。

接着，将进行具有上述的散热结构2的半导体断路器10的制造方法的描述。

在第一步骤中，准备热管20，并且将半导体断路器10连接于热管20的一端部20a。通过例如模结合进行半导体断路器10与热管20的连接。进行模结合，使得形成在半导体断路器10的一个表面上的漏极电极与热管20对置并且进行表面接触。

在第二步骤中，通过例如焊接将第一汇流条30连接于热管20的另一端部20b。

在第三步骤中，形成在半导体断路器10的前表面上的源极电极与第二汇流条40通过电线50互相连接。能够通过例如焊接将电线50连接于源极电极和第二汇流条40。

在第四步骤中，模制部60形成为包含，即，树脂密封热管20的一端部20a、电线50、和第二汇流条40的基端部。

在第五步骤中，将散热器70连接于热管20。将散热器70连接于热管20的后表面(即，与半导体断路器10连接到的表面相反的表面)。

能够通过以上过程制造包括散热结构2的半导体断路器10。在上述步骤中的顺序中的第二步骤和第五步骤的位置不限于上述的位置，并且可以在任意位置执行。

如上所述，在该实施例中，用于半导体断路器10的散热结构2具有：金属的热管20，该热管20以半导体断路器10的形成在其一个表面上的第一电极与热管20接触的方式安装有半导体断路器10；和模制部60，该模制部60树脂密封半导体断路器10及包括热管20的一部分的该半导体断路器周围。

利用以上构造，由于半导体断路器10的漏极电极直接连接于热管20，所以由半导体断路器10产生的热能够经由热管20辐射到半导体断路器10的外部，并且能够经由热管20进行与漏极电极的电连接。此外，热管20与热管10通过模制部60而一体化到一起。结果，能够省略绝缘板和导热部件，并且因此，能够通过简单结构得到优秀的散热效果。

此外，在将半导体断路器10安装在热管20上时，能够将半导体断路器10安置在模制部60内的任意位置；而不需要二者之间的定位。这使得能够实现具有简单构造的散热结构2。

具有以上构造的散热结构2仅设置有一个半导体断路器10。然而，如果模制部60的尺寸改变，则散热结构2能够设置有多个半导体断路器10。换句话说，能够根据设计而增加或减少半导体断路器10的数量。从而，散热结构2能够适应各种设计规格。

在散热结构2中，第一汇流条30与半导体断路器10的漏极电极能够通过热管20互相电连接。此外，第二汇流条40与半导体断路器10的源极电极能够通过电线50互相电连接。再者，能够容易地进行热管20与电线50之间的绝缘，同时将第二汇流条40与半导体断路器10(热管20)一体化在一起。这样，能够实现具有简单构造的散热结构2。

而且，由半导体断路器10产生的热能够通过热管20传递到散热器70。从而，能够从半导体断路器10有效地放热。

本发明不限于以上实施例，并且能够适当地进行各种修改、改进等。只要能够实现本发明，则各个实施例的各个构成元素的材料、形状、尺寸、数量(设置多个时)、位置等是任意的，并且不受限制。

例如，根据以上实施例的维修插头1具有阳端子，并且插头收纳单元C具有阴端子。可选择地，维修插头1和插头收纳单元C可以分别具有阴端子和阳端子。

此外，根据以上实施例的维修插头1设置有从插头收纳单元C引出的作为电源路径R1和R2的电线W1和W2。可选择地，维修插头1可以连接于汇流条而不是连接于电线W1和W2。

再者，根据以上实施例的维修插头1具有作为功率器件S1的MOSFET。可选择地，维修插头1可以具有能够接通和断开的其它类型的半导体器件，诸如晶体管。半导体断路器S包括从源极电极延伸到源极电极汇流条S6的源极线S3。可选择地，可以通过例如将源极电极汇流条S6直接连接于源极电极而省略源极线S3。

而且，根据以上实施例的维修插头1可以包含串联连接于半导体断路器S的熔断器，并且可以利用形成有规定电路的陶瓷板等替换汇流条S4-S6。

现在，将在下面以条目(1)至(5)的形式简要概括根据以上实施例的维修插头的特征。

(1)一种维修插头(1)，该维修插头(1)能够被插入到插头收纳单元(C)内并且从所述插头收纳单元(C)被拔出，该插头收纳单元(C)安置在连接电池(B)与负载(L)的电源路径(R)上，所述维修插头(1)包括：

第一端子(T1)，在所述维修插头(1)插入到所述插头收纳单元(C)中的状态下，所述第一端子(T1)连接于电池侧的电源路径(W1)；

第二端子(T2)，在所述维修插头(1)插入到所述插头收纳单元(C)中的状态下，所述第二端子(T2)连接于负载侧的电源路径(W2)；

半导体器件(S1)，该半导体器件(S1)安置在所述第一端子(T1)与所述第二端子(T2)之间，并且该半导体器件(S1)响应于所述半导体器件(S1)的接通和断开的控制而允许或禁止所述第一端子(T1)与所述第二端子(T2)之间的导通。

(2)根据条目(1)的维修插头，还包括控制电路(S7)，该控制电路(S7)控制所述半导体器件(S1)的接通和断开。

(3)根据条目(1)或(2)的维修插头，还包括：作为用于所述半导体器件(S1)的散热结构的热管(20)，该热管(20)由金属制成并且安置成接触所述半导体器件(S1)的一个表面上形成的第一电极；和模制部(60)，该模制部(60)树脂密封包括所述半导体器件(S1)以及包括所述热管(20)的一部分的该半导体器件(S1)的周围。

(4)根据条目(3)的维修插头，还包括：

第一汇流条(30)，该第一汇流条(30)连接于所述热管(20)并从而电连接于所述第一电极；和

第二汇流条(40)，该第二汇流条(40)通过连接部件(50)电连接于形成在所述半导体器件(S1)的另一个表面上的第二电极，

其中，所述模制部(60)还树脂密封所述连接部件(50)及该连接部件(50)周围以及所述第二汇流条(40)与所述连接部件(50)的连接区域及该连接区域周围。

(5)根据条目(3)或(4)的维修插头，还包括连接于所述热管(20)的散热器(70)。

本申请基于2014年10月14日提交的日本专利申请No.2014-209752和2015年1月30日提交的日本专利申请No.2015-16467，这两个专利申请的内容通过引用并入此处。

工业实用性

根据本发明，能够抑制应用维修插头的系统的整体的尺寸增大，同时能够抑制系统的部件数量的增加。当应用于维修插头时，提供了该优点的本发明是有用的。